Bài giảng Thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu (Data Analysis and Design of Experiment): Bài 4 - Thiết kế thí nghiệm. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Khái niệm chung, các phương pháp quy hoạch thực nghiệm, Ứng dụng trong công nghệ hóa học - sinh học - thực phẩm.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU (Data Analysis and Design of Experiment) PGS TS Trịnh Văn Dũng Bộ mơn: Q trình thiết bị CN Hóa – Sinh học – Thực phẩm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM trinhvandung190361 y x2 X2 X1 x1 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 2 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Khái niệm chung Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm Ứng dụng CN HH – SH – TP Bài tập 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Khái niệm chung Quy hoạch thực nghiệm gì? x1 X: k x2 xk ξ : : ―Hộp đen‖ y Việc áp dụng giải pháp thiết kế đánh giá chất lượng lĩnh vực công nghiệp nào, chủ yếu thực sở liệu thực nghiệm Lập kế hoạch thực nghiệm làm tăng hiệu nghiên cứu thực nghiệm: -tăng cường công việc nhà nghiên cứu -rút ngắn thời gian chi phí thí nghiệm -tăng độ tin cậy kết nghiên cứu 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Khái niệm chung Quy hoạch thực nghiệm gì? x1 X: k x2 xk ξ : : ―Hộp đen‖ y Lý thuyết kế hoạch thực nghiệm cho thấy vấn đề sau: -Thử nghiệm cần tổ chức để giải tốt nhiệm vụ (về thời gian chi phí tính xác kết quả)? -Các kết thử nghiệm xử lý để có lượng thơng tin tối đa đối tượng điều tra? -Có thể rút kết luận có giá trị đối tượng điều tra? 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Khái niệm chung Quy hoạch thực nghiệm gì? x1 X: k x2 xk ξ : : ―Hộp đen‖ y Thực nghiệm tác động có mục đích đối tượng nghiên cứu để có thơng tin đáng tin cậy Lập kế hoạch thực nghiệm là: -phương tiện để xây dựng mơ hình tốn học quy trình khác -một phương pháp giảm thời gian nguồn lực, tăng suất nhà nghiên cứu 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Khái niệm chung Thực nghiệm phân loại? x1 X: k x2 xk ξ : : ―Hộp đen‖ y Theo cấu trúc: -tự nhiên - phương tiện nghiên cứu thực nghiệm tương tác trực tiếp với đối tượng nghiên cứu; -mơ hình - khơng thử nghiệm với thân đối tượng, với mơ hình nó; -mơ hình-kibernetic (máy) - loại thử nghiệm mơ hình, đặc tính tương ứng đối tượng nghiên cứu tính tốn cách sử dụng thuật tốn máy tính 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Khái niệm chung Thực nghiệm phân loại? x1 X: k x2 xk ξ : : ―Hộp đen‖ y Theo giai đoạn nghiên cứu khoa học: -phịng thí nghiệm - thí nghiệm nghiên cứu luật chung tượng quy trình khác nhau, việc xác minh giả thuyết lý thuyết khoa học; -thí nghiệm khuynh hướng tiến hành, cần thiết, để nghiên cứu trình cụ thể xảy vật thể điều tra cách xác định đặc tính vật lý, hóa học tính chất khác Theo kết kiểm tra, khuyết tật khác đánh giá tính tốn thiết kế; 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Khái niệm chung Thực nghiệm phân loại? x1 X: k x2 xk ξ : : ―Hộp đen‖ y Theo giai đoạn nghiên cứu khoa học: : -phịng thí nghiệm; -thí nghiệm khuynh hướng; -các thí nghiệm cơng nghiệp tiến hành tạo sản phẩm quy trình dựa liệu thí nghiệm băng ghế thử nghiệm, đồng thời tối ưu hóa quy trình tại, đồng thời tiến hành kiểm tra chất lượng kiểm tra chọn lọc chất lượng sản phẩm 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Khái niệm chung Thực nghiệm phân loại? x1 X: k x2 xk ξ : : ―Hộp đen‖ y Theo đặc trưng nhiệm vụ đặt với mơ hình đối tượng: -có tính đến khơng đồng loại hình (thành phần vật chất, khác biệt thời gian, thành lập); -tính tốn để xác định chế tượng (nghiên cứu vật thể tổ chức tốt với mức độ thơng tin ban đầu đủ cao); -có tính đến khơng gian riêng tham số nó, tương ứng với cực đại số tiêu chí tối ưu có mặt biến thiên thời gian tham số phẩm 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 10 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch đơn hình x ij x i C ij x i Trong đó: xi0 — tọa độ tâm đơn hình đầu; xi — khoảng biến i; Сij — giá trị tọa độ yếu tố I thí nghiệm j; 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 12 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch đơn hình Thí nghiệm 1: x 11 x 10 k x x 21 x 20 k x Thí nghiệm 2: x 12 x 10 R x x 22 x 20 k x Thí nghiệm 3: x 13 x 10 x 23 x 20 R x 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 12 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch đơn hình x i’ N N x ij x i Ќ , i j j 1 n 1 xi x ij n; j jз j 1 x iн x i x iз ~ x iн x i ( x i x iз ) 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 12 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch đơn hình 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 12 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch trực giao cấp (k = 3) Yếu tố Kết thí nghiệm x0 x1 x2 x3 x4 x5 y1 y2 1 1 1 -0,6 -0,5 TB -0,55 f(x) N bj -1 1 -1 -1 0,1 0,5 0,30 0,2625 1 -1 -1 -1 0,6 0,4 0,50 0,5375 -1 -1 1 -0,1 0,2 0,05 -0,1250 1 -1 -1 0,6 0,2 0,40 0,2250 -1 -1 -1 -0,2 -0,2 -0,20 -0,1625 1 -1 -1 -1 0,1 0,2 0,15 0,1125 -1 -1 -1 -1 0,3 0,3 0,30 0,4750 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 ji yi i 1 j 0, k N N -0,3750 x bm x i x im y i i 1 m N MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 12 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch đơn hình 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 13 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch đơn hình 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 13 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch đơn hình 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 13 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch đơn hình 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 13 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch đơn hình 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 13 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch đơn hình 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 13 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch Box - Wilson Полный факторный эксперимент (ПФЭ) типа 2k: Số thí nghiệm: N = nk n – số mức k – số yếu tố: j = 1, … k Дробный Факторный Эксперимент (ДФЭ) типа 2k-p: Số thí nghiệm: k +1≤ N < 2k k số yếu tố: k ≥ Số hệ số phương trình hồi quy: k 1 k C k k k! ! k ! 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 k k MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 13 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch Box - Wilson Số hệ số phương trình hồi quy: k 3k l k 1 k C k 2k 27 10 k! ! k ! k k 81 15 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 13 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch Box - Wilson Quy hoạch Box – Wilson: Khi k < thiết lập theo ПФЭ 2k Khi k ≥ Thêm 2k thí nghiệm điểm ―*‖: (±α,0, ,0), (0,± α, ,0), , (0, ,0,± α) Tăng số thí tâm n0 Tổng số thí nghiệm: N = 2k + 2k + n0 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 13 190361 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM Quy hoạch Box - Wilson Quy hoạch Box – Wilson: Khi k < thiết lập theo ПФЭ 2k Cánh tay đòn xác định từ: 4 + 2k2 2k1(k + 0,5.n) = x , j N x j k x 2 k 2 2 j k 1 N N x ji i 1 N 05.04.2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 MS: CH3309 https://fb.com/tailieudientucntt 13 ... -1 -1 -1 -1 x2 1 -1 -1 1 -1 -1 x3 1 1 -1 -1 -1 -1 x4 -1 -1 1 -1 -1 x5 -1 -1 -1 1 -1 y1 -0 ,6 0,1 0,6 -0 ,1 0,6 -0 ,2 0,1 0,3 Kết thí nghiệm TB y2 -0 ,5 -0 ,55 0,5 0,30 0 ,4 0,50 0,2 0,05 0,2 0 ,40 -0 ,2... -1 -1 -1 -1 x2 1 -1 -1 1 -1 -1 x3 1 1 -1 -1 -1 -1 x4 -1 -1 1 -1 -1 x5 -1 -1 -1 1 -1 y1 -0 ,6 0,1 0,6 -0 ,1 0,6 -0 ,2 0,1 0,3 Kết thí nghiệm TB y2 -0 ,5 -0 ,55 0,5 0,30 0 ,4 0,50 0,2 0,05 0,2 0 ,40 -0 ,2... -1 -1 x3 1 1 -1 -1 -1 -1 x4 -1 -1 1 -1 -1 x5 -1 -1 -1 1 -1 05. 04. 2019 CuuDuongThanCong.com Thiết kế thí nghiệm & Xử lý số liệu 13:59 yi Kết thí nghiệm TB f(x) y1 y2 -0 ,6 -0 ,5 -0 ,55 -0 ,3750 0,1