田間試驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)方法11_響應(yīng)面設(shè)計(jì)-閱讀頁(yè)
2025-01-27 15:35本頁(yè)面
【正文】 ethodology， RSM)適用范圍 ?中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì) (central posite design， CCD)； ?BoxBehnken design BBD 試驗(yàn)設(shè)計(jì)； 響應(yīng)曲面設(shè)計(jì) 方法分類(lèi) ? 立方點(diǎn) ? 軸向點(diǎn) ? 中心點(diǎn) ? 區(qū)組 ? 序貫試驗(yàn) ? 旋轉(zhuǎn)性 基本概念 中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì) 立方點(diǎn) (cube point) 立方點(diǎn)：也稱(chēng)立方體點(diǎn)、角點(diǎn)，即 2水平對(duì)應(yīng)的 “ 1”和 “ +1”點(diǎn)。在 k個(gè)因素的情況下，共有 2k個(gè)立方點(diǎn) 軸向點(diǎn) (axial point) 軸向點(diǎn)：又稱(chēng)始點(diǎn)、星號(hào)點(diǎn)，分布在軸向上。在 k個(gè)因素的情況下，共有 2k個(gè)軸向點(diǎn)。 三因素下的立方點(diǎn)、軸向點(diǎn)和中心點(diǎn) 區(qū)組 (block) 也叫塊。 但由于把區(qū)組也作為一個(gè)因素來(lái)安排，增加了分析的復(fù)雜程度。 旋轉(zhuǎn)性 (rotatable)設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)具有在設(shè)計(jì)中心 等距點(diǎn)上預(yù)測(cè)方差恒定 的性質(zhì)，這改善了預(yù)測(cè)精度。在 k個(gè)因素的情況下，應(yīng)取 α = 2 k/4 當(dāng) k=2， α =；當(dāng) k=3， α =；當(dāng) k=4， α =；當(dāng) k=5， α = 按上述公式選定的 α 值來(lái)安排中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì) (CCD)是最典型的情形，它可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的序貫性，這種 CCD設(shè)計(jì)特稱(chēng) 中心復(fù)合序貫設(shè)計(jì) (central posite circumscribed design,CCC)， 它是 CCD中最常用的一種。 這種設(shè)計(jì)失去了序貫性，前一次在立方點(diǎn)上已經(jīng)做過(guò)的試驗(yàn)結(jié)果，在后續(xù)的 CCI設(shè)計(jì)中不能繼續(xù)使用。 這樣做，每個(gè)因素的取值水平只有 3個(gè) (1,0,1)，而一般的 CCD設(shè)計(jì)，因素的水平是 5個(gè) (α ,1,0,1,α ),這在更換水平較困難的情況下是有意義的。但保留了序貫性，即前 一次在立方點(diǎn)上已經(jīng)做過(guò)的試驗(yàn)結(jié)果，在后續(xù)的 CCF設(shè)計(jì)中可以繼續(xù)使用 ，可以在二階回歸中采用。見(jiàn)下表： ? 但有時(shí)認(rèn)為，這樣做的試驗(yàn)次數(shù)多，代價(jià)太大， Nc其實(shí)取 2以上也可以；如果中心點(diǎn)的選取主要是為了估計(jì)試驗(yàn)誤差， Nc取 4以上也夠了。實(shí)在需要減少試驗(yàn)次數(shù)時(shí)， 中心點(diǎn)至少也要 25次。 分析響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)的一般步驟 BoxBehnken Design 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將各試驗(yàn)點(diǎn)取在立方體棱的中點(diǎn)上 ? 在因素相同時(shí)，比中心復(fù)合設(shè)計(jì)的試驗(yàn)次數(shù)少； ? 沒(méi)有將所有試驗(yàn)因素同時(shí)安排為高水平的試驗(yàn)組合，對(duì)某些有安全要求或特別需求的試驗(yàn)尤為適用； ? 具有近似旋轉(zhuǎn)性， 沒(méi)有 序貫性。 ?DesignExpert 是最容易使用、功能最完整、界面最具親和力的軟件。 ? Plackett–Burman(PB)、 Central Composite Design (CCD)、 BoxBehnken Design(BBD)是最常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。再例如，本實(shí)驗(yàn)其中一部分在甲實(shí)驗(yàn)室完成，另一部分要在乙實(shí)驗(yàn)室完成，那么就可以設(shè)置 2個(gè) BLOCK，原因同上。如果檢測(cè)溫度，pH，時(shí)間對(duì)某處理工藝同時(shí)對(duì)樣品中含糖量和蛋白質(zhì)含量的影響，即因變量數(shù)量為2，該處選 2，并在下方因變量設(shè)置中設(shè)置好對(duì)應(yīng)的名稱(chēng)和單位。 點(diǎn)擊此處即開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 擬合公式的處理方法，一般取默認(rèn)即可 例如本試驗(yàn)中，擬合的方程顯著性不好，顯示為不顯著 殘差的正態(tài)概率分布，越靠近直線越好 殘差與方程預(yù)測(cè)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，分布越分散越無(wú)規(guī)律越好 預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)實(shí)際值的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，其中點(diǎn)越靠近同一條直線越好 按照黃色框操作進(jìn)入數(shù)據(jù)報(bào)告界面 點(diǎn)擊此處進(jìn)入響應(yīng)面圖形顯示界面 等高線圖考察每?jī)蓚€(gè)因素對(duì)因變量造成的影響，并由擬合的方程形成等高線，為二維平面圖形，可經(jīng)由該圖找出較好范圍 點(diǎn)擊此處可查看 3D圖 三維響應(yīng)曲面圖 可更直觀的看出兩因素對(duì)因變量的影響情況，可以很直觀的找出最優(yōu)范圍，剛才所看的二維等高線圖即為三維響應(yīng)面圖在底面的投影圖 響應(yīng)面試驗(yàn)最優(yōu)值預(yù)測(cè)方法 首先根據(jù)實(shí)際情況確定每個(gè)因素可以取值的范圍，例如在酶催化條件優(yōu)化試驗(yàn)，溫度范圍一般不會(huì)超過(guò) 80℃ ，否則酶會(huì)變性，那么我們就可設(shè)置該因素取值范圍為 080，也可根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)或者生產(chǎn)條件設(shè)置該值。那么在這四種模式中我們可以選擇其相對(duì)應(yīng)的情況 例如，本實(shí)驗(yàn)中我們想得到一個(gè)結(jié)果最大，那么我們選擇MAXIMIZE，然后在下面兩個(gè)框中，左側(cè)低值可不管，右側(cè)高值項(xiàng)中填入一個(gè)盡可能大的無(wú)法達(dá)到的值，例如，某物質(zhì)提取試驗(yàn)，提取率最高不會(huì)超過(guò) 100%，那么我們?cè)谟覀?cè)填入 100%即可達(dá)到我們的目的，當(dāng)然，填入200%亦可。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)是：用部分試驗(yàn)來(lái)代替全面試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)部分試驗(yàn)結(jié)果的分析，了解全面試驗(yàn)的情況。 ? 但正因?yàn)檎辉囼?yàn)是用部分試驗(yàn)來(lái)代替全面試驗(yàn)的，它不可能像全面試驗(yàn)?zāi)菢訉?duì)各因素效應(yīng)、交互作用一一分析；當(dāng)交互作用存在時(shí)，有可能出現(xiàn)交互作用的混雜；同時(shí)正交設(shè)計(jì)只能挑選出試驗(yàn)因子的最優(yōu)組合，對(duì)試驗(yàn)設(shè)定以外的因素水平的效果不能做出預(yù)測(cè)。響應(yīng)曲面分析，采用多元回歸方程來(lái)擬合影響因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，對(duì)回歸方程進(jìn)行分析得到優(yōu)化的工藝參數(shù)。 因素?cái)?shù) (k) 2 3 4 5 6 7 次數(shù) CCD 13 20 31 52 90 — BBD — 17 29 46 54 62 CCD BBD
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