试验设计-第03章-广义试验设计.ppt

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1、第三章 广义试验设计,1 概述,一、实物试验,是指由专门人员，在确定的条件下，利用某些仪器，设备和一定的测试技术进行的实地试验。,实物试验存在如下问题 ：,耗费的人力、物力、财力较大；受某些条件的限制，实施困难；,A、根本不允许实施,如某县考察去年各乡工业情况，力图找出影响工业生产的主要因素和规律。,B、至少是经济上不合算,飞船，导弹，航天飞机，大型贵重试验等，如导弹制导系统的弹道试验， 13个参数，每个三水平，全面试验 ，需要运行百万次（每秒）计算机连续计算1年，正交试验 ，共45次，上机每次3分钟 共135分钟。,二、广义试验,为了察看某些事情的结果或某物的性能，而从事的某种活动。 广义试

2、验实际上是实物试验与非实物试验的总称，是范围、方法的扩展。,1、从数理统计理解,随机抽样就是试验，一次抽样就是一次试验，一次抽样结果就是一个随机事件，就是一个试验指标值，因此关于样本的研究就是试验设计，且是广义试验，进行抽样使用的种种手段和方法，包括实物试验的方法都属于广义试验方法的范畴。,2、从信息科学理解,试验就是获取信息的某种活动。凡是获取信息而进行的种种手段与方法都属于广义实验方法的范畴； 对广义试验进行设计就是广义试验设计； 广义试验就是关于信息的量的科学，是研究如何既快又省地获取既多又好的信息的一门学科。,三、广义试验设计基本特点,1、作为通用技术的通用性更强，应用范围更广这是对传

3、统试验设计的一种扩展。,凡是需要抽样获取信息的场合，都有可能应用。 除实物试验领域以外，非实物试验领域。如优化设计中目标函数的寻优计算，某些复杂系统如社会与经济系统中某些数学模型的实用简化等。此外，除技术领域外，非技术领域中，如生产编制，产品经销，市场预测，领导决策，社会调查，日常事务等。,2、试验方案灵活多变对实物试验方案的扩展广义试验方案。,除实物试验方法外，如观察，调查，统计，一般测量，数学计算，销售，考核，民意测验，.等等，一切获取信息的方法都是。,3、不受实物试验的条件限制，既可以满足实际需要，又能提高实验效率，提高经济效益。,四、基本目的，主导思想,设计原则，分析方法步骤基本相同，

4、主要区别在于试验方法和思路。 1、恢复试验设计本来就是广义试验的本来面目，突破传统的实物试验的局限，讲试验设计就是广义试验设计。 2、开阔思路，拓展应用 切实作为通用技术，科学工具，有效方法，随心所用只讲思路。,2 故障判断,产品零件很多（几十 数百件） 故障率很低数百个有一个,察故障原因很困难（噪音、振动）,常规试验设计 随即抽样,试验指标：噪音（dB） 试验方法：正常检验工序,例：齿轮箱每300件有一个有缺陷，每天包装100件产品，一个月内就可以收集到10件有缺陷的产品。,一个齿轮箱就是一个组合处理，测定其噪声水平，即可以得到16个实验数据 一般质量检查。,任取8件拆开，将其中10个可疑的

5、零部件作为考查因素的一个水平，再从好产品中取出另外8件产品，将其中同样的零部件作为10个考察因素的另一个水平，然后按 ，正交表将之重新组装起来。,3 寿命试验,进行寿命试验，提高产品设计寿命和使用寿命，是可靠性设计和质量管理中的一个重要内容。,企业和科研单位专门组织，往往耗费大，时间长，且由于试验条件的局限，使所得试验结果往往适应范围不广，代表性不强。,广义试验设计是组织生产，销售与使用三方，通过统计与产品的实际使用获取试验数据。,试验指标：寿命（时间） 试验方法：正常使用,寿命试验考察因素尽可能提完全些，为了保证寿命长和稳定性好，可以提出外部干扰因素，通常用较大的正交表安排试验。,汽车轮胎寿

6、命试验，寻找寿命最长的轮胎（设计，材质，工艺条件等）选五个二水平因素A，B，C，D，E并要求考察,方案： 1、选择完全相同的汽车，完全相同的道路条件，专门的寿命试验，不光费时费资，且适应性，代表性差，试验数据不准。,2、与用户合作 根据用户使用情况收集试验数据,A、四户（一户四车），当然也可以更多户，更多车（视需要定）不限道路条件，行驶距离，驾驶习惯也不限更接近实际使用寿命。, B、轮胎四个位置，左右轮也不同（汽车不对称，驾驶员不在正中，路面不同），后轮比前轮载荷大，寿命短。,A B C D E G1 G2 2 2 2 2 2 4 4,2个交互作用,bcd,acd,cd,abd,bd,ad,d

7、,abc,ac,c,ab,b,列名,abcd,列号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15,a,闲,G1,G2,bc,A,B,AC,AB,C,D,E,A B C D E G1 G2 2 2 2 2 2 4 4,2个交互作用,bcd,acd,cd,abd,bd,ad,d,abc,ac,c,ab,b,列名,abcd,列号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15,a,闲,G1,G2,bc,A,B,AC,AB,C,D,E,4 产品销售,市场调查和预测，是进行系统设计产品开发，质量管理和促进企业发展的必要条件之一。通过产品销售，尤其是新产品

8、试销，可以了解市场动态，分析各种因素对产品销售的影响程度，可以对这些因素分轻重缓急进行适当处理，以使产品快速稳步占领市场。,试验指标：产品销售量 试验方法：销售,例：卷发器试销试验,通过本次试销试验，可以了解消费者的需求，厂家能够生产更受消费者青睐的产品，实现双赢。,某制冷设备厂对其生产的家用电冰箱 进行市场分析试验,自我诊断和市场调查，确定试验的因素及其水平,由结果分析可知，最佳方案为A1 B3 C3 D3，这也反映了家用电冰箱市场的发展趋势，随着消费者购买力的提高、居住条件的改善、生产方式的改变，人们由过去对中小型、低档电冰箱感兴趣转变为对大型、多门、多功能电冰箱热衷。该厂据此迅速组织生产

9、92000台乳白色、210L3多开门电冰箱，当年利润比上一年增加694.6万元。,最佳教学方式的试验设计,高等数学是工科院校一门重要的基础课程，它不仅要求学生掌握必备的数学知识，还要求学生在微积分的运算上具有一定的技能技巧。伴随着科学技术的迅猛发展和教学改革的不断深入，高等数学的教学时数一再地缩减，因此，如何探索出一条能使学生尽快地形成技能技巧的有效途径，已经成为广大教师极为关心的一个重要课题。,本试验的目的，是要借助于正交法寻求培养学生技能技巧的一种最佳的教学方式。与形成技能技巧有关的因素是多种多样的. 根据问卷调查的资料及有关专家的意见, 决定考察教师讲授的例题、讲课花费的时间、练习内容、

10、练习形式等四个因素, 每个因素均选取三个水平：,因素A 讲授的例题 A1:与教材相同；A2:与教材有较大的差异，A3:与教材略有差异。 因素B 讲课花费的时间 B1:6070分钟(总共按100分钟计算)； B2:7080分钟； B3:8090分钟。 因素C 练习内容 C1:摹仿性练习， 即按着教师讲授的例题进行类似的练习； C2:理解性练习，即用来巩固所学的法则和公式而进行的练习； C3:单项强化训练, 即针对形成技能技巧的困难之处进行重点练习。 因素D 练习形式 D1：讲完所有的例题后集中练习： D2：每课时下课前练习一次； D3：边讲边练，即每讲到一定程度就指导学生练习一次。,本试验虽然是

11、把一个教改课题分散到不同的章节、不同的年级来完成的，但由于选取的章节、授课类型相同，而且教学难度也是相近的，特别是试验前，在例题的选取、练习的安排、测试题的难易等方面都做了精心的设计，尽可能地克服人为因素的影响，以保证试验的结果是可靠的，所得出的结论是具有科学依据的。,试验结果分析 1. 比较各列 y1、y2、y3的大小, 得计算分析最好的方案为A2、B2、C3 、D3。得最佳的教学方式：讲授的例题不要与教材全都相同，应根据学生的实际进行筛选和补充；讲课时间不宜过多也不能太少，应保持在7080分钟；练习要有质量，不能贪大求全，应以单项强化训练为重点；练习形式最好是边讲边练.。 2. 从极差R

12、的大小可知，练习内容对培养技能技巧的影响最大，是主要因素，其中单项强化训练的效果明显的好，练习时间(讲课余下的时间) 的影响次之。可以看出，并不是课堂上的练习越多越好，但应保证达到一定的量。再次是练习形式、讲授的例题。,影响化妆品销售的几个主要因素的分析,通过问卷调查的方式（在长春市区），在化妆品上市前对消费者的购买倾向和主要影响因素进行分析，以决定产品的目标人群、主要销售种类、定价水平、销售手段，为企业的生产和销售决策提供参考。,吉林省农业科学院青年科技基金项目，课题经费1万元，现已实现技术转让收入4万元。主持人是吉林省农业科学院农产品加工中心在职硕士研究生。,因为本次调查是在长春地区，结合

13、当地的居民消费水平和美容观念，得出如下结论： 由于传统商业模式在北方地区还占主导，人们对于柜台销售的方式普遍认可，基于一种有需要时就去商店购买的传统思维，而对于新兴的直销形式，尽管有其优点，但多数人还不太接受。 由于是中心城市，被调查者的消费水平比较高，价格稍高一些反到会更被认可，而且多数人认可“一分钱一分货”的思维。 年龄因素居第三位，而且呈现出两头大中间小的特点，以30-35岁为主，20-25其次，这也反应出长春地区女性的美容趋势，即由于学习、工作和家庭等各方面原因，青年女性对化妆品的兴趣很高，到了25-30这一年龄段，可能由于各种原因，对皮肤的保养有一个下降，随着年龄的增长，过了30岁，

14、又意识到护肤的重要，又形成了上升，而且热情要超过20-25时的年龄段。 在四种因素中，产品的品种并不十分被关注，排在四种因素之末，而且以单件产品选择者为多，但二件套装产品与其接近，这也说明了长春地区女性购买化妆品一般是以单件或两件产品的为主，购买套装并不十分被消费者选择。,基于以上的调查与分析，我们提出了以下建议： 产品重点针对20-25岁的年轻女性和30岁以上的女性群体为重点目标群体，相关的产品设计和广告宣传要符合她们的年龄和心理。 以柜台销售为主，着重提高柜台的布局效果和柜台销售、服务人员的素质。 产品以中高档产品为主，在价格上尽力避免“打折”等影响形象的手段，可以选择其它促销手段，保持价

15、格稳定的同时提升服务，改善管理。 产品开发与推广上，可以采用有轻有重，有先有后，量力而行的原则，避免大而全的生产策略，避免过度占用原料资源和资金，重点开发消费者经常使用的护理产品和品种，减少在一些华而不实的套装产品上下工夫。,关于鲁西南地区农村家庭经济人均收入情况的调查:我于2004年寒假期间深入菏泽地区农村进行了家庭人均收入情况的调查,走访了近百余农户,影响农民家庭人均收入的因素除了列举的这四种外还有:家畜的养殖(非养殖专业户),家庭人口的多少等因素,但相比列举的四个因素都可以认为是次要因素,这里不做考虑,因素水平表,试验结果分析： 第一，在现行的国家政策和形势下，要想改善农村的落后状况，提

16、高农民的生活水平，建设社会主义的新农村的任务还很艰巨，还有一段很长的路要走，但无疑输出农村剩余劳动力，解决好农民工进城的就业问题是带动农村经济发展的有效手段，这就要求我们的基层劳务部门在组织好对劳动力人员宣传和培训的同时，更要负起责任来，保证农民工的权益不受侵犯。 第二，我国耕地面积不少，但人均占有量却很少，而且极不均衡，在我国农民人口占绝对优势的国情下，人均占有耕地面积的情况无疑也是制约农村经济发展的主要因素之一。,第三 ，农作物种植的种类一般分为：粮食作物和经济作物，毫不夸张的说，在现在形势下种植粮食作物仅能解决温饱问题，根本没有任何的剩余收入可言，种植经济作物形势就要稍微好点，尤其是冬天

17、种植的大棚蔬菜可以提高农民不少收入。 第四，距离城镇的远近，这个因素虽然不是太明显，但其影响确实是存在的，客观地说，尤其是近两年国家开始大力兴建农村的一些基础设施，实施了“村村通公路”工程，使农村的交通运输情况有了彻底的改变，相对来说也缩短了农村到城市的距离，充分发挥了农村与城市的互补性。,5 数学试验,一、数学试验 是指通过数学计算包括计算机计算获取试验数据的实验，它是非实物试验中的一种典型试验。,二、基本条件 因素与指标间已经建立起关系式，否则只能进行实物试验或者其他形式的广义试验。,三、数学试验的目的 考察因素的特点，变化规律进而筛选公式，以便实际应用。 寻求最优组合，求极值，优化设计。

18、,四、好处 与实物试验相比，可以节省大量的人、物、财、时。有时可解决实物试验无法解决的问题 。,试验指标：计算值 试验方法：数学计算,五、数学试验设计与计算机技术,1、数学试验设计可以解决计算机不能解决的问题,例 表面原子结构分析,一个原胞中有五层共十个原子，每个原子的位置用三个坐标描述，因此共30个待确定变量（因素），若每个变量取三个水平，全面试验 次，每次运算用IBM大型计算机计算几个小时耗费几千美金 。,我国学者选13个重要参数，另加上几次额外计算回归后，又进行了调整因素试验，程度达原子间距的2%（最高）。,2、可以大大减少机时,反坦克导弹制导系统，影响制导系统试验指标参数很多（十几个，

19、几十个，甚至更多），若有一个参数设计不恰当，就可能造成整个武器系统的失败。 我国研究人员采用数学试验设计法，重新考察了13个参数，每个参数选三个水平， ，需要在每秒运算百万次的计算机上连续一年多。先用 表，后用 正交表，共计算45条弹道，每条弹道上机时间3分钟，共用135分钟。,例：汽车振动参数最佳匹配的实验设计,汽车行驶的平顺性主要与车身加速度a 的方差 有关。为使平顺性好，就希望 小。而 又与汽车的车身、车轮两个自由度系统的振动参数有关。振动参数共有4个，即,车身固有频率,车身相对阻尼系数,质量比,刚度比,M 为车身质量； m 为车轮质量； K 为汽车减振器阻力系数； C 为弹簧刚度； C

20、1 为轮胎刚度。,汽车悬架动挠度 和车轮与路面间的动载荷 对汽车平顺性有影响，在把 作为评价汽车平顺性的主要指标，还应考虑到 和 的方差 和 的影响。可取综合指标作为量度平顺性的指标。,因素水平表,拟用实验设计技术寻求振动参数的最佳匹配，以使汽车的平顺性好。根据汽车有关设计参数的取值范围，选定4个振动参数的水平值:,6 产品结构调查,一、生产计划的重要性,一个企业的生产计划，直接关系到企业的兴衰。生产计划合理，就会使企业各个环节运转良好，使能源消耗低，原料利用好，产品适销畅销，企业利率高。否则，就会使某些环节受阻，甚至使企业亏损。事实上，生产计划也存在优化问题，对生产计划的优化应该是企业兴旺发

21、展的重要环节。而试验设计对于寻求一定条件下企业生产计划的重要方案，是十分有效的。,生产计划调整是典型的广义试验设计。这是因为不论是改变原料利用，调整能源分配，还是调整产品结构，实际上都不允许按正交表配列的各种试验方案，逐一地实地进行试验，只能通过统计、计算等广义试验方法获取数据，尤其是在各生产环节息息相依，牵一环而动全局的企业，更是如此。在确保完成国家计划的基础上，调整产品结构，增加盈利高且市场急需的产品，以增加企业利润，进行生产计划寻优的目标之一。,二、广义设计,三、程序,1、对各产品的现有市场情况进行调查，对市场需求进行预测。在进行市场调查和预测过程中，同样也可以应用试验设计技术，确定盈利

22、高且市场急需的产品。,2、对现有产品结构进行分析。从各产品与原料及燃料的相互关系中，找出影响企业利润的主要原因或因素。,3、在现有生产条件下，确定各产品产量与原材料的数量关系。,4、根据,国家计划 市场需求 企业现有条件 考虑原料，燃料，供应状况,主要考虑因素及相应水平，选用合适的正交表，计算、统计，求最优方案。,四、好处,可以在不增加人员，设备，资金，不增加原材料和燃料的条件下，仅仅通过调整产品结构，增加企业的利润，这是促进企业发展的有效方法，应推广应用。,例：某合成橡胶厂调整产品结构，选用正交表选最优生产方案，将之付诸实施，生产半年就为这个企业增加利润271万元。,（1）对各产品的市场需要

23、即单利进行了详细的调查和计算。了解到丁苯胶乳和ABS树脂是单利高的产品，且社会急需，因此，应尽最大的生产能力生产上述两种产品。,产品单利表,（2）对产品结构进行分析。合成酒精产量的多少对于作为 ABS 树脂原料的丁二稀的产量和成本有直接影响，成为提高该厂利润的主要矛盾，另外，作为丁苯胶乳和 ABS 树脂原料的苯乙烯，该厂生产能力为1.8t，对其如何分配，也影响总利润。,（3）根据专业技术知识和现有的生产条件，确定各产品产量与原料、燃料用量的数量关系。 5 种产品：A、B、C、D、E 8 种原料：F、G、H、I、J、K、M、N 2 种燃料：U、V 15 个因素提供了 11 个定量关系式 仅有 4 个独立的因素。,因素水平表,