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試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）技術(shù)的基本概念

R.現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)的主要奠基人之一A.Fisher在英國農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)站工作時(shí)，從田野試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究中發(fā)展了統(tǒng)計(jì)學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，推動(dòng)了整個(gè)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的發(fā)展。此后，試驗(yàn)設(shè)計(jì)成為了數(shù)理統(tǒng)計(jì)中非常活躍的一個(gè)分支。試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的研發(fā)始終與其在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)等方面的應(yīng)用緊密相連。到目前為止，已經(jīng)形成了廣泛的理論和應(yīng)用體系。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)是相關(guān)統(tǒng)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的結(jié)合，使研究人員能夠發(fā)現(xiàn)好的實(shí)驗(yàn)，有效地分析數(shù)據(jù)，并在分析結(jié)論和最初的研究目標(biāo)之間建立聯(lián)系。由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一個(gè)統(tǒng)計(jì)理論，這里有一些關(guān)于試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論的基本概念:

1.指示器

試驗(yàn)設(shè)計(jì)，過程結(jié)果參數(shù)所需的目標(biāo)值稱為“指標(biāo)”，有時(shí)也稱為“響應(yīng)變量”。

2.因素

試驗(yàn)設(shè)計(jì)，影響過程結(jié)果參數(shù)的過程輸入變量稱為“因素”，也稱為“因子”。其實(shí)過程中有可控因素和不可控因素，對應(yīng)的因素也分為“可控因素”和“不可控因素”，其中不可控因素又稱為“噪聲因素”或“隨機(jī)因素”。

3.水平

試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可用于受控因子的數(shù)值稱為水平。“級別”的可能值的數(shù)目稱為“級別數(shù)”。因此，有些因素可能是多層次的因素。例如，對于氧化過程，“溫度”是影響氧化層厚度指數(shù)的可控因素。如果試驗(yàn)設(shè)計(jì)中允許950℃、975℃和1000℃三個(gè)值，則溫度為三級因子。

4.測試方案

也可以稱之為“測試型”。在確定測試指標(biāo)、因素和水平后，可以根據(jù)一定的統(tǒng)計(jì)原理選擇測試方案，制定測試方案。一個(gè)糟糕的設(shè)計(jì)可能只得到很少的信息(這些信息可能對分析沒有幫助)，而一個(gè)精心安排的試驗(yàn)設(shè)計(jì)可能會(huì)使結(jié)果清晰明了，不需要進(jìn)行太復(fù)雜的分析。如何選擇試驗(yàn)設(shè)計(jì)類型，構(gòu)建測試方案是試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的核心。

5.試驗(yàn)設(shè)計(jì)矩陣

試驗(yàn)設(shè)計(jì)矩陣是實(shí)驗(yàn)的矩陣描述。它不是為特定因素設(shè)置的，而是基于通用代碼構(gòu)建的矩陣。因此，與具體的測試方案相比，具有更廣泛的意義，是制定具體測試方案的關(guān)鍵，對測試結(jié)構(gòu)和分析非常有用。