干货：正交试验设计法

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一、概述

1、正交试验设计法（正交试验法）－是利用正交表来合理安排试验的一种方法。

2、安排任何一项试验，首先要明确试验的目的是什么？用什么指标来衡量考核的结果？对试验指标可能有影响的因素是什么？为了搞清楚影响因素，应当把因素选择在哪些水平上？

3、指标

就是试验要考核的效果。在正交试验中，主要设计可测量的定量指标，常用X、Y、Z来表示。

4、因素

是指对试验指标可能产生影响的原因。因素是在试验中应当加以考察的重点内容，一般用A、B、C、•• • 来表示。在正交试验中，只选取可控因素参加试验。

5、水平

是指因素在试验中所处的状态或条件。对于定量因素，每一个选定值即为一个水平。水平又叫位级，一般用1、2、3、•• • 来表示。在试验中需要考察某因素的几种状态时，则称该因素为几水平（位级）的因素。

二、正交表

正交表：在设计安排正交试验时制作好的标准化的表格。

1、正交表的性质：

1）、均衡分散性。由于每一列中各种字码出现相同的次数，这就保证了试验条件均衡地分散在配合完全的水平组合中，因而代表性强，容易出现好条件。（效率高）

2）、整齐可比性。由于任意两列中全部有序的数字对出现相同的次数，这就保证了在各个水平的效果之中，最大限度地排除了其他因素的干扰，因而能最有效地进行比较，作出展望。（效果好）

三、常用正交试验设计与分析

常用正交试验设计与分析的步骤如下

1、明确试验目的；

2、确定考察的指标；

3、挑因素，选水平（位级）；

4、设计试验方案；

5、实施试验方案；

6、试验结果分析（一般用目测法、极差分析法、画趋势图等）；

7、反复调优试验以逼近最优方案；

8、验证试验并通过生产验证确认较优方案。

三、常用正交试验设计与分析－示例

1、明确试验目的

2,4－二硝基苯肼是×× 化工厂生产的一种试剂产品。过去的工艺过程长、工作量大，且产品经常不合格。今采用2,4－二硝基氯代苯（以下简称氯代苯）与水合肼在乙醇作溶剂下合成的新工艺，小试已初步成功，但产率只有45％，希望通过正交试验，找出好的生产条件，达到优质增产的目的。

2、确定考察指标

要考察的指标：产率 （％ ）、外观 （颜色 ）。

3、挑因素、选水平（位级），制定因素水平（位级）表

经分析决定考察乙醇用量、水合肼用量、反应温度、反应时间、水合肼品种、搅拌速度六种等因素，每种因素各选出两个水平（位级）。

4、设计试验方案

1）、因素顺序上列

2）、位级对号入座

5、实施试验方案

6、试验结果分析

1)、直接看，可靠又方便。

产率：    颜色：

2）、算一算，有效又简单。

I ＝∑ A1， ∑B1， ∑C1，•••；

II＝∑ A2， ∑B2， ∑C2，•••；

3）、比极差R：若 R大，表示该列因素对产率的影响敏感，是重要因素；

若R小，表示该列因素对产率的影响不敏感，是不重要因素。

确定因素排序：主→ 次（R：大→小）

4）、比位级：若 I＞ II，则该列因素的位级1比位级2好；

若I＜ II，则该列因素的位级2比位级1好。

确定因素的位级或取舍。

6、试验结果分析

1)、“直接看”和“算一算”的关系。

2)、如果生产上急需，通常应优先补充试验“算一算”的好条件。经过验证，如果效果真有所提高，就可将它交付生产上使用。

5)、①倘若验证后的效果比不上“直接看”的好条件，就说明该试验的现象比较复杂。

②还有一种情况是，试验时间较长，等不到验证试验的结果。对于这两种情况，生产上可先用“直接看”的好条件，也可结合具体情况作些修改；与此同时，另行安排试验，寻找更好的条件。

7、反复调优试验，逼近最优方案
1）、挑因素，选位级，制定因素位级表

2)、利用正交表确定试验方案，实施试验方案。

3）、试验结果分析

“直接看“：颜色：－加料速度是影响颜色的重要因素

产率：第2号的产率（86％）最高

试验条件：水合肼用量为理论值的2.3倍，反应时间为2h，慢速加料。

“算一算“：因素（主→次）     水合肼用量       加料速度    时间

好位级               2.3倍           慢          2h

“算一算”的好条件与“直接看”的好条件一致。

运用正交试验法的注意事项：

1)、不应随便选取非正交表进行正交试验。

2)、当选用日本正交表做试验时，则应按日本型正交试验的程序、方法进行试验设计与分析；当选用中国型正交表做试验时，则应按中国型正交试验的程序、方法进行试验设计与分析。二者不能混用。

3)、试验前要确定考察指标，对多项考察指标要分清主次，最好设法（如综合评分）使之变成单项考察指标。

4)、进行正交试验设计时应尽量多考察因素、水平（位级）。

5)、在试验实施的过程中，因素水平（位级）要严格控制在规定的水平（位级）变化精度内。

6)、正交试验设计不是一次简单利用正交表就可以顺利取得成功，而应多次反复利用才能取得较佳效果。

7)、试验结果的测试技术和手段的精度要有保证，计算应正确无误，避免发生分析失误。

文章转自：质量工程师之家