Thiết kế thí nghiệm kiểu Box-Behken chỉ dùng khi có trên 2 yếu tố. Có thể xem cách thiết kế này cho `k` yếu tố là sự kết hợp giữa cách thiết kế kết hợp đủ cho `b` yếu tố ở hai mức (`b < k`) và cách thiết kế khối không hoàn toàn. Như vậy, trong mỗi nghiệm thức, sẽ có `b` yếu tố có giá trị là mức cao (+ 1) hay mức thấp (− 1), các yếu tố còn lại ở mức tâm (0).
Ma trận yếu tố mã hóa cho thiết kế thí nghiệm Box-Behnken 3 yếu tố được trình bày trên Bảng 1.
Đơn vị thí nghiệm | `X_1` | `X_2` | `X_3` |
---|---|---|---|
1 | − 1 | 0 | 1 |
2 | 0 | − 1 | 1 |
3 | 1 | 0 | 1 |
4 | 0 | 1 | 1 |
5 | − 1 | 1 | 0 |
6 | − 1 | − 1 | 0 |
7 | 1 | − 1 | 0 |
8 | 1 | 1 | 0 |
9 | − 1 | 0 | − 1 |
10 | 0 | − 1 | − 1 |
11 | 1 | 0 | − 1 |
12 | 0 | 1 | − 1 |
13 | 0 | 0 | 0 |
14 | 0 | 0 | 0 |
15 | 0 | 0 | 0 |
Hình 1 minh họa cho trường hợp thiết kế kiểu Box-Behken 3 yếu tố.
Hình 1 Thiết kế thí nghiệm kiểu Box-Behnken 3 yếu tố
Hình 1 và Bảng 1 minh họa cho một thiết kế Box-Behnken có `k=3` và `b=2`. Qua đó ta có một số nhận xét sau:
Trong một công ty sản xuất vật dụng bằng nhựa, người ta thực hiện thí nghiệm để khảo sát tác động của tỷ lệ phụ gia, nhiệt độ cài đặt cho máy ép đùn (gọi tắt là nhiệt độ), và vận tốc quay của trục ép (gọi tắt là vận tốc) đến độ bền kéo của sản phẩm. Dựa trên kinh nghiệm, người ta chọn mức thấp và mức cao của tỷ lệ phụ gia là 2 và 4%, nhiệt độ là 160 và 180 °C, vận tốc là 200 và 240 vòng/phút.
Tương tự như thí dụ của phần phương pháp phối hợp có tâm, trong thí nghiệm này, ta cũng sử dụng phụ kiện rsm
của R để thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu thu được.
Trước hết, ta dùng hàm bbd
trong phụ kiện rsm
để thiết kế thí nghiệm với các câu lệnh sau:.
library(rsm)
bbd(~ tlpg + nhd + vt, n0 = 3, randomize = F, coding = list(tlpg ~ (PhuGia-3)/1, nhd ~ (NhietDo-170)/10, vt~(VanToc-220)/20))
Ta thấy các câu lệnh này khá giống với trường hợp "phối hợp có tâm", chức năng của các đối số cũng tương tự. Tuy nhiên câu lệnh ở đây tương đối đơn giản hơn.
Cho thực hiện các câu lệnh trên, ta thu được kết quả sau:
> bbd(~ tlpg + nhd + vt, n0 = 3, randomize = F, + coding = list(tlpg ~ (PhuGia-3)/1, nhd ~ (NhietDo-170)/10, td~(VanToc-220)/20)) run.order std.order PhuGia NhietDo VanToc 1 1 1 2 160 220 2 2 2 4 160 220 3 3 3 2 180 220 4 4 4 4 180 220 5 5 5 2 170 200 6 6 6 4 170 200 7 7 7 2 170 240 8 8 8 4 170 240 9 9 9 3 160 200 10 10 10 3 180 200 11 11 11 3 160 240 12 12 12 3 180 240 13 13 13 3 170 220 14 14 14 3 170 220 15 15 15 3 170 220 Data are stored in coded form using these coding formulas ... tlpg ~ (PhuGia - 3)/1 nhd ~ (NhietDo - 170)/10 vt ~ (VanToc - 220)/20
Qua bảng kết quả này chúng ta thấy thí nghiệm có 13 nghiệm thức, 15 đơn vị thí nghiệm với 3 đơn vị cho nghiệm thức tâm (số thứ tự 13, 14 và 15), phù hợp với những điểm mà ta đã xem xét ở trên.
Sau khi tiến hành thí nghiệm, ta thu được độ bền kéo của 15 đơn vị thí nghiệm. Kết quả được trình bày trong Bảng 2.
Đơn vị thí nghiệm | Tỷ lệ phụ gia (%) | Nhiệt độ (°C) | Vận Tốc (vòng/phút) | Độ bền kéo |
---|---|---|---|---|
1 | 2 | 160 | 220 | 226 |
2 | 4 | 160 | 220 | 252 |
3 | 2 | 180 | 220 | 264 |
4 | 4 | 180 | 220 | 284 |
5 | 2 | 170 | 200 | 248 |
6 | 4 | 170 | 200 | 262 |
7 | 2 | 170 | 240 | 264 |
8 | 4 | 170 | 240 | 270 |
9 | 3 | 160 | 200 | 224 |
10 | 3 | 180 | 200 | 268 |
11 | 3 | 160 | 240 | 247 |
12 | 3 | 180 | 240 | 274 |
13 | 3 | 170 | 220 | 277 |
14 | 3 | 170 | 220 | 285 |
15 | 3 | 170 | 220 | 281 |
Để xử lý kết quả này, ta chuẩn bị tập tin DoBenKeo.csv, chuyển vào R, đặt tên cho bảng dữ liệu là dbk
và xử lý bằng hàm rsm
của phụ kiện rsm
với các câu lệnh sau:
kq <- rsm(DoBenKeo ~ SO(PhuGia, NhietDo, TocDo), data = dbk)
summary(kq)
Trong đoạn lệnh trên, ta dùng hàm rsm
để xử lý bảng dũ liệu dbk
và lưu kết quả xử lý vào biến kq
. Sau đó dùng lệnh summary
để xem kết quả xử lý. Trong hàm rsm
, ta dùng phương pháp xử lý SO
(second order) để thu được phương trình bậc 2. Kết quả thu được như sau:
> kq <- rsm(DoBenKeo ~ SO(PhuGia, NhietDo, VanToc), data = dbk) > summary(kq) Call: rsm(formula = DoBenKeo ~ SO(PhuGia, NhietDo, VanToc), data = dbk) Estimate Std. Error t value Pr(>|t|) (Intercept) -7.1956e+03 9.5143e+02 -7.5630 0.0006408 *** PhuGia 1.0600e+02 5.1879e+01 2.0432 0.0964704 . NhietDo 6.1712e+01 9.0993e+00 6.7821 0.0010600 ** VanToc 1.7031e+01 3.5095e+00 4.8529 0.0046622 ** PhuGia:NhietDo -1.5000e-01 2.4469e-01 -0.6130 0.5666768 PhuGia:VanToc -1.0000e-01 1.2235e-01 -0.8173 0.4509049 NhietDo:VanToc -2.1250e-02 1.2235e-02 -1.7369 0.1429212 PhuGia^2 -8.3750e+00 2.5469e+00 -3.2884 0.0217525 * NhietDo^2 -1.6125e-01 2.5469e-02 -6.3313 0.0014495 ** VanToc^2 -2.9063e-02 6.3671e-03 -4.5645 0.0060323 ** --- Signif. codes: 0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1 Multiple R-squared: 0.9766, Adjusted R-squared: 0.9344 F-statistic: 23.16 on 9 and 5 DF, p-value: 0.001476 Analysis of Variance Table Response: DoBenKeo Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F) FO(PhuGia, NhietDo, VanToc) 3 3380.8 1126.92 47.0529 0.0004355 TWI(PhuGia, NhietDo, VanToc) 3 97.2 32.42 1.3535 0.3570968 PQ(PhuGia, NhietDo, VanToc) 3 1513.2 504.39 21.0603 0.0028880 Residuals 5 119.8 23.95 Lack of fit 3 87.8 29.25 1.8281 0.3727258 Pure error 2 32.0 16.00 Stationary point of response surface: PhuGia NhietDo VanToc 3.428642 175.060739 223.111313 Eigenanalysis: $values [1] -0.02798207 -0.16134501 -8.37598542 $vectors [,1] [,2] [,3] PhuGia -0.005284989 0.009569456 0.999940245 NhietDo -0.076517486 -0.997026372 0.009137152 VanToc 0.997054233 -0.076464624 0.006001504
Một số điểm chính của kết quả này như sau:
Estimate
) và giá trị p của các hệ số ấy (cột Pr(>|t|).
Qua đó ta có thể kết luận rằng phương trình hồi quy có bậc hai, giữa các yếu tố không có tương tác, ...Trang web này được cập nhật lần cuối ngày 27/11/2018
Thiết kế thí nghiệm
Các chuyên đề
Xử lý dữ liệu
Ma trận
R