Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии
..pdf
|
|
Греко-латинские квадраты |
|
|
|
|
|
3X3 |
|
|
4X4 |
|
|
|
В |
|
|
|
в |
|
А |
ь2 |
Ьг |
A |
Ьг |
Ьз, |
Ь4 |
Ьг |
Ьг |
|||||
0 \ |
0 2 |
сз |
Cl |
C2 |
Сз |
c 4 |
ai |
|
|
Oi |
d2 |
|
d4 |
d \ |
d 2 |
d 3 |
dx |
d 3 |
||
С2 |
с3 |
Cl |
C2 |
Cl |
c 4 |
Сз |
|
d x |
d 2 |
02 |
d4 |
dx |
d2 |
d z |
d 3 |
|||||
Сз |
Cl |
C2 |
C3 |
C\ |
Cl |
C2 |
а3 |
|
|
аз |
|
d2 |
|
d 2 |
d 3 |
d x |
d4 |
d 3 |
dx |
|
|
|
|
c4 |
C3 |
2 |
Cl |
|
|
|
O4 |
C |
||
|
|
|
d2 |
dx |
dA |
d 3 |
5X5
----------------------------------------------------------- |
|
|
?--------------------------------------------------------- |
|
|
|
|
В |
|
A |
Ьг |
|
Ьз |
Ьз |
Ьг |
|
|||
Cl |
C2 |
*3 |
c4 |
Cs |
a i |
|
|
|
|
a2
d x |
|
d 2 |
d 3 |
d 4 |
d 5 |
c3 |
c4 |
0 5 |
|
Cl |
О |
|
d 4 |
d 5 |
d x |
d 2 |
C5 |
Cl |
C2 |
c 3 |
c4 |
03
со
|
d 2 |
d 3 |
d 4 |
d s |
d x |
C2 |
C3 |
C4 |
|
C5 |
Cl |
a4 |
|
|
d 2 |
d 3 |
d 4 |
|
d 5 |
d x |
|||
c4 |
Cs |
Cl |
|
C2 |
С3 |
a 5 |
|
|
|
|
|
d 3 |
d 4 |
d 5 |
d x |
d 2 |
|
|
|
План эксперимента п = |
3, N = 9 |
|
|
|
||||
Номер |
А |
В |
С |
D |
У |
Номер |
А |
в |
с |
D |
У |
опыта |
опыта |
||||||||||
1 |
а г |
h |
Cl |
Чх |
Уг |
6 |
a<i |
^3 |
Cl |
d-2 |
Уе |
2 |
а 1 |
bi |
С2 |
d2 |
У2 |
7 |
О'Ъ |
|
*3 |
d2 |
У7 |
3 |
а \ |
*3 |
с3 |
Чз |
УГ |
8 |
Дз |
h |
С 1 |
d 3 |
У8 |
4 |
#2 |
Ьл |
с2 |
Чз |
У4 |
9 |
я 3 |
h |
с 2 |
d l |
У9~ |
5 |
0>2 |
b2 |
С3 |
Чх |
У5 |
|
|
|
|
|
|
В греко-латинском квадрате имеется п2 различных комбинаций |
|||||||||||
уровней факторов вместо п4 комбинаций полного |
четырехфактор |
ного эксперимента. Поэтому греко-латинский квадрат представляет
собой 1/п2 реплику от полного факторного эксперимента (ПФЭ). |
|
Так, приведенный в табл. 16 греко-латинский квадрат 3x3 пред |
|
ставляет собой 1/9 реплику от ПФЭ З4 |
(N = 81), греко-латинский |
квадрат 4 X 4 — 1/16 реплику от ПФЭ 44 |
(N = 256), 5x5— 1/25репли |
ку от ПФЭ 54 (N = 625).
Дисперсионный анализ греко-латинского квадрата проводится так же, как и анализ обычного латинского квадрата, с учетом чет вертого фактора D (греческая буква). Сумма квадратов для гре ческой буквы имеет число степеней свободы п—1. Число степеней свободы остаточной суммы, определяемой, как и ранее, в виде раз ности между общей суммой квадратов и суммами квадратов всех
факторов, равна (п—1) (п—3). Если |
наложить друг на друга три |
|
ортогональных латинских квадрата, |
получим латинский квадрат |
|
третьего порядка, п ортогональных |
квадратов — латинский |
квад |
рат /г-го порядка. Полученные квадраты называют также |
гипер- |
|
греко-латинскими квадратами. |
|
|
При п уровнях ъ план можно ввести п+ 1 фактор. Число степе ней свободы остаточной суммы при этом будет равно нулю. Такие планы называются насыщенными. Построим насыщенный план для п = Ъ. Наложим для этого друг на друга четыре полученных орто гональных латинских квадрата 5X5 [см. (III.105)— (III.108)], со ставляющих полный ряд ортогональных латинских квадратов 5x5 (табл. 18). Исходный латинский квадрат (III.105) соответствует
уровням фактора С, второй квадрат (III.106)— уровням |
фактора |
D и т. д. Уровни факторов обозначены цифрами. Соответствующий |
|
план эксперимента для шести факторов приведем в табл. |
19. |
Полученный план является насыщенным, так как число степе ней свободы остаточной суммы, определяемое по формуле / = = (п—1) (п—й+1), где k — число изучаемых факторов, равно нулю.
План представляет собой 1/625 реплику от ПФЭ 56.Такие пла ны обычно применяют на первых стадиях исследования процесса, когда приходится проводить сложный перебор качественных фак торов с тем, чтобы выделить перспективные комбинации для даль нейшего исследования и отсеять неприемлемые. Использование
Г и п ер -гр ек о -л ати н ск и й к в а д р а т 4 -го п о р я д к а
А
0
1
2
3
4
|
|
|
|
в |
|
0 |
|
1 |
|
2 |
|
С = 0 |
С = |
1 |
С = 2 |
||
D = 0 |
£> = |
1 |
0 = 2 |
||
Е = 0 |
£ = |
1 |
Е = 2 |
||
F = 0 |
£ = |
1 |
F = 2 |
||
С = |
1 |
С = |
2 |
С = 3 |
|
£> = 2 |
£> = 3 |
0 = 4 |
|||
Е = 3 |
£ = |
4 |
Е = 0 |
||
£ = |
4 |
£ = |
0 |
£ = |
1 |
С = |
2 |
С = 3 |
С = 4 |
||
D = |
4 |
0 = 0 |
£>= 1 |
||
£ — 1 |
£ = |
2 |
£ = |
3 |
|
F = 3 |
£ = |
4 |
£ = |
0 |
|
С = 3 |
С = 4 |
С = 0 |
|||
£> = 1 ‘ |
■ 0 = 2 |
D = 3 |
|||
£ = = 4 |
£ = |
0 |
Е = |
1 |
|
F = 2 |
£ = |
3 |
£ — 4 |
||
С = 4 |
С = |
0 |
С = |
1 |
|
£> = |
3 |
0 = |
4 |
D = |
0 |
Е — 2 |
Е = 3 |
£ = |
4 |
||
F = |
1 |
£ = |
2 |
£ = |
3 |
План эксперимента п= 5, N = 25
3 |
|
4 |
|
с = |
з |
С = |
4 |
0 = |
3 |
0 = 4 |
|
Е = 3 |
Е = 4 |
||
£ = |
3 |
F = 4 |
|
С = |
4 |
С = 0 |
|
0 = 0 |
О = |
1 |
|
Е = |
1 |
Е = 2 |
|
F = 2 |
F = 3 |
||
С = 0 |
С = |
1 |
|
0 = 2 |
D = |
3 |
|
Е = 4 |
£ = |
0 |
|
£ = |
1 |
F = 2 |
|
С = |
1 |
С = 2 |
|
£ = |
4 |
D = 0 |
|
£ = |
2 |
Е = 3 |
|
£ = |
1 |
F = |
2 |
С = 2 |
С = 3 |
||
О = |
1 |
0 = 2 |
|
£ = |
0 |
Е = |
1 |
F = 4 |
£ = |
0 |
|
|
|
Т а б л и ц а |
19 |
Номер |
Л |
в |
с |
D |
£ |
F |
Номер |
л |
5 |
с |
D |
я |
F |
опыта |
опыта |
||||||||||||
1 |
0 |
0 |
0 |
.0 |
0 |
0 |
14 |
2 |
3 |
0 |
2 |
4 |
1 |
2 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
15 |
2 |
4 |
1 |
3 |
0 |
2 |
3 |
0 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
16 |
3 |
0 |
3 |
• 1 |
4 |
2 |
4 |
0 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
17 |
3 |
1 |
4 |
2 |
О |
3 |
5 |
0 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
18 |
3 |
2 |
0 |
3 |
1 |
4 |
6 |
1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
19 |
3 |
3 |
1 |
4 |
2 |
0 |
7 |
1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
0 |
20 |
3 |
4 |
2 |
0 |
3 |
1 |
8 |
1 |
2 |
3 |
4 |
0 |
1 |
21 |
4 |
0' |
4 |
3 |
2 |
1 |
9 |
1 |
3 |
4 |
0 |
1 |
2 |
22 |
4 |
1 |
0 |
4 |
3 |
2 |
10 |
1 |
4 |
0 |
1 |
2 |
3 |
23 |
4 |
2 |
1 |
0 |
4 |
3 |
11 |
2 |
0 |
2 |
4 |
1 |
3 |
24 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
4 |
12 |
2 |
1 |
3 |
0 |
2 |
4 |
25 |
4 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
13 |
2 |
2 |
4 |
1 |
3 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
греко-латинских и гипер-греко-латйнских квадратов в качестве планов эксперимента, таким образом, одновременно дает эконо мию в числе наблюдений и приводит к упрощению вычислений.
Основным допущением, лежащим в основе применения греко латинского квадрата и квадратов высших порядков, является пред положение об отсутствии взаимодействий между факторами. Про верить адекватность принятой линейной модели, как и при приме
|
|
|
|
|
нении латинских квадратов, мож |
|||||||||||
|
|
|
|
|
но только при наличии параллель |
|||||||||||
|
|
|
|
|
ных опытов. |
|
|
|
|
кубы. |
Полному |
|||||
|
|
|
|
|
|
5. |
|
Латинские |
||||||||
|
|
|
|
|
факторному |
эксперименту |
для |
|||||||||
|
|
|
|
|
трех факторов |
п3 |
|
(п> 2) |
соответ |
|||||||
|
|
|
|
|
ствует |
кубическое |
расположение |
|||||||||
|
|
|
|
|
из |
п |
элементов, |
включающее п г |
||||||||
|
|
|
|
|
позиций. Трем ребрам куба соот |
|||||||||||
|
|
|
|
|
ветствуют |
факторы |
А, В и С с |
|||||||||
|
|
|
|
|
уровнями |
О, |
1, |
2, |
|
, п —1 |
(рис. |
|||||
|
|
|
|
|
21). Если |
ввести |
в план |
четвер |
||||||||
|
|
|
|
|
тый фактор D и уровни этого |
|||||||||||
|
|
|
|
|
фактора |
(0, |
1,2, |
|
, п —1) разме |
|||||||
|
|
|
|
|
стить в соответствующих |
опытам |
||||||||||
Рис. 21. |
Латинский |
куб первого |
точках |
кубического |
расположе |
|||||||||||
|
|
порядка |
ния, |
то |
получится |
латинский |
куб |
|||||||||
Латинским |
кубом размера п |
размера п |
первого порядка. |
|
||||||||||||
первого порядка |
|
называют куби |
||||||||||||||
ческую таблицу из п элементов, расположенных в п3 позициях, та |
||||||||||||||||
кую, что каждый элемент входит в таблицу п 2 |
раз и встречается в |
|||||||||||||||
каждой из 3п плоскостей, параллельных координатным плоскостям |
||||||||||||||||
*1 0 *2 , Х \ о х 3, |
Х2ОХ3 , одинаковое для всех элементов и равное п число |
|||||||||||||||
раз. Действительно, уровни дополнительного фактора D (элементы |
||||||||||||||||
латинского |
куба) |
встречаются в плане одинаковое |
|
и равное п 2 |
||||||||||||
число раз и встречаются в каждой из 3п координатных плоскостей |
||||||||||||||||
(т. е. с уровнями трех факторов |
А, |
В, |
С) |
одинаковое |
и равное п |
|||||||||||
число раз |
(табл. 20). |
|
|
|
|
для |
латинского куба |
|||||||||
Соответствующая матрица планирования |
||||||||||||||||
с размерами п = 3, r= 1 приведена в табл. 21. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
20 |
||
|
|
|
3 x 3 x 3 латинский |
куб |
первого порядка |
|
|
|
|
|
||||||
А |
|
в |
|
А |
|
в |
|
|
|
|
|
А |
|
|
в |
|
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
2 |
0 |
1 * |
|
|
|
0 |
|
1 |
2 |
0 |
|
1 |
2 |
0 |
1 |
1 |
1 |
2 |
0 |
|
|
|
|
1 |
|
0 |
1 |
2 |
2 |
1 |
2 |
0 |
2 |
0 |
1 |
2 |
|
|
|
|
2 |
|
2 |
0 |
1 |
|
|
|
|
П лан |
эк сп ер и м ен та п = 3, |
N = 2 1 |
|
|
|
|
|
Номер |
А |
в |
с |
D |
У |
Номер |
А |
в |
с |
D |
У |
опыта |
опыта |
||||||||||
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
#1 |
15 |
1 |
2 |
1 |
0 |
#15 |
2 |
0 |
1 |
0 |
1 |
*#2 |
16 |
2 |
0 |
1 |
0 |
#16 |
3 |
0 |
2 |
0 |
2 |
Уз |
17 |
2 |
1 |
1 |
1 |
#17 |
4 |
1 |
0 |
0 |
0 |
У4 |
18 |
2 |
2 |
1 |
2 |
#18 |
5 |
1 |
1 |
0 |
1 |
#5 |
19 |
0 |
0 |
2 |
1 |
#19 |
6 |
1 |
2 |
0 |
1 |
У6 |
20 |
0 |
1 |
2 |
2 |
#20 |
7 |
2 |
0 |
0 |
2 |
#7 |
21 |
0 |
2 |
2 |
0 |
#21 |
8 |
2 |
1 |
0 |
2 |
У8 |
22 |
1 |
0 |
2 |
0 |
#22 |
9 |
2 |
2 |
б |
0 |
У9 |
23 |
1 |
1 |
2 |
1 |
#23 |
10 |
0 |
0 |
1 |
2 |
#10 |
24 |
1 |
2 |
2 |
2 |
#24 |
11 |
0 |
1 |
1 |
0 |
#11 |
25 |
2 |
0 |
2 |
2 |
#25 |
12 |
0 |
2 |
1 |
1 |
#12 |
26 |
2 |
1 |
2 |
0 |
#26 |
13 |
1 |
0 |
1 |
1 |
#13 |
27 |
2 |
2 |
2 |
1 |
#27 |
14 |
1 |
1 |
1 |
2 |
#14 |
|
|
|
|
|
|
Планирование эксперимента по латинскому кубу первого поряд ка позволяет включить в рассмотрение четыре фактора (А, Bf С и D). Отличие от греко-латинского квадрата, который тоже даег возможность изучать влияние четырех факторов, состоит в том, что в латинском кубе три фактора (А, В и С) считаются главными и один фактор (D)* составляет элиминирующую группировку, а в греко-латинском квадрате главными считаются два фактора А и В, а С и D составляют двойную элиминирующую группировку. Число опытов в кубе в п раз больше, чем в греко-латинском квад рате. Латинский куб без повторных опытов применяется в предпо ложении линейной модели процесса:
|
У1jql — |
+ a l + Ру + \q + |
&Z+ Bijql» |
|
|
(Ш- Ю8) |
|||||||
где ц — общее среднее; |
аг- — эффект фактора |
А на /-м уровне, |
i = |
||||||||||
= 0, 1, 2, , п —1; |
Pj — эффект фактора |
В на /-м уровне, |
/ = 0, 1, |
||||||||||
2, ... , п —1; yq— эффект фактора С на |
q-u |
уровне, <7 = 0, |
i, 2, |
..., |
|||||||||
п —1; б/ — эффект фактора D на /-м уровне; |
|
— случайная ошиб |
|||||||||||
ка эксперимента. |
|
анализ |
латинского |
|
куба |
первого |
порядка |
без |
|||||
Статистический |
|
||||||||||||
повторных опытов удобно 'проводить |
по следующему |
алгоритму. |
|||||||||||
Определяют: 1) итоги для всех факторов на каждом уровне: |
|
||||||||||||
Ai(i = 0, |
1, |
2 , . . . , |
п — 1), |
B j ( j = 0, |
1, |
2 , . . . , |
п — 1), |
|
|
||||
Cq (q = 0, |
1, |
2 , . . . , |
п — 1) |
и Dt (l = |
0, |
1, |
2 , . . . , |
л - |
1). |
|
|
Применительно, например, к плану, приведенному в табл. 21, имеем
-^0 = |
#1 + |
У2 + |
Уг + |
jf/io + |
У п + |
У\2 + |
1/19 + |
У20 + |
У21» |
А \ = у А -I- \Уъ + У 6 + У п + У 14 + У 15 4- У 22 + У 2 3 + |
У24> |
||||||||
^ 2 = |
У7 + |
УЗ + |
7/9 + |
#16 + |
#17 + |
#18 + |
#25 + |
#26 + |
#27» |
^0 = |
#1 + |
#4 -Ь #7 + |
#10 + |
#13 + |
#16 + |
#19 + |
#22 + |
#25» |
|
#1 = |
#2 4 “ #5 + |
#8 + |
#11 + |
#14 + |
#17 + |
i#20 + |
#23 + |
#26 » |
|
||||||||
|
^ 2 = |
#3 + |
#6 + |
#9 + |
У12 + |
#15 + |
#18 + |
#21 + |
#24 + |
#27 г |
|
|||||||
|
С 0 = |
#1 + |
#2 + |
#3 + |
#4 + |
#5 + |
#6 + |
#7 + |
#8 + |
# 9 , |
|
|
|
|||||
|
Cl = |
#10 + |
#11 ~Ь #12 4 |
#13 4" #14 + |
#15 4* #16 + |
#17 + |
#18 Г |
|
||||||||||
|
А = |
#19 + |
#20 + #21 + |
#22 4* #23 + |
#24 + |
#25 + |
#26 + |
#27 > |
|
|||||||||
|
А) = |
#1 + #5 + #9 + #11 4" #15 + #16 + #21 -Ь #22 + #26» |
|
|||||||||||||||
|
А = |
#2 + |
#6 + |
#7 4* #12 4“ #13 + |
#17 + |
#19 + |
#23 + |
#27» |
|
|||||||||
|
А = |
#3 + |
#4 + |
#8 + |
#ю 4* #14 4* #18 4* #20 4* У24 + |
#25^ |
|
|||||||||||
2) сумму квадратов всех наблюдений |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
5S*= |
2 |
|
2 |
2 |
|
Ow*»)2: |
|
|
|
|
|
(ш -109> |
||
|
|
|
|
|
/-о ;=о_?-о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
3) |
сумму квадратов итогов по фактору А, деленную на л2, |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
л-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
S S , = — V |
y l 2; |
|
|
|
|
|
|
(ШЛЮ) |
||||||
|
|
|
|
|
' |
|
л2 ^/- о |
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
||
4) |
сумму квадратов итогов по фактору 5, деленную на я2, |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
п—1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
5S3 = — |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
(Ш Л11) |
||||
|
|
|
|
|
3 |
|
«2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
/-0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5) |
сумму квадратов итогов по фактору С, деленную на /г2, |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
л - 1 |
С2* |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
SS4 = — |
|
|
|
|
|
|
|
|
(III. 112) |
|||||
|
|
|
|
|
|
А/’ |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
л2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Я“0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
6) |
сумму квадратов итогов по фактору D, деленную на |
я2, |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
/2—1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
* |
- |
± |
2 |
* |
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
о»-ИЗ) |
7) |
корректирующий |
член, равный |
квадрату |
общего |
итога, де |
|||||||||||||
ленному на число всех наблюдений, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
/ л -1 |
\ 2 |
/ Л -1 |
|
х 2 |
|
|
|
/ л -1 |
|
х 2 |
|
/ л—1 |
X 2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Ш Л И ) |
8) |
общую сумму квадратов, |
равную |
разнице |
между суммой |
||||||||||||||
квадратов всех наблюдений и корректирующим членом, |
|
SS06m = SSi — SSe; |
(III Л 15) |
9) сумму квадратов, обусловленную фактором А, |
|
SSjI = SS2 —ss$, |
(III. 116) |
10) сумму квадратов, обусловленную фактором В,
S S B = S S 3 — SS 6; |
(III Л 17) |
И) сумму квадратов, обусловленную фактором С,
SSC = SS4 - S S 6; |
(III. 118) |
12) сумму квадратов, обусловленную фактором D,
S S D — SS5 — SS6; |
(III. 119) |
13) остаточную сумму квадратов
SS0CT = SSoetu — (S S A + S S B + S S C + S S D). |
(III. 120) |
Результаты расчета представляют в виде таблицы дисперсион ного анализа (табл. 22).
Т а б л и ц а 22
Дисперсионный анализ для латинского куба первого порядка (без повторных опытов)
Источник дисперсии |
Число степеней |
Сумма |
Средний |
|
Математическое |
||
|
ожидание среднего |
||||||
|
свободы |
квадратов |
квадрат |
|
1 |
|
|
|
шЛ |
4 |
|
|
квадрата |
||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
Фактор А |
П — 1 |
S S A |
s s , , |
|
+ |
°ош |
|
|
n — 1 |
|
|||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
Фактор В |
/1 — 1 |
s s B |
s s B |
|
|
|
|
n — 1 |
|
П4 + |
°ош |
||||
|
|
|
|
||||
Фактор С |
п — 1 |
S S c |
s s c |
|
Л0С + |
°ош |
|
n — 1 |
|
||||||
|
|
|
|
||||
Фактор D |
п — 1 |
S S D |
s s D |
|
|
|
|
n — 1 |
|
Л0Ъ + |
°ош |
||||
|
|
|
|
||||
Остаток |
/г3 — 4/г -Ь 3 |
S S 0CT |
•^•^OCT |
|
„2 |
|
|
n3 — An + |
3 |
°ош |
|||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Итого |
л 3 — 1 |
S S o6ui |
Два латинских куба размера п первого порядка ортогональны, если при наложении их друг на друга каждый элемент одного куба
встречается с каждым элементом |
другого |
куба п раз. Два таких |
ортогональных куба, наложенные |
4 друг на |
друга, представляют |
греко-латинский куб размера п первого порядка. Планирование по схеме греко-латинского куба пер-
|
вого порядка позволяет ввести в |
|||||
|
эксперимент пятый |
фактор. Если |
||||
|
совместить |
три |
и |
более |
ортого |
|
|
нальных латинских куба, то полу |
|||||
|
чится гипер-греко-латинский куб. |
|||||
|
Полная |
система |
ортогональных |
|||
|
латинскйх кубов размера п пер |
|||||
|
вого порядка, составляющих пол |
|||||
|
ностью ортогональный гипер-гре |
|||||
|
ко-латинский куб, не может вклю |
|||||
|
чать более п2 + п—2 кубов. Суще |
|||||
|
ствование таких |
систем доказано |
||||
|
для п, |
представляющего |
собой |
|||
|
простое |
число или целую поло |
||||
Рис, 22. Латинский куб второго |
жительную |
степень простого чис |
||||
порядка |
ла [11]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 23 |
|
Латинский куб второго |
порядка |
(п = 3, г = 2) |
|
|
|
В лаТннскнх кубах первого порядка все факторы устанавлива ются на одинаковом количестве уровней, равном п — размеру куба, и все линейные эффекты определяются с одинаковой точностью, максимальной для данного числа опытов. В латинском кубе второ го порядка одни фактор устанавливается на п2-уровнях, а все остальные факторы — на я-уровнях. На рис. 22 изображен латин ский куб размера я = 3 второго порядка. Факторы А, В, С имеют три уровня: 0, 1, 2, а фактор D — девять уровней: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, расположенных по схеме латинского куба (табл. 23).
Планирование по схеме латинского куба может быть очень по лезно на первых этапах исследования процесса при выборе опти мальной комбинации качественных факторов [11, 15, 16].
Пример Латинский куб второго порядка был использован при разработке композиций нового полимерного материала на основе полиэтилена высокого давления (ПЭВД), обладающего повышенной жесткостью и способностью пере рабатываться методом термоформоваиия. Рассматривалась трехкомпонентная система: ПЭВД> наполнитель, эластифнцнрукнцая добавка. Изучались свойства
№
Латинский куб 2-го порядка
м |
|
|
Ха |
*4 |
у,, кгс/см2 |
у2, кгс/см2 |
Уз, % |
в |
|
|
|
D |
|||||||
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
364 |
117 |
483 |
0,645 |
|
2 |
0 |
1 |
0 |
4 |
365 |
118 |
504 |
0,647 |
|
3 |
0 |
2 |
0 |
8 |
367 |
99 |
447 |
0,610 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
470 |
134 |
447 |
0,810 |
|
5 |
1 |
1 |
0 |
5 |
352 |
122 |
480 |
0,650 |
|
6 |
1 |
2 |
0 |
6 |
324 |
112 |
452 |
0,550 |
|
7 |
2 |
0 |
0 |
2 |
434 |
96 |
456 |
0,686 |
|
8 |
2 |
1 |
0 |
3 |
355 |
126 |
493 |
0,638 |
|
9 |
2 |
2 |
0 |
7 |
354 |
127 |
477 |
0,638 |
|
10 |
0 |
0 |
1 |
3 |
476 |
112 |
376 |
0,759 |
|
11 |
0 |
1 |
1 |
7 |
464 |
96 |
241 |
0,650 |
|
12 |
0 |
2 |
1 |
2 |
484 |
66 |
90 |
0,381 |
|
13 |
1 |
0 |
1 |
4 |
502 |
99 |
386 |
0,732 |
|
14 |
1 |
1 |
1 |
8 |
547 |
104 |
69 |
0,440 |
|
15 |
1 |
2 |
1 |
0 |
320 |
89 |
407 |
0,491 |
|
16 |
2 |
0 |
1 |
5 |
464 |
126 |
361 |
0,773 |
|
17 |
2 |
1 |
1 |
6 |
535 |
по |
104 |
0,248 |
|
18 |
2 |
2 |
1 |
1 |
431 |
143 |
402 |
0,768 |
|
19 |
0 |
0 |
2 |
6 |
615 |
101 |
69 |
0,210 |
|
20 |
0 |
1 |
2 |
1 |
615 |
129 |
28 |
0,350 |
|
21 |
0 |
2 |
2 |
5 |
572 |
94 |
205 |
0,668 |
|
22 |
1 |
0 |
2 |
7 |
593 |
114 |
25 |
0,430 |
|
23 |
1 |
1 |
2 |
2 |
501 |
85 |
36 |
0,304 |
|
24 |
1 |
2 |
2 |
3 |
482 |
114 |
108 |
0,530 |
|
25 |
2 |
0 |
2 |
8 |
610 |
96 |
36 |
0,340 |
|
26 |
2 |
1 |
2 |
0 |
605 |
69 |
0,445 |
||
102 |
|||||||||
27 |
2 |
2 |
2 |
4 |
558 |
231 |
0,743 |
||
120 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
композиций с тремя видами эластифицирующих систем, девятью типами напол нителей, в которых менялись на трех уровнях количество добавок и количество
наполнителя. Тип добавки Х\\ |
СКЭГТ (1); ИСТ-30 (2); |
ДСТ-30 |
(3); количество |
||||
добавки х2: 3% 0 ); 5% (2); |
10% (3); количество наполнителя х3: |
5% |
(1); |
||||
10% |
(2); 15% |
(3); тип наполнителя х4: тальк — Т(0); аэросила — А (1); |
слюда — |
||||
С (2); |
Т : А = 1 |
1(3); Т : А = 1 |
0,5(4); Т : А= 0,5 : 1 (5); |
А : С = 1 |
1(6); |
А |
С= |
= 1: 0,5(7); А |
С= 0,5 1(8), |
|
|
|
|
|
Опыты проводились в лабораторных условиях. Пригодность разрабатываемо го пластического материала к переработке и эксплуатации оценивалась по четы
рем показателям; |
у \ — модуль упругости при изгибе, |
кгс/см2; £/2 — разрушающее |
|
напряжение при разрыве, кгс/см2; уз — относительное удлинение при разрыве, |
%, |
||
и D — обобщенный безразмерный критерий качества |
(обобщенная функция |
же |
|
лательности) . |
План эксперимента и результаты испытаний образцов приведе |
||
Р е ш е н и е . |
ны в табл. 24 (см. также табл. |
23). Для выделения факторов, существенно влия |
||||||
ющих на показатели качества, |
был проведен дисперсионный анализ результатов |
||||||
в предположении линейной математической модели |
(III. 108). |
Дисперсионный |
|||||
анализ проводился в следующем |
порядке. |
Для четырех показателей |
качества |
||||
Уи У2, Уз и D подсчитывались: |
1) |
итоги для |
каждого |
фактора |
на |
всех |
уровнях |
(табл. 25). |
|
|
|
|
|
|
|
* и (/ = 0, 1, 2), X2JU = 0, |
1, |
2), X3q(q = 0t 1, 2), |
Хщ (I — 0, |
1, 2, . . . , 8); |
2) сумма квадратов всех наблюдений
2 2 2
SS1 = 2 2 2
Z - 0 j - Q q - Q
ю
о |
|
|
|
|
|
|
Итоги по разным уровням факторов |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Добавки |
(л-j) |
Количество добавки |
Количество наполни |
|
|
|
Наполнители |
(лг4) |
|
|
|
||||||
|
|
(*а) |
|
|
теля (х 9) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Откля- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
з‘ |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
У1 |
4322 |
4091 |
4346 |
4528 |
4339 |
3892 |
3385 |
4223 |
5151 |
1289 |
1516 |
1419 |
1313 |
1425 |
1388 |
1474 |
1411 |
1524 |
У2 |
932 |
973 1046 |
995 |
992 |
964 1050 |
945 |
955 ’ 308 |
406 |
247 |
352' 337 |
342 |
323 |
337 |
299 |
Уз |
2443 |
2410 |
2629 |
2639 |
2024 |
2819 |
4239 |
2436 |
807 |
959 |
877 |
582 |
977 |
1121 |
1046 |
625 |
743 |
552 |
D |
4,937 |
4,920 |
5,279 |
5,382 |
4,320 |
4,986 |
3,627 |
5,238 |
5,877 |
1,581 |
1,929 |
1,371 |
1,926 |
1,725 |
1,911 |
1,008 |
1,719 |
1,389 |