книги / Методы планирования экспериментов в области резания металлов и математической обработки результатов
..pdfСоответствующие суммы квадратов таковы:
Si' i = i r ! r = 743’9' |
s s “ = i r ^ = 0'78' |
ss"f’= J ?3 |
f = 1’33- |
Эту дополнительную информацию можно объе динить в таблице 52. Теперь можно проверить зна
чимости линейного, квадратического и кубического эффектов.
Для линейного эффекта F,,= -^ ^ -= 1 2 8 .4 8 |
(вы- |
|||
|
/ . 8 |
5 уд |
|
V |
соко значимо). |
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
52 |
|
Источник изменчивости |
Число |
Сумма |
Средний |
|
степенен |
квадратов |
квадрат |
||
|
свободы |
Изменение времени
« Л & |;и
® к у б .
Сумма времени Ошибки в пределах вре
мени Общая сумма
1 |
743,9 |
743,9 |
1 |
0,78 |
0,78 |
1 |
1,33 |
1,33 |
3 |
746 |
|
28 |
161,4 |
5.76 |
31 |
908,2 |
|
|
|
|
О 78 |
Для квадратического эффекта Л /=в = —— =0,135 |
|||
(не .значимо |
|
5,79 |
|
при 1 % уровне значимости). |
|||
Для |
|
1 |
33 |
кубического эффекта ^ i/2s=="r— = 0,23 (не |
|||
значимо |
при |
о179 |
|
1 % уровне значимости). |
|
||
График, |
проведенный по усредненным значениям |
наблюденных откликов, подтверждает эти результаты (фиг. 13), т. е. характер линейного возрастания из носа с изменением времени.
Вышеприведенные данные показывают, как можно проверить наличие линейного, квадратического и ку бического эффектов, используя ортогональные поли номы [1 ].
Б. Два фактора —один качественный,
иодин количественный
Это тип двухфакторного эксперимента, когда один фактор имеет качественные уровни, а другой—коли
чественные. Между тем эти |
уровни отделены друг |
|
от друга равными интервалами. |
рандомизи |
|
План этого эксперимента |
полностью |
|
рован, модель его такова:- |
|
|
■^ijk==И" I -^i |
-f- £k(ij) • |
(59) |
Для объяснения такого плана эксперимента возь мем следующий пример. Требуется определить* влия ние величины расстояния от линии среза по глубине упрочнения обработанной поверхности и положения точки, где производится измерение, на величину микротвердости поверхности. Микротвердость изме ряется на поверхности косого шлифа, на трех рас стояниях от линии косого шлифа, образованной с обработанной поверхностью—0 ; 0 ,1 ; 0 ,2 мм.
На каждой из этих расстояний измерения произ водятся в пяти различных местах (положение точки). Эти измерения рассматриваются как пять качествен ных факторов. На каждом расстоянии и в каждом1
102
положении делаются по два измерения. Тогда можно иметь факторный эксперимент типа 5x3 с двумя на блюдениями в ячейке (всего 30 наблюдений).
В уравнении (59) Dt —расстояние (количественный фактор), a Pj —положение точки измерения (качест венный фактор), / =1, 2, 3, у =1, 2, 3, 4, 5, &=1, 2.
Результаты измерения приведены в таблице 53.
|
|
|
|
Г а о л и ц а 53 |
||
Положение |
Расстояние от линии пересечения косого шлифа |
|||||
с обработанной поверхностью D-, в мм |
||||||
точки |
0 |
1 |
0 .1 |
1 |
0,2 |
|
|
||||||
Р\ |
|
1 |
|
|||
Значения микротвсрдости Н кг/мм2 |
||||||
|
||||||
|
200 |
|
200 |
|
204 |
|
1 |
201 |
|
199 |
|
190 |
|
2 |
200 |
|
199 |
|
185 |
|
201 |
|
199 |
|
193 |
||
3 |
204 |
|
201 |
|
196 |
|
200 |
|
201 |
|
193 |
||
4 |
203 |
|
204 |
|
193 |
|
201 |
|
200 |
|
199 |
||
5 |
200 |
|
204 |
|
193 |
|
197 |
|
200 |
|
196 |
Производя кодирование данных таблицы 53 при помощи вычитания из них величины 2 0 0 , можно по лучить величины, приведенные в таблице 54.
|
|
|
|
Т а б л и ц а 54 |
Положение |
Расстояние |
от линии пересе |
|
|
чения косого шлифа с обра |
Т1 .j!. |
|||
точки |
ботанной поверхностью Dt мм |
|||
Pi |
i |
|
|
|
0 |
0 ,1 |
0 ,2 |
|
|
|
|
|||
I |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
0 |
0 |
4 |
- 6 |
|
1 |
- I |
- 1 0 |
|
Сумма |
1 |
- 1 |
- 6 |
|
1 |
|
2 |
3 |
4 |
|
|
5 |
|
2 |
|
0 |
1 - 1 |
- 1 5 |
|
|
- 2 3 |
|
|
|
1 |
- 1 |
—7 |
|
|
|
|
Сумма |
|
1 |
- 2 |
- 2 2 |
|
|
|
|
3 |
|
4 |
1 |
- 4 |
|
|
- 5 |
|
|
|
0 |
I |
- 7 |
|
|
|
|
Сумма |
|
4 |
2 |
- 1 1 |
|
|
|
|
4 |
|
3 |
4 |
—7 |
|
|
0 |
|
|
|
1 |
0 |
- 1 |
|
|
|
|
Сумма |
|
4 |
4 |
—8 |
|
|
|
|
5 |
|
0 |
4 |
- 7 |
|
|
— 10 |
|
|
- 3 |
0 |
- 4 |
|
|
|
||
Сумма |
- 3 |
4 |
- 1 1 |
|
|
|
|
|
•7V. |
|
7 |
7 |
-5 8 |
|
7 ...=? — 44 |
||
|
|
|
|
|
.4 |
5 |
3-. |
|
2 2 |
|
37 |
37 |
570 |
V |
V |
V А- |
644 |
|
|
|
Aijk— |
|||||
k —\ j ~ 1 |
|
|
|
|
/-•1 |
|
1 к 1 |
|
Из этих закодированных данных получаем: |
|
|||||||
|
s s 0ta=644 — |
оО |
=579,47 |
|
|
|
|
|
5 5 D — |
7 2 + 7 3 + |
( - 5 8 ) 2 |
(-44)» = 281,67 |
|
||||
|
|
10 |
30 |
|
|
|
|
|
5 5 р _ |
( ~ 6)2+ |
(-2 3 )3 + (—5)2-f- 0а4- (-10)3 |
|
(_44)2 |
50,47 |
|||
j |
|
|
6 |
|
|
|
30 |
|
SSPjxD.,= —+ 12-Н»+...+( |
и >2 —281,67—50,47- |
58,33 |
||||||
55ош= 579,47-281,67 - |
50,4758,33 = |
189,00. |
|
Эти величины приведены в таблице 55 диспер* сионного анализа.
104
Источник |
Число |
Сумма |
Средний |
Математиче |
|
ское ожида |
|||||
изменчивости |
степеней |
квад |
квадрат |
ние средних |
|
свободы |
ратов |
||||
|
|
|
|
|
квадратов |
Расстояние |
(Dj) |
2 |
281,67 |
140,83 |
ае2+ 10т5 |
Положение |
(Я;) |
4 |
50,47 |
12,67 |
ас3"Ь®3Н |
DX Р взаимодействие |
|
|
|
CC2+ 2<J2DP |
|
(D,XPj) |
|
8 |
53,33 |
7,29 |
|
Ошибка eh .ц. |
15 |
189 |
12,6 |
се2 |
|
Сумма |
29 |
579,47 |
|
|
Из таблицы 55 видно, что только расстояние •оказывает значимое влияние на микротвердость по верхности, так как
Fz |
140,83 .= 11,24. |
/15 |
12,6 |
|
Вычислим линейный и квадратический 'эффекты изменения расстояния, так как эффект изменения рас стояния значим при 1% уровне значимости. Коэффи циенты ортогональных полиномов таковы (табли ца 56).
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
56 |
|
|
|
7 |
7 |
- 5 8 |
F |
|
Линейный |
- 1 |
0 |
+ 1 |
2 |
|
|
Квадратический |
+ 1 |
- 2 |
+ 1 |
6 |
|
|
Применяя эти коэффициенты к суммам по каж |
|||||
дому расстоянию Т,.., можно получить: |
|
|||||
D,« |
а) линейный эффект изменения расстояния |
|||||
- |
1 (7) + 0 (7) -f-1 (-58) = - |
65, |
|
|||
|
б) квадратический эффект изменения расстояния |
|||||
Дш= |
I (7) - 2 (7) + |
1 (-58) = |
- 65. |
|
||
*k |
Суммы квадратов будут |
(в связи с тем, что конт |
||||
расты являются ортогональными): |
|
|||||
|
|
|
(-65)3 |
|
211,25 |
|
|
|
Л |
10(2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SS„„ = |
-i= 5 ^ - = 70,42. |
“ |
10(6) |
Таким образом, сумма квадратов для расстояния Dx определяется как
SSDi= 211,25 + 70,42 = 281,67.
Теперь определим взаимодействие |
между D XP- |
|
Это. взаимодействие можно проверить, |
применяя |
ли |
нейные и квадратические коэффициенты. |
по |
|
Линейный эффект определяется для каждого |
ложения, применяя коэффициенты линейных полино мов —1 , 0 , —|—1 г
/ V - l ( l ) + 0 ( - l ) + l ( - 6 ) = - 7
Pt- — 1 (1) + 0 ( —2) + 1 ( —22) = — 23
Р3:- 1 ( 4 ) + 0 ( 2 ) + 1 ( - 1 1 ) ------15
Р4:-1 (4 ) + 0(4) + 1 (-8 ) = - 1 2
/>5: - 1 (-3 ) + 0 (4) + 1 (—11)------ |
8 |
Итого —65
Аналогично для квадратического эффекта имеем (применяя коэффициенты квадратических полиномов 1 . - 2 , 1.):
Pi: l ( l ) - 2 ( - l ) + 1 ( - 6 ) ;------ |
3 |
Р2:1 (1)—2 (—2) + 1 (—22) = — 17
Р3:1(4)-2(2) + 1(-11) = - 1 1 P4:l(4 )-2 (4 )-f 1 (—8 ) = — 12 Р5:1 (—3)—2 (4) + 1 (—11) = — 22
Итого —65
Для сравнения этих пяти эффектов определим соответствующую им сумму квадратов:
e |
(-7)»+ (-23)a> f(-15)3+ (-12)34 -(-8)a _ |
|
°лХР |
” |
2 {2) |
—211,25 = |
41,5, |
|
с о |
( —3)2+ ( —17)2-|_(—11)а_|_(—12)2_|_(—22)2 |
|
^D^XP = “------------------------------------------ |
2(6) |
|
КВ' |
|
—70,42= 16,83.
Общая сумма квадратов для D \ P взаимодействия будет
SSDxP = 41,5+ 16,83 = 58,33.
Такая же величина D x P взаимодействия приве дена в табл. 55. Результаты, приведенные выше, ука зывают на то, что имеется эффект изменения расстоя ния D{, причем линейный эффект изменения Dx зна чим с 1 %-ым уровнем значимости (211,25), а квадра тический эффект изменения величины D\ значим с 5%-ным уровнем значимости (70,42). Эффект поло жения и эффект взаимодействия между расстоянием и положением отсутствуют. Легко в этом убедиться, если построить графики этих величин.
В, Два фактора—оба количественные
Если в двухфакторном эксперименте оба фактора имеют два количественных уровня, то для каждого из них можно выделить линейный, квадратический и кубический эффекты, а также определить все комби нации их взаимодействий. Для анализа такого типа эксперимента, где имеется два фактора с количествен ными уровнями (которые отделены друг от друга рав ными интервалами), рассмотрим задачу по изучению влияния скорости резания и подачи на температуру резания при обработке материала марки БРАЖ-9-4 резцом БРМ-1 с твердосплавной пластинкой Т15К6 (при глубине резания 1 мм). Измеряемая перемен ная (температура резания) бралась в милливольтах (mv). Порядок проведения эксперимента был пол ностью рандомизирован, модель которого такова:
^ ijk = Iх |
“b ek (ij)* |
(60) |
Для плана эксперимента и для составления таб лицы результатов исследований принимались: i= 1 , 2, 3, 4, k — 1, 2, 3, У — 1, 2, 3, 4. Результаты исследо ваний приведены в таблице 57. Для анализа этого эксперимента увеличим в 1 0 раз все данные темпера туры резания с целью избавления от ошибок при расчете. Так, например, вместо 1,1 при расчете возь мем 11 и т. д. Подсчитаем следующие статистики, основываясь на данных таблицы 57.
SSoin «= 287868 — - ^ L _ 62640.
48
Подача л-и/об
0,07
0,14
Сумма
7V.
Скорость резания v, |
м}мин |
i .j. |
|||
50 |
100 |
150 |
200 |
||
|
|||||
11 |
35 |
44 |
80 |
|
|
17 |
80 |
81 |
91 |
|
|
18 |
29 |
77 |
77 |
|
|
46 |
144 |
202 |
248 |
640 |
|
22 |
49 |
53 |
85 |
|
|
26 |
68 |
93 |
95 |
|
|
16 |
61 |
59 |
73 |
|
|
64 |
178 |
205 |
253 |
700 |
|
29 |
68 |
53 |
86 |
|
|
30 |
74 |
103 |
113 |
|
|
20 |
47 |
128 |
141 |
|
|
79 |
189 |
289 |
340 |
897 |
|
38 |
98 |
87 |
103 |
|
|
31 |
128 |
116 |
131 |
|
|
21 |
67 |
90 |
141 |
|
|
90 |
293 |
293 |
375 |
1051 |
|
279 |
804 |
989 |
1216 |
7\.. — 3288 |
S S n ^ (279)^+(804)а+(989)а-К1216)а |
(3288)2 |
_ |
ggggg |
|
|
12 |
48 |
|
|
(640P+(700)2+(897)2+(1051)^ |
(3288)* |
_ |
8839 |
|
|
12 |
48 |
|
|
SSRyF = |
.W ;+(64)i+...+(375)a _ |
225228—39858— |
||
' |
з |
|
|
|
— 8839 = 2235 SSom=62640-39858-8839-2235 = 11708.
Данные дисперсионного анализа приведены в таб лице 58,
108
Источник изменчивости |
Число сте |
Сумма |
Средний |
||
пеней |
свободы |
квадратов |
квадрат |
||
|
|||||
R\ |
|
3 |
39858 |
13286 |
|
|
|
3 |
8839 |
2946 |
|
{RXF) ij |
|
9 |
2235 |
248 |
|
ek(ij) |
|
32 |
11708 |
•366,8 |
|
Сумма |
|
47 |
62640 |
|
Теперь подсчитаем эффекты, учитывая коэффи циенты ортогональных полиномов, которые имеют следующие значения:
Линейные |
—3, |
—1,+1, -1-3 |
F = 20 |
|
Квадратические |
+1, |
—1,—1, |
+1 |
F = 4 |
Кубические |
—1, |
+3,—3, |
+1 |
F — 20 |
Ял= -3(279) - 1 (804)-f1 (989)+3( 1216)=2996
<2996)*
SSRj.— 12 (20) =37400
Я,„=1(279) —1(804) —1(989)+1(1216)=-298 = J —298)2_ = 18 5 0
12(20)
Якуб=_1(279)+3(804)-3(989)+1(1216)=382
5S Ккуб |
(Эа2 >^—_ |
6Q8 |
|||
12 (20) |
|
||||
|
Итого SSR = 39858 |
||||
Fn= -3(640) - 1 (700)+1 (897)+3( 1051)=1430 |
|||||
SSF |
* |
= |
Л |
^ - = |
8520 |
|
|
1 2 |
(20) |
|
f хв= 1 (640) - 1 (700) - 1 (897)+1 (1051)=94
SSF — (94)= = 184 KD 12(4)
У7 б= — 1 (640)+3(700)—3(897)+1(1051)=180
(180)3
S5, куб 12 (20) = 135
Итого SSF = 8839.
Для определения R y F взаимодействия с 9 степе нями свободы его молено разбить на 9 компонентов с одной степенью свободы, т. е.
Я л Х ^ , ; |
« к в Х ^ л ; |
•^кубХ ^л |
|
^ KDX ^KB 1 |
^кубХ^**кв » |
Я лХ ^чгб; |
^квХ-^куб» |
^кубХ^куб* |
С целью подсчета эффектов взаимодействия, в первую очередь подсчитаем коэффициенты ортого нальных полиномов для этих девяти взаимодействий:
ортогональные полиномы
R.XF „ = ( - 3 - 1+1+3)Х ( - 3 - 1 + 1 + 3 ) =
—9 + 3 -3 —9 3 + 1 - 1 - 3 £С2и=(9)2+ (3)2+ ( - 3 ) 2+ ...
- 3 - 1 + 1 + 3 ...+92=400 —9—3+3+9 )
^лХ^?кв==(—3—1+1+3) Х( "Ь1 — 1—1+1) —
= —3—1+1+3
3+1—1—3 2 0 ^ = 8 0
3 + 1 - 1 - 3 —3—1+1+3
R, Х Л * б = (-3 -1+1+3) Х(—1+3—3+1) =
= 3+1—1—3
—9 -3 + 3 + 9
ЕС2и =400
9 + 3 - 3 - 9 - 3 - 1 + 1 + 3 .
« K.X ^ = (+ 1 - 1 - 1 + 1 )X ( - 3 - 1 + 1 + 3 ) =
= - З + З + З - З
- 1+ 1+ 1-1
ЕС*ц= 80
+ 1- 1- 1+1 З - З - З + З