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正交试验在材料试验数据处理理中的应用研究

摘要：本文简单介绍多元统计方法，以及详细介绍设计试验的方法以

及具体的步骤，主要根据相关数据进行设计正交试验，概括的正交设

计的步骤和方法，然后对正交设计的实验结果进行极差和方差分析，

然后进行讨论结果。

关键词：多元统计分析方差分析极差分析

引言

随着生产和科学技术的发展，人们需要对各式各样的受随机干扰

的数据进行处理，并从中提取有用信息，以期寻找隐藏在随机性背后

的统计规律，达到解决实际问题的目的，在这一进程中必须要使用各

种统计方法，因此学习使用统计学软件在中国形成一种时尚，而多元

统计学软件诸如SPSS、SAS、MATLAB等包括的试验设计分析、多

元统计分析、可靠性与生存分析及时间序列分析等方面的知识在实际

工作中有着非常广泛的应用，多元统计分析能告诉读者如何从数据出

发，寻找适当的统计方法，使用相应的统计软件，解释计算机输出的

的结果，指明进一步研究的新途径。

多元统计分析是研究客观事物中多个变量(或多个因素)之间相

互依赖的统计规律性，它的重要基础之一是多元正态分析，又称多元

分析。如果每个个体有多个观测数据，或者从数学上说，如果个体的

观测数据能表示为n维欧几里得空间的点，那么这样的数据叫做多元

数据，而分析多元数据的统计方法就叫做多元统计分析，它是数理统

计学中的一个重要的分支学科，统计学已经在国内外生物、科学等领

域应用比较成熟，在土木工程中也有了一些应用，此课题将介绍多元

统计分析在土木工程材料试验数据处理中的应用。

SPSS（StatisticsPackageforSocialScience，社会科学统计软件包）

于20世纪60年代由美国斯坦福大学的三位研究生研制开发。80年

代以前，SPSS软件主要应用于企事业单位。1984年，SPSS中心推

出了基于DOS系统的微机版本。90年代以后，随着Windows系统的

逐渐盛行，SPSS也适时地推出了基于Windows操作平台的新版本。

如今，SPSS软件已经作为国际上最有影响力的统计软件之一，广泛

应用于社会学、经济学、生物学、教育学、心理学等各个领域。

一、设计试验

1.1概述

[12]

20世纪20年代，英国生物学家及数学家费歇(R.A.FISher)首先

提出了方差分析，并将其应用于农业,生物学!遗传学等方面，取得了

巨大的成功，并在试验设计和统计分析方面做出了一系列的先驱工

作，开创了一门新的学科。20世纪60年代，日本著名统计学家田口

玄一将试验设计中应用最广的正交设计表格化，在方法解说方面深入

浅出为试验设计的更广泛使用做出了众所周知的贡献。田口玄一的方

法对我国的试验设计的普及和广发使用有巨大的影响，我国从20世

纪50年代开始研究而试验设计这门学科，60年代开始应用正交设计，

蔡正永王足献老师编写的正交设计在混凝土中的应用对推动我国混

凝土试验优化设计起到了重要的作用。20世纪70年代，国际混凝土

行业就已经出现了回归试验设计的应用。1978年，著名前苏联混凝

土专家巴耶诺夫将一次回归正交设计确定最佳混凝土配合比的方法

写入他的专著5混凝土工艺学6中，在此之后，回归正交设计，回归

旋转设计，D一最优设计。混料设计和均匀设计在混凝土工程的试验

中均得到应用。其中，均匀设计是我国著名统计学家方开泰和著名数

学家王元于1978年首先提出的，该设计考虑如何将设计点均匀散布

在试验范围内，使得能用较少的试验点获得最多的信息。到目前为止，

试验设计和数据处理已成为广大技术人员与科学工作者必备的基本

理论知识，在科学研究和工农业生产中，经常需要通过试验来寻找所

研究对象的变化规律，并通过对规律的研究达到各种使用的目的，如

提高产量、减低消耗、提高产品性能或者质量等，特别是新产品试验,

未知的东西很多，要通过大量的试验来摸索工艺条件或者配方，自然

科学和工程技术中所进行的试验，是一种有计划的实践，只有科学地

试验设计，能用较少的试验次数，在较短的时间内达到预期的试验计

划，反之，不合理的试验设计，往往会浪费大量的人力、物