1、4、卷纸不够写，可另附纸。姓名：王刚 学号：摘 要：正交设计广泛应用于机械、电子、生物、化学、物理等人们日常生活的各个领域。实验设计水平的高低影响到实验效果的真实程度，进而影响到产品设计生产加工等各部分。本文在理解实验设计这门课程的理论基础上，进一步的了解该学科中正交设计法在机械行业中的广泛应用。关键词：实验设计；设计水平；机械；正交设计Abstract：Orthogonal design is widely used in machinery, electronics, biology, chemistry, physics, and other various fields of Peop
2、les Daily life. Level of experimental design affect the truth of experimental results, which affect the product design, production, processing and etc. Parts. Based on the understanding of experimental design based on the theory of this course, the further understanding of the discipline of uniform
3、design and orthogonal design method is widely used in machinery industry.Keywords: design of experiment; The design level; Machinery; Orthogonal design引言实验设计就是对实验进行科学合理的安排，以取得最理想的实验效果。实验设计包括建立与研究假说有关的统计假说、确定实验中使用的实验处理（自变量）和必须控制的多余条件（额外变量）、确定实验中需要的实验单元（被试）的数量及被试抽样的总体、确定将实验条件分配给被试的方法、确定实验中每个被试要记载的测量（因
4、变量）和使用的统计分析等几个活动。在实验设计这门课程的学习中，有许多实验设计方法，有比较实验与方差实验、单因素优化实验设计、多因素优化实验设计、正交设计、均匀设计、容差设计、可靠性设计等。具体选择哪种实验设计方法要根据具体的适用条件。1 国内外对实验设计的研究发展二十世纪三十年代以来，实验设计在日本、美国得到了普遍的推广应用，实验设计在现在统计学中形成了一个重要的分支，内容极为丰富。它在现代化大生产中的产品开发、设计、生产中的质量过程控制中起了很大作用。二战后，日本就是运用实验设计使得该国的工业高速发展。我国在七十年代也逐步推广这种管理技术，目前我国掌握实验设计技术的人不多，这是由于实验设计课
5、程在我国还远未普及。每个未来的和现在的工程师都掌握实验设计技术是国际发展趋势。随着科学技术的进步、计算机和应用软件的广泛应用，实验所得实验数据的统计分析变得很容易了，例如运用Excel软件可以对基本数据进行分析。所以对于问题的实验设计，关键是选用正确的分析方法，对输出结果做正确的解释。2 正交设计的基本介绍2.1正交设计 正交试验的提出：考虑兼顾全面试验法和简单比较法的优点，利用根据数学原理制作好的规格化表正交表来设计试验不失为一种上策。用正交表来安排试验及分析试验结果，这种方法叫做正交试验法。事实上，正交最优化方法的优点不仅表现在试验的设计上，更表现在对试验结果的处理上。正交试验法优点： （
6、1）试验点代表性强，试验次数少。 （2）不需做重复试验，就可以估计试验误差。 （3）可以分清因素的主次。 （4）可以使用数理统计的方法处理试验结果，提出展望好条件。正交试验（表）法的特点： （1）均衡分散性代表性。 （2）整齐可比性可以用数理统计方法对试验结果进行处理。正交表符号的意义：3 正交设计在机械行业中的运用 正交试验作为多因素多水平试验法在内燃机中得到广泛的应用。但正交试验法有其局限性，它只能用于因素较多而水平较少的试验中，若水平数较多，根据“整齐可比”的特点，试验数是水平数的平方，则需要安排大量的试验。3.1.单指标正交试验设计 对零件镗孔质量不稳，内径偏差大，需改进工艺操作，确定
7、因素的主次影响程度，探求好的工艺程序。3.1.1.确定因素与水平 相关的主要因素有四个，每一个因素的水平3个：刀具数量与布局A 2把3把4把切削速度B30r/min38r/min56r/min走刀量C0.6mm/r0.7mm/r 0.47mm/r刀具种类D常规刀I型刀II型刀列出因素水平表：水平 因素A（刀具数）B（切削速度r/min）（走刀量mm/r）D（刀具种类（型）12300.6常规3380.7I4560.47II3.1.2.选择正交表 本试验为4因素3水平，选择。 3.1.3.确定试验方案表头行为因素，水平按水平表“对号入座”。指标为内孔偏差量。 试验方案表 因素A偏差量试验号 列号（
8、mm）1（2把）1（30）1（0.6）1（常规）0.392（38）2（0.7）2（I）0.1453（56）3（0.47）3（II）0.3102（3把）0.28550.33560.3573（4把）80.0590.315K1（水平1三次偏差和）0.8450.960.791.04K2（水平2三次偏差和）0.970.530.7450.78K3（水平3三次偏差和）0.650.9750.930.645K1=k1/30.2820.320.2630.347K2=k2/30.3230.1760.2480.26K3=k3/30.2170.3250.310.215 极差R0.1060.149-0.0620.1323
9、.1.4.试验结果分析： （1）直观分析。差组合最好，偏差量为0.050mm。 （2）计算分析，每一列水平相关的结果进行累加， 同理可计算并且分别求出其平均值，并计算平均值的极差（最大的数最小的数R）。画出趋势图（指标因素关系）可以看出：a. 刀具数量越多，偏差量越小，4把刀为最好，可考虑刀具再多的情况。b. 切削速度以38r/min偏差最小。c. 走刀量为0.7mm/r偏差量最小（表中试验结果为0.6mm/r偏差小）。可考虑走刀量再增大情况。d. 以II型刀具为最好。另外，从极差看因素的作用：极差大说明因素对指标的影响大，常为主要因素极差小说明因素对指标的影响小，常为次要因素因此，本例中主次
10、次序：BDAC（转速、刀型、刀数量、走刀量）3.2.多指标正交试验设计柱塞组合件收口强度稳定性试验.（下图所示），组合件须承受900公斤以上的拉脱力。 某公司在生产中存在柱塞组合件拉脱力波动大的问题，希望通过试验，找出较优方案，使拉脱力稳定在900Kg以上。该案例试验目的是使拉脱力被选为指标，且指标越大越好。指标：拉脱力, 轴向油隙，转角因素：、高度、倒角、收口压力等四个因素。水平：各因素均取三个。选用4因素3水平正交表，然后对号入座。每个试验条件做7次，每次试验对三个指标测定并取其平均值。计算分析试验数据，并选取最优生产条件。3.2.1 试验方案及试验结果分析说明：1. 、为7次试验的平均。
11、 2. 如完全为简化 计算，不影响结果的趋势分析。3.2.2.综合平衡选优 对因素B（高度L）：轴向游隙小，转角为大角度，应选，但主要考虑拉脱力，故选（拉脱力最大）。对因素C（倒角）： 明显，拉脱力大，游隙小，转角大。对因素D（收口压力）：应选，游隙小，转角与差不多，拉脱力最高对因素A（直径）： 对三个指标来说均是次要因素，从转角大一点，游隙小些的角度，选 3.2.3.综合平衡后：选为最优生产条件。通过正交实验法找到的较优方案，往往都不是试验中最好的方案（案例试验中最好的方案是第8号试验A3、B2、C1、D3），但我们的目的不是要在已做的9次试验中选好的方案，而是要找到所有搭配中最好的方案。这
12、样才有意义。（1） 因子和指标的关系我们希望看到因子变化时，指标的变化趋势，这样可以用作图来描述。如下图所示因子和指标的关系：（2） 验证试验目的：考察较优方案的再现性。方法：将通过数据分析多得到的较优方案与已做过的（9次）试验中最好者同时验证，以确定其中的优劣。上述案例中将数据分析多得到较优方案A1、B2、C1、D3与9次试验中第八号试验A3、B2、C1、D3两个方案同时验证。在实验后找出稳定的较优方案，通常要对这个较优方案进行小批生产考验，最终纳入技术文件，才算完成一项正交试验的全部过程。4 总结我所研究的方向是汽车转向和悬架的机构设计研究，目前还没有进入到论文的核心部分。就我个人的理解来
13、看，试验设计在机构学当中也有很大的应用。在机械结构分析、机构设计中已经应用广泛。我现在在帮导师做转向试验台，这必然要应用到实验设计基本知识，再加上我做论文的部分就是机构的设计研究，这必然要应用到实验设计的基本方法。在此感谢张老师耐心的教导。参考文献1 刘达民,程岩.应用统计.北京:化学工业出版社,2004.2 方开泰.均匀设计与均匀设计表.北京：科学出版社，19943 刘文卿.实验设计.北京：清华大学出版社，20054 G. Gary Wang, Zuomin Dong and Peter Aitchison. Adaptive response sueface method - a glob
14、al optimization scheme for computation-intensive design problems J. Journal of engineering optimization, 2001:707-7345 陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具.北京:机械工业出版社,1998.6 郝行舟,李春生.正交试验设计方法在试验设计中的应用.河南交通科技,1999,12:26-28.7 任露全.试验优化设计与分析.北京：高等教育出版社，20038 方开泰，马长兴.正交与均匀试验设计.北京：科学出版社，20019 张勇，李光耀，钟志华. 基于移动最小二乘响应面方法的整车轻量化设计优化J. 机械工程学报，2008，44（11）: 192-19610 俭济斌.安排多因素试验的正交表简单介绍.计算机应用与应用数学，1974.9批阅教师意见经综合评价，论文得分为：批阅教师签名：批阅日期：
