SPSS正交試驗設(shè)計及其方差分析

試驗優(yōu)化設(shè)計，指在最優(yōu)化思想的指導(dǎo)下，進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計的一種優(yōu)化方法，從不同的優(yōu)良性出發(fā)，合理設(shè)計試驗方案，有效控制試驗干擾，科學(xué)處理試驗數(shù)據(jù)，全面進(jìn)行優(yōu)化分析，直接實現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)。

正交試驗設(shè)計是試驗優(yōu)化的常用技術(shù)，在農(nóng)業(yè)試驗、工業(yè)優(yōu)化、商業(yè)優(yōu)化等方面應(yīng)用已久。主要優(yōu)點(diǎn)是能在多試驗條件中選出代表性強(qiáng)的少數(shù)試驗方案，通過對這些少數(shù)試驗方案結(jié)果的分析，從中找出最優(yōu)方案或最佳生產(chǎn)工藝條件，并可以得到比試驗結(jié)果本身給出的還要多的有關(guān)各因素的信息。

SPSS軟件不僅具有包括數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析、圖表分析、輸出管理等在內(nèi)的基本統(tǒng)計功能，而且用它處理正交試驗設(shè)計中的數(shù)據(jù)程序簡單，分析結(jié)果明了。

【實施正交試驗設(shè)計的步驟】

1、明確試驗?zāi)康?，確定考核指標(biāo)

明確通過正交試驗想要解決什么問題，確定用來衡量試驗效果的評價指標(biāo)，并詳細(xì)描述出評定該指標(biāo)的原則標(biāo)準(zhǔn)、測定指標(biāo)的方法重要信息。

2、挑因素，選水平

有依據(jù)的選擇引起指標(biāo)變化的影響因素，因素在試驗中的各種狀態(tài)稱為因素的水平。盡量選擇適用于人為控制的和調(diào)節(jié)的影響因素，最后列出因素水平表。

3、選擇合適的正交表

在能夠安排下試驗因素和交互作用前提下，盡可能選用較小的正交表，以減少試驗次數(shù)和成本的消耗。

4、進(jìn)行表頭設(shè)計

表頭設(shè)計即將試驗因素安排到所選正交表的各列中去的過程。正交表中的任意一列的位置是一樣的，可以任意變換，因此不考慮交互作用的情況下可直接將所有因素安排在任意一列；如果考慮交互作用，則必須按照交互作用列表的規(guī)定進(jìn)行配列；為避免混雜，那些主要因素重點(diǎn)考察的因素涉及交互作用較多的因素，應(yīng)優(yōu)先安排；特別注意，盡可能安排空列，用于反映試驗誤差，并以此作為衡量試驗因素產(chǎn)生的效應(yīng)是否可靠的標(biāo)志。

5、排出試驗方案

表頭設(shè)計完成后，將所選正交表中各列的不同數(shù)字換成對應(yīng)因素的相應(yīng)水平，形成試驗方案。試驗方案中的試驗號并不意味著實際進(jìn)行試驗的順序，一般需同時進(jìn)行，若條件不允許，為排除外界環(huán)境干擾，應(yīng)使試驗序號隨機(jī)化。

6、開始試驗，收取結(jié)果

按照隨機(jī)化的試驗順序進(jìn)行試驗，記錄結(jié)果必備分析。

7、試驗結(jié)果的統(tǒng)計分析

正交設(shè)計的結(jié)果分析有兩種，一種是極差分析法（直觀分析法），只考慮因素間的影響，不考慮試驗誤差。另一種是方差分析法，是一種精細(xì)化分析方法，可采用spss完成。

【SPSS正交試驗設(shè)計案例】

我們用正交試驗的方法，對從中草藥虎杖中提取白藜蘆醇苷的工藝進(jìn)行優(yōu)化。

（1）明確目的，確定指標(biāo)：這是工藝優(yōu)化的案例，目的在于通過試驗，尋求優(yōu)選白藜蘆醇苷的最佳提取條件，白藜蘆醇苷提取的效果指標(biāo)為白藜蘆醇苷含量。

（2）挑因素，選水平：根據(jù)專業(yè)知識及參考文獻(xiàn)知識，以及正交試驗的特點(diǎn)，選定影響水提取法的3個因素，加水量、煎煮時間、煎煮次數(shù)，每個因素3個水平，列出因素水平表如下：

（3）選擇正交表：此為3水平試驗，并不考慮交互作用，有3個因素需要占據(jù)3列，預(yù)留一個空列作為誤差的話，標(biāo)準(zhǔn)正交表L934是最合適的選擇。

（4）表頭設(shè)計：不考慮交互作用，因素可占據(jù)任意列。

（5）排出試驗方案：方案及試驗結(jié)果如下表，第六步省略。

（7）試驗結(jié)果的方差分析：為考察試驗的誤差及精細(xì)效果，我們直接采用SPSS方差分析來對此試驗進(jìn)行結(jié)果分析。

A:方差分析的步驟

B:不考慮交互作用，只考察各因素的主效應(yīng)

C:方差分析結(jié)果解讀

由方差分析可知，影響因素中加水量和煎煮次數(shù)兩個對提取白藜蘆醇苷具有顯著的影響，而煎煮時間這個因素對其的影響較小。3個因素的主次關(guān)系是：煎煮次數(shù)>加水量>煎煮時間。

D：影響因素的哪個水平最好？可以通過繪制出的圖直觀的看出，也可以通過鄧肯氏檢驗來解答，這里我們僅列出直觀圖。

通過上圖，我們可以非常直觀的看出，從三個因素中選擇最好的水平，得到最佳組合為A3B2C3，即加水量12，煎煮時間1.5小時，煎煮次數(shù)3次。

使用SPSS統(tǒng)計軟件包對L9(34)正交試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,只要按正交表的設(shè)計格式輸入實驗數(shù)據(jù),便可獲得所需的統(tǒng)計結(jié)果。其操作方便，直觀，快捷，結(jié)果準(zhǔn)確，使研究工作事半功倍，此法也可用來處理其他正交試驗的數(shù)據(jù)。

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