Bài giảng Quy hoạch thực nghiệm – Chương 1: Khái niệm quy hoạch thực nghiệm

Bài giảng “Quy hoạch thực nghiệm – Chương 1: Khái niệm quy hoạch thực nghiệm” cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm chung về qui hoạch thực nghiệm, nguyên tắc cơ bản của qui hoạch thực nghiệm, các bước thực hiện qui hoạch, các phương pháp nghiên cứu, ứng dụng. Mời các bạn cùng tham khảo.

Khái niệm qui hoạch thực nghiệm Chương  Khái niệm chung qui hoạch thực nghiệm  Nguyên tắc qui hoạch thực nghiệm  Các bước thực qui hoạch  Các phương pháp nghiên cứu  Ứng dụng 1.1 Khái niệm chung  Thực nghiệm trình nghiên cứu mà kết thu số liệu, thông tin Các kết trước chưa biết Thường mặt thống kê, thực nghiệm tiến hành điều kiện mà nhà nghiên cứu quản lý kiểm sốt yếu tố khơng liên quan đến mục tiêu nghiên cứu  Qui hoạch thực nghiệm trình hoạch định nghiên cứu đạt mục tiêu xác định Hoạch định quan trọng nhằm đảm bảo loại liệu, kích thước mẫu đủ lớn để trả lời câu hỏi liên quan rõ ràng, hiệu tốt Qui hoạch thực nghiệm nhằm:  Giảm thiểu đáng kể số lượng thực nghiệm cần thiết Giảm thời gian phí tổn tiến hành thực nghiệm  Thu thập nhiều thông tin hiệu rõ ràng đánh giá tương tác yếu tố ảnh hưởng chúng đến đáp ứng Xây dựng mô hình tốn học thống kê thực nghiệm; đánh giá sai số tổng thể bối cảnh thực nghiệm; đánh giá ảnh hưởng yếu tố với mức độ tin cậy cần thiết  Cho phép xác định điều kiện tối ưu đối tượng nghiên cứu xác cơng cụ tốn học thay cho cách giải gần đúng; tìm tối ưu cục  Quá trình phát triển khảo sát thực nghiệm từ cổ điển với phương pháp thử sai đến qui hoạch thí nghiệm gắn kết nhiều với tốn học thống kê  Quá trình phát triển tiến hành từ tiến hành thực nghiệm dọ dẫm bước thực nghiệm tiến đến hoạch định tổng thể trước tiến hành thực nghiệm Cách làm cho phép rút ngắn thời gian có kết đánh giá tổng thể Liên quan đến qui hoạch thực nghiệm có loại  Thực nghiệm sàng lọc: có nhiệm vụ xác định yếu tố quan trọng hệ thống thực nghiệm  Thực nghiệm mô phỏng: liên quan đến việc xây dựng mơ hình tốn học diễn tả vận hành hệ thống  Thực nghiệm tối ưu: xem bước phát triển thực nghiệm mô Nhiệm vụ loại thực nghiệm xác định điểm tối ưu hệ thống 1.2 Nguyên tắc  Nguyên tắc không lấy toàn đầu vào  Nguyên tắc phức tạp dần mơ hình tốn học  Ngun tắc đối chứng với sai số  Nguyên tắc ngẩu nhiên hóa  Nguyên tắc tối ưu hóa qui hoạch thực nghiệm Nguyên tắc khơng lấy tồn trạng thái đầu vào  Lấy biến số rời rạc  Chọn mức biến đổi thích hợp  Sự lựa chọn cần có sở tốn học; gắn liền với hàm mơ dạng bề mặt đáp ứng  Dạng hàm mô thường bậc hai, mức biến đổi thường hai ba Nguyên tắc phức tạp dần mơ hình tốn học  Quan điểm thực nghiệm có trình tự  Khi chưa có đầy đủ thơng tin sử dụng mơ hình đơn giản để giảm thiểu thời gian chi phí  Việc kiểm tra tính tương thích mơ hình cần thiết để định tiến hành mơ hình phức tạp Ngun tắc đối chứng với sai số  Độ xác mơ hình phải tương xứng với độ lớn sai số Sai số nhỏ mơ hình phải phức tạp Sai số lớn nên xây dựng mơ hình xây dựng đơn giản 10 0  Tuy nhiên nhà thực nghiệm cần rà soát lại định trước Các vấn đề phát sinh giai đoạn trung gian giúp hiểu rõ tính chất đối tượng  Nếu mơ hình khơng tương thích mơ hình q đơn giản, sai số nhận số liệu ghi nhận sai vào kết Trong trường hợp phải tiến hành lại từ bước đến bước Bề mặt đáp ứng mơ hình bậc 1, hai yếu tố Khơng tương tác Phân tích tương tác Khơng có tương tác X Z Bề mặt đáp ứng mơ hình bậc 1, hai yếu tố Có tương tác Phân tích tương tác Có tương tác Bề mặt đáp ứng mơ hình bậc 2, hai yếu tố 1.3.7 Tối ưu hóa hàm mục tiêu Tối ưu hóa hàm mục tiêu tiến hành bằng:  Phương pháp thực nghiệm: phương pháp leo dốc dứng, phương pháp SIMPLEX  Phương pháp toán học: sở phương trình tốn mơ tả hàm mục tiêu có từ thực nghiệm, dùng phương pháp tốn để tìm điểm cực trị vùng khảo sát: phương pháp giải tích, phương pháp biến đổi Lagrange … Tối ưu hóa ● Qui hoạch bậc  Leo dốc đứng + Qui hoạch bậc 1.4 Các phương pháp QHTN  Phương pháp thử tìm sai (trial and error)  Phương pháp thay đổi yếu tố  Phương pháp qui hoạch yếu tố toàn phần bán phần  Phương pháp TAGUCHI      Phương pháp thử tìm sai (trial and error) Phương pháp dựa vào kinh nghiệm Có thể cho kết nhanh chóng Khơng giải thích kết Khó đạt tối ưu Có thể sử dụng giải pháp tạm thời Đây phương pháp “mị” Khơng hiểu chất vấn đề Phương pháp thay đổi yếu tố Tiến hành với yếu tố thứ Quan sát kết Chọn giá trị cho yếu tố thứ nhất, xong chuyển qua yếu tố  Phải thực tiến hành nhiều thí nghiệm  Khơng mơ hình hóa ảnh hưởng yếu tố  Không đánh giá tương tác yếu tố Do kết chưa tối ưu cho tổng thể yếu tố Bề mặt đáp ứng Trong thí nghiệm thứ 1: tiến hành thời gian 10 phút Hiệu suất cao 240 0C Trong thí nghiệm thứ 2: tiến hành 2400C, thời gian phút cho hiệu suất cao 60% Thực tế hiệu suất cao 70% nhiệt độ 2700C với thời gian phản ứng phút Phương pháp hoạch định yếu tố mức độ  Cho phép đánh giá ảnh hưởng yếu tố tương tác chúng  Các hoạch định yếu tố bán phần giúp giảm thiểu số lượng thí nghiệm, ảnh hưởng yếu tố lẫn vào Trong trường hợp khơng có định hướng hoạch định thực nghiệm để làm rõ ảnh hưởng yếu tố quan trọng  Phương pháp đòi hỏi hiểu biết nhiều thống kê      Phương pháp TAGUCHI Có thể khảo sát nhiều yếu tố đồng thời Số thực nghiệm cho khảo sát nhiều yếu tố Có thể tách yếu tố khơng quan trọng khỏi yếu tố quan trọng Trong hầu hết trường hợp cho kết chất lượng khả tin mà khơng gia tăng cơng sức chi phí Dễ dàng phân tích lựa chọn yếu tố để tránh yếu tố gây nhiểu Không cần phải hiểu sâu thống kê tiến hành xử lý số liệu đánh giá ảnh hưởng yếu tố So sánh HĐ yếu tố toàn phần HĐ Taguchi Với thí nghiệm, hoạch dịnh yếu tố tồn phần mức độ khảo sát yếu tố ttrong hoạch định TAGUCHI khảo sát tối đa yếu tố ... Khái niệm chung qui hoạch thực nghiệm  Nguyên tắc qui hoạch thực nghiệm  Các bước thực qui hoạch  Các phương pháp nghiên cứu  Ứng dụng 1.1 Khái niệm chung  Thực nghiệm trình... thống thực nghiệm  Thực nghiệm mô phỏng: liên quan đến việc xây dựng mơ hình tốn học diễn tả vận hành hệ thống  Thực nghiệm tối ưu: xem bước phát triển thực nghiệm mô Nhiệm vụ loại thực nghiệm. .. tố khơng kiểm sốt  Nguyên tắc thực cách tiến hành thực nghiệm qui hoạch theo nguyên tắc ngẫu nhiên hóa Nguyên tắc tối ưu qui hoạch thực nghiệm  Kế hoạch thực nghiệm phải có tính chất tối ưu