原创： 数据小兵

试验优化设计，指在最优化思想的指导下，进行最优设计的一种优化方法，从不同的优良性出发，合理设计试验方案，有效控制试验干扰，科学处理试验数据，全面进行优化分析，直接实现优化目标。

正交试验设计是试验优化的常用技术，在农业试验、工业优化、商业优化等方面应用已久。主要优点是能在多试验条件中选出代表性强的少数试验方案，通过对这些少数试验方案结果的分析，从中找出最优方案或最佳生产工艺条件，并可以得到比试验结果本身给出的还要多的有关各因素的信息。

SPSS 软件不仅具有包括数据管理、统计分析、图表分析、输出管理等在内的基本统计功能，而且用它处理正交试验设计中的数据程序简单，分析结果明了。

实施正交试验设计的步骤

1、明确试验目的，确定考核指标

明确通过正交试验想要解决什么问题，确定用来衡量试验效果的评价指标，并详细描述出评定该指标的原则标准、测定指标的方法重要信息。

2、挑因素，选水平

有依据的选择引起指标变化的影响因素，因素在试验中的各种状态称为因素的水平。尽量选择适用于人为控制的和调节的影响因素，最后列出因素水平表。

3、选择合适的正交表

在能够安排下试验因素和交互作用前提下，尽可能选用较小的正交表，以减少试验次数和成本的消耗。

4、进行表头设计

表头设计即将试验因素安排到所选正交表的各列中去的过程。正交表中的任意一列的位置是一样的，可以任意变换，因此不考虑交互作用的情况下可直接将所有因素安排在任意一列；如果考虑交互作用，则必须按照交互作用列表的规定进行配列；为避免混杂，那些主要因素重点考察的因素涉及交互作用较多的因素，应优先安排；特别注意，尽可能安排空列，用于反映试验误差，并以此作为衡量试验因素产生的效应是否可靠的标志。

5、排出试验方案

表头设计完成后，将所选正交表中各列的不同数字换成对应因素的相应水平，形成试验方案。试验方案中的试验号并不意味着实际进行试验的顺序，一般需同时进行，若条件不允许，为排除外界环境干扰，应使试验序号随机化。

6、开始试验，收取结果

按照随机化的试验顺序进行试验，记录结果必备分析。

7、试验结果的统计分析

正交设计的结果分析有两种，一种是极差分析法(直观分析法)，只考虑因素间的影响，不考虑试验误差。另一种是方差分析法，是一种精细化分析方法，可采用spss完成。

SPSS正交试验设计案例

我们用正交试验的方法，对从中草药虎杖中提取白藜芦醇苷的工艺进行优化。

1、明确目的，确定指标

这是工艺优化的案例，目的在于通过试验，寻求优选白藜芦醇苷的最佳提取条件，白藜芦醇苷提取的效果指标为白藜芦醇苷含量。

2、挑因素，选水平

根据专业知识及参考文献知识，以及正交试验的特点，选定影响水提取法的3个因素，加水量、煎煮时间、煎煮次数，每个因素3个水平，列出因素水平表如下：

3、选择正交表

此为3水平试验，并不考虑交互作用，有3个因素需要占据3列，预留一个空列作为误差的话，标准正交表L934是最合适的选择。

4、表头设计

不考虑交互作用，因素可占据任意列。

5、排出试验方案

方案及试验结果如下表，第六步省略。

7、试验结果的方差分析

为考察试验的误差及精细效果，我们直接采用SPSS方差分析来对此试验进行结果分析。

(1)方差分析的菜单步骤

(2)不考虑交互作用，只考察各因素的主效应

(3)方差分析结果解读

由方差分析可知，影响因素中加水量和煎煮次数两个对提取白藜芦醇苷具有显著的影响，而煎煮时间这个因素对其的影响较小。3个因素的主次关系是：煎煮次数>加水量>煎煮时间。

(4)影响因素的哪个水平最好？可以通过绘制出的图直观的看出，也可以通过邓肯氏检验来解答，这里我们仅列出直观图。

通过上图，我们可以非常直观的看出，从三个因素中选择最好的水平，得到最佳组合为A3B2C3，即加水量12，煎煮时间1.5小时，煎煮次数3次。

使用SPSS统计软件包对L9(34) 正交试验结果进行数据处理, 只要按正交表的设计格式输入实验数据，便可获得所需的统计结果。其操作方便，直观，快捷，结果准确，使研究工作事半功倍，此法也可用来处理其他正交试验的数据。

我大概花了一个学期的时间全程、完整的钻研了正交试验，攻破了许多需要在研究生阶段才能使用到的试验优化方法，技术。

后来我做百度空间，百度知道时，回答了大量的正交试验设计有关问题，做博客，微博，微信号时，在线帮读者朋友解答和处理大量的试验数据分析，这些经历让我对正交试验设计有了更深的认识，发表过《SPSS正交试验设计及其方差分析》《无空白列重复正交试验设计方差分析》等相关热门网文。

最近1年以来，我尝试推出了视频课程，也对正交试验相关内容进行梳理，开发了一门新课程，《用Excel和SPSS搞定正交试验设计》，目前更新了两个章节10个课时，现有的目录如下：

章节1 试验方案设计篇

1.1 初探正交试验的应用

1.2 正交试验基本概念详解

1.3 正交表是正交试验的基本工具

1.4 正交试验设计的六大步骤

章节2 试验数据分析篇

2.1 Excel极差分析-极差表的制作过程

2.2 Excel极差分析-因素指标趋势图的制作

2.3 Excel极差分析-使用模板自动完成极差分析

2.4 SPSS方差分析-认识SPSS及数据录入基本操作

2.5 SPSS方差分析-按指定数据结构导入Excel数据

2.6 SPSS方差分析-菜单操作结果解读结论提炼

这门课程计划是更新3大篇章，前两个章节的内容已经发布，第三章节是提高篇，主要讲非常规正交试验设计及其数据处理，比如：

3.1 考虑交互作用的正交试验；

3.2 重复正交试验的数据处理；

3.3 多个试验指标的数据处理；

3.4 非标准正交表的使用；

3.5 二次回归正交组合试验数据处理；

科研论文写作中，不涉及试验优化技术的读者可以不看这篇文章，有相关需求的读者朋友，我欢迎你们的监督、拍砖，如果您在科研创作中遇到了疑问，可以关注这门课程。

网易云课堂：《用Excel和SPSS搞定正交试验设计》正在预售，当前的价格只需要55元，这是预售价，有需要的读者可以微信具体咨询和购买。我的个人微信：qq2405064443，非诚勿扰。

课程地址：

参考：《正交实验法优选烫伤合剂的提取工艺》

《食品试验优化设计与统计分析》

(文/图=数据小兵)