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且將新火試新茶，詩(shī)酒趁年華，技術(shù)永不眠

上學(xué)的時(shí)候做化學(xué)試驗(yàn)經(jīng)常會(huì)用到正交試驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證。老師特別喜歡告訴我們正交試驗(yàn)可以如何如何簡(jiǎn)化試驗(yàn)次數(shù)，提高試驗(yàn)效率。我深不以為然，總覺(jué)得老師那一臉慈祥的面孔是為了騙我們做試驗(yàn)。

畢業(yè)后剛參加工作那段時(shí)間，做的更多的事是學(xué)習(xí)前輩們留下的既有經(jīng)驗(yàn)。某種程度上講，社會(huì)就是個(gè)大試驗(yàn)場(chǎng)。前輩們經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次試驗(yàn)后才總結(jié)出一些行之有效并且性價(jià)比高的試驗(yàn)結(jié)果。剛參加工作的最好狀態(tài)是，找一個(gè)理論扎實(shí)經(jīng)驗(yàn)豐富的師傅手把手地教。不過(guò)，這種事情發(fā)生的概率就像懷揣著五毛錢練習(xí)冊(cè)畫的武林秘籍去習(xí)武的路上遇見(jiàn)《功夫》里的周星馳正準(zhǔn)備教火云邪神如來(lái)神掌一樣小。。。

工作中，我們也不能老惦記著天上掉餡餅的大好事發(fā)生。絕大多數(shù)情況下，我們都是從真真假假的場(chǎng)景里抓取我們需要的東西，然后再進(jìn)行驗(yàn)證、理解、總結(jié)變成自己的知識(shí)或者技術(shù)。如果有人覺(jué)得自己做試驗(yàn)的路子一帆風(fēng)順，要么是有人已經(jīng)在前面替你遮風(fēng)擋雨，要么就是。。。。試驗(yàn)做的太少。

正交實(shí)驗(yàn)法是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法，它根據(jù)依據(jù) Galois理論從全面試驗(yàn)中挑選出部分具有代表性的水平組合進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)挑選部分有代表性的水平組合進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析找出最優(yōu)的水平組合。

當(dāng)析因設(shè)計(jì)要求的實(shí)驗(yàn)次數(shù)太多時(shí)，一個(gè)非常自然的想法就是從析因設(shè)計(jì)的水平組合中，選擇一部分有代表性水平組合進(jìn)行試驗(yàn)。因此就出現(xiàn)了分式析因設(shè)計(jì)(fractional factorial designs)，但是對(duì)于試驗(yàn)設(shè)計(jì)知識(shí)較少的實(shí)際工作者來(lái)說(shuō)，選擇適當(dāng)?shù)姆质轿鲆蛟O(shè)計(jì)還是比較困難的。例如作一個(gè)三因素三水平的實(shí)驗(yàn)，按全面實(shí)驗(yàn)要求，須進(jìn)行3^3=27種組合的實(shí)驗(yàn)，且尚未考慮每一組合的重復(fù)數(shù)。若按L9(3^4)正交表安排實(shí)驗(yàn)，只需作9次，按L15(3^7)正交表進(jìn)行15次實(shí)驗(yàn)，顯然大大減少了工作量。因而正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在很多領(lǐng)域的研究中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

正交實(shí)驗(yàn)法，就是使用已經(jīng)造好了的表格——正交表來(lái)安排實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的一種方法。它簡(jiǎn)單易行，計(jì)算表格化，使用者能夠迅速掌握。劃重點(diǎn)~百度百科里面提到的，正交試驗(yàn)所用的表格其實(shí)是一個(gè)模板。我們也不一定非得完全理解正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法。為什么這句話我上學(xué)的時(shí)候老師沒(méi)告訴我呢。現(xiàn)在有些網(wǎng)站已經(jīng)有現(xiàn)成的系統(tǒng)進(jìn)行程序化的正交試驗(yàn)表格輸出了。

例如：在減水劑合成試驗(yàn)中，要考慮滴加時(shí)間(A)、反應(yīng)溫度(B)、保溫時(shí)間(C)、攪拌速度(D)這四個(gè)因子對(duì)母液性能影響X。希望通過(guò)試驗(yàn)找出主要影響因素，確定最適工藝條件。
　　首先根據(jù)專業(yè)知識(shí)以確定各因子的水平：
　　滴加時(shí)間：A1=1(小時(shí))，A2=2(小時(shí))，A3=3(小時(shí))；
　　溫度：B1=10(℃)，B2=30(℃)，B3=60(℃)；
　　保溫時(shí)間：Cl=30(分)，C2=60（分)，C3=90(分)；

以上的因素都是我直接寫的，三種因子對(duì)母液的性能影響都不是特別大。把他們放到一起做試驗(yàn)也是為了讓實(shí)驗(yàn)可行度高一點(diǎn)。如果是把保溫時(shí)間和丙烯酸用量?jī)蓚€(gè)因子放一起做試驗(yàn)，結(jié)果肯定是相對(duì)于丙烯酸用量多少而言轉(zhuǎn)速高低基本沒(méi)太大波動(dòng)。有時(shí)候做試驗(yàn)對(duì)比需要遵循相近原則。

如果想同時(shí)驗(yàn)證上述的因素對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生的影響的話，大致可以分為三種試驗(yàn)方法。

(Ⅰ)取三因子所有水平之間的組合，即A1B1C1，A1B1C2，A1B2C1， ……，A3B3C3，共有3^3=27次試驗(yàn)。用圖表示就是圖1 立方體的27個(gè)節(jié)點(diǎn)。這種試驗(yàn)法叫做全面試驗(yàn)法。

全面試驗(yàn)對(duì)各因子與指標(biāo)間的關(guān)系剖析得比較清楚。但試驗(yàn)次數(shù)太多。特別是當(dāng)因子數(shù)目多，每個(gè)因子的水平數(shù)目也多時(shí)。試驗(yàn)量大得驚人。如選六個(gè)因子，每個(gè)因子取五個(gè)水平時(shí)，如欲做全面試驗(yàn)，則需5^6=15625次試驗(yàn)，這實(shí)際上是不可能實(shí)現(xiàn)的。如果應(yīng)用正交實(shí)驗(yàn)法，只做25次試驗(yàn)就行了。而且在某種意義上講，這25次試驗(yàn)代表了15625次試驗(yàn)。

(Ⅱ)簡(jiǎn)單對(duì)比法，即變化一個(gè)因素而固定其他因素，如首先固定B、C于B1、C1，使A變化之：

↗A1
　　B1C1 →A2
　　↘A3 (好結(jié)果)
　　如得出結(jié)果A3最好，則固定A于A3，C還是C1，使B變化之：
　　↗B1
　　A3C1 →B2 (好結(jié)果)
　　↘B3
　　得出結(jié)果以B2為最好，則固定B于B2，A于A3，使C變化之：
　　↗C1
　　A3B2→C2 (好結(jié)果)
　　↘C3

試驗(yàn)結(jié)果以C2最好。于是就認(rèn)為最好的工藝條件是A3B2C2。

這種方法是我在試驗(yàn)中長(zhǎng)用的方法，不過(guò)缺點(diǎn)也不少。首先這種方法的選點(diǎn)代表性很差，如按上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)點(diǎn)完全分布在一個(gè)角上，而在一個(gè)很大的范圍內(nèi)沒(méi)有選點(diǎn)。因此這種試驗(yàn)方法不全面，所選的工藝條件A3B2C2不一定是27個(gè)組合中最好的。其次，用這種方法比較條件好壞時(shí)，是把單個(gè)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)拿來(lái)，進(jìn)行數(shù)值上的簡(jiǎn)單比較，而試驗(yàn)數(shù)據(jù)中必然要包含著誤差成分，所以單個(gè)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單比較不能剔除誤差的干擾，必然造成結(jié)論的不穩(wěn)定。

簡(jiǎn)單對(duì)比法的最大優(yōu)點(diǎn)就是試驗(yàn)次數(shù)少，例如六因子五水平試驗(yàn)，在不重復(fù)時(shí)，只用5+(6-1)×(5-1)=5+5×4=25次試驗(yàn)就可以了。

（Ⅲ）正交試驗(yàn)法

慮兼顧這兩種試驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)，從全面試驗(yàn)的點(diǎn)中選擇具有典型性、代表性的點(diǎn)，使試驗(yàn)點(diǎn)在試驗(yàn)范圍內(nèi)分布得很均勻，能反映全面情況。但我們又希望試驗(yàn)點(diǎn)盡量地少，為此還要具體考慮一些問(wèn)題。

如上例，對(duì)應(yīng)于A有A1、A2、A3三個(gè)平面，對(duì)應(yīng)于B、C也各有三個(gè)平面，共九個(gè)平面。則這九個(gè)平面上的試驗(yàn)點(diǎn)都應(yīng)當(dāng)一樣多，即對(duì)每個(gè)因子的每個(gè)水平都要同等看待。具體來(lái)說(shuō)，每個(gè)平面上都有三行、三列，要求在每行、每列上的點(diǎn)一樣多。這樣，作出如圖2所示的設(shè)計(jì)，試驗(yàn)點(diǎn)用⊙表示。我們看到，在9個(gè)平面中每個(gè)平面上都恰好有三個(gè)點(diǎn)而每個(gè)平面的每行每列都有一個(gè)點(diǎn)，而且只有一個(gè)點(diǎn)，總共九個(gè)點(diǎn)。這樣的試驗(yàn)方案，試驗(yàn)點(diǎn)的分布很均勻，試驗(yàn)次數(shù)也不多。

　當(dāng)因子數(shù)和水平數(shù)都不太大時(shí)，尚可通過(guò)作圖的辦法來(lái)選擇分布很均勻的試驗(yàn)點(diǎn)。但是因子數(shù)和水平數(shù)多了，作圖的方法就不行了。

試驗(yàn)工作者在長(zhǎng)期的工作中總結(jié)出一套辦法，創(chuàng)造出所謂的正交表。按照正交表來(lái)安排試驗(yàn)，既能使試驗(yàn)點(diǎn)分布得很均勻，又能減少試驗(yàn)次數(shù)，圖2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)圖例而且計(jì)算分析簡(jiǎn)單，能夠清晰地闡明試驗(yàn)條件與指標(biāo)之間的關(guān)系。用正交表來(lái)安排試驗(yàn)及分析試驗(yàn)結(jié)果，這種方法叫正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法。

正交表的性質(zhì)

(1)每列中不同數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)是相等的，如L9()，每列中不同的數(shù)字是1，2，3，它們各出現(xiàn)3次；

(2)在任意兩列中，將同一行的兩個(gè)數(shù)字看成有序數(shù)對(duì)時(shí)，每種數(shù)對(duì)出現(xiàn)的次數(shù)是相等的，如L9，有序數(shù)對(duì)共有9個(gè)：(1，1)，(1，2)，(1，3)，(2，1)，(2，2)，(2，3)，(3，1)，(3，2)，(3，3)，它們各出現(xiàn)一次。

由于正交表有這兩條性質(zhì)，用它來(lái)安排試驗(yàn)時(shí)，各因素的各種水平的搭配是均衡的。

以上是對(duì)試驗(yàn)方法的使用簡(jiǎn)單的介紹，正交試驗(yàn)常用于一個(gè)完全陌生的試驗(yàn)項(xiàng)目中。比如聚羧酸減水劑發(fā)展初期，各種原材料的用量都不確定，各種反應(yīng)環(huán)境也不確定，此時(shí)需要做非常非常多的試驗(yàn)驗(yàn)證才能得到一個(gè)相對(duì)好的結(jié)果。聚羧酸減水劑發(fā)展至今，很多試驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)前人驗(yàn)證過(guò)了。某些數(shù)據(jù)的選定范圍已經(jīng)縮小了很多甚至固定下來(lái)了。比如文獻(xiàn)中經(jīng)常提到的丙烯酸和大單體酸醚比（物質(zhì)的量比）為4比1的時(shí)候減水劑的性能最均衡。說(shuō)人話就是一噸38%固含量的母液大單體用量和丙烯酸用量為337kg和40kg左右。這種情況下，我們其實(shí)很少再去把丙烯酸用量降低到20kg/噸進(jìn)行試驗(yàn)了。

結(jié)合正交試驗(yàn)的方法和日常行業(yè)內(nèi)的常識(shí)，我們可以極大地降低試驗(yàn)次數(shù)提高工作效率。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的三因素三水平正交表l9_正交试验在减水剂中的应用的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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