Программное обеспечение, которое используется для разработки факторных экспериментов, играет важную роль в научных экспериментах и представляет собой путь к реализации процедур планирования экспериментов, основанных на статистической и комбинаторной теории. В принципе, простое в использовании программное обеспечение для планирования экспериментов (DOE) должно быть доступно всем экспериментаторам, чтобы стимулировать использование DOE.
Задний план
Использование программного обеспечения
Программное обеспечение факторного экспериментального проектирования значительно упрощает ранее трудоемкие ручные вычисления, необходимые до использования компьютеров.
Во время Второй мировой войны более сложная форма DOE, называемая факторным дизайном, стала большим оружием для ускорения промышленного развития союзных войск. Эти схемы могут быть довольно компактными, включающими всего два уровня каждого фактора и только часть всех комбинаций, и тем не менее они довольно эффективны для целей проверки. После войны статистик из Imperial Chemical Джордж Бокс описал, как создавать поверхности отклика для оптимизации процесса. [1] С этого момента DOE укрепился в химической обрабатывающей промышленности, где такими факторами, как время, температура, давление, концентрация, скорость потока и перемешивание, легко управлять.
Результаты DOE, когда они обнаруживаются точно с помощью программного обеспечения DOE, укрепляют способность распознавать истину об исследуемых выборочных группах населения: см. Выборка (статистика) . Статистики [2] [3] описывают более сильные многофакторные методы DOE как более « надежные »: см. План эксперимента .
Поскольку развитие программного обеспечения Министерства энергетики привело к решению сложных факторных статистических уравнений, статистики начали всерьез разрабатывать эксперименты с более чем одним фактором (многофакторным), тестируемым одновременно. Проще говоря, компьютеризированный многофакторный DOE начал вытеснять однофакторные эксперименты. Компьютерное программное обеспечение, разработанное специально для запланированных экспериментов, стало доступным от различных ведущих компаний-разработчиков программного обеспечения в 1980-х годах и включало такие пакеты, как JMP , Minitab , Cornerstone и Design-Expert .
Заметные преимущества использования программного обеспечения DOE включают отказ от утомительных ручных вычислений в следующих случаях:
- Выявление ключевых факторов для улучшения процесса или продукта.
- Создание и анализ общих факторных , двухуровневых факторных, дробных факторных планов и планов Плакетта – Бермана .
- Выполнение численных оптимизаций .
- Скрининг критических факторов и их взаимодействий .
- Анализ технологических факторов или компонентов смеси.
- Комбинирование переменных смеси и процесса в проектах.
- Вращение трехмерных графиков для визуализации поверхностей отклика .
- Изучение 2D-контуров с помощью компьютерной мыши, установка флажков по пути для определения координат и прогнозирования ответов.
- Точное определение места, где все указанные требования соответствуют, с помощью функций численной оптимизации в программном обеспечении DOE.
- Поиск наиболее желательных настроек факторов для одновременного получения нескольких ответов.
Сегодня факториальное программное обеспечение DOE - это замечательный инструмент, на который полагаются инженеры, ученые, генетики, биологи и практически все другие экспериментаторы и создатели, от агрономов до зоологов. Программное обеспечение DOE наиболее применимо для контролируемых многофакторных экспериментов, в которых экспериментатора интересует влияние какого-либо процесса или вмешательства на такие объекты, как сельскохозяйственные культуры, реактивные двигатели, демографические данные, маркетинговые методы, материалы, клеи и т. Д. Таким образом, программное обеспечение для проектирования экспериментов является ценным инструментом, имеющим широкое применение во всех естественных, технических и социальных науках.
Заметки
- ^ Бокс и Уилсон (1951), "Об экспериментальном достижении оптимальных условий", Журнал Королевского статистического общества , серия B, 13,1
- ^ Марк Дж. Андерсон и Патрик Дж. Уиткомб (2015), Упрощенное Министерство энергетики: Практические инструменты для эффективного экспериментирования, 3-е издание , ISBN 1-48221-894-1
- ^ Марк Дж. Андерсон и Патрик Дж. Уиткомб (2016), RSM Simplified: Оптимизация процессов с использованием методов поверхности отклика для планирования экспериментов, 2-е издание , Productivity Press, ISBN 1-49874-598-9
Внешние ссылки
- Методология поверхности отклика: оптимизация процессов и продуктов с использованием разработанных экспериментов, 4-е издание
- Планирование и анализ экспериментов, 9-е издание
- Упрощенный DOE: Практические инструменты для эффективного экспериментирования, 3-е издание
- RSM Simplified: Оптимизация процессов с использованием методов поверхности отклика для планирования экспериментов, 2-е издание
- Предупреждающие знаки при разработке и интерпретации экспериментов
- NIST Eng. Статистика Раздел 5 Улучшение процесса