试验设计与分析 概述 第二章试验设计与分析概述
试验设计与分析 概述
试验设计与分析 概述 2.1几个基本概念 1、单元试验：是指采用一份试样在一定的试验条件下所进 行的一项完整的试验，在图上表现为一个试验单元数据点。 2、重复试验：在同一试验室中，由同一个操作者，用同一 台仪器设备在相同的试验方法和试验条件下，对同一试样 在短期内（不超过7天），所进行的连续两次或多次分析 试验。 3、试验指标：根据试验目的的选定用来考察或衡量试验效 果好坏的依据指标。试验可以是一个或多个试验指标，这 主要根据试验要求而定，试验指标可分为： (1)定性指标，是物质的性质决定的（分等级），如酸碱 性；合格，不合格。 (2)定量指标，是数量性质的指标，像质量；成本；回收 率等
试验设计与分析 概述 1、单元试验：是指采用一份试样在一定的试验条件下所进 行的一项完整的试验，在图上表现为一个试验单元数据点。 2、重复试验：在同一试验室中，由同一个操作者，用同一 台仪器设备在相同的试验方法和试验条件下，对同一试样 在短期内（不超过7天），所进行的连续两次或多次分析 试验。 3、试验指标：根据试验目的的选定用来考察或衡量试验效 果好坏的依据指标。试验可以是一个或多个试验指标，这 主要根据试验要求而定，试验指标可分为： （1）定性指标，是物质的性质决定的（分等级），如酸碱 性；合格，不合格。 （2）定量指标，是数量性质的指标，像质量；成本；回收 率等
试验设计与分析 概述 4、试验因素：对试验指标可能产生影响的原因或 要素，它是试验时要考察的重要内容。 通常用大写字母A,B,C,.表示 试验因素通常分为： (1)定性因素，设备及工艺等参数在试验中固定不 变的因素。如菌种、药剂种类、设备、工艺方法等。 (2)定量因素，试验中要考察指标的数量因素。如 药剂用量、温度变化值等。因素的确定：主要凭借 专业知识和实践确定对选取指标有影响的，而且选 取的这些因素要容易控制的
试验设计与分析 概述 4、试验因素：对试验指标可能产生影响的原因或 要素，它是试验时要考察的重要内容。 通常用大写字母A，B，C，…表示 试验因素通常分为： （1）定性因素，设备及工艺等参数在试验中固定不 变的因素。如菌种、药剂种类、设备、工艺方法等。 （2）定量因素，试验中要考察指标的数量因素。如 药剂用量、温度变化值等。因素的确定：主要凭借 专业知识和实践确定对选取指标有影响的，而且选 取的这些因素要容易控制的
试验设计与分析 概述 5)因素的水平：对同一因素要进行比较时所取的条件或属 性。 在充分发挥专业技术水平的情况下，所确定的因素水平值应 尽量取试验效果的最佳区域或最接近的区域，那么按这个因 素的试验就可以使试验效率高一些（尽可能的选择合理的水 平，以利于减少试验次数)。 6)试验效应：是指由于试验条件发生变化所引起的试验 指标发生变化的现象叫试验效应。 7)交互作用：除了单个因素对试验指标产生影响外，因素 间还会联合起来影响试验指标，这种联合作用的影响称为交 互作用。 根据参与交互作用的因素的多少交互作用可分为： 一级交互作用：两个因素，记为：A×B; 二级交互作用：三个因素，记为：AXB×C:
试验设计与分析 概述 5）因素的水平：对同一因素要进行比较时所取的条件或属 性。 在充分发挥专业技术水平的情况下，所确定的因素水平值应 尽量取试验效果的最佳区域或最接近的区域，那么按这个因 素的试验就可以使试验效率高一些（尽可能的选择合理的水 平，以利于减少试验次数）。 6）试验效应：是指由于试验条件发生变化所引起的试验 指标发生变化的现象叫试验效应。 7）交互作用：除了单个因素对试验指标产生影响外，因素 间还会联合起来影响试验指标，这种联合作用的影响称为交 互作用。 根据参与交互作用的因素的多少交互作用可分为： 一级交互作用：两个因素，记为：A×B； 二级交互作用：三个因素，记为：A×B×C；
试验设计与分析 概述 例：某农科所对土地情况大体相同的四块大豆试验田用不同 的方式施用氮肥和磷肥，结果第一块不加氮肥(N)和磷肥 (P),平均亩产(R)200kg;第二块只加3kg氮肥，平均 亩产215kg;第三块只加2kg磷肥，平均亩产225kg;第四 块加2kg磷肥，3kg氮肥，平均亩产280kg。 氮肥的效应是：215一200=15kg 磷肥的效应是：215一200=15kg 假设N和P没有联合作用则第四块试验田的平均亩产应是 240kg,而实际产量是280kg,多出了40kg,那么这40kg就 是N和P的交互作用结果。 N台0 Ne3kg NΞ0 Ne3kg P80 P30 Ps2kg Pa2kg RE200kg R8215kg R8225kg R280kg
试验设计与分析 概述 例：某农科所对土地情况大体相同的四块大豆试验田用不同 的方式施用氮肥和磷肥，结果第一块不加氮肥（N）和磷肥 （P），平均亩产（R）200kg；第二块只加3kg氮肥，平均 亩产215kg；第三块只加2kg磷肥，平均亩产225kg；第四 块加2kg磷肥，3kg氮肥，平均亩产280kg。 氮肥的效应是：215－200＝15kg 磷肥的效应是：215－200＝15kg 假设N和P没有联合作用则第四块试验田的平均亩产应是 240kg，而实际产量是280kg，多出了40kg，那么这40kg就 是N和P的交互作用结果。 N＝0 P＝0 R＝200kg N＝0 P＝2kg R＝225kg N＝3kg P＝0 R＝215kg N＝3kg P＝2kg R＝280kg
试验设计与分析 概述 2.2试验结果的分析方法 1.直观分析法：通过对试验结果的简单计算，直接比较分析 确定最佳效果。 2.极差分析法：利用极差来描述某试验因素水平变化所引起 的试验指标的离散程度，极差的大小可反映出试验中各因素 所引起作用的大小，根据极差的大小排列出各因素的主次顺 序，以极差大为影响大，为主要因素。 例：考察两种不同的浮选药剂对浮选精煤产率的影响 因素 起泡剂 捕收剂 水平 A B 75 71 P 80 73 3 74 72 极差R 6 2
试验设计与分析 概述 1. 直观分析法：通过对试验结果的简单计算，直接比较分析 确定最佳效果。 2. 极差分析法：利用极差来描述某试验因素水平变化所引起 的试验指标的离散程度，极差的大小可反映出试验中各因素 所引起作用的大小，根据极差的大小排列出各因素的主次顺 序，以极差大为影响大，为主要因素。 例：考察两种不同的浮选药剂对浮选精煤产率的影响
试验设计与分析 概述 3.图象分析法：利用因素水平做横坐标，采用每个水平下的 试验指标的平均值作为纵坐标绘制图象，然后从图象上分 析，从而找出试验因素和试验指标之间的关系。 4.方差分析法：方差是反映试验结果数据间的离散程度的指 标，将各因素对试验指标的影响从试验误差中分离出来，是 一种定量分析方法，可比性较强。 5、回归分析方法（模型法）： 回归分析方法是用来寻找试验因素与试验指标之间是否存在 函数关系的一种方法。一般回归方程的表示方法如下： y=bo+bx+b2x2+b3x3++bx
试验设计与分析 概述 3. 图象分析法：利用因素水平做横坐标，采用每个水平下的 试验指标的平均值作为纵坐标绘制图象，然后从图象上分 析，从而找出试验因素和试验指标之间的关系。 4. 方差分析法：方差是反映试验结果数据间的离散程度的指 标，将各因素对试验指标的影响从试验误差中分离出来，是 一种定量分析方法，可比性较强。 5、回归分析方法（模型法）： 回归分析方法是用来寻找试验因素与试验指标之间是否存在 函数关系的一种方法。一般回归方程的表示方法如下：
试验设计与分析 概述 2.3试验设计中的误差控制 1.试验误差 1、系统误差 系统误差是由于偏离测量规定的条件，或者测量方法不合适，按某一确定 的规律所引起的误差。在同一试验条件下，多次测量同一量值时，系统误 差的绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化造成的， 这些误差因素是可以掌握的。 影响因素： (1)测量人员：习惯偏于某一方向；动态测量时，记录某一信号，有滞后 的倾向。 (2)测量仪器装置：仪器装置结构设计原理存在缺陷。 (③)测量方法：采取近似的测量方法或近似的计算公式等引起的误差。 (4)测量环境：测量时的实际温度对标准温度的偏差，测量过程中温度、湿 度等按一定规律变化的误差
试验设计与分析 概述 1. 试验误差 1、系统误差 系统误差是由于偏离测量规定的条件，或者测量方法不合适，按某一确定 的规律所引起的误差。在同一试验条件下，多次测量同一量值时，系统误 差的绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化造成的， 这些误差因素是可以掌握的。 影响因素： (1) 测量人员：习惯偏于某一方向；动态测量时，记录某一信号，有滞后 的倾向。 (2) 测量仪器装置：仪器装置结构设计原理存在缺陷。 (3) 测量方法：采取近似的测量方法或近似的计算公式等引起的误差。 (4) 测量环境：测量时的实际温度对标准温度的偏差，测量过程中温度、湿 度等按一定规律变化的误差
试验设计与分析 概述 2、随机误差（或称偶然误差） 在同一条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号以不可预定方 式变化着的误差，称为偶然误差。 统计规律性，主要表现为：（1)绝对值相等的正负误差出现的几率 相同，即分布是对称的。(2)绝对值很大的误差，出现的概率近于零， 亦即误差有一定的界限。(3)绝对值小的误差出现的概率大，而绝对值 大的出现的概率小，因而概率最大的测定值，其误差最小，它最接近于 真值。(4)重复试验的次数->∞时，由于在求和过程中，正负误差相 互抵消，故全部误差代数和恒为零。(5)误差的分布主要有正态分布、 均匀分布、2分布、F分布等。 影响因素： (1)测量人员：瞄准、读数的不稳定等。 (2)测量仪器装置：零部件、元器件配合的不稳定，零部件的变形、零件 表面油膜不均、摩擦等。 (③)测量环境：测量温度的微小波动，湿度、气压的微量变化，光照强度 变化、灰尘、电磁场变化等
试验设计与分析 概述 2、随机误差(或称偶然误差) 在同一条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号以不可预定方 式变化着的误差，称为偶然误差。 统计规律性，主要表现为：（1）绝对值相等的正负误差出现的几率 相同，即分布是对称的。（2）绝对值很大的误差，出现的概率近于零， 亦即误差有一定的界限。（3）绝对值小的误差出现的概率大，而绝对值 大的出现的概率小，因而概率最大的测定值，其误差最小，它最接近于 真值。（4）重复试验的次数n->∞时，由于在求和过程中，正负误差相 互抵消，故全部误差代数和恒为零。（5）误差的分布主要有正态分布、 均匀分布、x2分布、F分布等。 影响因素： (1) 测量人员：瞄准、读数的不稳定等。 (2) 测量仪器装置：零部件、元器件配合的不稳定，零部件的变形、零件 表面油膜不均、摩擦等。 (3) 测量环境：测量温度的微小波动，湿度、气压的微量变化，光照强度 变化、灰尘、电磁场变化等
试验设计与分析 概述 3、粗大误差（或称过失误差） 明显歪曲测量结果的误差称为粗大误差。凡包含粗大误差的测量 值称之为坏值。发生粗大误差的原因 主要有两个方面： (1)测量人员的主观原因：由于测量者责任心不强，工作过于疲 劳、缺乏经验操作不当，或在测量时不仔细、不耐心、马马 虎虎等，造成读错、听错、记错等。 (2)客观条件变化的原因：测量条件意外的改变（如外界振动等）， 引起仪器示值或被测对象位置的改变而造成的粗大误差。 通过上面的讨论可知：①对试验结果进行误差分析时，只讨 论系统误差和随机误差两大类，而坏值在试验过程和分析中随时 剔除；②一个精密的测量（即精密度很高，随机误差很小的测量） 可能是正确的，也可能是错误的（当系统误差很大，超出了允许的 限度时)
试验设计与分析 概述 3、粗大误差(或称过失误差) 明显歪曲测量结果的误差称为粗大误差。凡包含粗大误差的测量 值称之为坏值。发生粗大误差的原因 主要有两个方面： (1) 测量人员的主观原因：由于测量者责任心不强，工作过于疲 劳、缺乏经验操作不当，或在测量时不仔细、不耐心、马马 虎虎等，造成读错、听错、记错等。 (2) 客观条件变化的原因：测量条件意外的改变(如外界振动等)， 引起仪器示值或被测对象位置的改变而造成的粗大误差。 通过上面的讨论可知：① 对试验结果进行误差分析时，只讨 论系统误差和随机误差两大类，而坏值在试验过程和分析中随时 剔除；② 一个精密的测量(即精密度很高，随机误差很小的测量) 可能是正确的，也可能是错误的(当系统误差很大，超出了允许的 限度时)