1、第二章 试验干扰控制,第一节 试验干扰,一 、问题的提出,1、试验设计发展程式：（正交试验设计）,概念,拉丁方,正交表,基本法 有交互作用 直接用混合表,基本需要,改造表 调整因素水平 综合,一般需要,多指标 指标估计 数据弥补,实际生产,均衡分布思想,应用,中心环节,2、试验过程（程式）,1 试验方案 数据处理,优水平 优搭配 因素主次,y优,（正交）,过程,获取数据方法,光线示波器 纸带,磁带机 磁带,x-y记录仪 图线,直接测量,间接测量,统计：产量,调查：抽样,系统误差 过失误差 随机误差,2 问题，数据准不准,L,实例：为减小玉米收获机械的收获损失，对其摘蕙装置进行试验研究，选定的因
2、素水平如表所示，交互作用均不考察，试验指标为玉米损失率，当然越小越好。,750,4,600,3,乙,1.8,35,650,2,甲,1.6,40,700,1,摘辊型式D,喂送速度C（m/s）,辊倾角 B（C）,摘蕙速度 A（r/min）,因素 水平,选表,二、判别方法,A4 B2 C1 D2,最优组合,B,D,C,A,主次因素,D2,C1,B2,A4,优水平,0.013,0.034,0.002,0.126,0.235,0.202,0.003,0.28,0.095,0.375,0.217,0.250,0.225,0.28,1.81,0.235,0.202,0.228,0.15,0.08,1,1,2
3、,4,8,0.11,2,2,1,4(750),7,0.34,2,1,2,3,6,0.41,1,2,1,3(600),5,0.31,1,2,2,2,4,0.25,2,1,1,2(650),3,0.17,2乙,2,2(35),1,2,0.14,1甲,1,1(40),1(700),1,y,D （4）,C(m/s) （3）,B(C) （2）,A(r/min) （1）,i j,1 2 2 1 2 1 1 2,0.225 0.228,-0.085 -0.085 0.022 0.085 0.182 0.155 -0.115 -0.148,0.14 0.17 0.25 0.31 0.41 0.34 0.11
4、0.08,0.225 0.228 0.228 0.225 0.228 0.225 0.225 0.228,1 2 2 1 2 1 1 2,1 2 3 4 5 6 7 8,JI,1、计算,2、排序,从大到小（或从小到大）,3 4 5 6 8 7 2 1,3 4 5 6 8 7 2 1,3、比较：,例：无线电元件厂对影响产品不合格因素及水平如表，全部交互作用可忽略，试验指标为产品不合格率 y % 越小越好。,三、试验干扰,1、干扰：使试验指标产生波动的条件因素，它们造成对试验的干扰，影响实验数据的准确性。,2、原因：根本上讲，是试验条件的不均匀，造成条件因素未能很好有效控制。,影 响试验指标,试验
5、因素,（对y波动 越大越好）,条件因素,（对y波动 越小越好）,1 因素水平，希望波动， 可正交分析,2 水平控制，误差允许1%， 如误差较大，用模糊正交设计,3 组合失控（正交表上看错行时)正交实验失败，回归设计分析,1可控的未控好，协方差分析,2不可控,人 机 环境,气候 时间 实验材质 仪器 温度,用干扰控制,3、如何控制干扰, 任何一项试验都有干扰； 对指标影响不大者，可视为随机干扰，可归随机误差，要视具体试验（精度要求）而定； 对于验证性试验，要求规定统一的检验标准与实验条件； 对于探索性试验，尽量保证实验条件均匀一致，必须遵守实验设计三条基本原则： 设置区组，重复试验，随机化措施。
6、,第二节 实验设计的原则,一、设置区组,1、区组：人为划分的试验时空范围（时间和空间）,2、分区组的目的: 缩小范围，消除差 异，创造均匀。,区组内：试验时空范围小，认为实验条件一致，均匀。 区组间：试验时空范围大，认为实验条件不一致，不均匀。,3、如何划分区组, 根据试验具体情况，凡使试验条件产生差异，可能形成较大干扰的条件因素，都可划分区组。,时间（日期，季节）空间（地块，试件，路段，场地）仪器、设备（车床，车辆，测试仪器）操作人员（操作技术水平）,4、区组设计：在试验设计中占有重要地位,1、利用区组合理安排试验方案，以控制试验干扰的设计方法。,2、关键：按均衡分布思想安排试验的时间顺序与
7、空间位置，以保证试验条件的均匀一致。,5、注意：试验前 分析可能产生的干扰，主次排队，在编制方案时就考察如何控制干扰，使方案设计，干扰控制与结果处理融为一体，确定控制的方法。 干扰是因素（原因），认为试验因素与干扰无交互作用，如果存在交互作用，就不能把干扰作为区组，而必须作为一个因素安排在试验中。,二、重复试验,1、概念：同一个试验单元的若干次重复,试验单元：一种组合处理由始至终的完整的试验过程。一项多因素试验中，有几个组合处理就有几个试验单元，而重复取样是在试验单元内的多次取样。,2、关键：做到是真正的重复试验，而不是重复取样。,1 概念上的区别：试验单元间，试验单元内。 2 误差上的区别：
8、重复试验误差e（纯）单元间 整体重复取样误差es（部分）单元内 局部,3、目的：,1 估计试验误差e(纯） 2 提高试验精度（ ） 3 扩大试验的适应性与代表性,4、重复试验的方法,1 全部重复：选优，可靠性强，但是人力、物力、财力消耗很大，有些点不需要。 2 单点重复：在较优点、最优点或需要点重复，人、财、物、时耗资小。 3 先不重复，筛选出主要因素：再安排试验时再重复，根据试验具 体情况和实际要求，合理确定。,Note：相同条件下的重复试验不能发现和减小系统误差。,三、随机化措施,1、目的进一步消除干扰，创造试验条件均匀，使各号试验在排列上机会均等;消除某号试验可能占有某种优势或劣势，对区
9、组设计和重复试验中未能控制的干扰作进一步的控制;使各号试验条件尽量一致。,2、关键 试验序号随机安排，使各号试验优劣均等。,随机化包括：, 试验序号的随机安排； 因素水平的随机安排； （不一定从大到小或者从小到大安排） 区组序号的随机安排； 重复试验的试验号，区组号的随机化。,3、随机化方法,部分随机化,抓阄 掷子 查随机数据表,在完全随机化的基础上， 再加上人为的调整。,完全随机化 （Completely Randomized Design）,随机化可使系统误差转化为随机误差，从而可正确、无偏地估计试验误差，并可保证试验数据的独立性和随机性，以满足统计分析的基本要求。,Note：在试验中，遵
10、循随机化原则是消除系统误差的有效手段。,提高试验准确性和精确性 保证统计推断的可靠性,随机化排列,重复试验,设置区组,消除系统误差 无偏估计试验误差,估计和降低随机误差,与重复试验结合，分离系统误差 降低随机误差,试验设计三原则关系,第三节 单向干扰控制,一、概述,1、单向干扰： 一个条件因素对指标 y 造成较大影响,2、控制方法： 区组设计=正交表区组设计,完全区组设计 不完全区组设计,二、完全区组设计,1、概念：一个区组能容纳正交表所列全部 组合处理的区组设计。,A1B1C1、 A1B2C2、A2B1C2、 A2B2C1,2、特点,（1）a（试验点小）一般2-4，最多不超过8-9个，a一般
11、为4 ，即可选用L4(23)，L8(27)，L9(34)，L8(4x24)。 （2）区组个数等于重复试验次数，有几个区组点重复几次。 （3）控制干扰不占正交表的列，不影响部分实施的大小，区组设计与试验方案无关，是相互独立，先方案，后区组，不占列，不影响。,3、方法步骤,东方红40拖拉机与IL2-30悬挂犁机组最大耕深试验。,条件：本试验用同一台拖拉机，同一个驾驶员，同一组测试人员和测试仪器。,1方案设计与基本法相同,2控制干扰，此种设计仅实施方案时 =遵循三原则。,(1)确定应控干扰及其控制方法,(2)设置区组，不设不行，松软不均，影响耕深。,(3)最低重复试验 = 区组设计个数（2个），不重
12、复无区组而言。,松软,坚硬,区组 1,区组 2,A,1 + 2 + 3 + 4,+ 1 + 2 + 3 + 4,1 3 + 4 2,B,+ 3 + 2 + 1 4,1 3 + 4 2,C,2 4 + 3 1,A： 设区组、有重复，不随机化不行，换七次犁铧，没有清除土壤软硬影响。,B：完全随机化，换四次，土壤影响在一定程度上消除。,C：在完全随机化基础上调整（部分随机）换二次（松软均匀）。,（4）随机化：,4、结果分析 R法，只需将重复试验的指标值都列上，取其平均值即可。,5、优缺点 优点：不影响方案设计，结果分析简单。 缺点：a（试验号数）小，限制广泛应用。,三、不完全区组设计,1、概念：一个
13、区组只能容纳正交表所列的一部分组合处理的区组设计。,2、特点：,试验号可多，不受限制；区组内试验量受限 2- 4，一般不超过6，且各 区组试验号相等；重复一次，即为所有区组的一次重复；区组设计与方案设计有关，控制单向干扰需占正交表一列，该列称区组列或干扰列，使增大。干扰当作因素看待，占一列，有所得，必有所失 ；试验数据需要修正。,3、方法与步骤,1方案设计,(1)考察并确定应控干扰G（土壤软硬不均）,(3)表头设计：将G作为因素看待，且与其它因素无交互作用。,(2)选表：C=C因+C交+C干= 3+0+1=4L9(34),575,(4)编制方案,A、B、C试验因素组合不变 , G控制实施路线,
14、2控制干扰,遵守三原则,1设置区组,a.区组数等于区组列的水平数 N=b区； 每个区组内的组合处理数等于试验号除以区组列的水平a区=a/b区 。,b.区组内试验组合的具体划分 将区组当成一个因素看待，以同一水平所有各号试验为一区组，不同水平即为不同区组。,I：1，5，9；II：2，6，7；III：3，4，8,2重复试验两次，即做6个区组，每重复一次即重复3个区组。,3随机化措施,试验号顺序 区组号顺序 重复试验,松软,坚硬,I： 1，5，9 II： 2，6，7 III：3，4，8,17次,12次,2计算各区组 对应指标均值,I： 1，5，9 II： 2，6，7 III：3，4，8,3结果分析,
15、1总平均值,23.13 22.43 20.232.9,3计算区组效应,23.13 22.43 20.232.9,4计算试验指标校正值,5以 y进行结果分析,23.13 22.43 20.232.9,第四节 两向干扰设计,一、两向干扰,1、概念：同时存在两种必须控制的干扰, 试验的时间、空间、人员、仪器和设备等产生的干扰中同时有二个需要控制。 在试验的空间中两个方向的较大差异，如地块两个方向土质不均，有两向干扰。 实际上，一项试验中可能同时有多种干扰存在。,2、控制方法, 利用正交表,等水平 不等水平, 拉丁方、尧登方,二、利用正交表控制两向干扰,1、特点 1a（试验号）不受限制； 2需占正交表
16、 2 列：G1、G2； 3两向控制皆是不完全区组设计，两向区组数等，等水平 不等，不等水平4列出两向干扰控制表； 5yi 应进行两向校正。,2、方法步骤（与单向不完全区组设计类似）,在非路面条件下进行某越野汽车的通过性试验，重点考察轮胎的结构参数和工作参数，试验因素及其水平如下表，交互作用均可忽略，试验指标为滑转率 。,1考察并确定应控干扰,G1 -节省时间，同时试验，两台车，两组人员，仪器和试验操作人员有差异，可能造成试验条件的较大差异，而形成干扰；,G2 -室外试验，考验试验场地发现，各处坚实度有差异，试验场地的不同，坚实度会形成试验干扰。,2方案设计,选表,表头设计,a、先因素（包括交互
17、作用）后干扰。,b、排干扰时尽量考虑使水平更换困难的因素，以减少水平更换次数。 本例A、D（即胎纹、胎宽）难换，更换轮胎困难。, 1 3 6 8 2 4 5 7, 1 4 5 8 2 3 6 7,G1 车,G2 地,5列,6列,G1,编制方案,G1、G2不影响 A、B、C、D四项组合，实施过程中有影响，影响实施路线。,3列干扰控制表,控制表：正交表 G1、G2 列各水平的不同组合所对应的试验号，并分别放在 G1、G2 组成的二元搭配表中相应位置上，此表是控制两向干扰时进行试验的具体依据，直观形象，便于实施和控制，也便于对试验指标进行两向矫正。, , , ,G2 （地）,（车）,G1（车）,G1
18、G2, 1 3 6 8, 2 4 5 7,1.5 3.1,4.9 6.1,3.6 4.2,G2 （地）,G1（车）,G1G2,2.0 3.8,4试验结果分析,在两向控制表上，对试验指标值进行两向矫正，即先清除两向干扰的影响。,12.43.1,16.84.2,15.6 3.9,1.5 3.1,4.9 6.1,13.6 3.4,3.6 4.2,G2 (地),G1（车）,G1G2,2.0 3.8,G1(车)第一区组对应 y 指标和及均值,G2（地）第一区组对应y指标和及均值, , , , ,12.43.1,16.84.2,15.6 3.9,1.5 3.1,4.9 6.1,13.6 3.4,3.6 4
19、.2,G2 （地）,G1（车）,G1G2,2.0 3.8,各区组的效应，,各区组对应试验指标平均值 与总平均值的差值,0.55 -0.55,-0.250.25,12.43.1,16.84.2,15.6 3.9,1.5 3.1,4.9 6.1,13.6 3.4,3.6 4.2,G2 （地）,G1（车）,G1G2,2.0 3.8,0.55 -0.55,-0.250.25,矫正指标：将试验指标实测值减去干扰G1和 G2分别对应的区组效应， 和,1.7 3.5,4.4 5.0,4.1 5.3,1.8 3.4,3.65 3.650,3.65 3.650,二、利用拉丁方控制两向干扰,1、概念,1拉丁方：用
20、拉丁字母排列的具有一定性质的方阵,2拉丁方性质 正交性，行列都有； 行列调换不改变正交性质； 最多安排 个试验点。,2、设计特点：区组设计a小，一般为2-4；可直接用行、列控制两向干扰，不需要另列控制干扰表；两向皆为完全区组设计，且两向区组数相等；不进行指标矫正，同一号试验多次重复结果的平均值即其矫正。,3、方法步骤,例：对三种合金犁铧进行耐磨寿命试验,（高铬铸铁）,3,2,1,因素 水平,1考察并确定干扰 G1：土壤差异 列 G2：铧片位置 行,(高钼铸铁),（钼钒铸铁）,犁铧材质,53117763,18662-52,309103-11,360 120 6,（2）215,（1）60,（3）8
21、5,342 114 0,（1）172,（3）56,（2）114,324 108 -6,（3）144,（2）70,（1）110,G2 铧别,G1（犁别）,G1G2,不矫正，直接用同一号试验所有指标值，求均值,第五节 尧登方区组设计,A B C D E B C D E A C D E A B D E A B C E A B C D,A B C D B C D E C D E A D E A B E A B C,A B C D E B C D E A C D E A B D E A B C,1、直列随机：将拉丁方的各直列顺序按13542顺序重排。 2、横行随机：再将直列重排后的拉丁方的各横行按41523顺序重排。,冬小麦施氮肥试验，比较 5 种不同施肥方式 A、B、C、D、E 对小麦产量的影响。因受试验土地面积所限，且纵向、横向试验条件需控制，故采用 5X4 尧登方区组设计，以控制纵向和横向的试验干扰。田间试验方案和小麦产量（kg/30m2）,
