正交试验设计法与价值工程简介
第一节 正交试验设计法
第二节 价值工程简介
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第一节 正交试验设计法
一、概述
二、正交表
三、常用正交试验设计与分析
一、概述
正交试验设计法（正交试验法）－是利用正交表来合理安排试验的
一种方法。
安排任何一项试验，首先要明确试验的目的是什么？用什么指标来
衡量考核的结果？对试验指标可能有影响的因素是什么？为了搞清楚影
响因素，应当把因素选择在哪些水平上？。
一、概述
指标 就是试验要考核的效果。在正交试验中，主要设计可测量的
定量指标，常用X、Y、Z来表示。
因素 是指对试验指标可能产生影响的原因。因素是在试验中应当
加以考察的重点内容，一般用A、B、C、• • • 来表示。在正交试验中，
只选取可控因素参加试验。
水平 是指因素在试验中所处的状态或条件。对于定量因素，每一
个选定值即为一个水平。水平又叫位级，一般用1、2、3、• • • 来表示。
在试验中需要考察某因素的几种状态时，则称该因素为几水平（位级）
的因素。
二、正交表
正交表 在设计安排正交试验时制作好的标准化的表格。
行（试
验）号
列号
1 2 3
1 1 1 1
2 2 1 2
3 1 2 2
4 2 2 1
L4（23）正交表
L4 （23）
正交表代号
正交表行数
正交表字码总数
（可安排的水平数）
正交表列数
（可安排的因素数）
二、正交表
正交表的性质：
1. 均衡分散性。由于每一列中各种字码出现相同的次数，
这就保证了试验条件均衡地分散在配合完全的水平组合中，
因而代表性强，容易出现好条件。（效率高）
2. 整齐可比性。由于任意两列中全部有序的数字对出现相
同的次数，这就保证了在各个水平的效果之中，最大限度地
排除了其他因素的干扰，因而能最有效地进行比较，作出展
望。（效果好）
三、常用正交试验设计与分析
常用正交试验设计与分析的步骤如下：
1. 明确试验目的；
2. 确定考察的指标；
3. 挑因素，选水平（位级）；
4. 设计试验方案；
5. 实施试验方案；
6. 试验结果分析（一般用目测法、极差分析法、画趋势图等）；
7. 反复调优试验以逼近最优方案；
8. 验证试验并通过生产验证确认较优方案。
三、常用正交试验设计与分析－示例
1、明确试验目的
2,4－二硝基苯肼是× × 化工厂生产的一种试剂产品。
过去的工艺过程长、工作量大，且产品经常不合格。今采用
2,4－二硝基氯代苯（以下简称氯代苯）与水合肼在乙醇作溶
剂下合成的新工艺，小试已初步成功，但产率只有45％，希
望通过正交试验，找出好的生产条件，达到优质增产的目的。
2、确定考察指标
要考察的指标：
产率 （ ％ ）；
外观 （ 颜色 ）。
3、挑因素、选水平（位级），制定因素水平（位级）表
经分析决定考察乙醇用量、水合肼用量、反应温度、反应时间、水
合肼品种、搅拌速度六种等因素，每种因素各选出两个水平（位级）。
因素
位级
考察原因
1 2
乙醇用量
A（ml）
200 0 能否省下乙醇，砍掉中途加乙醇这道工序
水合肼用量 B 理论量的2倍 理论量的倍 水合肼用量应超出理论量多少？
温度 C（℃ ） 回流 60 回流温度便于操作，但对反应是否有利？
时间 D（h） 4 2 不同操作方法对产率和质量的影响。
水合肼纯度 E 精品（50％） 粗品（20％） 能否用粗品取代精品，以降低成本，保障原材料供应
搅拌速度 F 中速 快速 不同操作方法对产率和质量的影响。
因素位级表
4、设计试验方案
1. 因素顺序上列
2. 位级对号入座
试
验
号
因素
乙醇用量 水合肼用量 温度 时间 水合肼纯度 搅拌速度
A1
200ml
A2
0 ml
BI
2倍
B2
倍
C1
回流
C2
60 ℃
D1
4h
D2
2h
E1
精品
E2
粗品
F1
中速
F2
快速
1 1 1 1 2 2 1
2 2 1 2 2 1 1
3 1 2 2 2 2 2
4 2 2 1 2 1 2
5 1 1 1 1 1 2
6 2 1 2 1 2 2
7 1 2 2 1 1 1
8 2 2 1 1 2 1
L8（26）
5、实施试验方案
试
验
号
因素 试验结果
乙醇用量 水合肼用量 温度 时间 水合肼纯度 搅拌速度
产率
(％)
颜色A1
200ml
A2
0 ml
BI
2倍
B2
倍
C1
回流
C2
60 ℃
D1
4h
D2
2h
E1
精品
E2
粗品
F1
中速
F2
快速
1 1 1 1 2 2 1 56 合格
2 2 1 2 2 1 1 65 紫色
3 1 2 2 2 2 2 54 合格
4 2 2 1 2 1 2 43 合格
5 1 1 1 1 1 2 63 合格
6 2 1 2 1 2 2 60 合格
7 1 2 2 1 1 1 42 紫色
8 2 2 1 1 2 1 42 合格
L8（26）
6、试验结果分析
1) 直接看，可靠又方便。
产率： 颜色：
2) 算一算，有效又简单。
I ＝∑ A1， ∑ B1， ∑ C1，•••；
II＝∑ A2， ∑ B2， ∑ C2，•••；
比位级：若 I＞ II，则该列因素的位级1比位级2好；
若I＜ II，则该列因素的位级2比位级1好。
确定因素的位级或取舍
比极差R：若 R大，表示该列因素对产率的影响敏感，是重要因素；
若R小，表示该列因素对产率的影响不敏感，是不重要因素。
确定因素排序：主→ 次（R：大→ 小）
R＝ AI－AII ， BI－BII ， CI－CII ，•••；
6、试验结果分析
3) “直接看”和“算一算”的关系。
如果生产上急需，通常应优先补充试验“算一算”的好条件。经过
验证，如果效果真有所提高，就可将它交付生产上使用。
①倘若验证后的效果比不上“直接看”的好条件，就说明该试验的
现象比较复杂。②还有一种情况是，试验时间较长，等不到验证试验的
结果。对于这两种情况，生产上可先用“直接看”的好条件，也可结合
具体情况作些修改；与此同时，另行安排试验，寻找更好的条件。
6、试验结果分析－ L8（26）
试
验
号
因素 试验结果
乙醇用量 水合肼用量 温度 时间 水合肼纯度 搅拌速度
产率
(％)
颜色A1
200ml
A2
0 ml
BI
2倍
B2
倍
C1
回流
C2
60 ℃
D1
4h
D2
2h
E1
精品
E2
粗品
F1
中速
F2
快速
1 1 1 1 2 2 1 56 合格
2 2 1 2 2 1 1 65 紫色
3 1 2 2 2 2 2 54 合格
4 2 2 1 2 1 2 43 合格
5 1 1 1 1 1 2 63 合格
6 2 1 2 1 2 2 60 合格
7 1 2 2 1 1 1 42 紫色
8 2 2 1 1 2 1 42 合格
I 215 244 201 207 213 205 425
II 210 181 224 218 212 220
I＋II＝425
R 5 63 23 11 1 15
L8（26）
7、反复调优试验，逼近最优方案
1) 挑因素，选位级，制定因素位级表
因素位级表
因素
位级
粗品水合肼用量 反应时间 加料速度
1 倍 2h 快
2 倍 4h 慢
考察原因
是最重要的
因素，在好用量
周围再取两个用
量继续试验。
由于一线人
员对2h很感兴趣，
为慎重起见，再
比较一次。
追查出现紫色原
因的验证试验后，猜
想加料速度可能是影
响颜色的重要原因，
重点考察。
7、反复调优试验，逼近最优方案
2) 利用正交表确定试验方案，实施试验方案
试验计划 试验结果
因素
试验号 列号
水合肼用量 A 反应时间 B 加料速度 C 产率
（％）
颜色
1 2 3
1 1（倍） 1（2h） 1（快） 62 不合格
2 2（倍） 1 2（慢） 86 合格
3 1 2（4h） 2 70 合格
4 2 2 1 70 不合格
I＝∑二次产率位级1 132 148 132 288（总和）
II∑二次产率位级2 156 140 156
I＋II＝288
R＝I、II 中，大数－小数 24 8 24
L4（23）
7、反复调优试验，逼近最优方案
3) 试验结果分析：
“直接看“：颜色：－加料速度是影响颜色的重要因素
产率：第2号的产率（86％）最高
试验条件：水合肼用量为理论值的倍，反应时间为2h
，慢速加料。
“算一算“：
因素（主→ 次） 水合肼用量 加料速度 时间
好位级 倍 慢 2h
“算一算”的好条件与“直接看”的好条件一致。
7、反复调优试验，逼近最优方案
1) 不应随便选取非正交表进行正交试验。
2) 当选用日本正交表做试验时，则应按日本型正交试验的程序、方法
进行试验设计与分析；当选用中国型正交表做试验时，则应按中国
型正交试验的程序、方法进行试验设计与分析。二者不能混用。
3) 试验前要确定考察指标，对多项考察指标要分清主次，最好设法
（如综合评分）使之变成单项考察指标。
4) 进行正交试验设计时应尽量多考察因素、水平（位级）。
5) 在试验实施的过程中，因素水平（位级）要严格控制在规定的水平
（位级）变化精度内。
6) 正交试验设计不是一次简单利用正交表就可以顺利取得成功，而应
多次反复利用才能取得较佳效果。
7) 试验结果的测试技术和手段的精度要有保证，计算应正确无误，避
免发生分析失误。
运用正交试验法的注意事项：
第二节 价值工程简介
一、基本概念
二、价值工程的特点
三、价值工程的作用
四、提高价值的途径
五、价值工程的应用范围
一、基本概念
1. 价值
－－产品的价值就是功能和实现这个功能所耗费的费用（成本）的
比值。它可用下列公式表示：
价值（V）＝
功能（F）
成本（C）
－－价值工程的目的就是提高产品或服务的价值。
－－价值工程不是单纯追求降低成本，也不是片面追求提高功能，
而是要求提高二者之间的比值，研究产品功能和成本的最佳匹配。
一、基本概念
2. 产品功能
－－价值工程的核心是对产品进行功能分析。
－－产品的功能是指产品所起的作用，所具有的使用价值，或者说
是产品的效用。
－－产品功能的种类：
1）按功能的重要性可分为基本功能和辅助功能；
2）按功能的性质可分为使用功能和美学功能；
3）按功能与用户的关系可分为必要功能和过剩功能。
一、基本概念
3. 成本
－－价值工程中使用的成本概念是指产品的寿命周期成本。它是产
品从研制、生产到使用的整个寿命期间，为实现产品的功能所必须的一
切支出。
产品寿命周期
研制 生产 使用
生产成本C1 C2
寿命周期成本C ＝C1 ＋C2
用
户
要
求
的
功
能
对
用
户
要
求
的
满
足
一、基本概念
产品的寿命周期成本（以下简称总成本）包括两个部分：
总成本＝生产成本＋使用成本
总成本的高低与产品功能水平具有内在的联系。一般来说，随着产
品功能水平的提高，生产成本也将增加，而使用成本将减少，总成本呈
马鞍型曲线变化。
开展价值工程的目的就是
通过分析成本和功能之间的关
系，实现适宜的产品功能，而
使总成本最低。
总成本C
生
产
成
本
C 1
使用成本C2
功能水平F
成
本
C
二、价值工程的特点
1. 价值工程以提高产品的实用价值为目的；
2. 价值工程以功能分析为核心；
3. 价值工程以开发集体智力资源为基础；
4. 价值工程以科学分析为工具。
三、价值工程的作用
1. 价值工程可以消除产品中零件的过剩质量和不必要的成本；
2. 价值工程活动可以延长产品的市场寿命周期；
3. 价值工程活动是降低产品成本的有效途径；
4. 价值工程以科学分析为工具；
5. 价值工程活动可以弥补设计工作的不足。
四、提高价值的途径
根据价值的定义，提高价值的途径为降低成本和改善功能两个方面
基本原理 V ＝ F / C
序号 基本形式 序号 演变形式
1
成本不变
功能提高
2
功能不变
成本下降
3
功能提高
成本下降
4
功能大提高
成本略下降
5
功能略下降
成本大下降
F ↑
C→ ＝ V ↑
F →
C ↓ ＝ V ↑
F ↑
C ↓ ＝ V ↑
F ↑↑
C↑ ＝ V ↑
F ↓
C↓↓ ＝ V ↑
1
2
3
4
5
6
7
8
F ↑↑
C→ ＝ V ↑↑
F ↑
C→ ＝ V ↑
F →
C ↓ ＝ V ↑
F →
C↓↓ ＝ V ↑↑
F ↑↑
C↓ ＝ V ↑↑
F ↑↑
C↑ ＝ V ↑↑
F↑↑
C↓↓ ＝ V ↑↑最大
F ↓
C↓↓ ＝ V ↑
五、价值工程的应用范围
价值工程可以在各行各业、各个部门具体运用。它既适用于新产品
设计，也适用于老产品改进；它既可用于简单产品的设计和生产，也可
用于复杂的产品和大型工程；它既可以用于产品的设计和工艺的改进，
也可以用于原材料的采购供应和生产工序的安排。在设备改造、设备的
大中型修理、技术服务、土建工程、企业机构的改革等方面都有应用价
值。
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