均匀试验设计

试验设计方法

均匀设计是只考虑试验点在试验范围内均匀散布的一种试验设计方法。均匀设计通过配套的均匀设计表和使用表来安排试验；当试验因素变化范围较大，需要取较多水平时，均匀设计可以极大减少试验次数。对均匀试验所得的数据结果进行分析，可以判定所考察的因素中哪些是主要的，哪些是次要的，从而确定出最好的试验条件，得到最优方案。

基本概念

在试验中，为了降低试验的样本量，1978年方开泰教授和数学家王元共同提出了当试验中变量取值范围大，所需考虑的水平多时，可采用均匀设计方法进行试验设计。这种只从“均匀分散”特性出发的设计法称为均匀设计，也称均匀设计试验法。

均匀设计离不开均匀设计表和使用表进行试验安排，并运用回归分析方法完成数据的统计分析。均匀设计在装备试验中已有大量的应用，例如机载反舰导弹自控终点散布和命中精度估算、雷达动态跟踪精度试验、潜射导弹出水试验分析、鱼雷试验航路规划、火炮模拟试验装置波形发生器参数试验设计等。

正交设计为降低多因素多水平下的试验次数提供了一种优化设计方法。然而，当某些试验中需要考察较多的因素，并且每个因素的变化范围又较大时。如果用正交表安排试验，那么就需要安排较多次数的试验，许多实际问题需要一种新的试验方法，它能有效地处理多水平的试验，于是卜元和方开泰提出了均匀试验设计方法，该试验设计方法考虑如何将设汁点均匀地散布在试验范围内，使得能用较少的试验点获得最多的信息，用于均匀设计只考虑试验点的“均匀散布”，而不考虑“整齐可比”，因而可以大大减少试验次数，这是它与正交设计的最大不同之处。均匀设计借助均匀设计表进行试验安排，并运用回归分析方法完成数据的统计分析。对于均匀设计已有较多的研究文献，在战术导弹试验中也有火量的应用，如反舰导弹自控终点散布和命中精度估算、雷达动态跟踪精度试验、潜射导弹出水试验分析等。

原理

所有的试验设计方法本质上就是在试验的范围内给出挑选代表点的方法，使得选出的试验点能反映试验范围内各因素和试验指标的关系。正交设计( orthogonal design)是根据正交性来挑选有代表性的试验点，它在挑选代表点时有两个特点：均匀分散，整齐可比。“均匀分散”使试验点均衡地分布在试验范围内，让每个试验点有充分的代表性，“整齐可比”使试验结果的分析十分方便，易于估计各因素的主效应和部分交互效应，从而可分析各因素对指标的影响大小和变化规律。而均匀设计不再考虑正交设计中为“整齐可比”，只考虑试验点在试验范围内均匀散布而选择的试验点，从而大大减少了试验次数。采用均匀设计，每个因素的每个水平可以仅做一次试验，当水平数增加时，试验次数随水平数增加而增加，若采用正交设计，试验次数则随水平数的平方数而增加。

均匀设计的试验结果没有整齐可比性，因此试验结果的处理不能采用方差分析法，而主要以回归分析对试验结果进行分析，所以试验结果处理较为复杂。回归分析可以采用掣峪、SPSS等统计软件，国内的DPS等统计软件也包括了均匀设计及其数据分析，使用更为方便。

性质

均匀设计表有如下主要性质：

(1)在每一列中没有重复数字出现，也就是每个数字只出现一次。

(2)为了在试验中不同因素不同水平搭配均匀，任意两列同行数字构成的有序数对各不相同，每个数对仅出现一次。

均匀设计表适用于因素水平数较多的试验，但在具体的试验中，大部分因素水平数很难保证相等，此时需采用}昆合水平均匀设计表或拟水平均匀设计表。

优点

均匀试验设计相对于全面试验和正交试验设计的最主要的优点是大幅度地减少试验次数，缩短试验周期，从而大量节约人工和费用。对于试验因素较多，特别是对于因素的水平多而又希望试验次数少的试验，对于筛选因素或收缩试验范围进行逐步择优的场合，对于复杂数学试验的择优计算等，均匀试验设计是非常有效的试验设计方法。

应用与效果

由于均匀试验设计使试验周期大大缩短，能节省大量的费用，所以均匀试验设计方法一出现就在工业生产中得到应用，也取得有效的成果。例如，苏州化工厂运用均匀试验设计法研制速淬火油取得明显的经济效益。从方案设计、配方优化，直到产品技术标准有关指标制定等全过程进行优化设计，使快速淬火油不仅性能指标达到国外同类产品的水平，同时成本低廉，节省了外汇，仅上海宝钢一次用量126吨就节约35.82万元，节省外汇20.13万马克。华北制药厂在青霉素球菌原材料配方中运用均匀试验设计法，使得优化后配方比原对照平均降低原材料消耗34%，平均提高发酵单位5%，每生产一批产品可获经济效益4500元，该厂一年生产几百批，取得显著经济效益。此外，国防工业上已在巡航导弹的设计等方面得到有效的应用。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省