QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM BẰNG PHẦN MỀM STATGRAPHICS CENTURION

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC -  - Giáo trình ỨNG DỤNG PHẦN MỀM STATGRAPHICS CENTURION VÀO XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM Người biên soạn: ThS Đoàn Mạnh Tuấn Thành phố Hồ Chí Minh 9.2013 Mục lục Mục lục Giới thiệu Statgraphics Centurion XV.II 1.1 Trình đơn File 1.2 Trình đơn Edit 1.3 Trình đơn Measure 1.4 Trình đơn Analyze 1.5 Trình đơn Improve ( DOE) 1.6 Trình đơn Forecast 1.7 Trình đơn SnapStats 1.8 Các trình đơn Tools, View, Window Help 2.Hướng dẫn cài đặt Hướng dẫn chạy phần mềm Statgraphics Centurion XV.II 14 3.1 So sánh hai tập số liệu với hai chuẩn t (Student) F(Fisher) phần mềm Statgraphics Centurion XV.II 14 3.1.1 Nhập sở liệu 16 3.1.2 Phân tích số liệu thống kê 19 3.1.3 Phân tích đồ thị 24 Một hàm mục đích 29 4.1.Phương pháp tối ưu hóa 29 4.2.Các bước tiến hành để tối ưu hóa phối liệu sau 30 5.Hai hàm mục đích 43 5.1.Giới thiệu phần mềm Statgraphic 43 5.2.Bài toán quy hoạch 43 5.3.Phân tích kết sàng lọc 50 5.3.1.Phân tích độ bền uốn gạch 50 5.3.2.Phân tích độ hút nước gạch 53 6.Quy hoạch thực nghiệm bậc 61 6.1.Thiết kế thí nghiệm 61 6.2 Xây dựng hàm mục tiêu 67 6.3 Phân tích kết 69 Giới thiệu Statgraphics Centurion XV.II Statgraphics centurion sử dụng để thiết kế phân tích kết thực nghiệm So sánh tập số liệu thực nghiệm từ đưa kết luận thống kê cho tập số liệu Sử dụng đơn (Menu) Chương trình giới thiệu tổng quan chức trình đơn phần mềm Statgraphics giúp cho bạn hiểu cấu trúc chúng, cách sử dụng cấu trúc câu lệnh công cụ (Toolbars), tác vụ (Taskbar) nhiều loại cửa sổ, hộp thoại khác 1.1 Trình đơn File Trình đơn File chứa lệnh mở, đóng, lưu, in tệp tin khỏi chương trình Cụ thể sau:  Mở, đóng, lưu tệp tin định dạng Statgraphics hay StatFolio, StatGallery, StatReporter  Sử dụng StatLink để lấy liệu từ nguồn liệu đa dạng bảng số liệu, sở liệu, thiết bị đo lường hay máy đo vi mô kỹ thuật số thông qua phần mềm chúng  In chỉnh sửa trang  Lưu đồ thị (SaveGraph) định dạng metafile  Tổ hợp định dạng StatFolio với định dạng tệp liệu khác  Gửi thư có đính kèm tệp tin Statgraphics thơng qua trình gửi thư máy (như Outlook)  Thốt khỏi chương trình Statgraphics 1.2 Trình đơn Edit Trình đơn chứa lệnh chỉnh sửa thông dụng là:  Copy, Cut, Paste, PasteLink Undo  Freferences: thiết lập chỉnh sửa hệ thống (giống Settings hay Options phần mềm khác)  Change Text Font: Thay đổi phông chữ, lặp lại phép phân tích  Insert: Chèn thêm cột liệu  Delete: Xóa bỏ cột liệu  Thay đổi cột tệp liệu; đưa giá trị liệu thơng qua tốn tử; chuyển định dạng liệu sang định dạng Statgraphics  Sort data: xếp liệu 1.3 Trình đơn Measure Giúp người sử dụng sử dụng phép phân tích loại đồ thị thông dụng  Scatterplots (Đồ thị phân tán): chứa loại đồ thị phân tán thông dụng cho thấy độ phân tán tập số liệu  Exploratory Plots (Đồ thị khảo sát): chứa loại đồ thị có tính khảo sát, hữu dụng nghiên cứu tính đối xứng, kiểm tra giả thuyết phân bố, phát sai số 1.4 Trình đơn Analyze Hình 2.4 Phân tích số liệu với cửa sổ Variable Data, Attribute Data, Hypothesis Data Reliability Analysis  Variable Data (Độ biến thiên liệu)  Attribute Data (Thuộc tính liệu)  Hypothesis Tests (Kiểm định giả thiết thống kê)  Reliability Analysis (Phân tích độ tin cậy) Để phân tích số thuộc tính phần ta Click chuột tiếp vào cửa sổ ứng với phần mà muốn chọn 1.5 Trình đơn Improve ( DOE) Đây trình đơn quan trọng sử dụng nhiều thực nghiệm như: quy hoạch hóa thực nghiệm, tối ưu hóa thực nghiệm, phân tích phương sai (ANOVA)… Hình 2.5 Chứa phép phân tích mối tương quan biến độc lập biến phụ thuộc  Analysis of Variance (Phân tích phương sai): với hai phương pháp thơng dụng One-way ANOVA (phân tích phương sai nhân tố) Multifactor ANOVA (phân tích phương sai đa nhân tố)  Regression Analysis (Phân tích hồi qui): với hai phương pháp phân tích Simple Regression (Hồi quy đơn giản) Polinomial Regression (Hồi quy tuyến tính)  Experimental Design Analysis (Mơ hình hóa thực nghiệm): chứa cơng cụ nâng cao dùng để mơ hình hóa thực nghiệm 1.6 Trình đơn Forecast Hình 2.6 Chứa cơng cụ dự đốn phù hợp giá trị phân tích với mơ hình tương ứng 1.7 Trình đơn SnapStats Hình 2.7 Trình đơn chứa cơng cụ phân tích tổ hợp nhanh chóng thuận tiện như:  One Sample Comparison (So sánh tập số liệu)  Two Sample Comparison (So sánh hai tập số liệu)  Paired Sample Comparison (So sánh cặp số liệu)  Multiple Sample Comparison (So sánh nhiều tập số liệu) 1.8 Các trình đơn Tools, View, Window Help Có tác dụng giống phần mềm quen thuộc Microsoft Word, Exel… 2.Hướng dẫn cài đặt Click to setup: Nhập thông tin cần thiết vào customer information Serial number lấy từ Keygen.exe, Generate serial 10 Khai báo tên, mức thực nghiệm (có thể giá trị thực giá trị mã hóa) đơn vị chó nhân tố ví dụ nhân tố A nhiệt độ mức cao mức thấp đơn vị độ C, tương tự khai báo nhân tố B, C,… click OK Khai báo tên đơn vị hàm mục tiêu sau chọn OK 63 Chọn dạng ma trận thực nghiệm ví dụ thực nghiệm tiến hành mức tâm, cao, thấp điểm ta chọn Central composite design sau chon OK 64 Chọn mơ hình thực nghiệm tâm xoay (Rotatable) trực giao (Orthogonal) Khai báo số thực nghiệm làm lặp lại tâm (ví dụ 4) thí nghiệm khơng làm lặp lại khai báo Replicate Design Nếu muốn thí nghiệm sáo trộn cách ngẫu nhiên ma trân thực nghiệm ta chọn Randomize, muốn theo thức tự ta click bỏ Randomize sau chon OK ta thu ma trân thực nghiệm DataBook Ma trận thực nghiệm thu có dạng: 65 𝛼 = √√𝑁 2𝑘−2 − 2𝑘−1 = √√18 23−2 − 23−1 = √2 = 1,414 N = 2k + 2k + n0 Các thơng số design thí nghiệm xuất Response Surface Design Attributes 66 6.2 Xây dựng hàm mục tiêu Tiến hành làm thực nghiệm theo ma trân thực nghiệm nhập kết đo hàm mục tiêu vào ma trận thực nghiệm 67 Sau nhập xong kết ta tiến hành xây dựng phương trình hàm mục tiêu Chọn DOE (hoặc improve)  Design Analysis  Analyze Design Chọn hàm mục tiêu vào Data click OK 68 6.3 Phân tích kết Bảng giá trị mức độ ảnh hưởng nhân tố lên hàm mục tiêu Analyze Experiment - hieu suat phan ung File name: bac 2.sfx 69 Estimated effects for hieu suat phan ung (%) Effect average A:Nhiet B:Thoi gian C:Nong AA AB AC BB BC CC Estimate 10.575 3.49992 -8.77301 4.54874 1.52501 -0.775 -0.025 1.67501 3.475 -1.72501 Stnd Error 0.830577 1.01725 1.01725 1.01725 1.24587 1.24587 1.24587 1.24587 1.24587 1.24587 V.I.F 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 Standard errors are based on total error with d.f The StatAdvisor This table shows each of the estimated effects and interactions Also shown is the standard error of each of the effects, which measures their sampling error Note also that the largest variance inflation factor (V.I.F.) equals 1.0 For a perfectly orthogonal design, all of the factors would equal Factors of 10 or larger are usually interpreted as indicating serious confounding amongst the effects To plot the estimates in decreasing order of importance, select Pareto Charts from the list of Graphical Options To test the statistical significance of the effects, select ANOVA Table from the list of Tabular Options You can then remove insignificant effects by pressing the alternate mouse button, selecting Analysis Options, and pressing the Exclude button Bảng phân tích dánh giá mức độ ảnh hưởng nhân tố lên hàm mục tiêu Analysis of Variance for hieu suat phan ung Source A:Nhiet B:Thoi gian Sum of Squares 36.7482 230.896 Df 1 Mean Square 36.7482 230.896 F-Ratio 11.84 74.38 P-Value 0.0088 0.0000 70 C:Nong AA AB AC BB BC CC Total error Total (corr.) 62.0729 4.65127 1.20125 0.00125 5.61127 24.1512 5.95127 24.8349 396.12 1 1 1 17 62.0729 4.65127 1.20125 0.00125 5.61127 24.1512 5.95127 3.10437 20.00 1.50 0.39 0.00 1.81 7.78 1.92 0.0021 0.2558 0.5512 0.9845 0.2157 0.0236 0.2036 R-squared = 93.7305 percent R-squared (adjusted for d.f.) = 86.6772 percent Standard Error of Est = 1.76192 Mean absolute error = 0.977049 Durbin-Watson statistic = 2.52982 (P=0.7403) Lag residual autocorrelation = -0.34069 The StatAdvisor The ANOVA table partitions the variability in hieu suat phan ung into separate pieces for each of the effects It then tests the statistical significance of each effect by comparing the mean square against an estimate of the experimental error In this case, effects have P-values less than 0.05, indicating that they are significantly different from zero at the 95.0% confidence level The R-Squared statistic indicates that the model as fitted explains 93.7305% of the variability in hieu suat phan ung The adjusted R-squared statistic, which is more suitable for comparing models with different numbers of independent variables, is 86.6772% The standard error of the estimate shows the standard deviation of the residuals to be 1.76192 The mean absolute error (MAE) of 0.977049 is the average value of the residuals The Durbin-Watson (DW) statistic tests the residuals to determine if there is any significant correlation based on the order in which they 71 occur in your data file Since the P-value is greater than 5.0%, there is no indication of serial autocorrelation in the residuals at the 5.0% significance level Chọn Tables click tất yêu cầu liệu xuất chon OK Phương trình hàm mục tiêu thu Regression coeffs for hieu suat phan ung Regression coeffs for hieu suat phan ung Coefficient Estimate constant 10.575 A:Nhiet 1.74996 B:Thoi gian -4.3865 C:Nong 2.27437 AA 0.762504 AB -0.3875 AC -0.0125 BB 0.837504 BC 1.7375 CC -0.862504 72 The StatAdvisor This pane displays the regression equation which has been fitted to the data The equation of the fitted model is hieu suat phan ung = 10.575 + 1.74996*Nhiet - 4.3865*Thoi gian + 2.27437*Nong + 0.762504*Nhiet do^2 - 0.3875*Nhiet do*Thoi gian 0.0125*Nhiet do*Nong + 0.837504*Thoi gian^2 + 1.7375*Thoi gian*Nong - 0.862504*Nong do^2 where the values of the variables are specified in their original units To have STATGRAPHICS evaluate this function, select Predictions from the list of Tabular Options To plot the function, select Response Plots from the list of Graphical Options Giá trị tối ưu hàm mục tiêu thu Optimize Response Optimize Response Goal: maximize hieu suat phan ung Optimum value = 23.2242 Factor Low High Optimum Nhiet Thoi gian -1.41421 -1.41421 1.41421 1.41421 1.41421 -1.41421 Nong -1.41421 1.41421 -0.251004 The StatAdvisor This table shows the combination of factor levels which maximizes hieu suat phan ung over the indicated region Use the Analysis Options dialog box to indicate the region over which the optimization is to be performed You may set the value of one or more factors to a constant by setting the low and high limits to that value 73 Để xác định giá trị nhân tố giá trị hàm mục tiêu cho trước ta thực click chuột phải sổ Optimize Response chọn Pane Option Nhập giá trị cho trước vào Maintain at click OK Ví dụ: Ta muốn tìm giá trị tối ưu hiệu suất 90% 74 Giá trị nhân tố cần tìm xuất Optimize Response Goal: maintain hieu suat phan ung at 90.0 Optimum value = 23.2242 Factor Low High Optimum Nhiet -1.41421 1.41421 1.41421 Thoi gian -1.41421 1.41421 -1.41421 Nong -1.41421 1.41421 -0.251004 The StatAdvisor This table shows the combination of factor levels which maintains hieu suat phan ung at 90.0 over the indicated region Use the Analysis Options dialog box to indicate the region over which the optimization is to be performed You may set the value of one or more factors to a constant by setting the low and high limits to that value 75 Từ giá trị quy ngược lại giá trị thực ta thu giá trị nhận tố cần tìm để hàm mục tiêu 90% Vào Graphs click Response Plots sau chọn OK ta thu Đồ thị hàm mục tiêu 76 Estimated Response Surface Nong do=0.0 hieu suat phan ung 21 18 15 12 -1 -0.6 -0.2 0.2 0.6 0.6 0.2 -0.2 -0.6 -1 Thoi gian Nhiet Từ đồ thị đánh giá cách sơ ảnh hưởng nhận tố lên giá trị hàm mục tiêu 77 ... ; lệch α = 0,0125)  Hàm mục tiêu: Cường độ f(x1, x2, x3) Giao diện Statgraphics : Hình 3.1 .Giao diện phần mềm Statgraphics Nếu khơng giao diện ta vào:Edit > Prefences > Trong System Option ta... Analysis (Phân tích hồi qui): với hai phương pháp phân tích Simple Regression (Hồi quy đơn giản) Polinomial Regression (Hồi quy tuyến tính)  Experimental Design Analysis (Mơ hình hóa thực nghiệm): chứa... 43 5.2.Bài toán quy hoạch 43 5.3.Phân tích kết sàng lọc 50 5.3.1.Phân tích độ bền uốn gạch 50 5.3.2.Phân tích độ hút nước gạch 53 6 .Quy hoạch thực nghiệm