混料设计实验
第九章 混料试验设计
二、单形混料设计
1、单形混料设计的定义及特点 在混料试验设计方法中，单纯形格子设计是最 早出现的，是Scheffe于1958年提出的。它是 混料试验设计中最基本的方法，其它一些方法 都要用到单纯形格子设计。
在混料问题中，各分量 xi (i=1, 2, „ , p) 的变化范围受混料条件式 p （1）的制约。在几何上，称 xi 1 i 1 为p维平面，而（x1, x2, „, xp）为p 维平面上点的坐标。在p维平面上满足
2、特点 混料试验设计，不同于以前所介绍的各种试验 设计。混料试验设计的试验指标只与每种成分 的含量有关，而与混料的总量无关，且每种成 分的比例必须是非负的，且在0~1之间变化， 各种成分的含量之和必须等于1（即100%）。 也就是说，各种成分不能完全自由地变化，受 到一定条件的约束。
设：y为试验指标，x是第i种成分的含量， 则混料问题的约束条件，即混料条件为：
0 x1 , x2 ,, x p 1
的区域构成一个图形称为单形（或单 纯形）。
单形上的点，若其p个坐标中有一个坐标 xi=1 , 而其余的p-1个坐标xj=0(j≠i), 则这种点称为 单形的顶点。因此，在p因子混料试验中，单 形的顶点有p个。 例如，p=3时，单形的三个顶点为（1，0，0）、 （0，1，0）和（0，0，1）。所以单型的图形 为一等边三角形。
3、单形格子混料设计 3.1、单纯形格子设计法 对于由混料条件式（1）构成的正规单（纯） 形因素空间，当采用式（5）、式（6）等完全 型规范多项式回归模型时，试验点可以取在正 规单（纯）形格子点上，构成单（纯）形格子 设计。
对于三因素（p=3时）的格子点集，其单形是 一个高为1的等边三角形，它的三个顶点的全 体称为一阶格子点集，记为{3，1}，如图。
混料实验设计DOE实战训练营(2天)
混料试验设计（）DOE（实验设计）（2天）【培训对象】从事产品设计开发、工艺设计、质量管理和生产管理有关的总裁、总监、副总、经理、工程师、技术人员和六西格玛黑带大师/黑带等【课程背景】如何以最低成本实实现顾客满意最大化，是所有企业共同的目标。
但是，所有工程技术和管理人员都会面临下列问题而导致目标很难实现：1）大部份时间用于救火，花大量时间解决重复发生的问题，最后还是解决不了。
2）工程师们一个个参数调整，看来优化了，可验证，结果却又不一样了。
3）90％的公差可能是不合适的。
4）想降低材料采购成本，又担心质量问题。
5）面对复杂的制造工艺参数无从下手优化。
6）天天培训工人，期望他们更认真，但还是出错。
如果应用DOE（实验设计），上述问题便可彻底解决。
DOE作为一种产品研发的最强大工具可以帮助管理者解决上述问题。
DOE（实验设计）不但可帮助研发工程师一开始从质量和成本综合考虑，进行最优化设计，而且可把产品生命周期因素都考虑周全，从而设计出先天性健壮产品（这恰恰是大多数工程师的困惑）。
同时DOE（实验设计）也是寻找原因、分析和优化复杂因子最强大的解决问题的工具和方法。
在不少日本企业，不懂DOE（实验设计）的工程师不能称之为合格的工程师。
DOE（实验设计）包括传统经典DOE（析因实验设计）、RSM（响应优化曲面）、混料DOE（生化行业最有用）、田口DOE（抗噪声设计）和谢宁DOE（快速解决问题实验设计），每种DOE（实验设计）各有其特点。
DOE（实验设计）除了与六西格玛其它工具联合起来发挥巨大功能外，本身也是一套系统地解决问题方法。
资深黑带大师何小勇博士设计的本课程将从应用角度出发为顾客设计二到三天的实用DOE（实验设计）培训课程，而不考虑复杂的数理统计公式和计算。
【课程目的】本课程重点针对从事产品研发人员和相关工程技术人员而设计。
旨在帮助学员系统、全面地应用DOE （实验设计）在产品研发、产品和过程改善时分析重要因子，优化结果，提高产品和过程健壮性（先天性高免疫能力）。
23 混料设计
Page 18 SAQM
9
设定等值线图
Stat>DOE>Mixture Designs> Contour/Surface Plots
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 19 SAQM
等值线图
Mixture Contour Plot of Acceptance (component amounts) Neroli 1
因子水平
不能被单独选择，而是：
xi ≥ 0,i =1,2,....q
q
∑xi = x1 + x2 +...+ xq =1
i =1
推断范围
对于三个分量，最可行的混料实验范围是三角形，每个顶点是相应的纯配 方，也就是说，顶点是由100％的单一分量组成，而边线则是二元配方。
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
推断范围对于三个分量最可行的混料实验范围是三角形每个顶点是相应的纯配方也就是说顶点是由100的单一分量组成而边线则是二元配方
23 混料设计
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 1 SAQM
关于这个模块…
有许多设计它们关注的响应变量是一个用公式表达的不同成分 的比例函数。这种特殊类型的响应曲面设计称为混料设计。
6
单纯形质心案例 文档 = Deodoriz.mtw
我们正在确定草本配方的家用除臭剂中各种成分的比率在气味上如何影响 产品的接受程度 。
有三种成分： 橙花油(neroli oil) 玫瑰花油(rose oil) 红桔油(tangerine oil)
根据设计点，10种配方被混合和检验。
响应度量（接受程度）是每种配方的 5 个接受程度分数的平均值。
混料均匀试验设计
混料均匀试验设计在化工、材料工业、食品及低温超导等领域中的一些试验中,试验考察并不是各影响因素不同水平组合对响应的影响或它们间的相互关系。
而是要考察各因素在所有因素混料中所占比例对响应的影响。
这种与一般因子试验的区别使得混料设计（或称配方设计）不论是理论还是应用上都非常重要。
混料均匀设计以在混料试验区域均匀布点为出发点,提供了一种模型稳健的设计方案。
克服了最优设计在区域边界布点过多及过于依赖模型假设条件的弱点。
丰富了试验设计理论。
本文结合均匀设计的思想,提出了混料设计试验区域（区域为标准单纯形）上的L<sub>2</sub>—偏差“DM<sub>2</sub>偏差”及“CDM<sub>2</sub>偏差”。
并推导出了它们的一般计算公式。
为均匀混料设计优良性提供了一个方便可行的度量标准。
在这两个偏差准则下,对于同一个试验问题的两个不同设计,可以通过计算它们的偏差值方便的选出较均匀的设计。
从而为实际实验选出较合理的设计方案。
在现有的设计表构造方法的基础上,本文提出了几种新的设计表构造方法。
对于一般的无限制条件混料设计,提出了U型设计变换法及非边界单纯形格子搜索法。
在试验维数不高,而试验点数n也不大时,这两种方法都有不错的效果。
而对于有限制条件混料设计中的保序限制条件混料设计,本文证明了在次序变换下,变量的分布仍保持原来的均匀分布。
因此,为保序限制条件混料设计找到了简单可行的设计表构造方法。
最后,考虑到混料均匀设计和一般因子设计中的均匀设计一样:“维数较高的时候,设计表构造的计算是个NP-hard问题”。
本文引入了门限接受和NTLBG两种算法,在减小设计表构造中计算量的同时,找到较均匀的设计。
并对NTLBG算法做出了（?）进,克服了NTLBG算法仅对MSE偏差收敛的弱点。
提出了加权NTLBG算法,在DM<sub>2</sub>偏差下也能找到较均匀的混料设计。
d最优混料设计原理
d最优混料设计原理混料设计是现代工业领域一个十分重要的课题。
它指将两种或两种以上的物质按照一定比例、顺序、时间进行混合，来得到一种具有特定性质的产品的过程。
而d最优混料设计原理，是一种通过统计学方法，有效实现混料设计的策略。
下面将对此原理进行分步骤的阐述。
第一步，定义因素和响应变量。
在混料设计中，因素指可控制的制定条件，如原料的种类、质量、比例、时间等，响应变量则指混合物的性能指标，如混合物的质量、强度、粘度、可加工性等。
第二步，建立数学模型。
在此原理中，通常采用响应面方法来构建数学模型，即将混合物的响应变量与每个因素及其交互作用建立数学关系式，进而产生一个多元函数。
这个函数可以预测混合物的响应变量并帮助设计者确定最佳的混合条件，也就是d最优混料条件。
第三步，确定试验设计。
试验设计是通过一定的试验计划进行实验来寻找最佳的混料条件。
常见的试验设计有Box-Behnken设计和中心复合旋转设计等。
第四步，实验并收集数据。
在试验设计中，对混料的原料组合、时间、速度等进行设置，混料后，对混合物的性能指标进行测试、记录并收集数据。
第五步，数据分析。
将通过试验得到的数据代入前面建立的数学模型中，以确定最佳的混料条件。
在这里，d最优混料条件是指在确定误差范围内最优的混料方案，同时避开最坏方案的设计条件。
总之，d最优混料设计原理是一种将数学方法应用于混料设计中的策略，能够帮助设计者预测混合物性能、优化混料组合、提高混料效率，并具有实际应用价值。
液体混料实验报告
一、实验目的1. 熟悉液体混合物的制备方法。
2. 掌握液体混合物的搅拌、混合均匀和分离技术。
3. 了解不同液体混合物的性质及适用范围。
二、实验原理液体混合物是指两种或两种以上不同液体混合而成的物质。
通过搅拌、混合均匀等操作，可以使混合物中的组分充分混合，形成均一、稳定的混合体系。
本实验采用搅拌法进行液体混合物的制备。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：水、酒精、丙酮、苯、乙醚等液体。
2. 实验仪器：烧杯、玻璃棒、量筒、天平、酒精灯、滤纸、漏斗等。
四、实验步骤1. 混合物的制备（1）称取适量的水、酒精、丙酮、苯、乙醚等液体，分别倒入烧杯中。
（2）用玻璃棒搅拌烧杯中的液体，使其充分混合均匀。
2. 混合物的搅拌（1）将混合均匀的液体倒入另一个烧杯中。
（2）用玻璃棒搅拌液体，观察搅拌过程中液体的变化。
3. 混合物的分离（1）将混合均匀的液体倒入漏斗中，用滤纸过滤。
（2）观察过滤后的液体，记录其颜色、透明度等性质。
4. 混合物的性质测试（1）观察混合物的颜色、气味、粘度等性质。
（2）测试混合物的密度、沸点等物理性质。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）混合物的颜色：无明显颜色变化。
（2）混合物的气味：无明显气味变化。
（3）混合物的粘度：无明显粘度变化。
（4）混合物的密度：约为0.78 g/cm³。
（5）混合物的沸点：约为78℃。
2. 结果分析（1）本实验制备的液体混合物颜色、气味、粘度等性质无明显变化，说明各组分充分混合，形成了均一、稳定的混合体系。
（2）混合物的密度和沸点与各组分性质相符，表明混合物具有良好的物理性质。
六、实验结论1. 通过搅拌法可以制备均一、稳定的液体混合物。
2. 液体混合物的性质与各组分性质相符，具有较好的应用前景。
七、实验注意事项1. 实验过程中应小心操作，避免液体溅出或挥发。
2. 称取液体时，注意准确称量，避免误差。
3. 实验结束后，妥善处理实验废弃物，保持实验室卫生。
混合料实验报告
一、实验目的1. 了解混合料的基本概念和组成；2. 掌握混合料的制备方法；3. 研究混合料性能与组分的关系；4. 评估混合料的各项性能指标。
二、实验原理混合料是由两种或两种以上物质组成的均匀体系，其性能取决于各组分的性质和比例。
本实验以水泥、砂、石子为主要原料，通过混合、搅拌、成型、养护等步骤制备混合料，并对其性能进行测试。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：（1）水泥：普通硅酸盐水泥；（2）砂：中砂；（3）石子：碎石；（4）水：自来水。
2. 实验仪器：（1）电子天平；（2）搅拌机；（3）水泥胶砂试模；（4）养护箱；（5）压力试验机；（6）量筒；（7）筛子。
四、实验步骤1. 配制混合料：根据实验要求，按照一定比例称取水泥、砂、石子，加入适量的水，搅拌均匀。
2. 混合料制备：将搅拌好的混合料倒入水泥胶砂试模中，振动密实，确保混合料均匀。
3. 养护：将试模放入养护箱中，按照实验要求进行养护。
4. 性能测试：（1）抗压强度测试：在养护到规定龄期后，将试件取出，放入压力试验机中，进行抗压强度测试；（2）抗折强度测试：在抗压强度测试完成后，将试件取出，进行抗折强度测试；（3）密度测试：将试件取出，放入量筒中，测量试件体积，计算密度。
五、实验结果与分析1. 混合料抗压强度与水泥、砂、石子比例的关系根据实验结果，混合料抗压强度随水泥比例的增加而增加，随砂、石子比例的增加而降低。
这是由于水泥是混合料中的胶凝材料，其比例越高，胶凝作用越强，强度越高。
而砂、石子是混合料中的骨料，其比例越高，骨料之间的空隙越大，强度越低。
2. 混合料抗折强度与水泥、砂、石子比例的关系根据实验结果，混合料抗折强度随水泥比例的增加而增加，随砂、石子比例的增加而降低。
这是由于水泥在混合料中起到胶凝作用，其比例越高，抗折强度越高。
而砂、石子作为骨料，其比例越高，抗折强度越低。
3. 混合料密度与水泥、砂、石子比例的关系根据实验结果，混合料密度随水泥、砂、石子比例的增加而增加。
8、高级实验设计—混料试验设计(Mixture Design)
E y 0 1 x1 p x p
转化为正则多项式：
（8.3）
E y ixi
i 1
p
转化方法为，在
i 1
xi 1 的两端乘以 0 ，得到 0 0 xi
i 1
p
p
代入（8.3式）得：
p
p
p
化成二次正则多项式模型：
E ( y ) i xi ij xi x j
i 1 i j
p
p
（8.6）
混料试验 p,3 的正则多项式模型为：
E ( y ) i xi ij xi x j ij xi x j ( xi x j ) ijk xi x j xk
Introduction
• In many cases, products are made by blending more than one ingredient together. • Usually the manufacturer of each of these products is interested in one or more properties of the final product, which depends on the proportions of the ingredients used. Examples: – Cake formulations (by blending baking powder, shortening, flour, sugar, and water), property of interest is the fluffiness of cake. – Construction concrete (made by mixing sand, water, and cement), property of interest is the compressive strength.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
混料设计实验
一、引言
混料设计，又称混合物设计，是实验设计的一种重要形式，广泛应用于化学、生物、工程等领域。
该设计主要针对由两种或多种成分组成的混合物，通过控制不同成分的比例，探索最佳的混合条件，以达到所需的性能或效果。
近年来，随着科技的飞速发展，混料设计实验在许多领域都发挥了关键作用，尤其在材料科学、制药工业、食品加工和农业生产等领域。
二、混料设计实验的基本概念
混料设计实验的核心在于通过调整多种成分的比例，找到最优的混合比例。
这通常涉及三个主要因素：成分种类、成分比例和混合方式。
在进行混料设计实验时，实验者需要明确实验目标，确定所需探索的成分和比例范围，然后通过适当的实验设计方法来确定实验方案。
三、混料设计实验的实验设计
混料设计实验的关键在于选择合适的实验设计方法。
常见的实验设计方法包括全因子设计、部分因子设计、中心复合设计等。
每种方法都有其优点和适用范围，实验者需要根据具体情况选择。
在实验过程中，需要严格控制变量，确保实验结果的准确性和可靠性。
四、混料设计实验的数据分析
数据分析是混料设计实验的重要环节。
通过数据分析，可以确定各成分对混合物性能的影响程度，以及最佳的混合比例。
常用的数据分析方法包括回归分析、方差分析、响应曲面法等。
在分析数据时，需要采用适当的统计分析软件，如SPSS、MATLAB等，以确保数据分析的准确性和可靠性。
五、混料设计实验的应用领域
1.化学工业：在化学工业中，混料设计实验被广泛应用于材料科学领域。
通过混料设计实验，可以探索不同化学成分的最佳混合比例，从而制备出性能优异的复合材料、高分子材料等。
例如，在制备高性能陶瓷材料时，可以通过混料设计实验来优化陶瓷原料的比例，提高陶瓷材料的硬度和耐热性。
2.制药工业：在制药工业中，混料设计实验常用于药物制备和配方优化。
通过混料设计实验，可以找到药物中不同成分的最佳混合比例，提高药物的疗效和稳定性。
此外，混料设计实验还可以用于研究药物释放机制，优化药物制剂的释放性能。
3.食品加工：在食品加工领域，混料设计实验广泛应用于食品配方和工艺优化。
通过混料设计实验，可以研究不同食品原料的最佳混合比例，提高食品的口感、营养价值和保质期。
例如，在生产新型食品时，可以通过混料设计实验来优化食品原料的比例，降低生产成本并提高产品质量。
4.农业生产：在农业生产中，混料设计实验可用于研究不同肥料和农药的最佳混合比例。
通过混料设计实验，可以找到既能提高农作物产量又能减少环境污染的最佳肥料和农药比例。
这有助于提高农业生产效率，促进农业可持续发展。
5.其他领域：除了上述应用领域外，混料设计实验还广泛应用于能源、环保、生物技术等领域。
例如，在能源领域中，混料设计实验可用于燃料添加剂的研究；在环保领域中，混料设计实验可用于研究污染物处理的最佳工艺条件；在生物技术领域中，混料设计实验可用于基因编辑和细胞培养等研究。
六、混料设计实验的未来展望
随着科技的不断发展，混料设计实验的应用前景越来越广阔。
未来，混料设计实验将朝着更高效率、更精确和更智能化的方向发展。
具体来说，以下几个方面值得期待：
1. 实验效率的提高：通过改进实验方法和引入自动化技术，可以大幅提高混料设计实验的效率。
例如，利用机器人和自动化设备进行实验操作，可以减少人工操作的时间和误差，提高实验的准确性和可重复性。
2. 实验精确度的提升：随着测量技术和设备的不断进步，未来混料设计实验的精确度有望得到进一步提升。
通过更精确地控制实验条件和测量结果，可以获得更准确的实验数据，为科学研究和工业生产提供更有价值的信息。
3. 智能化技术的应用：人工智能和机器学习等技术的发展为混料设计实验提供了新的工具和方法。
通过引入智能化技术，可以对实验数据进行深度分析和挖掘，发现潜在的规律和模式，从而更好地指导实验设计和优化。
4. 多学科交叉融合：混料设计实验涉及到多个学科的知识和方法，如化学、物理学、生物学、统计学等。
未来，随着多学科交叉融合的发展，混料设计实验将能够更好地整合不同领域的资源和技术，拓展其应用范围和领域。
总之，混料设计实验作为一种重要的实验设计方法，在未来仍将继续发挥其重要作用。
通过不断提高实验效率、精确度和智能化水平，以及加强多学科交叉融合，我们可以期待混料设计实验在更多领域取得更多的创新和应用成果。