實驗指導(dǎo)書(DOE)

1、試驗設(shè)計（ DOE ）實驗指導(dǎo)周娟 編中國計量學(xué)院 質(zhì)量與安全學(xué)院oo九年十月學(xué)生實驗守則1 學(xué)生必須在規(guī)定時間內(nèi)參加實驗，不得遲到、早退。2 學(xué)生進(jìn)入實驗室后，不準(zhǔn)隨地吐痰、抽煙和亂拋雜物，保持室內(nèi)清 潔和安靜。實驗前應(yīng)認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)有關(guān)理論并接受教師提問檢查，一切準(zhǔn)備工作就緒后， 須經(jīng)指導(dǎo)教師同意后方可動用儀器設(shè)備進(jìn)行實驗。實驗中，認(rèn)真執(zhí)行操作規(guī)程，注意人身和設(shè)備安全。學(xué)生要以科學(xué)的態(tài)度進(jìn)行實驗，細(xì)心觀察實驗現(xiàn)象、認(rèn)真記錄各種實驗數(shù)據(jù)，不得馬虎從事，不得抄襲他人實驗數(shù)據(jù)。如儀器發(fā)生故障，應(yīng)立即報告教師進(jìn)行處理，不得自行拆修。不得動用和觸摸與本次實驗無關(guān)的儀器與設(shè)備。凡損壞儀器設(shè)備

2、、器皿、工具者，應(yīng)主動說明原因，書寫損壞情況報告，根據(jù)具體情節(jié)進(jìn)行處理。實驗完畢后，將計量器具和被測工件整理好， 認(rèn)真填寫實驗報告 （包括數(shù)據(jù)記錄、分析與處理，以及繪制必要的圖形） 。本實驗指導(dǎo)書是試驗設(shè)計（DOE）»課程的配套實驗教材。試驗設(shè)計（DOE）»»是工程技術(shù)與統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合的學(xué)科，主要包括兩部分 內(nèi)容，第一是對試驗進(jìn)行科學(xué)有效的設(shè)計， 第二是對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的統(tǒng)計分 析，屬于設(shè)計質(zhì)量范疇。試驗設(shè)計（DOE）在質(zhì)量設(shè)計和質(zhì)量改進(jìn)的過程中扮 演了非常重要的角色， 它是我們產(chǎn)品質(zhì)量提高， 工藝流程改善的重要保證。 實驗 設(shè)計技術(shù)已廣泛被運(yùn)用于從航天業(yè)到一般生

3、產(chǎn)制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量改善、 工藝流程 優(yōu)化。本課程的目的是希望學(xué)生能較為透徹地理解各種方法的設(shè)計思想及其實踐 過程，并能熟練運(yùn)用。試驗設(shè)計（DOE）實驗是試驗設(shè)計（DOE）»»課程教學(xué)的必須實驗環(huán)節(jié)。其目的是加深學(xué)生對本課程所涉及的重要基本原理、 基本方法的理解， 并且鍛煉 學(xué)生的動手實踐能力， 使學(xué)生在后面的學(xué)習(xí)和工作中能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決 實際問題。 本課程要求學(xué)生提前閱讀實驗指導(dǎo)書， 在教師指導(dǎo)下自己動手， 親自 實踐，邊做邊想，認(rèn)真記錄，并寫出實驗報告。本實驗指導(dǎo)書由于時間倉促，水平所限，難免有疏漏廖誤之處，熱切期望實 驗指導(dǎo)老師與學(xué)生能提出寶貴的意見，謝謝。實

4、驗 一 單 因 素 方 差 分 析 與 正 交 試 驗 設(shè) 計 的 excel 實實驗二 單因子方差分析與田口設(shè)計的 MINITAB 實現(xiàn)1實驗1:單因素方差分析與正交試驗設(shè)計的excel實現(xiàn)、實驗?zāi)康?）掌握利用excel進(jìn)行單因素方差分析；2）掌握利用excel進(jìn)行正交試驗設(shè)計與分析;3）理解運(yùn)行結(jié)果的含義。二、實驗類型綜合型三、實驗內(nèi)容丄問題1：現(xiàn)有甲、乙、丙三個工廠生產(chǎn)同一種零件，為了了解不同工廠的零件的強(qiáng)度有無明顯的差異，現(xiàn)分別從每一個工廠隨機(jī)抽取四個零件測定其強(qiáng)度，數(shù)據(jù)如表所示，試問三個工廠的零件強(qiáng)度是否相同？（假定每一個總體都服從正態(tài)分布且各總體的方差相等）工廠零件強(qiáng)度甲1031

5、0198110乙113107108116丙82928486操作步驟：1、將數(shù)據(jù)輸入excel中;2、選擇工具欄的加載宏；3、選擇工具分析庫；庫為全融卻科學(xué)割拆分?jǐn)負(fù)I供畀面和相或功窕4、 工具中會增加“數(shù)據(jù)分析”選項（注意：安裝excel時需安裝該功能），選擇該選項的單 因素方差分析；5、選定指定的區(qū)域，注意分組方式；Alq甲乙丙D c-6、分析輸出結(jié)果。|TIT§LO遼nli13L&于IB忙亍. 粗 觀創(chuàng)載 葫整.平均 方董4qUIE264叫4111184344脳L&SeEEJIT 1ir 2訐3方差5蚯差異慶 35drYSF P-valuE F :rit2 f B2

6、 SI. 21277 S. iSE-QS 4. 2S643&2：丄問題一批由同一種原料織成的布，用不同的印染工藝處理，然后進(jìn)行縮水率試驗。假設(shè)采用3種不同的工藝，測得每種工藝處理布樣縮水率百分?jǐn)?shù)如表所示。若布的縮水率服從正態(tài)分布，不同工藝處理的布的縮水率方差相等。試考察不同工藝對布的縮水率有無明顯影響？縮水率試驗結(jié)果因素A111.012.87.68.34.75.59.310.3A22.84.51.50.2A34.36.11.43.6操作：參考問題1的步驟，用excel分析該問題。（自己輸入數(shù)據(jù)，單因子方差分析，想一 下與第一題有什么不同？）丄問題3：為了解3種不同配比的飼料對仔豬生長影

7、響的差異， 對3種不同品種的豬各選 3頭進(jìn)行試驗, 分別測得其3個月間體重增加量如表所示。 假定其體重增長量服從正態(tài)分布， 且各種配合的 方差相等。試分析不同飼料與不同品種對豬的生長有無顯著影響？體重增長量（品種）1231515645（飼料）25357493525847操作：參考問題1的步驟，用excel分析該問題。（自己輸入數(shù)據(jù)，雙因子方差分析）亠問題4：每種結(jié)構(gòu)的8發(fā)炮彈分別用4門火炮發(fā)射，每門火炮發(fā)射兩發(fā)。試分析不同火炮和不同結(jié)構(gòu) 對射程有無顯著影響。ABCDE12火炮1結(jié)構(gòu)1855結(jié)構(gòu)2S65結(jié)構(gòu)3836結(jié)構(gòu)4S633S3G8768543574火炮2S21S3 5S69S42 一BS2

8、T867S270356火炮3S15S64826S51.7836SE2S67S298火炮4847S638368769839r彳874r3V4S25操作步驟：1. xIs;1、找到桌面上的數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)參考問題1的步驟，用excel分析該問題。（自己輸入數(shù)據(jù)，雙因子方差分析，注意和上一 題的區(qū)別）亠問題5:某化工廠生產(chǎn)一種化工產(chǎn)品，采收率低并且不穩(wěn)定，一般在60%80%之間波動?，F(xiàn)在希望通過實驗設(shè)計，找出好的生產(chǎn)方案，提高采收率。其主要因素及水平的選取如下表所示：水平因素ABC反應(yīng)溫度C加堿量kg催化劑種類1A1=80B1=35C1=甲種2A2=85B2=48C2=乙種3A3=90B3=55C3=丙

9、種操作步驟：1、 找到桌面上的文件：數(shù)據(jù)2.xls;2、在單元格“ B1T輸入公式“ =SUMIF(B$2:B$10,$A2,$E$2:$E$10)/3 計算出A因素1水平 的實驗平均值函數(shù)：SUMIF(ra nge,cntena,sum_ra nge)Range為用于條件判斷的單元格區(qū)域。Criteria為確定哪些單元格將被相加求和的條件，其形式可以為數(shù)字、表達(dá)式或文本。例如，條件可以表示為32 > "32"、”>32"或"apples"。Sum_ra nge是需要求和的實際單元格。注意：B$2與B2、$B$2的區(qū)別。說明：只有在

10、區(qū)域中相應(yīng)的單元格符合條件的情況下，sum_range中的單元格才求和。如果忽略了 sum_range，則對區(qū)域中的單元格求和。Microsoft Excel還提供了其他一些函數(shù)，它們可根據(jù)條件來分析數(shù)據(jù)。例如COUNTIF函數(shù)。如果要讓公式根據(jù)某一條件返回兩個數(shù)值中的某一值(例如，根據(jù)指定銷售額返回銷售紅利)，則可使用IF函數(shù)。3、4、5、橫向脫拉公式，自動計算出B、C因素1水平的實驗平均值；SSA=728,然后將公式復(fù) “= DEVQ(E2:E10) ”，設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)，計算 A、B C在2水平和3水平的實驗平均值； 在單元格“ B14”內(nèi)輸入公式“=3*DEVSQ(B11:B13),計算

11、出 制到相應(yīng)的區(qū)域，可計算SSBSSG在單元格“ E14”內(nèi)輸入公式6、SSE=86計算出SST=123& 在單元格“ F14”內(nèi)輸入公式“=E14-SUM(B14:D14”，計算出函數(shù)：返回數(shù)據(jù)點與各自樣本平均值偏差的平方和。語法DEVSQ( number1, nu mber2,.)Number1, number2, .為1到30個需要計算偏差平方和的參數(shù)，也可以不使用這種用逗號分隔參數(shù)的形式，而用單個數(shù)組或?qū)?shù)組的引用。7、在區(qū)域“ B15:E15”輸入各項目的自由度。在單元格“F15”內(nèi)輸入公式“= E15-SUM(B15D15) ” ,計算出誤差項的自由度。MSA=364然后將

12、公式復(fù)制到區(qū)域&在單元格“ B16'內(nèi)輸入公式“=B14/B15” ,計算出“ C16:F16”。9、在單元格 B18內(nèi)輸入公式“=FDIST(B17,B15,$F15) ” ,計算出 A因素的P值。 函數(shù)：返回F概率分布。使用此函數(shù)可以確定兩個數(shù)據(jù)系列是否存在變化程度上的不同。 語法FDIST(x,degrees_freedom1,degrees_freedom2)X參數(shù)值。分子自由度。分母自由度。Degrees_freedom1 Degrees_freedom210、實驗結(jié)果：水平反應(yīng)溫度A反應(yīng)時間B兩種原料配比C真空度D160 C2.5 h1.1/150 kPa280 C

13、3.5 h1.2/160 kPa素因Y確定試驗中所考慮的因素與水平，并確定可能存在并要考察的交互作用。收率的因素有四個：反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、兩種原料配比和真空度。根據(jù)經(jīng)驗, 反應(yīng)時間的交互作用對收率有較大的影響，因此在本試驗中還需考察交互作用。經(jīng)分析，影響農(nóng)藥反應(yīng)溫度與試驗ABAX B C1D號列號123456711111111862111222295312211229141222211945212121291-k621221219672211221838221211288試找出顯著的因素和最好的實驗條件操作步驟：1、 找到桌面上的數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)3.XIS；2、 參考問題5的步驟，用excel分

14、析該問題。實驗2 :單因子方差分析與田口設(shè)計的MINITAB 實現(xiàn)、實驗?zāi)康?）2）3）3）掌握利用掌握利用掌握利用mini tab進(jìn)行單因子方差分析;minitab進(jìn)行田口設(shè)計；minitab進(jìn)行田口設(shè)計的分析;理解運(yùn)行結(jié)果的含義。二、實驗類型綜合型三、實驗內(nèi)容丄問題1:有四種牌號的防銹劑，對每種防銹劑的防銹能力各測量 差異操作步驟：1.進(jìn)入MINITAB系統(tǒng)，輸入實驗數(shù)據(jù)；10次，試分析其防銹能力有無顯著IRU4C1C2C3C4130. 33G. 1SJ. s36. 123血a3T136.7340. aST. 739.3443. Sas. 1SS. 130.7543.5甌15S.440.5

15、G43. S33.850. 540.5743.39山6se. 240.7書44.290.SS. 340.9946, T眈*4TO, D43.210'4L ?32.7m 645.2選擇統(tǒng)計7方差分析7單因子方差分析（未成堆數(shù)據(jù)）1.，打開未成堆數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子方2.差分析，并在必要時進(jìn)行多重比較。問題2：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成堆疊數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子方差分析。3.如果需要瀏覽一下可用的田口方法總表，點擊顯示確設(shè)計_按鈕，開啟所有田口方法的內(nèi)容，如下圖所示:田口設(shè)計-甬用設(shè)計可用的0口設(shè)計（含因子數(shù)）誰計L4LSL9Lt 2LieLtGL250L322水平£-31 _ 72-45水平嚴(yán)，2

16、-3：帀1單水平k混合2T水平k祝合27水平h棍合2查看完后，再按下確定回到主對話框4. 在設(shè)計類型部分，選取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計類型，本例中選擇5. 由因子數(shù)的下拉框中選定因子的個數(shù)，本例中選擇2水平；4，如下圖所示;詢計糞型帰尹擧平設(shè)訐！M I “ b “ I rwill IKI n I IH UH l-P r 3水平諼計Q） r 4水平設(shè)計 廠5水平設(shè)計E）C 2C 2C £C 2至31牛因子）至13千因子）至5 ?因子）M &平因子）至空平因孑）因子數(shù)®r pnz臬示可用設(shè)計（Y）.設(shè)計S子邁工選項（1取消確定 I7.8.單擊，確疋5 J I,返回主對話框，單擊因子，

17、打開田口設(shè)計-因子對話框，將鼠標(biāo)點在因子列表的名稱字段的位置，并且輸入第一個因素的名稱材料。然后，用鍵盤的向下鍵 將鼠標(biāo)光標(biāo)移動下一行的位置，依序完成所有因子名稱的設(shè)定(溫度、壓力與厚度)。將鼠標(biāo)點在因素列表的水平值位置，并且輸入第一個因子的水平值的內(nèi)容(liquid/tungsten ),如下圖所示，設(shè)定其它因子的水平：S虞圧力1liquid3010062liquid30lEO73liquid5010074liquid50150S5lunffsten30|1 100|1etunEsten3015067lungs-ten5010068lungsten501507C2C3C44在C5、C6中輸入

18、如下圖所示的數(shù)據(jù):C1-TCECG喘蘆1噪蘆2 50524451565305'TT4T434251680251339.10. 打開菜單統(tǒng)計7 DOE7田口7分析田口設(shè)計;11. 找出最佳實驗條件。亠問題3:噴塑制成機(jī)柜架工藝條件設(shè)計問題。噴塑過程中的噴入量是噴塑機(jī)柜架的關(guān)鍵要求，響應(yīng)變量是噴入量，其目標(biāo)值是350克，噴入量過大或過小都將影響柜架的成型。我們已經(jīng)知道影響噴入量的因子有 4個：噴射壓力、噴射時間、 噴射高度及噴射角度， 希望能各取 3個水平。 噴射壓力， 噴射時間： 噴嘴高度：12，15，18（帕） 4， 4.5 ，5（秒） 1， 1.5 ，2（毫米）A：B：C：D：噴射角， 20，22， 24（度） 實驗內(nèi)容： 1. 完成田口設(shè)計