三因素三水平正交表极差分析表
三水平三因素正交试验设计
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正交试验设计法探究银镜 反应的反应条件
常用的三个水平三个因素与三水平四因素的正交表一样 都是L9(34)正交表。
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正交表
简 正介交：表的正代交号表是，一n为整试套验规的则次的数设，计t表为格水，平L数n(，tcc)为用列L数为， 也 表就示是需可作能9次安实排验最，多最的多因可素观个察数4。个例因如素正，交每表个L因9(素34均)，为它3 水平。一个正交表中也可以各列的水平数不相等，我们 称 列它为为4水混平合，型4正列交为表2水，平如。L8(4× 24)，此表的5列中，有1
Bent-Ca-OH 脱水率X （%）
1
1
1（10.5）
1（10）
1(1.5)
5.872
5.232
10.90
2
1
2（14）
2(12)
2(2.0)
7.747
6.834
11.79
3
1
3(17.5)
3(14)
3(2.5)
7.861
7.022
10.67
4
2
1（10.5）
2（12）
3（2.5）
7.270
6.456
11.20
5
2
2（14）
3（14） 1（1.5）
7.880
7.011
11.03
6
2
3（17.5）
1（10）
常用三水平三因素正交试验设计
正交表
正交表是一整套规则的设计表格，Ln(tc)用 L为正 交表的代号，n为试验的次数，t为水平数，c为列数， 也就是可能安排最多的因素个数。
例如正交表L9(34)，它表示需作9次实验，最多可 观察4个因素，每个因素均为3水平。一个正交表中 也可以各列的水平数不相等，我们称它为混合型正交 表，如L8(4×24)，此表的5列中，有1列为4水平，4 列为2水平。
9
3 3(17.5) 2(12) 1(1.5) 6.668 5.909 11.38
脱水率X(%) 脱水率X(%)
12.5 12
11.5 11
10.5 10 9.5 9 8.5 8 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 水土比L/S(ml•g-1)
12.5
12
11.5
11
10.5
10 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 Cao用量(g)
正交试验设计 Orthogonal experimental design
例如作一个三因素三水平的实验，按全面实验要求，须 进行3 × 3 = 27种组合的实验，且尚未考虑每一组合的重 复数。若按L9(34)正交表安排实验，只需作9次，按L16(45) 正交表进行16次实验，显然大大减少了工作量。
水土比L/S对脱水材料脱水率影响
CaO与活性白土配比对脱水材料脱水率影响
正交表数据分析
K1 11.17 11.01 11.10
K2 11.15 11.46 11.57
K3 11.83 11.04 10.83
Rபைடு நூலகம்
0.68 0.45 0.74
正交实验设计的基本方法
示例
在用乙醇溶液提取葛根中有效成分的试验中，为了提 高葛根中有效成分的提取期探索性试验，决定选取3个 相对重要的因素，乙醇浓度、液固比（乙醇溶液与葛 根质量之比）和提取剂回流次数进行正交试验，因素 水平表如下：
试验方案及实验结果
综合平衡分析依据的原则：
1. 对于某个因素，可能对某个指标是主要因素，但对另外的 指标则可能是次要因素，那么在确定该因素的优水平时， 应首先选取作为主要因素时的优水平；
表头设计 列号
试验号
1 2
… n
K1j K2j
…
Kmj K1j2 K2j2
…
Kmj2 SSj
表1 Ln（mk）正交表及计算表格
A
B
…
…
1
2
…
k
试验数据
xi
xi2
1
…
…
1
…
…
…
…
…
m
…
…
K11
K12
…
K21
K22
…
…
…
…
Km1
Km2
…
K112
K122
…
K212
K222
…
…
…
Km12
Km22
…
SS1
SS2
欢迎学习
实验设计与数据 处理
第三节 多因素正交实验设计
一、正交实验设计的基本原理
（一）正交表
正交表，是依据数学原理，从大量 的全面试验点中，为挑选少量具有 代表性的试验点，所制成的排列整 齐的规范化表格 。
正交表符号的含义
（三）正交性原理
正交性原理是设计正交表的科学依据， 主要表现为均衡搭配性。
正交实验设计及结果分析
正交试验设计对于单因素或两因素试验，因其因素少，试验的设计、实施与分析都比较简单。
但在实际工作中，常常需要同时考察3个或3个以上的试验因素，若进行全面试验，则试验的规模将很大，往往因试验条件的限制而难于实施。
正交试验设计就是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率试验设计方法。
1正交试验设计的概念及原理1.1正交试验设计的基本概念正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。
它是由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验的，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找岀最优的水平组合。
例如：设计一个三因素、3水平的试验A因素，设A、A?> As3个水平；B因素，设B、B2、Bs3个水平；C因素，设G、G、G 3个水平，各因素的水平之间全部可能组合有27种。
全面试验：可以分析各因素的效应，交互作用，也可选岀最优水平组合。
但全面试验包含的水平组合数较多（图示的27个节点），工作量大，在有些情况下无法完成。
若试验的主要目的是寻求最优水平组合，则可利用正交表来设计安排试验。
全面试验法示意图三因素、三水平全面试验方案卫具e8G正交试验设计的基本特点是：用部分试验来代替全面试验，通过对部分试验结果的分析，了解全面试验的情况。
正因为正交试验是用部分试验来代替全面试验的，它不可能像全面试验那样对各因素效应、交互作用一一分析；当交互作用存在时，有可能岀现交互作用的混杂。
虽然正交试验设计有上述不足，但它能通过部分试验找到最优水平组合，因而很受实际工作者青睐。
如对于上述3因素3水平试验，若不考虑交互作用，可利用正交表1_9（34）安排，试验方案仅包含9个水平组合，就能反映试验方案包含27个水平组合的全面试验的情况，找出最佳的生产条件1.2正交试验设计的基本原理正交设计就是从选优区全面试验点（水平组合）中挑选出有代表性的部分试验点（水平组合）来进行试验。
上图中标有试验号的九个“（・）”就是利用正交表L（34）从27个试验点中挑选出来的9个试验点。
正交试验设计的极差分析
正交试验设计的极差分析(共25页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-第7章 正交试验设计的极差分析正交试验设计和分析方法大致分为二种：一种是极差分析法(又称直观分析法),另一种是方差分析法(又称统计分析法)。
本章介绍极差分析法，它简单易懂，实用性强，在工农业生产中广泛应用。
单指标正交试验设计及其极差分析极差分析法简称R 法。
它包括计算和判断两个步骤，其内容如图7-1所示。
图7-1 R 法示意图图中，K jm 为第j 列因素m 水平所对应的试验指标和，K jm 为K jm 的平均值。
由K jm 的大小可以判断j 因素的优水平和各因素的水平组合，即最优组合。
R j 为第j 列因素的极差，即第j 列因素各水平下平均指标值的最大值与最小值之差：R j =max(jm j j K K K ,,,21 )-min(jm j j K K K ,,,21 )R j反映了第j列因素的水平变动时，试验指标的变动幅度。
R j 越大，说明该因素对试验指标的影响越大，因此也就越重要。
于是依据R j的大小，就可以判断因素的主次。
极差分析法的计算与判断，可直接在试验结果分析表上进行，现以例６-２来说明单指标正交试验结果的极差分析方法。
一、确定因素的优水平和最优水平组合例6-2 为提高山楂原料的利用率，某研究组研究了酶法液化工艺制造山楂精汁。
拟通过正交试验寻找酶法液化工艺的最佳工艺条件。
在例６-２中，不考虑因素间的交互作用（因例６-２是四因素三水平试验，故选用L9(34)正交表），表头设计如表６-５所示，试验方案则示于表６-６中。
试验结果的极差分析过程，如表７-１所示.表6-4 因素水平表酶解温度(C)C表6-6 试验方案及结果试验指标为液化率，用y i表示，列于表６-６和表７-１的最后一列。
表7-1 试验方案及结果分析=计算示例：因素A 的第１水平A 1所对应的试验指标之和及其平均值分别为：K A1=y 1+y 2+y 3=0+17+24=41，=1A K 31K A1=同理，对因素A 的第２水平A 2和第３水平A 3，有K A2=y 4+y 5+y 6=12+47+28=87，=2A K 31K A2=29K A3=y 7+y 8+y 9=1+18+42=61，=3A K 31K A3=由表７-１或表６-６可以看出，考察因素A 进行的三组试验中（A 1,A 2,A 3），B 、C 、D 各水平都只出现了一次，且由于B 、C 、D 间无交互作用，所以B 、C 、D 因素的各水平的不同组合对试验指标无影响，因此，对A 1、A 2和A 3来说，三组试验的试验条件是完全一样的。
正交实验结果如何进行数据分析
正交实验如何数据分析我们把在试验中考察的有关影响试验指标的条件称为因素（也叫因子），把在试验中准备考察的各种因索的不同状态 (或配方 )称为水平。
在研究比较复杂的工程问题中，往往都包含着多个因素，而且每个因素要取多个水平。
对于包含五个因素、五个水平的工程项目，理论计算必须进行55＝ 3125 次试验。
显然，所需要的试验次数太多了，工作量太大。
实践告诉我们，合理安排试验和科学分析试验，是试验工作成败的关键。
试验方案设计的好，试验次数就少，周期也短，这样不仅节省了大量人力、物力、财力和时间，而且可以得到理想的结果。
相反，如果试验设计安排的不好，即使进行了很多次试验，浪费了大量材料、人力和时间，也不一定能够得到预期的结果。
正交试验法，就是在多因素优化试验中，利用数理统计学与正交性原理，从大量的试验点中挑选有代表性和典型性的试验点，应用“正交表”科学合理地安排试验，从而用尽量少的试验得到最优的试验结果的一种试验设计方法。
正交试验法也叫正交试验设计法，它是用“正交表” 来安排和分析多因素问题试验的一种数理统计方法。
这种方法的优点是试验次数少，效果好，方法筒单，使用方便，效率高。
由于试验次数大大减少，使得试验数据处理非常重要。
我们可以从所有的试验数据中找到最优的一个数据，当然，这个数据肯定不是最佳匹配数据，但是肯定是最接近最佳的了。
用正交表安排的试验具有均衡分散和整齐可比的特点。
均衡分散，是指用正交表挑选出来的各因素和各水平组合在全部水平组合中的分布是均衡的。
整齐可比是说每一因素的各水平间具有可比性。
最简单的正交表 L 4(23) 如表 -1 所示。
表-1水列号1 2 3实平验号1 1 1 12 1 2 23 2 1 24 2 2 1记号 L4(23)的含意如下：“ L”代表正交表；L 下角的数字“ 4”表示有 4 横行 (简称为行 )，即要做四次试验；括号内的指数“ 3”表示有3 纵列 (简称为列 )，即最多允许安排的因素个数是 3 个；括号内的数“ 2”表示表的主要部分只有2 种数字，即因素有两种水平l 与 2，称之为l水平与 2 水平。
三水平三因素正交试验设计
5.872 7.747 7.861 7.270 7.880 6.662 8.053 6.405 6.668
5.232 6.834 7.022 6.456 7.011 5.896 7.134 5.725 5.909
10.90 11.79 10.67 11.20 11.03 11.50 11.41 10.62 11.38 LOGO
K2
11.15
11.46
11.57
K3
11.83
11.04
10.83
R
0.68
0.45
0.74
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Example2正交试验设计优化碱性钙基膨润土
的改性条件
设置三水平三因素正交试验
因素 水平 1 2 3
A水土比 ( ml· g-1) 1.5:1 2:1 2.5:1
B 反应时 间(h) 10 12 14
C CaO/活性白土质量比 (g· g-1) 0.3:1 0.4:1 0.5:1
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kI,k2,k3为其平均值， R为极差
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结果分析： 直接比较表2可知在这9个实验结果中，以实验5产生的银镜效果最好， 其水平组合为A2,B2,C3，分别是各因素中影响最大的水平。 由图可以看出本实验各因素组合中的最优组合为A2,B2,C3， 而通过R值的大小可以看出本实验因素存在显著性顺序，其主 次关系为C>A>B． 即影响银镜反应的因素最主要的是乙醛的浓度， 其次是温度、硝酸银的浓度。 结果与讨论 通过利用正交试验法得出的用乙醛作为还原剂做银镜反应时， 对实验影响最大的因素是乙醛的浓度。实验的最佳条件是 用水浴加热到80℃ ，2％的硝酸银溶液，使用40％的乙醛溶液。
第七章_极差分析
第一节 单指标正交试验设计及极差分析
本例得出的最优工艺条件， 本例得出的最优工艺条件，只有在试验所 考虑的范围内才有意义，超出了这个范围， 考虑的范围内才有意义 ， 超出了这个范围， 情况可能发生变化。欲扩大适用范围， 情况可能发生变化 。欲扩大适用范围 ， 必须 再进行扩大范围的试验， 再进行扩大范围的试验 ， 能否扩大其适用范 围应有再次试验结果分析决定。 围应有再次试验结果分析决定 。 如试验只使 用了一种果胶酶，如果改用其它果胶酶， 用了一种果胶酶 ， 如果改用其它果胶酶 ，本 例所找出的最优条件就不一定是最优条件， 例所找出的最优条件就不一定是最优条件， 就需要再次试验。 就需要再次试验。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1
K2 K3
K1
K2
优水平 Rj
主次顺序
K3
A 1（10） 1（10） 1（10） 2（50） 2（50） 2（50） 3（90） 3（90） 3（90） 41 87 61 13.7 29.0 20.3 A2 15.3
B C 1（1） 1（20） 2（4） 2（35） 3（7） 3（50） 1（1） 2（35） 2（4） 3（50） 3（7） 1（20） 1（1） 3（50） 2（4） 1（20） 3（7） 2（35） 13 46 82 71 94 72 4.3 15.3 27.3 23.7 31.3 24.0 B3 C3 27.0 8.7 BADC
第七章 正交试验设计的极差分析
极差分析法又称直观分析法， 极差分析法又称直观分析法，它具有计 算简单、直观形象、简单易懂等优点， 算简单、直观形象、简单易懂等优点，是正 交试验结果分析最常用的方法。 交试验结果分析最常用的方法。
第一节 单指标正交试验设计及极差分析