分析部分因子设计

利用全部因子组合的一部分估计效应,并检查哪些效应仍相互混杂。

指南 · 试验设计(DOE) · 阅读约需 5 分钟

应用命令、工作表标识符和示例数据值保留原文。截图、图表和下载文件均为英文。

示例: 标签黏附力

19 次独立试验:从全部组合中取一半,得到八种不同设置,各进行两次,另加三次中心点试验。

下载已记录的测量值(CSV,英文列名)

此已记录示例与 Help 中使用的示例相同。CSV 包含因子设置和实测响应,应一并导入。在 Help 中使用 Open example in a practice copy,可预先填入设置。

1. 创建工作区

在侧边栏中打开 Design of Experiments,创建一项分析。为其命名,选择 New blank worksheet,然后选择 Create analysis。

2. 导入测量值

下载上方的示例 CSV 并导入工作表。分隔符选择 Comma,小数分隔符选择 Dot,并选中 First row contains column names。确保每一行的响应、因子设置、点类型和执行顺序保持对应。

3. 选择研究并输入因子

在 Inputs 中,将 Task 设为 Analyze existing worksheet,将 Design family 设为 Fractional factorial。

在 Factors 下,使用 Add factor 或删除行,使因子数为 4。保持以下顺序,并将各因子的 Type 设为 Numeric。

按下表输入 Factor name、Unit、Low 和 High。

因子因子名称单位低水平高水平
Apress_pressure_mpaMPa0.20.4
Bplaten_temperature_c°C3555
Cpress_dwell_ss13
Dpost_press_hold_ss515

4. 指定输入列

在 Response mappings 下,逐一打开列选择器,选择对应的工作表列。

工作表列输入字段
press_pressure_mpaFactor press_pressure_mpa
platen_temperature_cFactor platen_temperature_c
press_dwell_sFactor press_dwell_s
post_press_hold_sFactor post_press_hold_s

将 peel_force_n_per_25mm 分配给 Response 1,并在 Number of responses 中输入 1。将 run_order 分配给 Execution order,将 point_type 分配给 Center point indicator。对于 Center point column convention,选择 Point type (center / factorial / fractional / star / axial / edge / edge_midpoint)。

不要给 Block 分配列;此已记录研究未分区组。

5. 设置模型和图表

在 Model 下,将 Model terms 设为 Default hierarchical model,在 Confidence level (%) 中输入 95。选中 Include center-point adjustment in model。保持 Calculate predictions 未选中。

打开 Plot options。选中 Effect estimates 和 Residual diagnostics。保持 Response contours 未选中。Pareto view、Effect probability plot、Interaction plot 和 3D surface 也保持未选中。

Design of Experiments: 输入信息,包含示例的列分配和设置
英文 Inputs 页面,显示已记录研究的列映射、因子边界、模型、置信水平和图表选项。 查看原尺寸图片 (在新标签页中打开)

6. 分析工作表

选择 Analyze worksheet,然后打开 Results。此操作对已记录的测量值拟合模型,不会生成新的试验计划或将其随机化。

7. 解读结果

  1. 从已有试验记录入手

    全部 19 次试验均已纳入:取全部组合的一半,共八种设置,各进行两次,另有三次中心点试验。此缩减计划无法分离某些效应:压力 × 温度与保压时间 × 压后保持时间存在混杂(别名关系),即同一个对比可能反映其中任意一项。此设计称为分辨度 IV 设计;主效应也与三因子交互作用混杂。

  2. 先检查失拟

    失拟项的 p = 0.0000169。主效应模型遗漏了一种规律,超出了重复试验中观测到的变差。在依赖其效应或预测之前,应先调查这一规律。中心点调整项的 p = 0.6678;此结果不能抵消已检出的失拟。

  3. 结合上述局限解读效应

    拟合效应(高水平减低水平)约为:压力每 25 mm +3.10 N,温度 +2.41,保压时间 +1.25,压后保持时间 +0.70。压后保持时间的区间包含零。这些估计来自已检出失拟的模型。主效应还与三因子交互作用混杂;重复试验无法分离这些效应。

    效应估计(英文图表)
    英文原始图表:拟合效应(高水平减低水平)及其 95% 置信区间。 查看原尺寸图表 (在新标签页中打开)
  4. 解读一个残差

    残差是实测响应减去拟合值。第 8 次试验的实测值为每 25 mm 16.50 N,模型拟合值为 15.36,仍有约 +1.14 未被解释。这是绝对值最大的原始残差。检查是否存在曲线规律、离散程度变化或异常点。

    残差与拟合值(英文图表)
    英文原始图表:残差相对于响应拟合值的分布,残差单位为 N per 25 mm。 查看原尺寸图表 (在新标签页中打开)
  5. 检查试验顺序

    按已记录的执行顺序阅读残差。检查是否存在漂移、周期或突变,再核对相应的试验记录。调查期间应保留异常试验;仅凭残差较大,不足以删除测量值。

    残差与试验顺序(英文图表)
    英文原始图表:按已记录执行顺序排列的残差,单位为 N per 25 mm。 查看原尺寸图表 (在新标签页中打开)
  6. 规划如何消除不确定性

    重复同一组取半组合,无法分离下表中的交互作用对。如需单独判断某项交互作用,请参考配套的部分因子设计指南,规划额外的设置。在依赖预测之前,应先解决已检出的失拟问题。

    交互作用与之混杂的交互作用
    压力 × 温度保压时间 × 压后保持时间
    压力 × 保压时间温度 × 压后保持时间
    压力 × 压后保持时间温度 × 保压时间
更多详情:阅读各结果部分

完整结果表采用六位有效数字,与 Help 中一致。

模型概览

分析试验次数为 19,缺失试验次数为 0。DF 表示模型和残差误差可用的信息量。S 是残差标准差,单位为 N per 25 mm。R² 描述模型对这些试验中变差的拟合程度;调整 R² 考虑了模型规模。PRESS 和预测 R² 使用留一法预测误差。较高的 R² 并不能证明模型适用。应结合失拟检验和残差图进行判断。

模型概览 · 12 行
统计量数值
响应peel_force_n_per_25mm
已分析的试验次数19
缺失响应数0
模型秩6
残差自由度13
S0.881696
R²0.873855
调整 R²0.825338
PRESS21.4293
预测 R²0.732517
置信水平0.95
可进行失拟检验是

调整项 ANOVA

来源列标明模型项或误差分量。类型列区分调整项检验、总计及误差分解。DF 为自由度;SS 为平方和;MS 为 SS 除以 DF。F 将变差与其误差估计进行比较;p 值衡量反对所检验原假设的证据。依赖单个效应之前,应先查看失拟检验。破折号表示该统计量不适用。

调整项 ANOVA · 10 行
来源类型DFSSMSFp 值
press_pressure_mpa调整后138.533138.533149.56740.00000879518
platen_temperature_c调整后123.160223.160229.79230.000109671
press_dwell_s调整后16.212566.212567.991580.0142741
post_press_hold_s调整后11.953011.953012.512270.136978
中心点调整后10.1498420.1498420.1927510.667846
模型摘要570.008614.001718.01130.0000194994
误差摘要1310.1060.777387——
总计摘要1880.11474.45081——
纯误差分解100.9268170.0926817——
失拟分解39.179223.0597433.01340.0000168766

系数

项列标明编码后的模型项。估计值为拟合系数;SE 衡量不确定性;t 和 p 值用于检验系数是否为零。置信区间下限和上限给出其 95% 区间的边界。数值因子的低水平、中点和高水平分别编码为 −1、0 和 +1。存在交互作用项或平方项时,主效应系数无法描述所有设置下的变化。

系数 · 6 行
项估计值SEtp 值置信区间下限(CI)置信区间上限(CI)
截距11.63690.22042452.79321.48418e-1611.160712.1131
press_pressure_mpa1.551880.2204247.040410.000008795181.075682.02807
platen_temperature_c1.203130.2204245.458230.0001096710.7269281.67932
press_dwell_s0.6231250.2204242.826940.01427410.1469281.09932
post_press_hold_s0.3493750.2204241.585010.136978-0.1268220.825572
中心点-0.2435420.554721-0.4390340.667846-1.441940.954861

系数协方差

将各行与各列对应的模型项结合起来阅读。对角线元素为拟合系数标准误的平方。非对角线元素描述估计之间共同的不确定性。此矩阵针对模型系数,并非测量因子列之间的相关性。

系数协方差 · 6 行
列截距press_pressure_mpaplaten_temperature_cpress_dwell_spost_press_hold_s中心点
截距0.04858671.07884e-160-1.56752e-170-0.0485867
press_pressure_mpa1.07884e-160.0485867-8.7234e-19-6.98991e-18-9.36289e-19-5.65637e-16
platen_temperature_c0-8.76763e-190.0485867-6.68948e-18-3.78291e-18-7.39969e-20
press_dwell_s-1.56752e-17-6.83617e-18-6.68777e-180.04858672.57574e-188.36583e-17
post_press_hold_s0-9.36289e-19-6.48001e-182.57574e-180.04858679.27176e-20
中心点-0.0485867-5.65637e-16-7.39969e-208.36583e-179.27176e-200.307716

因子效应

效应为拟合的高水平减低水平对比。SE 衡量不确定性,置信区间下限和上限给出其 95% 区间。标准化效应为效应绝对值除以其 SE。交互作用表示一个因子的效应会随另一因子的设置而变化。在此取半设计中,主效应与三因子交互作用混杂,成对的两因子交互作用无法分离。已检出的失拟也限制了对这些估计的解释。

因子效应 · 4 行
项效应SE置信区间下限(CI)置信区间上限(CI)标准化效应
press_pressure_mpa3.103750.4408482.151364.056147.04041
platen_temperature_c2.406250.4408481.453863.358645.45823
press_dwell_s1.246250.4408480.2938562.198642.82694
post_press_hold_s0.698750.440848-0.2536441.651141.58501

逐行诊断

行 ID 标识工作表中的行;试验顺序表明其在试验序列中的位置。状态说明该行是否纳入分析。观测值是实测值;拟合值是模型给出的值;残差为观测值减去拟合值。标准化残差根据残差变差和杠杆值作了调整。杠杆值衡量模型输入的特殊程度。此处显示全部已记录行。更改或排除异常行之前,应先调查。

逐行诊断 · 19 行
行 ID试验顺序状态观测值拟合值残差标准化残差杠杆值
help-doe-fractional-factorial-analysis-11已分析10.419.854380.5556250.7600230.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-22已分析10.5911.7119-1.12188-1.534580.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-33已分析11.1811.3933-0.213333-0.2963370.333333
help-doe-fractional-factorial-analysis-44已分析11.5812.2594-0.679375-0.9292970.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-55已分析11.8811.39330.4866670.6760180.333333
help-doe-fractional-factorial-analysis-66已分析14.0613.41940.6406250.8762920.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-77已分析11.4712.2594-0.789375-1.079760.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-88已分析16.515.36441.135621.553390.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-99已分析10.2511.0144-0.764375-1.045570.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1010已分析14.0613.41940.6406250.8762920.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1111已分析15.9615.36440.5956250.8147380.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1212已分析8.517.909380.6006250.8215770.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1313已分析10.8811.5619-0.681875-0.9327170.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1414已分析10.3111.0144-0.704375-0.9634940.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1515已分析10.711.5619-0.861875-1.178930.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1616已分析10.589.854380.7256250.9925610.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1717已分析11.1211.3933-0.273333-0.3796820.333333
help-doe-fractional-factorial-analysis-1818已分析9.047.909381.130621.546550.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1919已分析11.2911.7119-0.421875-0.577070.3125

因子编码

因子列标明输入变量,类型列标明其建模类型。中心和尺度将数值设置换算为编码值:(设置值 − 中心)/ 尺度。因此,中点为 0,输入的低/高边界为 −1/+1。水平 / 对比适用于分类因子的编码;破折号不表示数值测量缺失。请将模型列、区组和秩的说明与此表一并保留。

因子编码 · 4 行
因子类型中心尺度水平 / 对比
press_pressure_mpa数值0.30.1—
platen_temperature_c数值4510—
press_dwell_s数值21—
post_press_hold_s数值105—
  • 模型列:截距,press_pressure_mpa,platen_temperature_c,press_dwell_s,post_press_hold_s,中心点
  • 秩容差:1e-10

8. 创建报告

保留英文原始报告中的 Model overview、Adjusted term ANOVA、Coefficients、Coefficient covariance、Row diagnostics 和 Factor coding,以及 Factorial effects 表、效应图和残差图。记录响应单位、因子设置、已记录的试验顺序及所有模型说明。分享结论或预测时,应明确说明已检出失拟。

在已完成的运行中选择 Add to report 。打开 Choose individual items and advanced options 以选择表格和图表,然后选择 Add to draft。隐藏的项目仍会保留在已保存的分析中。

为报告命名,并添加研究目的和您的解读。选择 Save,查看 Preview,然后使用 Export → Download HTML。以下示例包含全部已选内容,包括超出单屏显示范围的结果。

此报告在应用中生成,为英文原版。 此 Help 示例在应用内生成的完整输出,包括适用的表格、图表和运行说明。 报告中的数值采用应用显示的数值精度。导出的图表为静态图表。在窄屏上,请横向滚动查看较宽的图表和表格。
查看示例报告: 分析部分因子设计:标签黏附力

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