試驗(yàn)設(shè)計(jì)緒論

1、參考書目參考書目：1.1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析（第二版）（第二版），Montgomery D.C. 著，汪仁官著，汪仁官和陳榮昭譯，中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，和陳榮昭譯，中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，1998.2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析（第六版），（第六版），Montgomery D.C. 著，傅玨生著，傅玨生等譯，人民郵電出版社等譯，人民郵電出版社 ，2008.3. 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析，袁志發(fā)和周靜芋主編，高等教育出版社，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析，袁志發(fā)和周靜芋主編，高等教育出版社，2004.4. 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析 （第二版），袁志發(fā)和（第二版），袁志發(fā)和贠贠海燕主編，中國(guó)農(nóng)海燕主編，中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，業(yè)

2、出版社，2007.5. 試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與分析試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與分析，王萬(wàn)中主編，高等教育出版社，王萬(wàn)中主編，高等教育出版社，2012.別名：別名：Design and Analysis of Experiments （DOE）試驗(yàn)設(shè)計(jì)，生物統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，生物統(tǒng)計(jì)引言引言一一 、試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)二、二、幾個(gè)名詞解釋幾個(gè)名詞解釋三、三、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的四、四、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則五五 、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟六六 、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的發(fā)展史試驗(yàn)設(shè)計(jì)的發(fā)展史一、試驗(yàn)設(shè)計(jì)（一、試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOEDOE）2.2.如何進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)如何進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)大有學(xué)問(wèn)大有學(xué)問(wèn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)得好，事半功倍

3、；否則勞而無(wú)功！試驗(yàn)設(shè)計(jì)得好，事半功倍；否則勞而無(wú)功！1.1.為什么要進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)為什么要進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)？3.3.什么是試驗(yàn)什么是試驗(yàn)? ?4.4.什么是試驗(yàn)設(shè)計(jì)什么是試驗(yàn)設(shè)計(jì)? ?5.5.什么是統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)什么是統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)? ?6.6.解決試驗(yàn)問(wèn)題的三個(gè)階段解決試驗(yàn)問(wèn)題的三個(gè)階段為什么為什么需要試驗(yàn)設(shè)計(jì)需要試驗(yàn)設(shè)計(jì) 同樣在生產(chǎn)同規(guī)格的產(chǎn)品，為什么有些廠商的合格同樣在生產(chǎn)同規(guī)格的產(chǎn)品，為什么有些廠商的合格品品率就是比較高率就是比較高。 同樣是在生產(chǎn)同類型的產(chǎn)品，為什么有些人的產(chǎn)品性同樣是在生產(chǎn)同類型的產(chǎn)品，為什么有些人的產(chǎn)品性能以及壽命就是比較好，而成本又比較低呢？能以及壽命就是比較好，而成本

4、又比較低呢？相同原料相同原料合格頻率高合格頻率高為什么合格品率為什么合格品率不一樣不一樣？相同相同產(chǎn)品產(chǎn)品相同功能相同功能更便宜的原料更便宜的原料為什么可以做出低為什么可以做出低成本高質(zhì)量的產(chǎn)品成本高質(zhì)量的產(chǎn)品？目的在于回答一個(gè)或幾個(gè)精心構(gòu)思的問(wèn)題的目的在于回答一個(gè)或幾個(gè)精心構(gòu)思的問(wèn)題的實(shí)踐活動(dòng)，稱為實(shí)踐活動(dòng)，稱為試驗(yàn)試驗(yàn)，又稱為，又稱為實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)。什么是試驗(yàn)什么是試驗(yàn)試驗(yàn)的目的：試驗(yàn)的目的： 可能是要比較某個(gè)現(xiàn)象（如：獎(jiǎng)學(xué)金）中各個(gè)因素的重可能是要比較某個(gè)現(xiàn)象（如：獎(jiǎng)學(xué)金）中各個(gè)因素的重要性以及它們不同狀態(tài)的效果；也可能是要尋找某個(gè)特定要性以及它們不同狀態(tài)的效果；也可能是要尋找某個(gè)特定過(guò)程中

5、各個(gè)變量之間的數(shù)量規(guī)律（如線性關(guān)系，非線性關(guān)過(guò)程中各個(gè)變量之間的數(shù)量規(guī)律（如線性關(guān)系，非線性關(guān)系等）。系等）。什么是試驗(yàn)設(shè)計(jì)什么是試驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)一個(gè)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)是一個(gè)試驗(yàn)或一系列試驗(yàn)，它是一個(gè)試驗(yàn)或一系列試驗(yàn)，它對(duì)一個(gè)過(guò)程或系統(tǒng)的對(duì)一個(gè)過(guò)程或系統(tǒng)的輸入變量作一些有目的的改變輸入變量作一些有目的的改變，以便能夠觀察到和識(shí)別出引起輸出變量變化的緣由。以便能夠觀察到和識(shí)別出引起輸出變量變化的緣由。 應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本知識(shí)，討論如何合應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本知識(shí)，討論如何合理地安排試驗(yàn)、取得數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行綜合科學(xué)分理地安排試驗(yàn)、取得數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行綜合科學(xué)分析，從而盡快獲得最優(yōu)組合方案。析，從而盡快

6、獲得最優(yōu)組合方案。什么是統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)什么是統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)解決試驗(yàn)問(wèn)題的三個(gè)階段解決試驗(yàn)問(wèn)題的三個(gè)階段1.1.制定試驗(yàn)計(jì)劃（制定試驗(yàn)計(jì)劃（）2.2.實(shí)施試驗(yàn)計(jì)劃，記錄試驗(yàn)結(jié)果實(shí)施試驗(yàn)計(jì)劃，記錄試驗(yàn)結(jié)果3.3.分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)（分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)（）二、幾個(gè)名詞解釋二、幾個(gè)名詞解釋1.1.試驗(yàn)的一般模型試驗(yàn)的一般模型2.2.響應(yīng)變量響應(yīng)變量3.3.試驗(yàn)因素試驗(yàn)因素4.4.試驗(yàn)因素的水平試驗(yàn)因素的水平5.5.試驗(yàn)處理試驗(yàn)處理6.6.試驗(yàn)單元試驗(yàn)單元7.7.試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案8.8.誤差誤差試驗(yàn)的一般模型試驗(yàn)的一般模型響應(yīng)變量響應(yīng)變量 響應(yīng)變量（輸出，觀察響應(yīng)，試驗(yàn)指標(biāo)）響應(yīng)變量（輸出，觀察響應(yīng)，試驗(yàn)指標(biāo)）用用于衡

7、量試驗(yàn)結(jié)果好壞的指標(biāo)。于衡量試驗(yàn)結(jié)果好壞的指標(biāo)。例：例：療效、產(chǎn)量、次品率、就業(yè)率。療效、產(chǎn)量、次品率、就業(yè)率。分類：分類：定量響應(yīng)變量定量響應(yīng)變量與與定性響應(yīng)變量定性響應(yīng)變量。試驗(yàn)分類：試驗(yàn)分類：?jiǎn)雾憫?yīng)變量試驗(yàn)單響應(yīng)變量試驗(yàn)和和多響應(yīng)變量試驗(yàn)多響應(yīng)變量試驗(yàn)。 試驗(yàn)因素（試驗(yàn)因子）試驗(yàn)因素（試驗(yàn)因子）是影響試驗(yàn)結(jié)果，必須是影響試驗(yàn)結(jié)果，必須在試驗(yàn)中加以考察的因素，分為在試驗(yàn)中加以考察的因素，分為定量試驗(yàn)因素定量試驗(yàn)因素和和定性試驗(yàn)因素定性試驗(yàn)因素。例例1 1：一個(gè)因子：即藥物的品種：一個(gè)因子：即藥物的品種A A（定性定性）：潔霉素和青霉素。）：潔霉素和青霉素。例例2 2：有三個(gè)因子（：有三個(gè)因

8、子（都是定量因子都是定量因子）：分別為反應(yīng)溫度）：分別為反應(yīng)溫度A A，反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間時(shí)間B B，催化劑用量，催化劑用量C C。試驗(yàn)因素試驗(yàn)因素試驗(yàn)分類試驗(yàn)分類：?jiǎn)我蛩卦囼?yàn)單因素試驗(yàn)和和多因素試驗(yàn)多因素試驗(yàn)。試驗(yàn)因素的不同狀態(tài)稱為試驗(yàn)因素的不同狀態(tài)稱為水平水平。例例1：比較兩種藥物潔霉素和青霉素對(duì)治療扁：比較兩種藥物潔霉素和青霉素對(duì)治療扁桃體炎的不同療效。桃體炎的不同療效。例例2：研究某產(chǎn)品的產(chǎn)量和化學(xué)反應(yīng)溫度：研究某產(chǎn)品的產(chǎn)量和化學(xué)反應(yīng)溫度（60 ，70 ，80 ）、時(shí)間（）、時(shí)間（1h，1.5h，2h）和催化劑用量（）和催化劑用量（2kg，2.5kg，3kg）之間）之間的關(guān)系。的關(guān)系。試驗(yàn)

9、因素的水平試驗(yàn)因素的水平 試驗(yàn)中具體比較的項(xiàng)目稱為試驗(yàn)中具體比較的項(xiàng)目稱為試驗(yàn)處理試驗(yàn)處理，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱處理處理。 在單因素試驗(yàn)中，因素的每一個(gè)水平稱為一個(gè)在單因素試驗(yàn)中，因素的每一個(gè)水平稱為一個(gè)處理處理，試驗(yàn)因素有幾個(gè)水平，就相應(yīng)有幾個(gè)處理。，試驗(yàn)因素有幾個(gè)水平，就相應(yīng)有幾個(gè)處理。 在多因素試驗(yàn)中，每個(gè)因素可設(shè)置若干個(gè)水平，各在多因素試驗(yàn)中，每個(gè)因素可設(shè)置若干個(gè)水平，各因素的不同水平的組合稱為因素的不同水平的組合稱為處理處理，處理的數(shù)目為各因素，處理的數(shù)目為各因素水平的乘積。水平的乘積。試驗(yàn)處理試驗(yàn)處理 試驗(yàn)單元試驗(yàn)單元是指接受某種處理的最小的試驗(yàn)材料是指接受某種處理的最小的試驗(yàn)材料的一個(gè)獨(dú)立

10、單位。的一個(gè)獨(dú)立單位。一個(gè)試驗(yàn)單元，只能接受一個(gè)處一個(gè)試驗(yàn)單元，只能接受一個(gè)處理，也只能有一個(gè)輸出結(jié)果。理，也只能有一個(gè)輸出結(jié)果。 試驗(yàn)單元的形式是根據(jù)科學(xué)試驗(yàn)的要求而確試驗(yàn)單元的形式是根據(jù)科學(xué)試驗(yàn)的要求而確定的它可以是一個(gè)班級(jí)、一個(gè)車間、一個(gè)用戶或定的它可以是一個(gè)班級(jí)、一個(gè)車間、一個(gè)用戶或一個(gè)企業(yè)一個(gè)企業(yè) 試驗(yàn)處理的所有試驗(yàn)單元構(gòu)成試驗(yàn)處理的所有試驗(yàn)單元構(gòu)成試驗(yàn)空間試驗(yàn)空間。試驗(yàn)單元試驗(yàn)單元 試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案是指根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康呐c要求所擬定是指根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康呐c要求所擬定的進(jìn)行比較的的進(jìn)行比較的一組試驗(yàn)處理的總稱一組試驗(yàn)處理的總稱完全試驗(yàn)方案不完全試驗(yàn)方案多因素試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案 單因素試驗(yàn)方案試驗(yàn)方

11、案試驗(yàn)方案 在在完全方案完全方案中，列出試驗(yàn)方案時(shí)，要求每一個(gè)因素的每中，列出試驗(yàn)方案時(shí)，要求每一個(gè)因素的每個(gè)水平都要碰見(jiàn)一次這時(shí)，水平組合（即處理）數(shù)等于個(gè)水平都要碰見(jiàn)一次這時(shí)，水平組合（即處理）數(shù)等于各個(gè)因素水平數(shù)的乘積根據(jù)完全試驗(yàn)方案進(jìn)行的試驗(yàn)稱各個(gè)因素水平數(shù)的乘積根據(jù)完全試驗(yàn)方案進(jìn)行的試驗(yàn)稱為為全面試驗(yàn)全面試驗(yàn)，又稱為，又稱為全因子試驗(yàn)全因子試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：多因素全面試驗(yàn)的效率高于多個(gè)單因素試驗(yàn)的效率多因素全面試驗(yàn)的效率高于多個(gè)單因素試驗(yàn)的效率主要不足：主要不足：當(dāng)因素個(gè)數(shù)和水平數(shù)較多時(shí)，處理數(shù)太多，以至當(dāng)因素個(gè)數(shù)和水平數(shù)較多時(shí)，處理數(shù)太多，以至于在試驗(yàn)時(shí)，人力、物力、財(cái)力等都難以承受

12、，試驗(yàn)誤差于在試驗(yàn)時(shí)，人力、物力、財(cái)力等都難以承受，試驗(yàn)誤差也不易控制因而也不易控制因而全面試驗(yàn)宜在因素個(gè)數(shù)和水平數(shù)都較少全面試驗(yàn)宜在因素個(gè)數(shù)和水平數(shù)都較少時(shí)應(yīng)用時(shí)應(yīng)用 在多因素試驗(yàn)中，由于條件限制，有規(guī)在多因素試驗(yàn)中，由于條件限制，有規(guī)律地選取部分處理投入實(shí)施的試驗(yàn)方案，稱為律地選取部分處理投入實(shí)施的試驗(yàn)方案，稱為不不完全方案完全方案根據(jù)不完全方案進(jìn)行的試驗(yàn)稱為根據(jù)不完全方案進(jìn)行的試驗(yàn)稱為部分部分實(shí)施試驗(yàn)實(shí)施試驗(yàn)，例如，例如正交試驗(yàn)正交試驗(yàn) 試驗(yàn)結(jié)果常用指標(biāo)的測(cè)量值試驗(yàn)結(jié)果常用指標(biāo)的測(cè)量值y y表示，測(cè)量值表示，測(cè)量值y y與指標(biāo)真值與指標(biāo)真值 之間的偏差稱為之間的偏差稱為試驗(yàn)誤差試驗(yàn)誤差，

13、簡(jiǎn)稱為，簡(jiǎn)稱為誤差誤差。試驗(yàn)誤差試驗(yàn)誤差系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差： 觀察值與真值之間發(fā)生了觀察值與真值之間發(fā)生了有一定方向有一定方向的偏離。的偏離。隨機(jī)誤差：隨機(jī)誤差： 如果觀察值與真值之間僅發(fā)生了一些如果觀察值與真值之間僅發(fā)生了一些無(wú)方向無(wú)方向的微小的偏離的微小的偏離，即這種偏離具有隨機(jī)性。，即這種偏離具有隨機(jī)性。錯(cuò)失誤差（登記性誤差）：錯(cuò)失誤差（登記性誤差）： 試驗(yàn)中由于試驗(yàn)人員粗心大意所發(fā)生的差錯(cuò)。試驗(yàn)中由于試驗(yàn)人員粗心大意所發(fā)生的差錯(cuò)。 圖圖1-1-1 系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的大小系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的大小a（） 大 的 系 統(tǒng) 誤 差b（） 小 的 系 統(tǒng) 誤 差c（） 大 的 隨 機(jī) 誤 差d

14、（） 小 的 隨 機(jī) 誤 差 準(zhǔn)確度（準(zhǔn)確度（accuracyaccuracy）：是指同一處理的觀察值（是指同一處理的觀察值（observationobservation）與其真值接近的程度，越是接近，）與其真值接近的程度，越是接近，則試驗(yàn)越準(zhǔn)確則試驗(yàn)越準(zhǔn)確 精確度（精確度（precisionprecision） ：是指同一處理的重復(fù)觀察值是指同一處理的重復(fù)觀察值間彼此接近的程度間彼此接近的程度 由于處理的真值往往不知道，因而準(zhǔn)確度不易由于處理的真值往往不知道，因而準(zhǔn)確度不易確定；而精確度在統(tǒng)計(jì)上是可以計(jì)算的當(dāng)試驗(yàn)沒(méi)確定；而精確度在統(tǒng)計(jì)上是可以計(jì)算的當(dāng)試驗(yàn)沒(méi)有系統(tǒng)誤差時(shí)，精確度與準(zhǔn)確度是一致的

15、有系統(tǒng)誤差時(shí)，精確度與準(zhǔn)確度是一致的誤差的主要來(lái)源誤差的主要來(lái)源 (1)試驗(yàn)材料固有的差異試驗(yàn)材料固有的差異 ； (2)環(huán)境條件的差異；環(huán)境條件的差異； (3)管理不一致所引起的差異；管理不一致所引起的差異； (4)觀察測(cè)定的不一致性造成的差異。觀察測(cè)定的不一致性造成的差異。 實(shí)踐中應(yīng)注意事項(xiàng)實(shí)踐中應(yīng)注意事項(xiàng) 選擇同質(zhì)一致的試驗(yàn)材料；選擇同質(zhì)一致的試驗(yàn)材料；改進(jìn)操作、管理及記載技術(shù)，使之標(biāo)準(zhǔn)化；改進(jìn)操作、管理及記載技術(shù)，使之標(biāo)準(zhǔn)化； 控制引起差異的外界主要因素；控制引起差異的外界主要因素；應(yīng)用良好的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析可起到消滅應(yīng)用良好的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析可起到消滅系統(tǒng)誤差，降低隨機(jī)

16、誤差的作用系統(tǒng)誤差，降低隨機(jī)誤差的作用三、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的三、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的1 1、盡量減少試驗(yàn)誤差；、盡量減少試驗(yàn)誤差；2 2、盡量減少試驗(yàn)次數(shù)；、盡量減少試驗(yàn)次數(shù)；3 3、便于對(duì)試驗(yàn)結(jié)果（即指標(biāo)值）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。、便于對(duì)試驗(yàn)結(jié)果（即指標(biāo)值）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 1 1、確定哪些變量對(duì)響應(yīng)變量、確定哪些變量對(duì)響應(yīng)變量y y最有影響；最有影響； 2 2、確定有影響的、確定有影響的x x設(shè)置在何處可使設(shè)置在何處可使y y幾乎總幾乎總 是接近于所希望的額定值；是接近于所希望的額定值； 3 3、確定有影響的、確定有影響的x x設(shè)置在何處可使設(shè)置在何處可使y y的變異性較?。坏淖儺愋暂^?。?4 4、確

17、定有影響的、確定有影響的x x設(shè)置在何處可使不可控制的變量設(shè)置在何處可使不可控制的變量z z1 1，z z2 2，,z zq q的效應(yīng)最小。的效應(yīng)最小。從統(tǒng)計(jì)角度來(lái)說(shuō)：從統(tǒng)計(jì)角度來(lái)說(shuō)：四、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則四、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則設(shè)計(jì)試驗(yàn)的過(guò)程，要使得收集到的數(shù)據(jù)適合于設(shè)計(jì)試驗(yàn)的過(guò)程，要使得收集到的數(shù)據(jù)適合于用統(tǒng)計(jì)方法分析，得出有效的和客觀的結(jié)論，用統(tǒng)計(jì)方法分析，得出有效的和客觀的結(jié)論，必須遵循三個(gè)基本原則（必須遵循三個(gè)基本原則（ FisherFisher 提出）。提出）。重復(fù)重復(fù)隨機(jī)化隨機(jī)化區(qū)組化區(qū)組化完全隨機(jī)化試驗(yàn)：重復(fù)完全隨機(jī)化試驗(yàn)：重復(fù)+ +隨機(jī)化隨機(jī)化隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)：重復(fù)隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)：重

18、復(fù)+ +隨機(jī)化隨機(jī)化+ +區(qū)組化區(qū)組化拉丁方試驗(yàn)：拉丁方試驗(yàn)：k k行行k k列的矩陣，每個(gè)符號(hào)在每一列列的矩陣，每個(gè)符號(hào)在每一列每一行僅出現(xiàn)一次。每一行僅出現(xiàn)一次。重復(fù)重復(fù)：一個(gè)試驗(yàn)處理在相同條件下重復(fù)進(jìn)行若干：一個(gè)試驗(yàn)處理在相同條件下重復(fù)進(jìn)行若干次試驗(yàn)。次試驗(yàn)。重復(fù)有兩個(gè)重要的性質(zhì)：重復(fù)有兩個(gè)重要的性質(zhì)：第一，允許試驗(yàn)者得到實(shí)驗(yàn)誤差的一個(gè)估計(jì)量，用第一，允許試驗(yàn)者得到實(shí)驗(yàn)誤差的一個(gè)估計(jì)量，用以確定數(shù)據(jù)的觀察差是否是統(tǒng)計(jì)上的實(shí)際差以確定數(shù)據(jù)的觀察差是否是統(tǒng)計(jì)上的實(shí)際差（估（估計(jì)誤差）計(jì)誤差）第二，如果樣本均值用作為實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)因素的效第二，如果樣本均值用作為實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)因素的效應(yīng) 的 估 計(jì)

19、 量 ， 重 復(fù) 可 以 使 這 個(gè) 估 計(jì) 量 更 為 精應(yīng) 的 估 計(jì) 量 ， 重 復(fù) 可 以 使 這 個(gè) 估 計(jì) 量 更 為 精確確（估計(jì)值更精確）（估計(jì)值更精確）隨機(jī)化隨機(jī)化：實(shí)驗(yàn)材料的分配和試驗(yàn)的進(jìn)行：實(shí)驗(yàn)材料的分配和試驗(yàn)的進(jìn)行次序都是隨機(jī)確定的。次序都是隨機(jī)確定的。統(tǒng)計(jì)方法要求觀察值（或誤差）是獨(dú)統(tǒng)計(jì)方法要求觀察值（或誤差）是獨(dú)立分布的隨機(jī)變量，隨機(jī)化能使這一假定立分布的隨機(jī)變量，隨機(jī)化能使這一假定有效。有效。當(dāng)試驗(yàn)空間的當(dāng)試驗(yàn)空間的非試驗(yàn)因素不均勻非試驗(yàn)因素不均勻，即有系統(tǒng)誤差，即有系統(tǒng)誤差時(shí)，單元分配必須運(yùn)用局部控制原理時(shí)，單元分配必須運(yùn)用局部控制原理區(qū)組化（局部控制）區(qū)組化（

20、局部控制）：將整個(gè)試驗(yàn)空間分成若干：將整個(gè)試驗(yàn)空間分成若干個(gè)各自相對(duì)均勻的局部，每一個(gè)局部稱為一個(gè)區(qū)個(gè)各自相對(duì)均勻的局部，每一個(gè)局部稱為一個(gè)區(qū)組，所有局部構(gòu)成區(qū)組因素。組，所有局部構(gòu)成區(qū)組因素。四、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟四、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出因素和水平的選擇因素和水平的選擇響應(yīng)變量的選擇響應(yīng)變量的選擇試驗(yàn)的設(shè)計(jì)的選擇試驗(yàn)的設(shè)計(jì)的選擇進(jìn)行試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析結(jié)論和建議結(jié)論和建議 試驗(yàn)設(shè)計(jì)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的一個(gè)重要分支，試驗(yàn)設(shè)計(jì)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的一個(gè)重要分支，其基本思想是由英國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家、遺傳學(xué)家、農(nóng)其基本思想是由英國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家、遺傳學(xué)家、農(nóng)學(xué)家費(fèi)歇爾提出的。他發(fā)現(xiàn)在田間試驗(yàn)的過(guò)程學(xué)家

21、費(fèi)歇爾提出的。他發(fā)現(xiàn)在田間試驗(yàn)的過(guò)程中，環(huán)境條件難于嚴(yán)格控制，隨機(jī)誤差不可忽中，環(huán)境條件難于嚴(yán)格控制，隨機(jī)誤差不可忽視，故提出對(duì)試驗(yàn)方案必須做出合理的安排，視，故提出對(duì)試驗(yàn)方案必須做出合理的安排，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)有合適的數(shù)學(xué)模型，以減輕隨機(jī)誤使試驗(yàn)數(shù)據(jù)有合適的數(shù)學(xué)模型，以減輕隨機(jī)誤差的影響，從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)論的精度和可靠度。差的影響，從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)論的精度和可靠度。三個(gè)歷史階段：三個(gè)歷史階段： 傳統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段傳統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段（約（約1920年年1950年）年）中期發(fā)展階段中期發(fā)展階段（約（約1950年年1970年）年） 現(xiàn)代試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段現(xiàn)代試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段（1970年年） 五、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的發(fā)展史五、試驗(yàn)設(shè)

22、計(jì)的發(fā)展史里程碑里程碑R.A.Fisher（18901962）我國(guó)發(fā)展情況我國(guó)發(fā)展情況傳統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段傳統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段 費(fèi)歇爾在進(jìn)行田間試驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)高產(chǎn)小麥品種遺傳費(fèi)歇爾在進(jìn)行田間試驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)高產(chǎn)小麥品種遺傳做了研究。為減少偶然因素對(duì)試驗(yàn)的影響，他對(duì)做了研究。為減少偶然因素對(duì)試驗(yàn)的影響，他對(duì)各種試驗(yàn)因各種試驗(yàn)因素的每一水平組合（即各種處理）素的每一水平組合（即各種處理）都進(jìn)行了試驗(yàn)，并通過(guò)方都進(jìn)行了試驗(yàn)，并通過(guò)方差分析評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)劣，使小麥大幅度增產(chǎn)。差分析評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)劣，使小麥大幅度增產(chǎn)。 1925年，費(fèi)歇爾在年，費(fèi)歇爾在研究工作中的統(tǒng)計(jì)方法研究工作中的統(tǒng)計(jì)方法一書中首一書中首次提出

23、了次提出了“試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)”的概念；的概念； 1935年，費(fèi)歇爾出版了著名的年，費(fèi)歇爾出版了著名的試驗(yàn)設(shè)計(jì)法（試驗(yàn)設(shè)計(jì)法（The Design of Experiment）一書；一書； 40年代前后，英、美、蘇等國(guó)家將試驗(yàn)設(shè)計(jì)逐漸應(yīng)用于年代前后，英、美、蘇等國(guó)家將試驗(yàn)設(shè)計(jì)逐漸應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域及軍工生產(chǎn)領(lǐng)域；工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域及軍工生產(chǎn)領(lǐng)域； D.J.勞尼于勞尼于40年代提出多因素試驗(yàn)的年代提出多因素試驗(yàn)的部分實(shí)施方法部分實(shí)施方法。中期發(fā)展階段中期發(fā)展階段 40年代末、年代末、50年代初，以田口玄一博士為代表的日本電訊研究年代初，以田口玄一博士為代表的日本電訊研究所的研究人員在研究電話通訊設(shè)備質(zhì)量

24、時(shí)從英、美引進(jìn)了試驗(yàn)設(shè)所的研究人員在研究電話通訊設(shè)備質(zhì)量時(shí)從英、美引進(jìn)了試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)。他們發(fā)現(xiàn)，析因設(shè)計(jì)和拉丁方設(shè)計(jì)等在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中計(jì)技術(shù)。他們發(fā)現(xiàn)，析因設(shè)計(jì)和拉丁方設(shè)計(jì)等在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中都受到限制，于是提出了用正交表安排分析試驗(yàn)的都受到限制，于是提出了用正交表安排分析試驗(yàn)的“正交試驗(yàn)設(shè)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法計(jì)法”。GenichiGenichi Taguchi Taguchi（1924-1924- ） 50年代初，創(chuàng)立了年代初，創(chuàng)立了“回歸試驗(yàn)設(shè)計(jì)法回歸試驗(yàn)設(shè)計(jì)法”； 1957年，田口玄一提出了年，田口玄一提出了“信噪比（信噪比（S/N）試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)”； 1959年，美國(guó)年，美國(guó)G.E.博克斯和

25、博克斯和J.S.亨特爾提出亨特爾提出了調(diào)優(yōu)操作（了調(diào)優(yōu)操作（EVOP），也稱為調(diào)優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)法。），也稱為調(diào)優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 1952年，在日本東海電報(bào)公司，運(yùn)用年，在日本東海電報(bào)公司，運(yùn)用L27 （313)正交表進(jìn)正交表進(jìn)行試驗(yàn)取得成功之后，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法在日本的工業(yè)生產(chǎn)行試驗(yàn)取得成功之后，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法在日本的工業(yè)生產(chǎn)中得到迅速推廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，推廣正交試驗(yàn)的頭十年，試驗(yàn)中得到迅速推廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，推廣正交試驗(yàn)的頭十年，試驗(yàn)項(xiàng)目超過(guò)項(xiàng)目超過(guò)100萬(wàn)項(xiàng)，其中三分之一的項(xiàng)目效果顯著，獲得萬(wàn)項(xiàng)，其中三分之一的項(xiàng)目效果顯著，獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益。例如，電訊所的產(chǎn)品極大的經(jīng)濟(jì)效益。例如，電訊所的產(chǎn)品-線形彈簧繼電

26、器，線形彈簧繼電器，利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)幾十個(gè)特征值和兩千多個(gè)試驗(yàn)變量利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)幾十個(gè)特征值和兩千多個(gè)試驗(yàn)變量進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)7年的努力研制成功。該產(chǎn)品其成本僅幾年的努力研制成功。該產(chǎn)品其成本僅幾美元，研究費(fèi)用卻用了幾百萬(wàn)美元，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)美元，研究費(fèi)用卻用了幾百萬(wàn)美元，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)幾十億美元，同時(shí)擠垮了美國(guó)西方電器公司。幾十億美元，同時(shí)擠垮了美國(guó)西方電器公司?，F(xiàn)代試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段現(xiàn)代試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段 1978年，田口玄一提出了年，田口玄一提出了“產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)”（系統(tǒng)設(shè)計(jì)、（系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)和容差設(shè)計(jì)），達(dá)到盡可能使用價(jià)格低廉的元件或參數(shù)設(shè)計(jì)和容差設(shè)計(jì)）

27、，達(dá)到盡可能使用價(jià)格低廉的元件或器件來(lái)代替價(jià)格貴重的元器件，通過(guò)相得益彰的搭配組成整器件來(lái)代替價(jià)格貴重的元器件，通過(guò)相得益彰的搭配組成整機(jī)產(chǎn)品的目的。機(jī)產(chǎn)品的目的。 “信噪比（信噪比（S/N）試驗(yàn)設(shè)計(jì)）試驗(yàn)設(shè)計(jì)”和和 “產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)”把正交設(shè)把正交設(shè)計(jì)、方差分析與產(chǎn)品的質(zhì)量、價(jià)格相聯(lián)系，開(kāi)辟了更為重要、計(jì)、方差分析與產(chǎn)品的質(zhì)量、價(jià)格相聯(lián)系，開(kāi)辟了更為重要、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。二戰(zhàn)后日本經(jīng)濟(jì)迅廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。二戰(zhàn)后日本經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的原因之一就是在工業(yè)領(lǐng)域普遍推廣和應(yīng)用正交試驗(yàn)速發(fā)展的原因之一就是在工業(yè)領(lǐng)域普遍推廣和應(yīng)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)，因

28、此在日本把正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)稱為設(shè)計(jì)和產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)，因此在日本把正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)稱為“國(guó)寶國(guó)寶”，是日本工程師們的共同語(yǔ)言的一部分。，是日本工程師們的共同語(yǔ)言的一部分?，F(xiàn)代試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段現(xiàn)代試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段1978年，七機(jī)部由于導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的要求，提出了一個(gè)年，七機(jī)部由于導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的要求，提出了一個(gè)五因素的試驗(yàn)，希望每個(gè)因素的水平數(shù)要多于五因素的試驗(yàn)，希望每個(gè)因素的水平數(shù)要多于10，而，而試驗(yàn)總數(shù)又不超過(guò)試驗(yàn)總數(shù)又不超過(guò)50，優(yōu)選法（最優(yōu)化方法）優(yōu)選法（最優(yōu)化方法）和和正交正交設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)都不能用。隨后，方開(kāi)泰教授（中國(guó)科學(xué)院應(yīng)用都不能用。隨后，方開(kāi)泰教授（中國(guó)科學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所）和王元院士提出數(shù)學(xué)研究所）和

29、王元院士提出 “均勻設(shè)計(jì)均勻設(shè)計(jì)”法，在導(dǎo)法，在導(dǎo)彈設(shè)計(jì)中取得了成效。彈設(shè)計(jì)中取得了成效。 80年代開(kāi)始，田口提出走質(zhì)量工程學(xué)的道路，編著年代開(kāi)始，田口提出走質(zhì)量工程學(xué)的道路，編著了了質(zhì)量工程學(xué)質(zhì)量工程學(xué)叢書，將質(zhì)量管理、質(zhì)量控制與試叢書，將質(zhì)量管理、質(zhì)量控制與試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，使試驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)展到了一個(gè)新的水平。驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，使試驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)展到了一個(gè)新的水平。 1983年，美國(guó)成立了專門的機(jī)構(gòu)年，美國(guó)成立了專門的機(jī)構(gòu)AST旨在推廣田口旨在推廣田口方法，例如貝爾公司的集成電路，成品率很低，不到方法，例如貝爾公司的集成電路，成品率很低，不到20%，用正交表安排設(shè)計(jì)后，使成品率達(dá)到，用正交表安排設(shè)計(jì)后，使成品率達(dá)到80%。方開(kāi)泰方開(kāi)泰 王元王元 （1930-） 費(fèi)歇爾創(chuàng)立了早期、