正交实验论文分析

试验设计作业1
在文献库里面搜索有关于“正交设计”的文献的时候，发现了很多相关的文献。

正交设计作为一种比较先进的实验设计方法，在各个领域得到了广泛的应用。

尤其在生物医学，物理机械实验方面，应用正交设计的案例不胜枚举。

通过参考大量文献，我选取了两篇作为分析。

1. 《正交设计法优选穿山龙总皂苷的超声提取工艺》
概述：生物医学类中间关于正交设计的文献，我选取了刘胜利，黄礼德，郭立强，黄锁义发表在2011年2月《中国现代应用药学》杂志上的论文：《正交设计法优选穿山龙总皂苷的超声提取工艺》。

此论文将一种药物提取新工艺与统计学方法结合起来，具有较强的应用价值。

背景介绍：穿山龙为中国药典2010年版收录药材，具有活血化瘀等较为实用的药效。

而现代药理研究证明，其总皂苷类成分具有调节免疫、改善心血管功能、祛痰、抗肿瘤、抗炎镇痛等多种药理作用。

因而确定提取总皂苷的合理化工艺能为工业化生产该类药物提供技术支持。

传统的提取总皂苷的方法工艺复杂，时间长，强度大，且提取效果不理想。

而通过超声技术可加速植物材料中的有效成分进入溶剂，从而增加有效成分的提取率，缩短提取时间，并且还可避免高温对提取成分的影响。

本试验采用以水饱和正丁醇为提取剂浸泡和超声同时进行提取，并用正交试验设计方法对穿山龙总皂苷的超声提取工艺进行优化，确定其最佳工艺参数
实验设计：
○1变量选定
本实验以料液比（变量A表示）、提取温度/℃（变量B表示）、超声功率/W（变量C 表示），一共三个自变量。

因变量为总皂苷得率。

○2变量取值范围选取。

通过多组控制单一变量的预实验，得出最终进行实验设计时变量的合适取值。

表1 料液比对皂苷含量的影响
表2 提取温度对皂苷含量的影响
表3 超声功率对皂苷含量的影响
进行正交实验
原文给出的正交设计实验运行如下：
原文将空白组作为误差项放在因素B和因素C之间，虽然不影响结果的正确性，但是对结果的直观化有一定的影响，所以建议把空白组放在C之后
对极差分析来看，影响总皂苷得率的主次因素为因素B>因素C>因素A，即提取温度>超声波功率>料液比。

其中料液比的极差仅为0.08，远远小于提取温度因素和超声波因素功率因素的极差值，与空白组的极差值计较接近，所以对其显著性水平存有疑虑。

然后我在spss上对此数据进行了检验，结果如下表：
对显著性水平设定在0.05，得出的结果为因素A显著性不强，不能通过显著性检验。

B
因素和C因素通过显著性检验。

自己运行的spss结果与原文给出的结果相符。

原文结论：考虑到在正交试验中理论最佳条件与实际最佳条件均为A1B3C3(即3 号试验)，正交试验得出的结果是可靠的且工艺稳定可行，得出最佳超声提取工艺为：料液比1∶30，超声温度70 ℃，超声功率180 W。

评价：1.经过验算，自己spss输出结果与原文相符。

说明原文数据检验结果可信。

2.对于因素A，即料液比对总皂苷提取率不显著，原文没有做相应说明。

而自己对前文中料液比进行相关性检验，其p值也无法支持料液比对总皂苷提取率具有统计意义上相关的
结论。

附：检验结果
原文并没有对此有相关分析，严谨性有待加强。

3.预实验尺度选择不全。

比如提取温度，预实验只进行到70度，我们可以看到70度仍然处于较高位置水平上，所以这时候可以考虑增加80度的情况。

同理，对于超声功率，应该考虑增加220W的情况。

4.对于出现情况考虑不够。

在提取温度的预实验中，我们可以发现，预实验中提取温度为40度时，可以得到较高水平的结果。

在超声功率的预实验中，超声功率为120W时候，也可以得到较高水平的结果。

而正交实验均未涉及到这几个数据，也没有对此进行实验。

建议对预实验出现的较高水平结果的因变量取值，全部进行进一步的实验，以确定在此取值上是否能得到更好的效果。

2.《煤矸石混凝土耐久性的正交试验研究》
概述：机械工程中间关于正交设计的文献，我选取了郭金敏，朱伶俐发表在2011年8月《辽宁工程技术大学学报》上的论文：《煤矸石混凝土耐久性的正交试验研究》。

该论文通过正交实验探究了煤矸石在建筑大宗材料中的应用，以及以煤矸石替代碎石、粉煤灰，矿渣替代水泥配制煤矸石混凝土的新方法。

背景介绍：平顶山矿区煤炭资源丰富，在50多年的开采过程中伴随煤矿开采产生了大量的煤矸石，其堆放不仅占用了大量的农田，而且严重污染了周边环境，能否研究开辟煤矸石在建筑大宗材料中的应用空间，具有很好的生态意义和经济价值。

国内外在煤矸石治理和综合利用方面开展了大量的研究工作，本文以煤矸石替代部分碎石、粉煤灰，矿渣替
代部分水泥配制煤矸石混凝土。

在混凝土中掺入部分煤矸石，一方面会提高混凝土的抗渗性和耐久性，另一方面，又可以废物利用。

本文研究了煤矸石混凝土的耐久性能，确定了其最佳配合比。

实验设计：
○1.变量选定
选定了三个自变量，分别是煤矸石替代碎石百分率（因素A），粉煤灰替代水泥百分率（因素B），矿渣替代水泥百分率（因素C）
因变量有2个，分别是硫酸盐侵蚀后抗压强度的损失和冻融后弹性模量的损失
○2变量水平选取
在变量水平选取上，作者选择了3个水平。

原文给出的选取情况如下：
实验结果：
煤矸石混凝土耐久性试验结果
（注：从上往下对应的因素分别是因素A，因素B，因素C，空白列）
（注：从上往下对应的因素分别时因素A，因素B，因素C）
实验结果分析：
可以看到，硫酸盐侵蚀后抗压强度的损失，因素A和因素C的极差均比空白列小，而因
素B极差与空白列相差也不大，对于各个的显著性水平存在怀疑。

而冻融后弹性模量的损失量分析来看，其各个因素的极差更小，所以对其各个因素的
显著性水平存在怀疑。

原文结论：
利用正交设计综合平衡分析法对煤矸石混凝土的耐久性进行了研究，从而确立最优的煤矸石混凝土配合比：煤矸石替代碎石量为35%，粉煤灰替代水泥量为20%，矿渣替代水泥量为10%。

评价：
1.作者没有对显著性水平进行检验，仅仅是对得出的实验结果最好情况进行了机理分析，但是没有进行统计意义上的显著性水平分析。

我用spss对其各个因素的显著性水平进行了分析：
因变量为冻融后弹性模量损失量：
可以看出，不管因变量是哪一种，所有因素，在显著性水平为0.1的条件下，均没有通过显著性检验。

即自变量对因变量在统计意义上没有显著性。

而作者没有进行显著性水平检验，也没有对此进行说明，这对于结果的可信性存在重大影响，实验的质量控制存在重大缺陷，学术的严谨性严重缺乏，需要作重大改进。

2.没有进行预实验
作者自变量选取了几个数值，而这几个数值的选取过程并没有相应的预实验，即没有相应的数据支持。

作者也没有进行选取这几个数值的原因说明。

3.鉴于实验结果没有通过显著性检验，所以对于此实验结果不做更进一步的分析。

虽然作者在机理的层面对实验结果进行了一定的解释和分析，但是在统计意义上，这篇论文进行的实验可以说是失败的。