- •Глава 7. Организация активного эксперимента (Планирование эксперимента)
- •7.1 Общие положения
- •X1, x2, …, xk – входные переменные – контролируемые и управляемые факторы, воздействующие на объект (играют роль причин);
- •7.2 Планирование и критерии оптимальности планов эксперимента
- •7.3 Факторный эксперимент. Планы первого порядка
- •7.3.1 Планирование полного факторного эксперимента (пфэ)
- •План-матрица пфэ 22
- •План-матрица пфэ 23
- •Полная план-матрица пфэ 23
- •7.3.2 Планирование дробного факторного эксперимента (дфэ)
- •План-матрица эксперимента 23-1
- •План-матрица эксперимента 23-1
- •7.3.3 Проверка свойств планов-матриц пфэ 2k и дфэ 2k-p
- •7.3.4 Проведение и обработка результатов факторного эксперимента. Рандомизация опытов
- •Проверка однородности дисперсий и воспроизводимости измерений. Определение ошибки опытов
- •Оценка коэффициентов регрессии, проверка их значимости
- •Xiu построчные значения фактора в I-том столбце плана-матрицы;
- •Проверка адекватности регрессионной модели
- •7.3.5 Пример планирования и обработки результатов факторного эксперимента
- •Интервал варьирования и уровни факторов
- •План-матрица и результаты эксперимента
- •В первом случае значения факторов переводим в кодированную форму:
- •Выполним расчеты, используя натуральные значения факторов. Обозначим выход продукта в процентах от массы исходного сырья буквой q.
- •7.3.6 Принятие решений по результатам факторного экспериментирования
- •7.4 Планы второго порядка
- •7.4.1 Принципы композиционного планирования
- •7.4.2 Центральные композиционные ортогональные планы второго порядка (цкоп) Для получения ортогональных планов второго порядка необходимо преобразовать столбцы квадратичных переменных и столбец x0:
- •Показатели цкоп
- •Формулы для расчетов коэффициентов регрессии и их дисперсий после реализации цкоп:
- •Значения для цкоп
- •План-матрица пфэ и его результаты
- •План-матрица и результаты пфэ 23
- •Данные для определения условий опытов в звездных точках
- •План-матрица цкоп и результаты опытов (вторая серия опытов)
- •Вспомогательная таблица для проверки адекватности уравнения регрессии
- •7.4.3 Центральные композиционные ротатабельные планы второго порядка (цкрп)
- •Показатели цкрп
- •Данные для расчета коэффициентов регрессии и их дисперсий при цкрп.
- •Уровни варьирования факторов.
- •План-матрица и результаты первой серии опытов (пфэ 23).
- •План-матрица цкрп результаты его реализации
- •7.5 Симметричные некомпозиционные квази-д-оптимальные планы Песочинского
- •Данные для расчета коэффициентов регрессии и их дисперсий.
- •Матрица симметричного квази-д-оптимального
- •7.6 Принятие решений по планам второго порядка
- •1. Нелинейная модель объекта исследования неадекватна
- •7.7 Вопросы для самоконтроля
7.4.2 Центральные композиционные ортогональные планы второго порядка (цкоп) Для получения ортогональных планов второго порядка необходимо преобразовать столбцы квадратичных переменных и столбец x0:
. (7.25)
Величина зависит от числа факторов k и плеча d:
(7.26)
или
(7.27)
так как в планах ЦКОП N0 = 1.
Формула для определения значений d:
. (7.28)
Таблица 7.8
Показатели цкоп
Ядро плана 2k |
Общее число опытов N |
|
d |
22 23 24 25 26 27 |
9 15 25 43 77 143 |
0,6667 0,7303 0,8000 0,8627 0,9117 0,9461 |
1,0000 1,2153 1,4142 1,5960 1,7606 1,9095 |
Обеспечив ортогональность плана, получаем возможность определять коэффициенты регрессии независимо друг от друга и по формулам, аналогичным следующей:
. (7.29)
Поскольку проведено преобразование квадратичной переменной, то уравнение регрессии отличается от привычной формы записи, а именно:
. (7.30)
Чтобы перейти к обычной форме записи, находят величину:
. (7.31)
Формулы для расчетов коэффициентов регрессии и их дисперсий после реализации цкоп:
(7.32) (7.33)
(7.34) . (7.35)
(7.36) (7.37)
(7.38-
. (7.40)
дисперсия воспроизводимости. При равномерном дублировании опытов = по расчетам данных ПФЭ число степеней свободы f = 2k.
Оценку значимости коэффициентов проводят по t-критерию Стьюдента. Расчётные значения tрасч. определяют по формуле (7.17).
Адекватность уравнения экспериментальных данных проверяют по критерию Фишера.
Таблица 7.9
Значения для цкоп
Столбец в матрице планирования |
Значения при ядре плана |
|||||
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
|
Х0 |
9 |
15 |
25 |
43 |
77 |
143 |
Хi |
6 |
10,9544 |
20 |
37,0944 |
70,1994 |
135,2924 |
Xij |
4 |
8 |
16 |
32 |
64 |
128 |
2 |
4,364 |
8 |
16,767 |
19,217 |
26,589 |
Пример. Выход продукта в процентах от исходного сырья зависит от трех факторов: конечной температуры процесса (х1), скорости нагрева (х2), продолжительности изотермической выдержки (х3). Исследовать и описать математически указанную зависимость.
Была реализована первая серия опытов по плану ПФЭ 23. План-матрица ПФЭ и его результаты приведены в таблице 7.10.
Таблица 7.10