- •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
- •7.3.2 Планирование дробного факторного эксперимента (дфэ)
- •Полная план-матрица пфэ 23
- •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
Показатели цкрп
|
Наименование |
Ядро плана |
|||
|
22 |
23 |
24 |
25 |
|
|
Число опытов ядра матрицы N = 2k |
4 |
8 |
16 |
32 |
|
Число звездных точек |
4 |
6 |
8 |
10 |
|
Число нулевых точек N0 (для униформных планов*) |
5 |
6 |
7 |
10 |
|
Плечо звёздных точек d |
1,414 |
1,682 |
2,000 |
2,378 |
|
Общее число опытов N |
13 |
20 |
31 |
52 |
*Униформность предполагает, что дисперсия предсказания сравнительно мало меняется (или совсем не меняется) в радиусе от центра плана до 1 значений факторов в кодированном масштабе.
Ниже приведены формулы расчета коэффициентов регрессии и их дисперсий после реализации ротатабельных планов.
.
(7.43)
.
(7.44)
.
.
(7.46)
.
(7.47)
.
(7.48)
.
(7.49)
. (7.50)
.
(7.51)
.
(7.52)
.
(7.53)
.
(7.54)
-
дисперсия воспроизводимости опытов
(по расчетам ПФЭ).
Таблица 7.16
Данные для расчета коэффициентов регрессии и их дисперсий при цкрп.
|
Ядро плана |
c1 |
с2 |
c3 |
c4 |
c5 |
|
22 |
0,20000 |
0,10000 |
0,12500 |
0,25000 |
0,12500 |
|
23 |
0,16634 |
0,05680 |
0,07322 |
0,12500 |
0,06250 |
|
24 |
0,14286 |
0,03571 |
0,04167 |
0,06250 |
0,03125 |
|
25 |
0,15909 |
0,03409 |
0,04167 |
0,06250 |
0,03125 |
Продолжение табл. 7.16
|
Ядро плана |
c6 |
c7 |
c8 |
c9 |
c10 |
|
22 |
0,01875 |
0,44721 |
0,35355 |
0,50000 |
0,37914 |
|
23 |
0,00689 |
0,40786 |
0,27059 |
0,35355 |
0,26342 |
|
24 |
0,00372 |
0,37798 |
0,20413 |
0,25000 |
0,18702 |
|
25 |
0,00281 |
0,39886 |
0,20413 |
0,25000 |
0,18456 |
Значимость коэффициентов определяют по критерию Стьюдента. Если незначимым оказался один из квадратичных коэффициентов, то после его исключения коэффициенты уравнения регрессии b0 и bii, а также их дисперсии необходимо пересчитать. Это связано с неортогональностью матрицы планирования.
Адекватность уравнения проверяют по критерию Фишера.
Пример. Для одного из жаропрочных никелевых сплавов требовалось выбрать температура закалки (x1), температуру старения (x2) и время старения (x3), обеспечивающие, возможно, более длительное время до разрушения (Y) при температуре 850С и напряжении 0,49 ГПа (50кгс/мм2). Интервалы варьирования и уровни факторов указаны в таблице 7.17.
Таблица 7.17
