試驗設計(DOE)技術的基本概念


R.現代統計學的主要奠基人之一A.Fisher在英國農業實驗站工作時,從田野試驗設計研究中發展了統計學試驗設計的基本思想和方法,推動了整個數理統計的發展。此后,試驗設計成為了數理統計中非常活躍的一個分支。試驗設計技術的研發始終與其在科學研究、工農業生產技術改進等方面的應用緊密相連。到目前為止,已經形成了廣泛的理論和應用體系。


試驗設計是相關統計理論和實驗技術的結合,使研究人員能夠發現好的實驗,有效地分析數據,并在分析結論和最初的研究目標之間建立聯系。由于試驗設計是一個統計理論,這里有一些關于試驗設計理論的基本概念:


1.指示器


試驗設計,過程結果參數所需的目標值稱為“指標”,有時也稱為“響應變量”。


2.因素


試驗設計,影響過程結果參數的過程輸入變量稱為“因素”,也稱為“因子”。其實過程中有可控因素和不可控因素,對應的因素也分為“可控因素”和“不可控因素”,其中不可控因素又稱為“噪聲因素”或“隨機因素”。


3.水平


試驗設計,可用于受控因子的數值稱為水平。“級別”的可能值的數目稱為“級別數”。因此,有些因素可能是多層次的因素。例如,對于氧化過程,“溫度”是影響氧化層厚度指數的可控因素。如果試驗設計中允許950℃、975℃和1000℃三個值,則溫度為三級因子。


4.測試方案


也可以稱之為“測試型”。在確定測試指標、因素和水平后,可以根據一定的統計原理選擇測試方案,制定測試方案。一個糟糕的設計可能只得到很少的信息(這些信息可能對分析沒有幫助),而一個精心安排的試驗設計可能會使結果清晰明了,不需要進行太復雜的分析。如何選擇試驗設計類型,構建測試方案是試驗設計技術的核心。


5.試驗設計矩陣


試驗設計矩陣是實驗的矩陣描述。它不是為特定因素設置的,而是基于通用代碼構建的矩陣。因此,與具體的測試方案相比,具有更廣泛的意義,是制定具體測試方案的關鍵,對測試結構和分析非常有用。


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