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且將新火試新茶，詩酒趁年華，技術(shù)永不眠

上學(xué)的時候做化學(xué)試驗經(jīng)常會用到正交試驗的方法進(jìn)行驗證。老師特別喜歡告訴我們正交試驗可以如何如何簡化試驗次數(shù)，提高試驗效率。我深不以為然，總覺得老師那一臉慈祥的面孔是為了騙我們做試驗。

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

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景里抓取我們需要的東西，然后再進(jìn)行驗證、理解、總結(jié)變成自己的知識或者技術(shù)。如果有人覺得自己做試驗的路子一帆風(fēng)順，要么是有人已經(jīng)在前面替你遮風(fēng)擋雨，要么就是。。。。試驗做的太少。

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

當(dāng)析因設(shè)計要求的實驗次數(shù)太多時，一個非常自然的想法就是從析因設(shè)計的水平組合中，選擇一部分有代表性水平組合進(jìn)行試驗。因此就出現(xiàn)了分式析因設(shè)計(fractional factorial designs)，但是對于試驗設(shè)計知識較少的實際工作者來說，選擇適當(dāng)?shù)姆质轿鲆蛟O(shè)計還是比較困難的。例如作一個三因素三水平的實驗，按全面實驗要求，須進(jìn)行3^3=27種組合的實驗，且尚未考慮每一組合的重復(fù)數(shù)。若按L9(3^4)正交表安排實驗，只需作9次，按L15(3^7)正交表進(jìn)行15次實驗，顯然大大減少了工作量。因而正交實驗設(shè)計在很多領(lǐng)域的研究中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

正交實驗法，就是使用已經(jīng)造好了的表格——正交表來安排實驗并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的一種方法。它簡單易行，計算表格化，使用者能夠迅速掌握。劃重點~百度百科里面提到的，正交試驗所用的表格其實是一個模板。我們也不一定非得完全理解正交試驗的設(shè)計方法。為什么這句話我上學(xué)的時候老師沒告訴我呢?，F(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表格輸出了。

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

以上的因素都是我直接寫的，三種因子對母液的性能影響都不是特別大。把他們放到一起做試驗也是為了讓實驗可行度高一點。如果是把保溫時間和丙烯酸用量兩個因子放一起做試驗，結(jié)果肯定是相對于丙烯酸用量多少而言轉(zhuǎn)速高低基本沒太大波動。有時候做試驗對比需要遵循相近原則。

如果想同時驗證上述的因素對試驗產(chǎn)生的影響的話，大致可以分為三種試驗方法。

(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。用圖表示就是圖1 立方體的27個節(jié)點。這種試驗法叫做全面試驗法。

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

(Ⅱ)簡單對比法，即變化一個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中長用的方法，不過缺點也不少。首先這種方法的選點代表性很差，如按上述方法進(jìn)行試驗，試驗點完全分布在一個角上，而在一個很大的范圍內(nèi)沒有選點。因此這種試驗方法不全面，所選的工藝條件A3B2C2不一定是27個組合中最好的。其次，用這種方法比較條件好壞時，是把單個的試驗數(shù)據(jù)拿來，進(jìn)行數(shù)值上的簡單比較，而試驗數(shù)據(jù)中必然要包含著誤差成分，所以單個數(shù)據(jù)的簡單比較不能剔除誤差的干擾，必然造成結(jié)論的不穩(wěn)定。

簡單對比法的最大優(yōu)點就是試驗次數(shù)少，例如六因子五水平試驗，在不重復(fù)時，只用5+(6-1)×(5-1)=5+5×4=25次試驗就可以了。

（Ⅲ）正交試驗法

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

如上例，對應(yīng)于A有A1、A2、A3三個平面，對應(yīng)于B、C也各有三個平面，共九個平面。則這九個平面上的試驗點都應(yīng)當(dāng)一樣多，即對每個因子的每個水平都要同等看待。具體來說，每個平面上都有三行、三列，要求在每行、每列上的點一樣多。這樣，作出如圖2所示的設(shè)計，試驗點用⊙表示。我們看到，在9個平面中每個平面上都恰好有三個點而每個平面的每行每列都有一個點，而且只有一個點，總共九個點。這樣的試驗方案，試驗點的分布很均勻，試驗次數(shù)也不多。

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

試驗工作者在長期的工作中總結(jié)出一套辦法，創(chuàng)造出所謂的正交表。按照正交表來安排試驗，既能使試驗點分布得很均勻，又能減少試驗次數(shù)，圖2正交試驗設(shè)計圖例而且計算分析簡單，能夠清晰地闡明試驗條件與指標(biāo)之間的關(guān)系。用正交表來安排試驗及分析試驗結(jié)果，這種方法叫正交試驗設(shè)計法。

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，將同一行的兩個數(shù)字看成有序數(shù)對時，每種數(shù)對出現(xiàn)的次數(shù)是相等的，如L9，有序數(shù)對共有9個：(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)，用它來安排試驗時，各因素的各種水平的搭配是均衡的。

以上是對試驗方法的使用簡單的介紹，正交試驗常用于一個完全陌生的試驗項目中。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，此時需要做非常非常多的試驗驗證才能得到一個相對好的結(jié)果。聚羧酸減水劑發(fā)展至今，很多試驗數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過前人驗證過了。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的時候減水劑的性能最均衡。說人話就是一噸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，我們其實很少再去把丙烯酸用量降低到20kg/噸進(jìn)行試驗了。

結(jié)合正交試驗的方法和日常行業(yè)內(nèi)的常識，我們可以極大地降低試驗次數(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內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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