《質(zhì)量工程試驗設(shè)計》從試驗設(shè)計概述、回歸分析、方差設(shè)計、正交試驗設(shè)計、穩(wěn)健設(shè)計、因子設(shè)計、均勻設(shè)計和響應(yīng)曲面設(shè)計等方面系統(tǒng)討論了試驗設(shè)計的基本理論與方法。本書既注重試驗設(shè)計基本理論的系統(tǒng)性，又突出應(yīng)用，列舉了大量與工業(yè)、化學(xué)、食品、制藥、生物、材料和環(huán)境等專業(yè)有關(guān)的案例，介紹了Minitab軟件在試驗設(shè)計中的應(yīng)用，將各種試驗設(shè)計方法結(jié)合案例在Minitab下實現(xiàn)。本書配套電子課件和習(xí)題解答等教學(xué)輔助資源， 讀者可登錄華信教育資源網(wǎng)免費注冊下載。
本書在保持本學(xué)科的系統(tǒng)性和科學(xué)性的前提下，注意引入本學(xué)科發(fā)展的新知識、新成果； 在正確闡述統(tǒng)計學(xué)原理的同時，著重于基本概念和基本方法的介紹； 注重學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，注重拓寬學(xué)生的知識面和提高統(tǒng)計分析與計算機(jī)應(yīng)用能力的結(jié)合； 對每種試驗設(shè)計方法都安排了步驟完整、過程詳細(xì)的案例，并同時注重案例的啟迪性； 各章都配備習(xí)題供讀者練習(xí)，并提供電子課件和習(xí)題答案共教師參考。
王海燕，2006/07–至今，南京財經(jīng)大學(xué)，教授
1997/07–2003/07，中國科技大學(xué)，講師，
國際質(zhì)量科學(xué)研究院副院士
美國質(zhì)量學(xué)會ASQ會員
全國專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員
中國質(zhì)量協(xié)會學(xué)會委員會委員
江蘇省現(xiàn)場統(tǒng)計研究會副理事長
第一章 概論
章前導(dǎo)引
第一節(jié) 起源與發(fā)展
第二節(jié) 試驗設(shè)計的目的與用途
一、 試驗設(shè)計的目的
二、 推廣試驗設(shè)計的重要意義
第三節(jié) 策略與路徑
一、 試驗設(shè)計的基本原則
二、 試驗策略的確定
三、 試驗設(shè)計的步驟
章后小結(jié)
習(xí)題
第二章 基礎(chǔ)理論
章前導(dǎo)引
第一節(jié) 方差分析 第一章 概論
章前導(dǎo)引
第一節(jié) 起源與發(fā)展
第二節(jié) 試驗設(shè)計的目的與用途
一、 試驗設(shè)計的目的
二、 推廣試驗設(shè)計的重要意義
第三節(jié) 策略與路徑
一、 試驗設(shè)計的基本原則
二、 試驗策略的確定
三、 試驗設(shè)計的步驟
章后小結(jié)
習(xí)題
第二章 基礎(chǔ)理論
章前導(dǎo)引
第一節(jié) 方差分析
一、 方差分析簡介
二、 單因素方差分析
三、 雙因素方差分析
第二節(jié) 回歸分析
一、 回歸分析簡介
二、 簡單線性回歸分析
三、 多元線性回歸分析
四、 非線性回歸
章后小結(jié)
習(xí)題
第三章 正交試驗設(shè)計
章前導(dǎo)引
第一節(jié) 正交試驗設(shè)計的基本思想
一、 正交試驗概述
二、 正交拉丁方
第二節(jié) 正交表
一、 正交表——正交拉丁方的自然推廣
二、 正交表的分類與性質(zhì)
第三節(jié) 正交試驗設(shè)計的基本步驟
一、 正交試驗方案設(shè)計
二、根據(jù)正交試驗方案進(jìn)行試驗
三、 試驗結(jié)果的計算與分析
四、 驗證試驗
第四節(jié) 正交試驗設(shè)計結(jié)果的極差分析
一、 單指標(biāo)正交試驗設(shè)計的極差分析
二、 多指標(biāo)正交試驗設(shè)計的極差分析
三、 有交互作用正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的極差分析
五、 混合水平的正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的極差分析
第五節(jié) 正交試驗設(shè)計結(jié)果的方差分析
一、 正交試驗結(jié)果方差分析基本步驟
二、 二水平正交試驗結(jié)果的方差分析
三、 三水平正交試驗結(jié)果的方差分析
四、 考慮交互作用正交試驗結(jié)果的方差分析
五、 混合型正交試驗結(jié)果的方差分析
第六節(jié) 案例分析
一、 二水平正交試驗
二、 三水平正交試驗
章后小結(jié)
習(xí)題
第四章 穩(wěn)健設(shè)計
章前導(dǎo)引
第一節(jié) 穩(wěn)健設(shè)計概述
第二節(jié) 質(zhì)量損失
一、 質(zhì)量損失概述
二、 質(zhì)量損失函數(shù)
三、 平均質(zhì)量損失
四、 利用非線性特性減少質(zhì)量損失
第三節(jié) 信噪比及其應(yīng)用
一、 信噪比的基本概念
二、 SN的定義式
第四節(jié) 三次設(shè)計
一、 三次設(shè)計簡介
二、 系統(tǒng)設(shè)計
三、 參數(shù)設(shè)計
四、 容差設(shè)計
第五節(jié) 穩(wěn)健性設(shè)計的基本步驟
第六節(jié) 案例分析
章后小結(jié)
習(xí)題
第五章 因子設(shè)計
章前導(dǎo)引
第一節(jié) 因子設(shè)計的一般概念
第二節(jié) 2k因子設(shè)計
一、 22設(shè)計
二、 23設(shè)計
三、 一般的2k設(shè)計
四、 2k設(shè)計的耶茨算法
第三節(jié) 3k因子設(shè)計
一、 32設(shè)計
二、 33設(shè)計
三、 一般的3k設(shè)計
第四節(jié) 案例分析
章后小結(jié)
習(xí)題
第六章 其他試驗方法
章前導(dǎo)引
第一節(jié) 均勻試驗設(shè)計
一、 均勻試驗設(shè)計的概念與特點
二、 均勻設(shè)計的思想
三、 均勻設(shè)計表
四、 均勻性準(zhǔn)則
五、 均勻設(shè)計的基本方法
六、 均勻試驗設(shè)計應(yīng)特別注意的幾個問題
七、 應(yīng)用案例： 阿魏酸合成工藝的優(yōu)化設(shè)計
第二節(jié) 響應(yīng)曲面方法
一、 響應(yīng)曲面分析方法的基本概念
二、 一階響應(yīng)曲面設(shè)計方法
三、 二次響應(yīng)曲面的設(shè)計與分析
四、 基于多元正交多項式的響應(yīng)曲面設(shè)計
五、 二次響應(yīng)曲面分析
章后小結(jié)
習(xí)題
第七章 試驗設(shè)計方法的Minitab軟件操作
章前導(dǎo)引
案例一 某化工廠正交試驗改善案例
案例二 膨脹劑生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計
案例三 全因子試驗設(shè)計案例
案例四 某化工品的合成工藝
案例五 Boxbehnken試驗設(shè)計及案例
章后小結(jié)
附錄一 常用正交表
附錄二 常用均勻設(shè)計表
參考文獻(xiàn)
總序
質(zhì)量問題是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的一個戰(zhàn)略問題。黨和國家歷來高度重視質(zhì)量工作，新中國成立以來，尤其是改革開放以來，黨中央、國務(wù)院制定實施了一系列政策措施，初步形成了中國特色的質(zhì)量發(fā)展之路，但是產(chǎn)品、工程、服務(wù)等質(zhì)量問題造成的經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染、資源浪費等現(xiàn)象仍比較嚴(yán)重；質(zhì)量安全形勢仍然嚴(yán)峻，產(chǎn)品質(zhì)量安全，特別是食品安全事故時有發(fā)生；一些生產(chǎn)經(jīng)營者質(zhì)量誠信缺失，肆意制售假冒偽劣產(chǎn)品，危害人民群眾生命健康安全，損害國家信譽和形象；與發(fā)達(dá)國家相比，“中國制造”質(zhì)量競爭力還不夠強(qiáng)，缺少具有國際影響力的知名品牌和產(chǎn)品，質(zhì)量問題已成為我國經(jīng)濟(jì)社會健康發(fā)展的一個制約因素。
21世紀(jì)的第二個十年，是我國全面建設(shè)小康社會、加快推進(jìn)社會主義現(xiàn)代化的關(guān)鍵時期，是深化改革開放、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的攻堅時期，也是質(zhì)量發(fā)展的又一個重要時期。從國際上看，經(jīng)濟(jì)全球化深入發(fā)展，科技進(jìn)步日新月異，全球產(chǎn)業(yè)分工和市場需求結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯變化，以質(zhì)量為核心要素的標(biāo)準(zhǔn)、人才、技術(shù)、市場、資源等競爭日趨激烈。從國內(nèi)看，我國工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、市場化、國際化進(jìn)程加快，要貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，實現(xiàn)又好又快發(fā)展，需要堅實的質(zhì)量基礎(chǔ)；要加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，特別是實現(xiàn)制造業(yè)由大變強(qiáng)，需要可靠的質(zhì)量支撐；要滿足人民群眾日益增長的質(zhì)量需求，也需要更強(qiáng)的質(zhì)量保障能力。然而長期以來，由于質(zhì)量管理工程專業(yè)一直沒有列入教育部學(xué)科目錄，從本科生教育到研究生教育，針對專業(yè)質(zhì)量人才的培養(yǎng)規(guī)模極為有限。
2012年，教育部批準(zhǔn)在高等學(xué)校本科專業(yè)中增設(shè)質(zhì)量管理工程專業(yè)，南京財經(jīng)大學(xué)是國內(nèi)首個設(shè)置質(zhì)量管理工程專業(yè)的高校，并且江蘇省教育廳為了充分發(fā)揮區(qū)域高等教育資源集聚優(yōu)勢，高校之間實現(xiàn)優(yōu)勢互補、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，加快推進(jìn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展，扎實推進(jìn)高等教育綜合改革試驗區(qū)建設(shè)，將此專業(yè)作為南京財經(jīng)大學(xué)、南京大學(xué)、南京師范大學(xué)、南京郵電大學(xué)和南京中醫(yī)藥大學(xué)五校共建的專業(yè)。基于質(zhì)量管理工程專業(yè)教育缺乏系統(tǒng)教材的現(xiàn)狀，我?guī)ьI(lǐng)南京財政大學(xué)質(zhì)量管理工程專業(yè)的骨干教師們編寫了這套質(zhì)量工程系列教材，主要包括《質(zhì)量統(tǒng)計學(xué)》《質(zhì)量可靠性理論與技術(shù)》《質(zhì)量分析與質(zhì)量控制》《服務(wù)質(zhì)量管理》《質(zhì)量工程試驗設(shè)計》五本，希望這套教材能緩解質(zhì)量管理工程專業(yè)高等教育教材短缺的壓力，為我國質(zhì)量管理工程專業(yè)的發(fā)展盡一份綿薄之力。由于質(zhì)量管理工程的專業(yè)建設(shè)在我國還處于探索期，加上我們的學(xué)術(shù)水平和知識有限，教材當(dāng)中難免存在各種不足，懇請國內(nèi)外同仁多加批評指正。
另外，本套教材受以下項目資助——國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項：微分遷移譜質(zhì)譜快速檢測儀的開發(fā)與應(yīng)用（項目編號2013YQ090703），國家自然科學(xué)基金：我國食品安全管理中的質(zhì)量鏈協(xié)同控制理論與方法研究（項目編號71373117）。在此對科技部和國家自然科學(xué)基金委表示感謝！
南京財經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院院長
江蘇省質(zhì)量安全工程研究院執(zhí)行院長
王海燕教授
于南京
前言
質(zhì)量管理作為提高企業(yè)素質(zhì)、取得經(jīng)濟(jì)效益的現(xiàn)代化管理科學(xué)技術(shù)，正在國內(nèi)外大力推行，試驗設(shè)計也正在工業(yè)各行業(yè)中廣泛應(yīng)用，成為質(zhì)量管理、優(yōu)化管理決策和優(yōu)化設(shè)計的重要技術(shù)手段。試驗設(shè)計是統(tǒng)計學(xué)中一個最基本的分支，是一門研究如何正確地安排試驗和分析數(shù)據(jù)并以較少的試驗得到最佳的試驗結(jié)果的科學(xué)。試驗設(shè)計的理論和方法由最初的農(nóng)業(yè)、生物及醫(yī)學(xué)試驗逐漸發(fā)展到工業(yè)管理領(lǐng)域，特別是在產(chǎn)品設(shè)計、質(zhì)量管理及經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用越來越受到人們的重視。但是，目前既能適合本科學(xué)生的教學(xué)要求，又能為工程技術(shù)等領(lǐng)域的科技人員提供較好參考的教材還不多。近年來，編者及所領(lǐng)導(dǎo)的項目組成員多次為工業(yè)工程、管理科學(xué)、質(zhì)量工程等專業(yè)的本科學(xué)生和研究生講授試驗設(shè)計的相關(guān)課程，同時在一些應(yīng)用領(lǐng)域給各行業(yè)質(zhì)量管理人員培訓(xùn)過這方面的知識。在此基礎(chǔ)上，基于理論和實踐相結(jié)合的原則，編寫了這本書。全書分為7章，具體安排如下。
第一章介紹了試驗設(shè)計的起源與發(fā)展，以及試驗設(shè)計的目的和意義，并研究了試驗設(shè)計的基本策略與實施步驟。第二章是理論基礎(chǔ)，介紹了統(tǒng)計上的方差分析與回歸分析，屬于試驗數(shù)據(jù)處理的范疇，是試驗設(shè)計的預(yù)備知識。第三章主要介紹了正交試驗設(shè)計方法，并對正交試驗設(shè)計結(jié)果的極差分析和方差分析進(jìn)行詳細(xì)介紹。第四章介紹了穩(wěn)健設(shè)計的主要內(nèi)容，包括質(zhì)量損失、信噪比及其應(yīng)用、三次設(shè)計和案例分析等。第五章主要介紹了因子設(shè)計，包括2k因子設(shè)計、3k因子設(shè)計和案例分析。第六章主要介紹了其他試驗設(shè)計的方法，包括均勻設(shè)計和響應(yīng)曲面設(shè)計。第七章介紹了Minitab在試驗設(shè)計中的應(yīng)用，將本書介紹的幾種方法結(jié)合案例在Minitab下實現(xiàn)。本書配套電子課件和習(xí)題解答等教學(xué)輔助資源，讀者可登錄華信教育資源網(wǎng)免費注冊下載。
本書在保持本學(xué)科的系統(tǒng)性和科學(xué)性的前提下，注意引入本學(xué)科發(fā)展的新知識、新成果；在正確闡述統(tǒng)計學(xué)原理的同時，著重于基本概念和基本方法的介紹；注重學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，拓寬學(xué)生的知識面和提高統(tǒng)計分析與計算機(jī)應(yīng)用能力的結(jié)合；對每種試驗設(shè)計方法都安排了步驟完整、過程詳細(xì)的案例，并注重案例的啟迪性；同時各章都配備習(xí)題供讀者練習(xí)。本書注重實際方法的應(yīng)用，列舉了大量與工業(yè)、化學(xué)、食品、制藥、生物、材料、環(huán)境等專業(yè)有關(guān)的案例，可作為相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的教材，也可供相關(guān)學(xué)科的科研、教學(xué)和設(shè)計人員閱讀參考。
本書由南京財經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院組織編寫，由王海燕、孟秀麗主編，參與編寫的人員還有劉軍、唐潤、張慶民、張斯琪、仲琴等老師，西安理工大學(xué)曹龍老師、石河子大學(xué)趙永滿老師對本書編寫也給予了幫助與支持，感謝沈鑫、俞磊、王虎、尹小華、錢昆、馬暉瑋、陸晶晶等研究生在教材編寫過程中付出的辛苦勞動。在編寫過程中參考了國內(nèi)外的大量文獻(xiàn)、教材和專著，由于篇幅原因未能將所有的參考資料都列出，編者在此對這些資料的作者表示衷心的感謝，對大力支持此次編寫工作的電子工業(yè)出版社和南京財經(jīng)大學(xué)也一并表示感謝！
由于編者水平有限，書中難免有不妥之處，誠請廣大讀者批評指正。
編者
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