minitab正交分析、响应分析

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再点击确定后,就可以得到试验计划表,如下:

与全因子设计不同的是,我们不能肯定这个试验计划表一定能满足要求,因为部分因子试验中一定会出现混杂,这些混杂如果破坏了试验要求,则必须重新进行设计,从运行窗中可以看到下列结果:

设计生成元: E = ABC, F = BCD 别名结构

I + ABCE + ADEF + BCDF A + BCE + DEF + ABCDF B + ACE + CDF + ABDEF C + ABE + BDF + ACDEF D + AEF + BCF + ABCDE E + ABC + ADF + BCDEF F + ADE + BCD + ABCEF AB + CE + ACDF + BDEF AC + BE + ABDF + CDEF AD + EF + ABCF + BCDE AE + BC + DF + ABCDEF AF + DE + ABCD + BCEF BD + CF + ABEF + ACDE BF + CD + ABDE + ACEF ABD + ACF + BEF + CDE ABF + ACD + BDE + CEF

从此表得知,计算机自己选择的生成元是:E=ABC,F=BCD。后面的别名结构中列出了交互作用项的混杂情况,即每列中互为别名的因子有哪些;从上表可以看出,主效应与三阶及四阶交互作用混杂,二阶交互作用与四阶交互作用混杂,三阶交互作用与四阶交互作用混杂;关键是要检查一下题目所要求的2阶交互作用情况,将3阶以上的交互作用忽略不计,混杂的情况有:

AB=CE,AC=BE,AD=EF, AF=DE,AE=BC=DF,BD=CF,BF=CD。本例中所要求的4个2阶交互作用是AB,AC,CF,DE,显然可以看到,这四个2阶交互作用均没有混杂。因此可以看到此试验计划是可行的。

步骤2:指定生成元的部分因子试验计划

例:和前面的例子是一样的,考察的是各因子主效应和2阶交互效应AB,AC,CE和DE是否显著。

从上例的别名结构表中可以看出,AB与CE是相互混杂,因此用默认的生成元构造的试验计划是不能满足要求的。

指定生成元的步骤:由要求条件可知,AB,AC,CE和DE不能混杂,这相当于AB≠CE,AB≠DE,AC≠DE,运用移项法则,变形后可知,即E≠ABC,E≠ABD,E≠ACD.对于分辨度为Ⅳ的设计生成元中,只能含3个字母。而试验次数为16的的各列中,字母个数为3的项只有4个:ABC,ABD,ACD以及BCD。既然给定条件中有3个选择不可接受,因此,生成元只能选择E=BCD,试验计划对于F没有要求,因此F可以任选,取F=ABC。

具体操作为:选择 [统计]=>[DOE]=>[因子]=>[创建因子设计],单击打开创建因子设计对话框。在“设计类型”中选择2水平因子(指定生成元),在“因子数”中选定4(这是基本设计的因子数,其他两个因子是通过指定生成元加入的)。

打开“因子”对话框,选定全因子,并在“每个区组的中心点数”中选择4。打开“生成元”选项,在“通过列出生成元将因子添加到基本设计中”中填写生成元:E=BCD F=ABC,单击确定。

单击确定后,得到的结果如下:

设计生成元: E = BCD, F = ABC 别名结构(直到 4阶项) I + ABCF + ADEF + BCDE A + BCF + DEF + ABCDE B + ACF + CDE + ABDEF C + ABF + BDE + ACDEF D + AEF + BCE + ABCDF E + ADF + BCD + ABCEF F + ABC + ADE + BCDEF AB + CF + ACDE + BDEF AC + BF + ABDE + CDEF AD + EF + ABCE + BCDF AE + DF + ABCD + BCEF AF + BC + DE + ABCDEF BD + CE + ABEF + ACDF BE + CD + ABDF + ACEF ABD + ACE + BEF + CDF ABE + ACD + BDF + CEF

从上面的结果可以看出,AB,AC,CE和DE均没有相互混杂,此设计满足原定的要求。

部分因子试验的分析步骤总体来说与全因子试验设计是一致的。但是有一个要注意的地方:在第一步选定模型中显著的主效应和2阶交互作用时,当某些2阶交互作用效用显著时,不能仅从表面上的结果来定取舍,要仔细分析混杂结构,查看在结构表中,此显著项是与哪个(或哪些)2阶交互作用效应相混杂的,再根据背景材料予以判断,最终决定入选。比如:数据显示B,C,D以及AD是显著的,但是背景材料又说明A和D没有交互作用,而AD与BC是相混杂的,这个时候,应该是B,C,D以及BC是显著的。

实验之三:响应曲面设计

响应曲面设计包括两种方法:中心复合设计和Box-Behnken设计。在中心复合设计中,整个试验由下面三部分试验点组成:

(1)立方体点[或称角点],各坐标皆为1或-1,这是因子试验的组成部分; (2)中心点,各点坐标皆为0;

(3)星号点[或轴点],除了一个自变量的坐标为±ɑ外,其余自变量皆为0,在k个因子的情况下,共有2k个星号点。

中心复合设计,包括三种设计:

中心复合序贯设计,当“水平定义”栏中选定“立方点”时,表示这时设定的水平作为立方点,星号点将超出立方体。

中心复合有界设计,当“水平定义”栏中选定“轴点”时,表示这时设定的水平作为轴上的星号点,立方点将向内收缩。

中心复合表面设计,意味着将星号点的位置向中心收缩而设定在立方体的表面上。

Box-Behnken设计,这种设计是将各试验点取在立方体的棱的中点上,除非极端重视试验次数,否则通常不采用这种设计。 步骤1:响应曲面的计划

例:提高密封胶条黏合力试验。影响黏合力的3个因子是:A:烘烤温度(220-240摄氏度)、B:烘烤时间(6-10秒)、C:黏合压力(100-140帕)。在因子设计中,分别取下列条件,安排了全因子试验:

A:烘烤温度,低水平220,高水平240(摄氏度) B:烘烤时间,低水平7,高水平9(秒) C:黏合压力,低水平110,高水平130(帕) 试验后发现,数据明显呈现弯曲状况,希望进一步安排些实验以拟合响应曲面方程。由于要进行序贯试验,最好选中心复合设计。

具体做法是:选择[统计]>[DOE]>[响应曲面]>[创建响应曲面设计],打开创建响应曲面设计对话框。在“设计类型”中选择“中心复合”,在“因子数”中设定为3。

打开“显示可用设计”对话框,可以看到未划分区组时试验次数为20。打开“设计”后,本例中需要的试验次数为20次,这是可行的,因此不必修改,中心点数也不用另设;但是选取哪种中心复合设计,需要考虑更多条件,由于在烘烤温度上,原来的试验温度条件已经取在边界上了,不允许再超界因而不能使用中心复合序贯设计,但是又考虑到要保持序贯性,只能放弃中心复合边界设计(没有序贯性),因而选用中心复合表面设计,即在Alpha值中选择表面中心;在“因子”中,选择“立方点”,并填写各因子的名称及水平;在“选项”中,为了看清楚结构,暂时先删除随机化。单节确定。

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