实验设计DOE部分因子设计实验(2K设计)培训课件讲义
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DOE(试验设计)培训课件
医学领域试验设计案例分析
试验设计规范
医学领域的试验设计必须符合严格的伦理和法律规定，同时需要遵循科学的原则 和方法。本课件会介绍医学领域试验设计的规范和原则，包括人体实验的特殊要 求。
试验设计应用
医学领域的试验设计应用非常广泛，例如新药的开发和疗效比较、医疗器械的性 能检测等。本课件会通过实际案例来说明这些试验设计的具体应用和操作流程。
• 确定研究目的和问题 • 制定试验方案 • 选择合适的试验方法和材料 • 制定详细的试验计划和操作规程 • 进行试验并收集数据 • 分析数据并得出结论 • 撰写试验报告或论文
02
试验设计基本原则
科学性原则
试验设计需具备科学性，要能够反映出研究问题的本质和 规律。
科学性原则要求试验设计必须有明确的研究目的、研究对 象、研究方法和数据分析方法。
详细描述
将试验分为若干个阶段，每个阶段中包含不同的因素。在每个阶段中，将试验单元按照某种规则分为 若干个裂区，每个裂区内包含相同数量的试验单元。在每个裂区内选择一个试验单元进行试验，记录 其结果。该方法能够有效地控制误差，并能够研究不同因素之间的交互作用。
均匀设计
总结词
一种适用于多因素、多水平的试验设计方法。
试验设计包括了一系列的方法和技术，如随机化、重复性、 误差控制等。
试验设计的作用
1
试验设计可以帮助研究者明确研究目的、问题 和假设，并制定合理的试验方案。
2
试验设计可以有效地控制误差和变异，提高研 究的可靠性和准确性。
3
试验设计可以帮助研究者发现新的问题和现象 ，推动科学的进步和发展。
试验设计的流程
随机区组设计
总结词
一种常用的试验设计方法，适用于具有同一性质或同一类别的试验单元。
DOE(试验设计)培训课件
随机性
确保每个试验单元被选 中的机会相同。
重复性
相同条件下进
试验结果能够反映实际 情况，具有实际意义。
可操作性
试验过程易于实施和控 制。
03
试验设计方法
完全随机设计
总结词
完全随机设计是一种简单易行的试验设计方法，适用于处理单个因素或多个因 素对试验结果的影响。
THANKS
谢谢您的观看
佳条件以达到预期的结果。
DOE旨在提高实验效率和降低 成本，同时减少实验次数和缩短
研发周期。
DOE的目的和意义
确定关键因素和最佳条件
通过DOE，可以确定对产品或过程性 能有显著影响的因素，并确定最佳条 件以获得最佳性能。
提高产品或过程性能
降低成本和减少变异
DOE有助于减少实验次数和缩短研发 周期，从而降低成本。此外，它还可 以减少产品或过程中的变异，提高可 重复性和可靠性。
性和完整性。
06
实际应用案例分析
案例一：提高某产品的良品率
总结词
通过DOE方法，提高产品良品率
详细描述
针对某产品良品率低的问题，采用 DOE方法进行试验设计，通过调整工 艺参数、优化原料配方等手段，提高 产品良品率，降低生产成本。
案例二：优化某生产过程的工艺参数
总结词
通过DOE方法，优化生产过程工艺参数
JMP
强大的统计分析功能和可视化工具
VS
JMP是SAS公司开发的一款强大的统 计分析软件，它提供了丰富的统计方 法和可视化工具，可以帮助用户进行 各种复杂的数据分析和试验设计。 JMP具有直观的用户界面和易于使用 的操作方式，使得用户可以轻松地进 行数据处理和分析。同时，JMP还支 持多种数据格式，可以与其他软件进 行数据交换和共享。
《doe试验设计讲义》课件
ABCD
Hale Waihona Puke 重复性原则在相同条件下进行多次试验，以提高结果的稳定 性和可靠性。
盲法原则
在试验过程中，尽量减少人为因素对试验结果的 影响，保证结果的客观性和准确性。
02
试验设计的基本方法
完全随机化设计
总结词
将试验单位随机分配到不同处理组，每个处理组有相同数量的试验单位。
详细描述
完全随机化设计是一种简单而常用的试验设计方法，其基本思想是将试验单位随机分配到不同的处理 组中，每个处理组有相同数量的试验单位。这种方法适用于处理组数较少且试验单位之间差异较小的 试验。
提高研究效率
科学的试验设计能够提高研究的效率，减少 不必要的浪费和重复。
保证研究质量
合理的试验设计能够保证研究的质量，减少 误差和偏见对结果的影响。
试验设计的基本原则
随机性原则
确保每个样本都有同等的机会被选中，避免主观 偏见对试验结果的影响。
对照原则
设置对照组，以排除其他因素的干扰，明确研究 因素的作用。
05
试验设计的发展趋势和 展望
基于计算机的试验设计
自动化试验
利用计算机技术实现试验过程的自动化，提高 试验效率。
模拟与仿真
通过计算机模拟和仿真试验，减少实际试验的 次数和成本。
数据处理与统计分析
利用计算机进行数据处理、统计分析和可视化，提高数据利用效率和准确性。
基于人工智能的试验设计
1 2
机器学习与优化算法
通过试验设计，探索农业可持续发展的路径和 方法，推动农业绿色发展，保护生态环境。
案例二：医学研究
总结词
验证新药的有效性和安全性
详细描述
通过试验设计，对新药的有效性和安全性进行 验证，为新药的研发和应用提供科学依据。
实验设计DOE部分因子设计实验(2K设计)培训课件讲义
组分与Y的关系
寻找因子的 最佳条件组合 设定因子的 最佳条件
5
作用
区分主效应
效果
主效应和
低
部分交互作用
所有主效应和 交互作用
现在工序 知识状态
(线性效果）
高 组分/工艺条件 的优化
设计或工序 参数优化
反应变量的 预测模型 (曲线效果）
1.3. 部分因子设计和全因子设计关系
由于资源限制，如：成本/时间等，需要减少试验次数，对以下问题是否可行要做 出选择：
15
1.4. 部分因子设计— 混杂 分辨度
R Ⅲ级
Ⅳ级
分辨度的含义
各主效应间没有混杂，但某些主效应可能与某些二阶交互 效应相混杂 各主效应间没有混杂，各主效应与二阶交互效应间也没有 混杂，但主效应可能与某些三阶交互效应相混杂，某些二 阶交互效应可能与其它二阶交互效应相混杂
Ⅴ级
某些主效应可能与某些四阶交互效应相混杂，但不会与三 阶或更低阶交互效应相混杂；某些二阶交互效应可能与三 阶交互效应相混杂，但各二阶交互效应之间没有混杂
6
1.3. 部分因子设计和全因子设计关系
全因子设计试验次数
因
2水平试验
3水平试验
子
次数
次数
数
1
2次
3次
2
4次
9次
3
8次
27次
4
16次
81次
5
32次
243次
6
64次
729次
7
128次
2187次
8
256次
……
9
512次
……
10
1024次
……
4水平试验 次数
DOE(试验设计)培训课件
详细说明如何使用DOE软件工具进行实验设计 、数据采集、数据分析和模型构建等。
介绍DOE软件工具中各种选项和参数的意义及 设置方法，例如实验设计类型、因子和水平设 置等。
DOE软件工具的应用案例
通过实际案例介绍如何使用DOE软件工具进行实验 设计和数据分析。
通过案例展示DOE软件工具在工业生产、新产品研 发等领域的应用。
DOE基本原则
随机化原则
试验设计应遵循随机化原则，以避 免潜在的人为偏见和系统误差。
重复性原则
为提高试验结果的可靠性和精确度 ，应尽可能遵循重复性原则，即在 相同条件下多次进行试验。
对照原则
通过设置对照组，可以更好地评估 试验组中目标变量与影响因素之间 的关系。
简约性原则
在满足试验目的的前提下，应尽可 能采用简约的试验设计，以降低试 验成本和时间。
设计实验方案
采用正交表进行实验设计，选择了三因素三水平的正交 表，设计了九组实验方案，每组方案重复五次。
实施实验并收集数据
按照设计的实验方案进行实验，并收集了三十组实验数 据。
分析数据并得出结论
对收集的实验数据进行统计分析，发现生产温度对产品 质量影响最大，其次是生产压力，最后是生产时间
06
DOE软件工具介绍与操作指南
试验设计的基本原则
试验设计需要遵循随机化、重复性和对照等基本原则。
试验设计在生产中的应用
试验设计可以应用于生产过程中，通过优化生产工艺和参数，提高产品质量和生产效率。
试验设计在研发中的应用
试验设计可以应用于产品研发过程中，通过科学筛选和优化设计方案，降低产品成本和提高性能。
DOE与六西格玛的关系
DOE的基本概念
设计实验方案
采用正交表进行实验设计，选择了三因素三水平的正交表 ，设计了九组实验方案，每组方案重复三次。
介绍DOE软件工具中各种选项和参数的意义及 设置方法，例如实验设计类型、因子和水平设 置等。
DOE软件工具的应用案例
通过实际案例介绍如何使用DOE软件工具进行实验 设计和数据分析。
通过案例展示DOE软件工具在工业生产、新产品研 发等领域的应用。
DOE基本原则
随机化原则
试验设计应遵循随机化原则，以避 免潜在的人为偏见和系统误差。
重复性原则
为提高试验结果的可靠性和精确度 ，应尽可能遵循重复性原则，即在 相同条件下多次进行试验。
对照原则
通过设置对照组，可以更好地评估 试验组中目标变量与影响因素之间 的关系。
简约性原则
在满足试验目的的前提下，应尽可 能采用简约的试验设计，以降低试 验成本和时间。
设计实验方案
采用正交表进行实验设计，选择了三因素三水平的正交 表，设计了九组实验方案，每组方案重复五次。
实施实验并收集数据
按照设计的实验方案进行实验，并收集了三十组实验数 据。
分析数据并得出结论
对收集的实验数据进行统计分析，发现生产温度对产品 质量影响最大，其次是生产压力，最后是生产时间
06
DOE软件工具介绍与操作指南
试验设计的基本原则
试验设计需要遵循随机化、重复性和对照等基本原则。
试验设计在生产中的应用
试验设计可以应用于生产过程中，通过优化生产工艺和参数，提高产品质量和生产效率。
试验设计在研发中的应用
试验设计可以应用于产品研发过程中，通过科学筛选和优化设计方案，降低产品成本和提高性能。
DOE与六西格玛的关系
DOE的基本概念
设计实验方案
采用正交表进行实验设计，选择了三因素三水平的正交表 ，设计了九组实验方案，每组方案重复三次。
DOE(实验设计)基础课程培训课件
重复是除正常试验次数外在相同输入因子水平组合下独立安 排一次或多次试验（注意不是同一试验下的重复测量），为了 保证独立性，需要将重复试验的多次试验次数进行随机化。
试验设计中重要的重复的理由有两点：
1）对过程的根本变差有一个估计；
2）提高主效应和交互效应的精度。
可能的区组包括不同原材料，操作者， 机器，批次，区组效应可以集中任何 系统效应并从感兴趣的因子效应中分
1
实际值
100
150
200
中心点
Company Logo
正交代码：
● 正交代码方程式： 实际值-（最大值+最小值）/2
● 代码值 = （最大值-最小值）/2
● 记：
A = 实际值
C = 代码值
m = (最大值 + 最小值）/2
d = (最大值 - 最小值）/2
● 则：
A-m
c=
或 A = m + cd
d
Company Logo
正交代码的优点
连续变量正交代码的好处：
每个因子两水平编码即设计因子试验的方法，2K设计的分析 和解释将被应用于任何因子，不管它的类型、范围和量纲。 通过对因子水平进行-1和+1编码，模型中所有因子“份量” 相同，“大小”相同。所有因子都没有量纲，因子效应可直 接比较。 在一系列代码组成的模型中，模型的均值（截距）就是响应 的均值并且在设计“空当”的中心。 正交代码去除了主效应估计于交互效应 估计之间的相关性 。
什么问题？
2）因子和水平数，调查和 分析范围
3）每次的试验成本
试验设计方案（类别）选择流程：
YES
确定试验目标 选定自变量（因素）
需要进行 试验吗？
DOE培训教材经典版 ppt课件
-1
A +1
-1
+1 A +1
B=+1 B=-1
B=+1 B=-1
B=-1 B=+1
22
如何选择和确定因Βιβλιοθήκη 及水平如何正确的选择因子及水平，完全依赖于工程 师的经验以及他对过程的理解。
在头脑风暴/鱼骨图分析的基础上，选择所有 主要的因子，而放弃哪些显然不重要的因素。
因子水平取值应尽可能地分散，但不要过于分 散，以便对分析造成不利影响。
Design of Experiments
2021/3/26
DOE培训教材经典版 ppt课件
1
著名DOE专家乔治·博克斯说：
“如果能使我们的工程师开始学习运行一个简 单的实验，将会极大地刺激他们的胃口。哪怕 这是他们唯一掌握的数据驱动的方法，也将极 大提升实验的效率、创新的速率以及整个国家 的竞争力。”
21
-- A因子 +
-- B因子 +
-- C因子 +
术语：主效应与交互作用
交互作用： 两种或以
无交互作用 +1
-1
上的因素共
-1
同对输出响 有交互作用
应值的影响。
+1
-1
反向 作用
-1 +1
-1 因2021子/3/2A6 与B的交互作用示意图 DOE培训教材经典版 ppt课件
-1
+1
-1
A +1 +1
30
“3σ”与“6σ”的统计定义
3σ质量 66800 ppm
CP = 1 CPK = 0.5
2021/3/26
DOE培训教材经典版 ppt课件
A +1
-1
+1 A +1
B=+1 B=-1
B=+1 B=-1
B=-1 B=+1
22
如何选择和确定因Βιβλιοθήκη 及水平如何正确的选择因子及水平，完全依赖于工程 师的经验以及他对过程的理解。
在头脑风暴/鱼骨图分析的基础上，选择所有 主要的因子，而放弃哪些显然不重要的因素。
因子水平取值应尽可能地分散，但不要过于分 散，以便对分析造成不利影响。
Design of Experiments
2021/3/26
DOE培训教材经典版 ppt课件
1
著名DOE专家乔治·博克斯说：
“如果能使我们的工程师开始学习运行一个简 单的实验，将会极大地刺激他们的胃口。哪怕 这是他们唯一掌握的数据驱动的方法，也将极 大提升实验的效率、创新的速率以及整个国家 的竞争力。”
21
-- A因子 +
-- B因子 +
-- C因子 +
术语：主效应与交互作用
交互作用： 两种或以
无交互作用 +1
-1
上的因素共
-1
同对输出响 有交互作用
应值的影响。
+1
-1
反向 作用
-1 +1
-1 因2021子/3/2A6 与B的交互作用示意图 DOE培训教材经典版 ppt课件
-1
+1
-1
A +1 +1
30
“3σ”与“6σ”的统计定义
3σ质量 66800 ppm
CP = 1 CPK = 0.5
2021/3/26
DOE培训教材经典版 ppt课件
实验设计(DOE)方法培训教案PPT课件
.
14
根据具体要求选择DOE实验方法
• DOE实验方法流程如图(二)所示
实验设计的基本策略
• 1、确定问题
• 为解决何种问题，需要进行的何种实验，应做到心中有数， 有的放矢。
• 2、建立实验目标
• 实验要达到何种目的，要达到怎样的指标，应从实际出发， 根据当时当地的实情，确定实验目标，不要夸大其辞，矫 揉造作。
复运行的结果计算出平均值（Y） 6. 按标准计算软件或EXCEL进行计算
.
19
7. 作出实验因子的影响及关系图
8. 进行方差分析，用以决定实验因子是否重要，用P值进 行衡量（P〈0.05)
9. 对方差分析结果进行评价,以确定因子对实验的影响程度
10. 选择重要因子(通常不超过4个)而进行全因子DOE实验,以 确定实验的最终结果
.
25
3、考核指标 考核指标是在试验设计中，根据试验目的而选定的用来
衡量试验效果的量值（指标）。 考核指标可以是定量的，也可以是定性的。定量指标如
硬度、强度、寿命、成本、几何尺寸、各种特性等。定量 指标根据试验结果的预期要求，又可分为望目值、望小值、 望大值三种类型。定性指标不是按数而是按质区分，如质 量的好与坏，天气的晴与阴，指标可以用加权的方法 量化为不同等级。
.
10
36) 材料的影响 37) 机器设备的影响 38) 测试设备的影响 39) 领导者的支持 40) 制造者支持 41) 工程部门的支持 42) 优化后的合格率 43) 配合度 44) 测量精密 45) 随机抽样 46) 块的区分 47) 决定区分程度 48) 假设构造
49) 测量方法 50) 管理者支持 51) 将实验结果图表化 52) 确定主要因子 53) 计算出各因子影响大小 54) 作出相关因子影响图 55) 连续样本 56) 从样本收集到样本测量的时
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1. 选用更少的因子水平，即2水平 (2K) ，而不是3水平或更多水平？ 2. 在保证可信度的情况下，能否减少试验次数，仅做部分实验呢？即便是2k设计, 如：对6因子2水平，26=64，是否可以做32次实验，甚至16次试验？ 以上考虑均可行，但有其缺点：2K仅仅体现了线性趋势，而不像3水平或更多水平 可以体现曲线趋势，在Mintab中导入中心点做弥补；减少试验次数降低了实验结果可信 度（减少了对高阶交互作用的观察），但在一定范围内是可以接受的，Mintab给出了分 辨度，使用部分因子实验时，同样需要遵循正交/均衡/可比的原则。
成本高，当因子数超过5个 时，由于经济性/时间等限 制，而变得不可行。
➢ 由于试验次数减少，不 能保证对因子交互作用 有清楚的识别和观察。
➢ 由于试验次数减少，产 生了主因子及其因子间 交互作用间的混杂（有 时叫混淆），互为别名。
8
1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理解》 第17个术语回顾：
1.3. 部分因子设计和全因子设计关系
异同点
优点
缺点
全因子设 计
部分因子 设计
是在某一水平下的全因子 试验。
对每一个因子及不同阶数
的因子交互作用都能清晰 的识别和观察（包括了三 阶及以上的交互作用，已 经没有多少物理意义）。
➢ 在Mintab中，部分因 ➢ 试验次数少，省钱/省
子设计仅用在2k 设计
组分与Y的关系
寻找因子的 最佳条件组合 设定因子的 最佳条件
5
作用
区分主效应
效果
主效应和
低
部分交互作用
所有主效应和 交互作用
现在工序 知识状态
(线性效果）
高 组分/工艺条件 的优化
设计或工序 参数优化
反应变量的 预测模型 (曲线效果）
1.3. 部分因子设计和全因子设计关系
由于资源限制，如：成本/时间等，需要减少试验次数，对以下问题是否可行要做 出选择：
DOE课程 4
部分因子设计
（2K全因子设计的部分试验 包括2水裂区设计 ）
课程安排
1.DOE基础知识 2. 部分因子设计案例研究 （2k全因子部分试验） 3. 2水平裂区设计
2
DOE基础知识
3
1.1 DOE基础知识回顾
1.2. 应用领域、目的、特点
DOE种类
筛选设计
- Plackett-Burman - “定义筛选”法
17
1.5. 部分因子设计
什么是部分因子设计？
部分因子实验设计是使用了全因子实验设计中的一部试验运行的一次实验。但该部分试 验必须保持正交/均衡/可比。 将k个因子的二水平试验记作2K 试验，K是因子数。 当k=4时，全因试验次数m= 24 =16次，部分因子试验 8次（III） 当k=5时，全因试验次数m= 25 =32次，部分因子试验16次（V），8次(III) 当k=6时，全因试验次数m= 26 =64次，部分因子试验 32次（VI），16次（IV）， 8次 (III) ……
15
1.4. 部分因子设计— 混杂 分辨度
R Ⅲ级
Ⅳ级
分辨度的含义
各主效应间没有混杂，但某些主效应可能与某些二阶交互 效应相混杂 各主效应间没有混杂，各主效应与二阶交互效应间也没有 混杂，但主效应可能与某些三阶交互效应相混杂，某些二 阶交互效应可能与其它二阶交互效应相混杂
Ⅴ级
某些主效应可能与某些四阶交互效应相混杂，但不会与三 阶或更低阶交互效应相混杂；某些二阶交互效应可能与三 阶交互效应相混杂，但各二阶交互效应之间没有混杂
16
1.4. 部分因子设计— 混杂 分辨度
选择设计类型的一般准则：
➢ 分辨率≥Ⅳ —— 部分设计 ➢ 分辨率＜Ⅳ —— 全因子设计
½设计必然有混杂，但必须满足 一定的分辨能力！
3因子时， 仅能使用 全因子设 计
《因子个数-试验次数-分辨率 关系表》
因子数
试验
次数
黄区—
选用
红区 — 禁用， 或只作筛选设计
6
1.3. 部分因子设计和全因子设计关系
全因子设计试验次数
因
2水平试验
3水平试验
子
次数
次数
数
1
2次
3次
2
4次
9次
3
8次
27次
4
16次
81次
5
32次
243次
6
64次
729次
7
128次
2187次
8
256次
……
9
512次
……
10
1024次
……
4水平试验 次数
4次 16次 64次 256次 1024次 …… …… …… …… ……
部分因子设计
- 2k - 2水平裂区
全因子设计
- 2k - 多水平
混料设计
- 单纯质点 - 单纯格点 - 极端顶点
田口设计
响应曲面设计
- 中心复合 - Box-Hehnken
适用因子数
主要目的
6个以上 选别重要因子
4~10 选别重要因子
1~5 因子与Y的关系
2~10 2~20 2~10
2~13
2~3
时。
(最经济方式）中；
➢ 可以适用更多因子
➢ 部分因子设计是2k全因
4~10. （3个因子以下
子设计的一部分试验，
直接使用全因子设计；
是1/2,1/4，1/8（1/n） 当因子数达到8个时，
等；
全因子设计在经济性上
➢ 该部分试验的选取要保
变得非常不可行）。
持试验的正交/可比/均
匀。
➢ 导入了分辨度。
7
全因子设计适用的因字数：1~ 5 (2k设计), 当因子数超过5个， 6,7,8，…， 按最经济的设计方式 2k设计考虑，试验数量往往也是难 以接受的，怎么办？
使用全因子试验总游程数量的 一部分来实施试验。如：27=128次， 使用128的1/2（64次），或1/4 （32次），通过研究，是可行的。
9
1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理解》 第17个术语回顾：
10
1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理解》 第17个术语回顾：
11
1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理解》 第17个术语回顾：
试验次数减少 一半；方法是 对3阶ABC使 用一个水平； 三阶以上的交 互作用物理意 义不大。
12
1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理解》 第17个术语回顾：
13
1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理 部分因子设计— 混杂 分辨度
分辨度：系一组试验能区分复杂因果关 系能力的指标。
红色：仅用作筛选设计，PB； 黄色：筛选，或析因分析可选，但分辨度低于绿色； 绿色：可析因分析，优先使用。
成本高，当因子数超过5个 时，由于经济性/时间等限 制，而变得不可行。
➢ 由于试验次数减少，不 能保证对因子交互作用 有清楚的识别和观察。
➢ 由于试验次数减少，产 生了主因子及其因子间 交互作用间的混杂（有 时叫混淆），互为别名。
8
1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理解》 第17个术语回顾：
1.3. 部分因子设计和全因子设计关系
异同点
优点
缺点
全因子设 计
部分因子 设计
是在某一水平下的全因子 试验。
对每一个因子及不同阶数
的因子交互作用都能清晰 的识别和观察（包括了三 阶及以上的交互作用，已 经没有多少物理意义）。
➢ 在Mintab中，部分因 ➢ 试验次数少，省钱/省
子设计仅用在2k 设计
组分与Y的关系
寻找因子的 最佳条件组合 设定因子的 最佳条件
5
作用
区分主效应
效果
主效应和
低
部分交互作用
所有主效应和 交互作用
现在工序 知识状态
(线性效果）
高 组分/工艺条件 的优化
设计或工序 参数优化
反应变量的 预测模型 (曲线效果）
1.3. 部分因子设计和全因子设计关系
由于资源限制，如：成本/时间等，需要减少试验次数，对以下问题是否可行要做 出选择：
DOE课程 4
部分因子设计
（2K全因子设计的部分试验 包括2水裂区设计 ）
课程安排
1.DOE基础知识 2. 部分因子设计案例研究 （2k全因子部分试验） 3. 2水平裂区设计
2
DOE基础知识
3
1.1 DOE基础知识回顾
1.2. 应用领域、目的、特点
DOE种类
筛选设计
- Plackett-Burman - “定义筛选”法
17
1.5. 部分因子设计
什么是部分因子设计？
部分因子实验设计是使用了全因子实验设计中的一部试验运行的一次实验。但该部分试 验必须保持正交/均衡/可比。 将k个因子的二水平试验记作2K 试验，K是因子数。 当k=4时，全因试验次数m= 24 =16次，部分因子试验 8次（III） 当k=5时，全因试验次数m= 25 =32次，部分因子试验16次（V），8次(III) 当k=6时，全因试验次数m= 26 =64次，部分因子试验 32次（VI），16次（IV）， 8次 (III) ……
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1.4. 部分因子设计— 混杂 分辨度
R Ⅲ级
Ⅳ级
分辨度的含义
各主效应间没有混杂，但某些主效应可能与某些二阶交互 效应相混杂 各主效应间没有混杂，各主效应与二阶交互效应间也没有 混杂，但主效应可能与某些三阶交互效应相混杂，某些二 阶交互效应可能与其它二阶交互效应相混杂
Ⅴ级
某些主效应可能与某些四阶交互效应相混杂，但不会与三 阶或更低阶交互效应相混杂；某些二阶交互效应可能与三 阶交互效应相混杂，但各二阶交互效应之间没有混杂
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1.4. 部分因子设计— 混杂 分辨度
选择设计类型的一般准则：
➢ 分辨率≥Ⅳ —— 部分设计 ➢ 分辨率＜Ⅳ —— 全因子设计
½设计必然有混杂，但必须满足 一定的分辨能力！
3因子时， 仅能使用 全因子设 计
《因子个数-试验次数-分辨率 关系表》
因子数
试验
次数
黄区—
选用
红区 — 禁用， 或只作筛选设计
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1.3. 部分因子设计和全因子设计关系
全因子设计试验次数
因
2水平试验
3水平试验
子
次数
次数
数
1
2次
3次
2
4次
9次
3
8次
27次
4
16次
81次
5
32次
243次
6
64次
729次
7
128次
2187次
8
256次
……
9
512次
……
10
1024次
……
4水平试验 次数
4次 16次 64次 256次 1024次 …… …… …… …… ……
部分因子设计
- 2k - 2水平裂区
全因子设计
- 2k - 多水平
混料设计
- 单纯质点 - 单纯格点 - 极端顶点
田口设计
响应曲面设计
- 中心复合 - Box-Hehnken
适用因子数
主要目的
6个以上 选别重要因子
4~10 选别重要因子
1~5 因子与Y的关系
2~10 2~20 2~10
2~13
2~3
时。
(最经济方式）中；
➢ 可以适用更多因子
➢ 部分因子设计是2k全因
4~10. （3个因子以下
子设计的一部分试验，
直接使用全因子设计；
是1/2,1/4，1/8（1/n） 当因子数达到8个时，
等；
全因子设计在经济性上
➢ 该部分试验的选取要保
变得非常不可行）。
持试验的正交/可比/均
匀。
➢ 导入了分辨度。
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全因子设计适用的因字数：1~ 5 (2k设计), 当因子数超过5个， 6,7,8，…， 按最经济的设计方式 2k设计考虑，试验数量往往也是难 以接受的，怎么办？
使用全因子试验总游程数量的 一部分来实施试验。如：27=128次， 使用128的1/2（64次），或1/4 （32次），通过研究，是可行的。
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1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理解》 第17个术语回顾：
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1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理解》 第17个术语回顾：
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1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理解》 第17个术语回顾：
试验次数减少 一半；方法是 对3阶ABC使 用一个水平； 三阶以上的交 互作用物理意 义不大。
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1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理解》 第17个术语回顾：
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1.4. 部分因子设计— 混杂
《DOE课程1 DOE必备基础知识理 部分因子设计— 混杂 分辨度
分辨度：系一组试验能区分复杂因果关 系能力的指标。
红色：仅用作筛选设计，PB； 黄色：筛选，或析因分析可选，但分辨度低于绿色； 绿色：可析因分析，优先使用。