教师教案 (2005-2006学年第1学期) 课程名称:试验设计方法 授课学时:32 授课班级:校公选 任课教师:张怀武 教师职称:教授 教师所在学院:微电子与固体电子学院
教 师 教 案 ( 2005 —2006 学年第 1 学期 ) 课 程 名 称：试验设计方法 授 课 学 时：32 授 课 班 级：校公选 任 课 教 师：张怀武 教 师 职 称：教授 教师所在学院：微电子与固体电子学院
电子科技大学 课程名称 试验设计方法 授课专业 年级 校公选 课程编号 55036120 班级 修课 必修课学科基础课();专业基础课(√);专业课() 课程类型 选修课 专选课() 公选课() 授课方式 理论课(√);实践课() 考核方式 查() 是否采用 是否采用双 多媒体 是 否 语 学时分配课堂讲授28学时;实践课4学时 名称 作者 出版社及出版时间 教材优化试验设计法及其在化学中何为电子科技大学出版社,2004
电子科技大学 课程名称 试验设计方法 授课专业 班级 校公选 年级 三 课程编号 55036120 修课 人数 62 课程类型 必修课 学科基础课 ( ) ； 专业基础课 (√) ； 专业课 ( ) 选修课 专 选 课 ( ) ； 公选课 ( ) 授课方式 理论课 (√ ) ；实践课 ( ) 考核方式 考 试 (√ ) 考 查 ( ) 是否采用 多媒体 是 是否采用双 语 否 学时分配 课堂讲授 28 学时； 实践课 4 学时 名称 作者 出版社及出版时间 教材 优化试验设计法及其在化学中 的应用 何为 电子科技大学出版社，2004
陈魁试验设计与分析. 陈魁 清华大学出版社1996年 Design and analysis of Montgomery, New York: Wiley. 1997 D. C 试验设计与分析 杨德 中国农业出版社2002 试验设计与数据分析 项可风 上海科技出版社1991年 最优化理论及算法 陈宝林 清华大学出版社1990年 Quality Engineering Using Phadke, Prentice Hall,Englewood Robust design MS Cliff N. november 1989 参考书目实验设计法 魏锡,王世芳译机械工业出 (日)田口玄一版社1987 System of Experimental Taguchi New York: UNIPUB/Krass D Genichi Publications, Volume 1 2,1987 授课时间 2005年9月-2006年1月 绪论1学时 教学内容及要求 试验设计方法在科学研究中的作用 1.科学研究的基本过程 2.科学研究的基本方法 3.试验设计方法的主要内容 试验设计方法在科学技术发展中的地位和作用。 试验设计方法的起源
参考书目 陈魁.试验设计与分析. Design and analysis of experiment. 试验设计与分析 试验设计与数据分析 最优化理论及算法 Quality Engineering Using Robust Design 实验设计法 System of Experimental Design 陈魁. Montgomery, D. C. 杨德 项可风 陈宝林 Phadke, M.S. (日)田口玄一 Taguchi, Genichi 清华大学出版社.1996 年 New York: Wiley.1997 中国农业出版社.2002 上海科技出版社.1991 年 清华大学出版社.1990 年 Prentice Hall, Englewood Cliff, NJ. November 1989 魏锡,王世芳译.机械工业出 版社.1987 New York: UNIPUB/Krass International Publications, Volume 1 & 2, 1987 授课时间 2005 年 9 月－2006 年 1 月 绪论 1 学时 教学内容及要求 试验设计方法在科学研究中的作用 1. 科学研究的基本过程 2. 科学研究的基本方法 3. 试验设计方法的主要内容 ⚫ 试验设计方法在科学技术发展中的地位和作用。 ⚫ 试验设计方法的起源
●我国试验设计方法的发展和现状。 ●使用试验设计方法的目的、内容和应用 试验设计方法是当代科技和工程技术人员必须掌握的技术方法。 ●教学内容:正交试验法、优选法基础、回归分析法、均匀设计法、单 纯形优化法 参考资料 项可风试验设计与数据分析.上海科技出版社1991年 ·陈宝林最优化理论及算法清华大学出版社.1990年 邓正龙化工中的优化方法化学工业出版社1991年 陈魁试验设计与分析清华大学出版社.1996年 (曰)沺口玄一实验设计法魏锡,王世芳译机械工业出版社1987 Phadke, M.S. "Quality Engineering Using Robust Design"Prentice Hall, Englewood Cliff, NJ. November 1989 Taguchi, Genichi. "System of Experimental Design"Edited by Don Clausing. New York: UNIPUB/Krass International Publications, Volume 1 &2,1987 Montgomery, D. C. Design and analysis of experiment. New York Wiley. 1997 杨德试验设计与分析中国农业出版社2002 第一章正交试验基本方法5学时 授课时数
⚫ 我国试验设计方法的发展和现状。 ⚫ 使用试验设计方法的目的、内容和应用。 ⚫ 试验设计方法是当代科技和工程技术人员必须掌握的技术方法。 ⚫ 教学内容：正交试验法、优选法基础、回归分析法、均匀设计法、单 纯形优化法 参考资料 • 项可风.试验设计与数据分析.上海科技出版社.1991 年 • 陈宝林.最优化理论及算法.清华大学出版社.1990 年 • 邓正龙.化工中的优化方法.化学工业出版社.1991 年 • 陈魁.试验设计与分析.清华大学出版社.1996 年 • (日)田口玄一.实验设计法.魏锡,王世芳译.机械工业出版社.1987 • Phadke, M.S. "Quality Engineering Using Robust Design" Prentice Hall, Englewood Cliff, NJ. November 1989 • Taguchi, Genichi. "System of Experimental Design" Edited by Don Clausing. New York: UNIPUB/Krass International Publications, Volume 1 & 2, 1987 • Montgomery, D. C.. Design and analysis of experiment. New York: Wiley.1997 • 杨德.试验设计与分析.中国农业出版社.2002 第一章 正交试验基本方法 5 学时 授课时数：
教学内容及要求 ●多因素试验问题、正交试验、正交表符号的意义 ●因素、水平、自由度、试验指标、交互作用。均衡分散性、整齐可比 性、自由度选表原则、表头设计。 正交表的特点、用正交表安排试验及结果分析。正交试验的步骤。 E交试验的实际工作意义。正交试验的应用范例。 二、教学重点与难点 多因素试验问题:全面试验法、简单比较法、正交试验法。正交表符号 的意义 ·正交表的均衡分散性和整齐可比性的物理意义。 用自由度选表原则进行表头设计。因素水平的随机化 有交互作用的正交试验。正交试验的一般步骤及结果分析。 ·正交试验的实际工作意义 三、作业 1.多因素试验试验设计常采用的全面设计法、简单比较法和正交试验法各 有何优缺点 2.正交表有何特点?均衡分散性的含义是什么?极差分析法和方差分析法使用 了正交法的哪一个特点?
一、 教学内容及要求 ⚫ 多因素试验问题、正交试验、正交表符号的意义。 ⚫ 因素、水平、自由度、试验指标、交互作用。均衡分散性、整齐可比 性、自由度选表原则、表头设计。 ⚫ 正交表的特点、用正交表安排试验及结果分析。正交试验的步骤。 ⚫ 正交试验的实际工作意义。正交试验的应用范例。 二、 教学重点与难点 • 多因素试验问题：全面试验法、简单比较法、正交试验法。正交表符号 的意义。 • 正交表的均衡分散性和整齐可比性的物理意义。 • 用自由度选表原则进行表头设计。因素水平的随机化。 • 有交互作用的正交试验。正交试验的一般步骤及结果分析。 • 正交试验的实际工作意义。 三、 作业 1．多因素试验试验设计常采用的全面设计法、简单比较法和正交试验法各 有何优缺点。 2．正交表有何特点？均衡分散性的含义是什么？极差分析法和方差分析法使用 了正交法的哪一个特点？
3.用正交表安排试验的基本步骤是什么?什么叫做交互作用?有交互作用的正 交试验应如何安排,试验结果又如何分析?有交互作用的正交试验和无交互作用 的正交试验的结果分析有何共同点和不同点? 4.什么叫做自由度选表原则?正交表的自由度、因素的自由度和交互作用的自 由度如何确定? 5.某试验有A,B,C,DE等5个2水平因素,要考虑的交互作用有AxB,Ax CAX DAX E, BxCBXDDXE试根据自由度选表原则,作出正交设计试验方案。 6为什么在进行正交试验方案设计和进行正交试验时,有时,有必要对因素水 平表中的因素和试验顺序进行随机化,请举例说明。 7为提高烧结矿的质量,做下面的配料试验。各因素及其水平如下表(单位:t): 因 ABCDEF 素 精矿|生矿焦粉石灰|白云石铁屑 水平 8.0 5.0 0.8 2.0 0 0.5 2 9.5 4.0 0.9 3.0 0.5 1.0 反映质量好坏的试验指标为含铁量,越高越好。用正交表L8(2)安排试验。各因
3．用正交表安排试验的基本步骤是什么？什么叫做交互作用？有交互作用的正 交试验应如何安排，试验结果又如何分析？有交互作用的正交试验和无交互作用 的正交试验的结果分析有何共同点和不同点？ 4．什么叫做自由度选表原则？正交表的自由度、因素的自由度和交互作用的自 由度如何确定？ 5．某试验有 A, B, C, D, E 等 5 个 2 水平因素，要考虑的交互作用有 A×B，A× C,A×D,A×E,B×C,B×D,D×E,试根据自由度选表原则，作出正交设计试验方案。 6．为什么在进行正交试验方案设计和进行正交试验时，有时，有必要对因素水 平表中的因素和试验顺序进行随机化，请举例说明。 7．为提高烧结矿的质量，做下面的配料试验。各因素及其水平如下表（单位：t）： 因 素 水平 A B C D E F 精矿 生矿 焦粉 石灰 白云石 铁屑 1 8.0 5.0 0.8 2.0 1.0 0.5 2 9.5 4.0 0.9 3.0 0.5 1.0 反映质量好坏的试验指标为含铁量，越高越好。用正交表 L8(2 7 )安排试验。各因
素依次放在正交表的1-6列上,8次试验所得含铁量(%)依次为50.9,47.1 51.4,518,543,498,51.5,51.3。试对结果进行分析,找出最优配料方案。 8.在梳棉机上纺粘棉混纱,为了提高质量,选了3个因素,每个因素有两个水 平,3因素之间有一级交互作用。因素水平如下表: 素 金属针布 产量水平 速度 水平 1 甲地产品 6k 238r- min-1 2 乙地产品 10k g 320r-min -1 试验指标为棉结粒数,越小越好。用正交表L8(2)安排试验,8次试验所得试验 指标的结果依次为0.30,0.35,0.20,0.30,015,0.40,0.50,0.15。试用 极差分析法对结果进行分析。 9.扬州轴承厂为了提高轴承圈退火的质量,制定因素水平表如下 因素 上升温度A保温时间B 出炉温度C 水平1 800°C 6小时 400°C 水平2 820℃ 8小时 500℃ 其试验指标为硬度合格率,采用正交表L4(2)其结果依次为100,45,85,70
素依次放在正交表的 1－6 列上，8 次试验所得含铁量（％）依次为 50.9，47.1， 51.4，51.8，54.3，49.8，51.5，51.3。试对结果进行分析，找出最优配料方案。 8．在梳棉机上纺粘棉混纱，为了提高质量，选了 3 个因素，每个因素有两个水 平，3 因素之间有一级交互作用。因素水平如下表： 因 素 水平 A B C 金属针布 产量水平 速度 1 甲地产品 6kg 238r·min-1 2 乙地产品 10kg 320r·min-1 试验指标为棉结粒数，越小越好。用正交表 L8(2 7 )安排试验，8 次试验所得试验 指标的结果依次为 0.30，0.35，0.20，0.30，0.15，0.40，0.50，0.15。试用 极差分析法对结果进行分析。 9．扬州轴承厂为了提高轴承圈退火的质量，制定因素水平表如下： 因素 上升温度 A 保温时间 B 出炉温度 C 水平 1 水平 2 800℃ 820℃ 6 小时 8 小时 400℃ 500℃ 其试验指标为硬度合格率，采用正交表 L4(2 3 )其结果依次为 100，45，85，70
试用极差分析法分析试验结果,并给出相应的结论 四、本章参考资料 何为编著优化试验设计方法及其在化学中的应用电子科技大学出版 社2004年 陈魁试验设计与分析清华大学出版社1996年 杨德试验设计与分析中国农业出版社2002 五、教学后记 要求学生掌握正交实验法的基本原理,能熟练地运用正交实验法安排多因素 多水平多指标的正交实验,正确地运用自由度选表原则,选择适当的正交表来安 排正交实验,并能用极差分析法分析试验结果 第二章正交试验结果的统计分析方法5学时 教学内容及要求 正交试验方差分析法。试验数据构造模型。方差分析建立的基础 参数估计、变差平方和分解公式、自由度分解公式及相应的计算公式 ●方差分析的必要性,显著性检验,方差分析表。方差分析的·般步骤。 有交互作用的方差分析。有重复试验的方差分析方法,两类误差的物 理意义。方差分析的精度。 ●缺落数据的弥补。 二.教学重点与难点 试验数据的构造模型。方差分析建立的基础。参数估计、变差平方和分 解公式、自由度分解公式及相应的计算公式 方差分析的必要性,显著性检验,方差分析表。方差分析的一般步骤
试用极差分析法分析试验结果，并给出相应的结论。 四、 本章参考资料 何为编著.优化试验设计方法及其在化学中的应用.电子科技大学出版 社.2004 年 陈魁.试验设计与分析.清华大学出版社.1996 年 杨德.试验设计与分析.中国农业出版社.2002 五、 教学后记 要求学生掌握正交实验法的基本原理，能熟练地运用正交实验法安排多因素 多水平多指标的正交实验，正确地运用自由度选表原则，选择适当的正交表来安 排正交实验，并能用极差分析法分析试验结果 第二章 正交试验结果的统计分析方法 5 学时 一. 教学内容及要求 ⚫ 正交试验方差分析法。试验数据构造模型。方差分析建立的基础。 参数估计、变差平方和分解公式、自由度分解公式及相应的计算公式。 ⚫ 方差分析的必要性，显著性检验，方差分析表。方差分析的一般步骤。 ⚫ 有交互作用的方差分析。有重复试验的方差分析方法，两类误差的物 理意义。方差分析的精度。 ⚫ 缺落数据的弥补。 二. 教学重点与难点 • 试验数据的构造模型。方差分析建立的基础。参数估计、变差平方和分 解公式、自由度分解公式及相应的计算公式。 • 方差分析的必要性，显著性检验，方差分析表。方差分析的一般步骤
有交互作用的方差分析。有重复试验的方差分析方法,两类误差的物理 意义。方差分析的精度。 ·缺落数据的弥补 三.作业 1.方差分析解决什么问题?方差分析建立的基础是什么?试证明变差 平方和公式:ST=SA+SE 2.正交试验方差分析建立的基础是什么?有什么意义?解决什么问 题?正交试验结果分析极差分析法和方差分析法有何共同点和不同 点 3.有重复试验的正交试验结果方差分析法中的Se1和Se2有什么不同, 在什么情况下两者可以合并对所考察的因素和交互作用进行误差估 计。有重复十一点方差分析和没有重复试验的方差分析,谁的检验精 度更高? 4.对第一章的7,8,9题用方差分析法分析试验结果。 5.对第—章的7题,若第八号试验的数据完全丢失,利用数据结构模型 和参数估计方法及极小化误差法估计第八号试验丢失的数据 四本章参考资料 何为编著优化试验设计方法及其在化学中的应用电子科技大学出版 社2004年 陈魁试验设计与分析清华大学出版社.1996年 杨德试验设计与分析中国农业出版社2002 五.教学后记
• 有交互作用的方差分析。有重复试验的方差分析方法，两类误差的物理 意义。方差分析的精度。 • 缺落数据的弥补。 三．作业 1． 方差分析解决什么问题？方差分析建立的基础是什么？试证明变差 平方和公式：ST=SA+SE。 2． 正交试验方差分析建立的基础是什么？有什么意义？解决什么问 题？正交试验结果分析极差分析法和方差分析法有何共同点和不同 点？ 3． 有重复试验的正交试验结果方差分析法中的 Se1和 Se2有什么不同， 在什么情况下两者可以合并对所考察的因素和交互作用进行误差估 计。有重复十一点方差分析和没有重复试验的方差分析，谁的检验精 度更高？ 4． 对第一章的 7，8，9 题用方差分析法分析试验结果。 5． 对第一章的 7 题，若第八号试验的数据完全丢失，利用数据结构模型 和参数估计方法及极小化误差法估计第八号试验丢失的数据。 四.本章参考资料 何为编著.优化试验设计方法及其在化学中的应用.电子科技大学出版 社.2004 年 陈魁.试验设计与分析.清华大学出版社.1996 年 杨德.试验设计与分析.中国农业出版社.2002 五．教学后记
试验数据的构造模型建立,设计大量的数量统计知识,在建立模型是重点要 求学生掌握模型建立的思路即可,避免学生在模型建立的数学问题上去花过多的 时间和精力。必须让学生明白,正交试验的方差分析法和极差分析法是正交试验 结果分析的两种方法,前者虽然麻烦一些,但由于能给出误差估计,应用试验的 信息更充分,所以更能反映出试验结果的本质 第三章多指标问题及正交表的灵活运用5学时 教学内容及要求 多指标问题的两种处理方法 水平数不同的正交表的使用及结果分析。并列法、拟水平法 混合水平有交互作用的正交试验。活动水平法,组合因素法。 正交分割试验法。分级因素、正交分割试验的方差分析表。 部分追加试验。配比试验和寿命试验。误差与重复 特殊类型二水平和三水平正交表及交互作用表的构造。 二.教学重点与难点 多指标问题的处理方法,每种处理方法的实用条件、应用范围 ·水平数不同的正交表的使用及结果分析。并列法、拟水平法。 ·混合水平有交互作用的正交试验。活动水平法,组合因素法。 正交分割试验法。分级因素、正交分割试验的方差分析表。 ·部分追加试验。配比试验和寿命试验。误差与重复。 三.作业 1.有一试验,A为4水平因素,BCDE和F为2水平因素,要考察的交
试验数据的构造模型建立，设计大量的数量统计知识，在建立模型是重点要 求学生掌握模型建立的思路即可，避免学生在模型建立的数学问题上去花过多的 时间和精力。必须让学生明白，正交试验的方差分析法和极差分析法是正交试验 结果分析的两种方法，前者虽然麻烦一些，但由于能给出误差估计，应用试验的 信息更充分，所以更能反映出试验结果的本质。 第三章 多指标问题及正交表的灵活运用 5 学时 一．教学内容及要求 ⚫ 多指标问题的两种处理方法。 ⚫ 水平数不同的正交表的使用及结果分析。并列法、拟水平法。 ⚫ 混合水平有交互作用的正交试验。活动水平法，组合因素法。 ⚫ 正交分割试验法。分级因素、正交分割试验的方差分析表。 ⚫ 部分追加试验。配比试验和寿命试验。误差与重复。 ⚫ 特殊类型二水平和三水平正交表及交互作用表的构造。 二. 教学重点与难点 • 多指标问题的处理方法，每种处理方法的实用条件、应用范围。 • 水平数不同的正交表的使用及结果分析。并列法、拟水平法。 • 混合水平有交互作用的正交试验。活动水平法，组合因素法。 • 正交分割试验法。分级因素、正交分割试验的方差分析表。 • 部分追加试验。配比试验和寿命试验。误差与重复 。 三．作业 1．有一试验，A 为 4 水平因素，B,C,D,E 和 F 为 2 水平因素，要考察的交