常见的DOE试验设计方法之正交试验设计法

DOE正交试验设计法的定义

正交试验设计法是研究和处理多因素实验的科学方法。它采用标准化的表格——正交表，选择试验条件，安排试验计划，进行试验，通过较少的试验，找出较好的生产条件，即最佳或较好的试验方案。

DOE正交试验设计法的用途

正交试验设计主要用于考察复杂系统(产品、过程)的某些特性或多因素对系统(产品、过程)某些特性的影响，识别系统中影响较大的因素，其影响的大小，以及各因素之间可能存在的相互关系，从而促进产品设计开发和过程优化，控制或改进现有产品(或系统)。

DOE正交试验设计法应用案例：

当测试中只有一个变量参数时，就是单因素测试问题。例如，有必要确定液压致动器的活塞面积，以实现致动器的最佳性能。根据对现象的理解，人们可以估计最优参数的可能区间。如果我们对它有一个清晰的认识，这个估计就更准确，估计范围也更窄。相反，估计区间更宽。现在我们应该通过一系列的实验来加深我们的理解。如果逐步进行测试，将需要100次测试才能将估计间隔减少100倍。但如果使用区间约简方法中的“黄金分割检验技术”，通过11次实验可以将区间约简到1%，通过14次实验可以将理解区间的准确率提高500倍。

在多因素实验中，经常需要分离不同因素的影响。例如，比较A、B和C3种子的产量。如果只是单纯的种子产量问题，似乎只需要在三块面积相同的土地上播种三粒种子，然后比较产量就可以了。但如果试验田位于南北方向的山川之间，东西方向的肥田与荒地之间，那么仍然是随机选取三个面积相等的试验田进行试验，这可能会因不同的土埂和灌溉是否充分而影响试验田的产量，而不仅仅是种子一个因素的结果。

要估计这些因素的影响，一个合理的方法是将试验区划分为9个试验场(如下图)，在3个不同的试验场分别播种3种不同的种子，将3个场的产量进行平均，得到种子品种造成的差异(不包括土壤和灌溉的因素)；将三块靠肥田和三块靠荒地的平均产量进行对比，可以得出土地肥垄程度造成的产量差异(不包括种子品种和灌溉条件等因素)。通过比较依山傍水三块田的平均产量，可以看出灌溉条件造成的差异(不包括种子品种和土壤条件的差异)。