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試驗設計（DOE）技術的基本概念

R.現代統(tǒng)計學的主要奠基人之一A.Fisher在英國農業(yè)實驗站工作時，從田野試驗設計研究中發(fā)展了統(tǒng)計學試驗設計的基本思想和方法，推動了整個數理統(tǒng)計的發(fā)展。此后，試驗設計成為了數理統(tǒng)計中非常活躍的一個分支。試驗設計技術的研發(fā)始終與其在科學研究、工農業(yè)生產技術改進等方面的應用緊密相連。到目前為止，已經形成了廣泛的理論和應用體系。

試驗設計是相關統(tǒng)計理論和實驗技術的結合，使研究人員能夠發(fā)現好的實驗，有效地分析數據，并在分析結論和最初的研究目標之間建立聯系。由于試驗設計是一個統(tǒng)計理論，這里有一些關于試驗設計理論的基本概念:

1.指示器

試驗設計，過程結果參數所需的目標值稱為“指標”，有時也稱為“響應變量”。

2.因素

試驗設計，影響過程結果參數的過程輸入變量稱為“因素”，也稱為“因子”。其實過程中有可控因素和不可控因素，對應的因素也分為“可控因素”和“不可控因素”，其中不可控因素又稱為“噪聲因素”或“隨機因素”。

3.水平

試驗設計，可用于受控因子的數值稱為水平。“級別”的可能值的數目稱為“級別數”。因此，有些因素可能是多層次的因素。例如，對于氧化過程，“溫度”是影響氧化層厚度指數的可控因素。如果試驗設計中允許950℃、975℃和1000℃三個值，則溫度為三級因子。

4.測試方案

也可以稱之為“測試型”。在確定測試指標、因素和水平后，可以根據一定的統(tǒng)計原理選擇測試方案，制定測試方案。一個糟糕的設計可能只得到很少的信息(這些信息可能對分析沒有幫助)，而一個精心安排的試驗設計可能會使結果清晰明了，不需要進行太復雜的分析。如何選擇試驗設計類型，構建測試方案是試驗設計技術的核心。

5.試驗設計矩陣

試驗設計矩陣是實驗的矩陣描述。它不是為特定因素設置的，而是基于通用代碼構建的矩陣。因此，與具體的測試方案相比，具有更廣泛的意義，是制定具體測試方案的關鍵，對測試結構和分析非常有用。