正交试验在产品优化中的应用技巧

正交试验是研究和处理多因素试验的一种方法。它利用数理统计的正交性原理，结合试验人员的实践经验，科学地选择参加试验的各项因素及其水平，合理安排试验程序，通过少量试验获得一些设计参数的最佳取值，使设计有可靠的依据，产品质量得到保证。下面通过一个实例来说明正交试验法的应用步骤。

【例】某厂所生产的GC15冷拔轴承钢退火表面脱炭质量不稳定，经常出现脱炭层厚度不合格问题。为了提高该种钢材热处理表面脱炭的质量，对该种钢材进行浸硫酸处理，现对其进行正交试验，以便找出使钢材表面脱炭层厚度最小的试验组合。

（一）明确试验目的、确定试验指标

本试验的目的是稳定和减少钢材表面脱炭层厚度，其试验指标为脱炭层厚度。

（二）挑选因素

对试验指标可能有影响的原因称为因素。根据专业知识和实际经验，选出影响脱炭层厚度的四个主要因素为：硫酸浓度、硫酸亚铁含量、浸酸温度、浸酸时间。

（三）选水平

每个因素在试验中要比较的具体条件称为水平。水平的选择也以实践经验为基础。经分析，决定四个因素各取三个水平，并列出水平表，见表4—1。列表时，各因素的三个水平的排列，不拘泥于由大到小或由小到大的顺序。

表4—1　各因素水平排列表

（四）选正交表

正交表是已经制作好的规格化的表格，是正交试验的基本工具。表4—2是L9（34）正交表，其符号的意义是：

常用的正交表有几十种，例如L4 （23）、L8（27）、L16（215）、L9（34）、L27（3 13），等等。选正交表时，先看需要的是几水平的正交表，然后看几个因素，同时考虑试验次数。本实例试验条件为四因素三水平，故应选用正交表L9（34）。

表4—2　L9（34）正交表

（五）排表头，编制试验方案表

排表头，就是将各因素与正交表列号配列。本实例由于列数与因素相等，故可随机地将各因素列入表头各列中，与此同时，将正交表中各行各列中的数码（1，2，3）分别代以各因素所选的三种水平，即得试验方案表，见表4—3。(www.xing528.com)

（六）进行试验

填写试验结果于表4—3。

（七）分析试验数据、选择较优方案

首先计算各因素、各水平所对应的试验数据之和，并将结果列入表4—3下方的Ⅰ、Ⅱ 、Ⅲ行中。Ⅰ行为各因素“1”水平的三次试验数据之和，如A因素“1”水平三次试验数据之和为：

IA=0.17+0.18+0.14=0.49

表4—3　试验方案表

依此类推，求出Ⅰ行其他列及Ⅱ 、Ⅲ两行各列之数据。然后计算极差（R），即每列中最大值与最小值之差，如第1列之极差为：

RA=0.49-0.26=0.23

极差大小，反映了该列因素所取水平变动对指标的影响程度。从表4—3极差这一行数据可知，第1列及第4列数值较大，这反映了因素A、D的水平变动时，指标波动较大。根据极差大小顺序可排列出因素的主次顺序为：

最后，根据试验指标要求不同，以及各因素水平所对应的试验数据之和的大小，可确定各因素较佳的选取水平。如果试验指标要求越大越好，则各因素应取对应于试验数据之和最大的水平；反之，则取对应于试验数据之和最小的水平。本列要求减少脱炭层厚度，故各因素应取的水平为：A——“2”水平；B——“2”水平；C——“3”水平；D——“3”水平。即A2 B2 C3 D3，其具体值应为：硫酸浓度10%，硫酸亚铁含量60克/升，浸酸温度90℃，浸酸时间40分钟。