Bài giảng Thiết kế thực nghiệm - Chương 1: Thiết kế thí nghiệm - Trần Ngọc Hiền

1Make the world safer Hanoi, November 2018 THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM DESIGN OF EXPERIMENTS TRẦN NGỌC HIỀN 21. Thiết kế thí nghiệm 2. Thu thập và trình bày số liệu 3. Thực nghiệm so sánh 4. Kế hoạch thực nghiệm hai mức 5. Thực nghiệm sàng lọc 6. Thực nghiệm tối ưu hóa NỘI DUNG CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM 3NộI DUNG 1.1. Nghiên cứu thực nghiệm 1.2. Khái niệm thiết kế thí nghiệm 1.3. Nguyên tắc thiết kế thí nghiệm 1.4. Các loại thí nghiệm 1.5. Các dạng thiết kế thí nghiệm 1.6. Tiến trình nghiên cứu thực nghiệm 1.7. Thiết kế và xử lý số liệu trên máy tính 1.1. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM - Là dạng nghiên cứu về mối quan hệ “Nguyên nhân – Kết quả” - Trước hết Nhà nghiên cứu xác định các thông số (hay các biến) cần và có thể quan tâm. - Tiến hành các thí nghiệm nhằm quan sát, đánh giá xem mục tiêu (còn gọi là biến phụ thuộc, thông số đầu ra) thay đổi như thế nào khi một hay nhiều biến khác (gọi là biến độc lập, hay thông số đầu vào) được thay đổi. - Nghiên cứu thực nghiệm đóng vai trò quan trọng trọng khoa học kỹ thuật. Các mô hình, lý thuyết, giải thuật, quá trình mới luôn cần được kiểm nghiệm trước khi đem ra ứng dụng. - Nghiên cứu thực nghiệm còn có ý nghĩa bổ sung, hoàn chỉnh các kết quả nghiên cứu lý thuyết đã được phát triển. 41.1. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM - Các quá trình công nghệ và kỹ thuật thường rất phức tạp, bao gồm một tập hợp lớn các yếu tố ảnh hưởng và nhiều chỉ tiêu đánh giá khác nhau. - Trong đa số các hệ thống hay quá trình kỹ thuật, các mối quan hệ VÀO-RA thường không thể mô tả được một cách đầy đủ bằng các hàm lý thuyết. Ta thường mô hình hóa các quá trình, đối tượng cần nghiên cứu như một hộp đen. QUÁ TRÌNH, HỆ THỐNG, ĐỐI TƯỢNG ĐẦU VÀO KẾT QUẢ (đầu ra) Các yếu tố không điều khiển được Các tham số điều khiển được 1.1. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM - Các tín hiệu đầu vào được sơ đồ hóa thành 3 nhóm: Đối tượng đầu vào; Các tham số (yếu tố, nhân tố) có thể điều khiển được; Các yếu tố không điều khiển được. - Ta cần quan tâm là làm sao để xác lập được quan hệ VÀO-RA, để từ đó có thể điều khiển được quá trình hay nhận được thông số ra của đối tượng theo ý muốn. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng thực nghiệm. - Các thí nghiệm được tiến hành, hoặc trực tiếp trên các đối tượng hay hệ thống cụ thể, hoặc trên các mô hình thí nghiệm nhằm thu thập thông tin về quá trình hay sản phẩm kỹ thuật. - Thí nghiệm là một quá trình kiểm nghiệm hay một chuỗi các kiểm nghiệm mà trong đó, các thông số đầu vào của một quá trình hay hệ thống được thay đổi một cách có chủ đích. - Các thay đổi ở các kết quả đầu ra của hệ thống hay quá trình sẽ được quan sát, ghi nhận để sau đó phân tích, xác định nguyên nhân, quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của hệ thống, quá trình hay đối tượng thí nghiệm. 5VÍ DỤ: - Trong một quá trình gia công cắt gọt kim loại, các yếu tố như giá trị vận tốc cắt, tốc độ chạy dao, loại chất bôi trơn, chiều sâu cắt . có thể được xử lý như các biến số đầu vào; Chất lượng bề mặt của chi tiết đã hoàn thiện có thể được xem xét như một đặc trưng của đầu ra. - Để cải thiện chất lượng gia công, có thể tiến hành nghiên cứu bằng các thí nghiệm được tiến hành ngay trên thiết bị và điều kiện gia công thực tế. - Bằng cách thay đổi các thông số vận tốc cắt, tốc độ chạy dao, loại chất bôi trơn, chiều sâu cắt theo một kế hoạch cụ thể, nhà nghiên cứu có thể dễ dàng xác định quan hệ giữa chúng với chất lượng bề mặt chi tiết được gia công. - Nếu không lập kế hoạch trước, ta khó có thể hình dung sẽ thay đổi từng thông số như thế nào; liệu kết quả đã tin cậy hay có thể rà soát hết được các tập hợp giá trị các thông số đầu vào hay chưa, liệu rằng độ lớn của vận tốc cắt có ảnh hưởng đến việc chọn lượng chạy dao hay không, - Trước đây, nghiên cứu thực nghiệm thường được tiến hành theo các phương pháp cổ điển, có tên gọi MỘT BIẾN TẠI MỘT THỜI ĐIỂM (OVAT – One Variable At a Time). Thí nghiệm được tiến hành bằng cách thay đổi một thông số ảnh hưởng – một biến nào đó trong khi các biến khác được giữ nguyên. - Khi tìm được một giá trị cho ra mục tiêu ưng ý, biến này sẽ được giữ nguyên giá trị cho các thí nghiệm tiếp theo. Một biến khác lại được tiếp tục thay đổi trong khi biến ban đầu và các biến còn lại khác lại được giữ nguyên. - Phương pháp này chỉ phù hợp khi số biến độc lập là ít. Thêm nữa, ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố không được xem xét. Do vậy, kết quả nhiều khi không phản ánh đúng quá trình. Hơn nữa, số lượng thí nghiệm cần thực hiện sẽ tăng rất nhanh khi số biến tăng. - Vấn đề ảnh hưởng của sự tương tác giữa các yếu tố đến một quá trình luôn tồn tại trong mọi lĩnh vực, tác động đến mọi đối tượng xung quanh ta. Có thể một yếu tố được xét thấy có ảnh hưởng tốt đến đối tượng, nhưng nếu có một hay nhiều biến khác thay đổi thì ảnh hưởng của yếu tố đã xét sẽ không còn như trước nữa. 61.2. KHÁI NIỆM THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM DOE - 1920, Ronald Fisher đề xuất phương pháp DOE nhằm nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các nhân tố khác nhau. - Tại Việt Nam, xây dựng kế hoạch thí nghiệm thường được biết đến với tên gọi “Quy hoạch thực nghiệm”, được giải thích như là tập hợp có hệ thống chi tiết các bước để tiến hành thí nghiệm. - Thiết kế thí nghiệm được sử dụng như một công cụ hữu ích nhằm khảo sát bất kỳ một ứng xử (Response) của một hệ thống, một quá trình, hay một đối tượng. - Sự thay đổi của ứng xử được coi như một hàm của một hay nhiều thông số khác – được gọi là các biến thí nghiệm. - Nhà nghiên cứu xây dựng một ma trận thí nghiệm chứa các xác lập cho các biến thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm để thu thập kết quả của ứng xử. - Thông qua việc sử dụng thống kê toán học, mô hình quan hệ VÀO-RA sẽ được xây dựng. 1.2. KHÁI NIỆM THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM DOE - Mô hình quan hệ VÀO-RA đặc biệt hữu dụng cho nhiều mục đích khác nhau, chẳng hạn để lựa chọn các tập thông số tối ưu của quá trình hay của sản phẩm cần thiết kế; Giảm thiểu các ảnh hưởng của các thông số không có lợi; Xác định và giảm thiểu các đặc tính nhạy với tác động môi trường để bền vững hóa quá trình hay sản phẩm. - Một kế hoạch thí nghiệm được thiết kế tốt sẽ cho phép nhà nghiên cứu tiến hành số lượng thí nghiệm ít nhất, tốn kém ít chi phí, mất thời gian, công sức ít nhất nhưng lại thu được nhiều thông tin nhất về quá trình, đối tượng nghiên cứu. 7- Một vấn đê ̀ ky ̃ thuật quen thuộc: Quy trình nhiệt luyện nào cho ra độ cứng cao nhất của một loại thép? Các câu hỏi có thê ̉ đặt ra cho tiến trình thí nghiệm như: Liệu có thể thay đổi thành phần dung dịch làm nguội? Có thê ̉ thay đổi thời gian tôi? Có thê ̉ thay đổi nhiệt đô ̣ tôi? Va ̀ một loạt câu hỏi đặt ra như: 1. Liệu có bao nhiêu giải pháp? 2. Có những yếu tô ́ nào khác ảnh hưởng đến đô ̣ cứng 3. Cần tôi thử nghiệm bao nhiêu mẫu cho mỗi bê ̉ tôi? 4. Thứ tự tôi các mẫu như thê ́ nào? 5. Nên phân tích dữ liệu thu được như thê ́ nào? 6. Các đô ̣ cứng thu được nếu khác nhau thi ̀ chênh lệch bao nhiêu nên coi là đáng kê ̉? Đê ̉ trả lời các câu hỏi trên, ta cần biết và sử dụng các kiến thức vê ̀ Lập kê ́ hoạch thí nghiệm. MỤC ĐÍCH THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM DOE Là xây dựng một tiến trình thí nghiệm bền vững, ít bị ảnh hưởng của các thay đổi bên ngoài. Các mục tiêu cụ thể là: - Giảm thiểu các yếu tố không điều khiển được nếu biết; - Xác định các yếu tố quan trọng và có thể điều khiển được; - Xác định được cấp độ sai khác về giá trị giữa các kết quả; - Xác định số lượng thí nghiệm cần thiết tối thiểu. Trong kỹ thuật, DOE thường được ứng dụng trong cả hai dạng bài toán cơ bản sau: - Thiết kế, thử nghiệm sản phẩm, quá trình mới - Phát triển, cải tiến quá trình, hệ thống sản xuất. 8DOE TRONG THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM - Đánh giá và so sánh các cấu trúc cơ bản - Đánh giá việc lựa chọn vật liệu; - Lựa chọn các thông số thiết kế nhằm đảm bảo sản phẩm làm việc bền vững trong các điều kiện khác nhau; - Quyết định các tham số kích thước căn bản sẽ tác động đến khả năng làm việc của sản phẩm. DOE TRONG PHÁT TRIỂN VÀ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT - Lựa chọn giải pháp thực hiện - Xác định các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sản xuất - Mô hình hóa mục tiêu của sản xuất nhằm: + Đạt đến một mục tiêu cụ thể; + Nâng cao độ ổn định quá trình sản xuất hay chất lượng sản phẩm gia công; + Tối ưu hóa quá trình hay chất lượng sản phẩm; + Tối ưu hóa đa mục tiêu. 91.3. BA NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM - Nguyên tắc ngẫu nhiên - Nguyên tắc lặp lại - Nguyên tắc tạo khối Các nguyên tắc này được ứng dụng để làm giảm hoặc thậm chí khử bỏ các sai số của thí nghiệm. - Một vấn đề quan trọng cần lưu ý rằng: Sai số thí nghiệm có thể dẫn đến các quyết định sai hoặc trong một số trường hợp gây sai lệch trong việc xác định ảnh hưởng của các thông số quan trọng. 1.3.1. NGUYÊN TẮC NGẪU NHIÊN - Được áp dụng nhằm hạn chế ảnh hưởng của các yếu tố gây nhiễu. Theo nguyên tắc này, thứ tự thay đổi giá trị các thông số thí nghiệm, cách bố trí thí nghiệm, thứ tự tiến hành thí nghiệm phải được tiến hành theo một thứ tự ngẫu nhiên. - Ví dụ: khi làm thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của hai loại dung dịch khi nhiệt luyện thép, ta cần lưu ý lấy ngẫu nhiên các mẫu từ các lô vật liệu khác nhau, được gia công theo trình tự ngẫu nhiên. Cũng tránh thứ tự nhiệt luyện hết một loạt chi tiết trong một dung dịch này rồi mới chuyển sang dung dịch kia. - Bằng cách sử dụng nguyên tắc ngẫu nhiên, chúng ta đã bình quân hóa và do đó, làm giảm ảnh hưởng xấu của các sai số đo, các yếu tố nhiễu. Nói cách khác, ngẫu nhiên hóa cho mọi giá trị của mỗi nhân tố đều có cơ hội ngang nhau để bị ảnh hưởng của nhiễu. - Các phần mềm thiết kế thí nghiệm thường tạo các kế hoạch thí nghiệm với thứ tự ngẫu nhiên hóa. Nếu lập kế hoạch bằng tay, cần lưu ý xáo trộn các thí nghiệm và tiến hành theo một thứ tự ngẫu nhiên. 10 1.3.2. NGUYÊN TẮC LẶP LẠI - Theo nguyên tắc này, mỗi thí nghiệm cần được thực hiện ít nhất nhiều hơn một lần. - Ví dụ, khi làm thí nghiệm so sánh hai môi trường tôi khi nhiệt luyện mẫu thép, ta xét hai cách làm khác nhau. Ở cách thứ nhất, nhà thí nghiệm tiến hành tôi 2 mẫu, 1 mẫu trong dầu, một mẫu trong nước muối. Ở cách thứ hai, tiến hành tôi 10 mẫu, 5 mẫu trong dầu, 5 mẫu trong nước. Dễ thấy với cách thứ nhất, khó có thể kết luận chắc chắn là tôi trong môi trường nào tốt hơn – có thể kết quả thu được chứa đựng cả các sai số thí nghiệm, yếu tố ngẫu nhiên. Còn ở cách thứ hai, nếu độ cứng bình quân của 5 mẫu trong môi trường dầu cao hơn độ cứng bình quân khi tôi trong môi trường nước, có thể khẳng định một cách thuyết phục hơn. - Cần phân biệt hành động lặp lại với việc đo lại một vài thông số nào đó nhiều lần. Đo lại nhiều lần nhằm giảm sai số đo chứ không làm giảm các sai số nhiễu đến kết quả thí nghiệm. 1.3.3. NGUYÊN TẮC TẠO KHỐI - Thường được sử dụng khi số lượng thí nghiệm nhiều. Khi đó ta cần chia thành nhiều khối thí nghiệm. - Khối là một tập hợp các thí nghiệm có chung một hay một vài đặc tính nào đó. Trong mỗi khối, các thí nghiệm được thiết kế tuân thủ theo nguyên tắc lặp và nguyên tắc ngẫu nhiên. - Nói cách khác, thứ tự các thí nghiệm trong một khối được xáo trộn ngẫu nhiên; đồng thời các thí nghiệm trong khối được lặp lại và xư lý thống kê như trong một kế hoạch riêng. - Ví dụ, một vật liệu cung cấp cho sản xuất được nhập thành từng đợt. Để loại bỏ ảnh hưởng sự sai khác vật liệu giữa các đợt nhập vật tư, giữa các nhà cung cấp khác nhau, có thể chia thành nhiều khối thí nghiệm – mỗi khối chỉ bao gồm các mẫu từ một đợt nhập vật liệu hay một nhà cung cấp 11 1.4. CÁC LOẠI THÍ NGHIỆM - Thí nghiệm sàng lọc - Thí nghiệm so sánh - Thí nghiệm cải thiện quá trình (Thí nghiệm tối ưu hóa) 1.4.1. THÍ NGHIỆM SÀNG LỌC (Screening Experiment) Là thí nghiệm được tiến hành nhằm các mục đích sau: - Xác định đâu là yếu tố ảnh hưởng chính đến đối tượng hay quá trình cần khảo sát; - Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố; - Đánh giá mức độ ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố. Thí nghiệm sàng lọc thường khai thác các dạng thiết kế thí nghiệm toàn phần 2 mức khi số yếu tố thí nghiệm không lớn; hoặc thiết kế thí nghiệm riêng phần hay thiết kế thí nghiệm P-B. 12 1.4.2. THÍ NGHIỆM SO SÁNH (Comparative Experiment) - Thí nghiệm này thường được thực hiện để so sánh và đánh giá sai khác giữa hai nhóm đối tượng mẫu hay hai quá trình. - Có hay không sự sai khác giữa các nhóm đối tượng hay quá trình? Câu hỏi này thường đặt ra khi kiểm chứng một sản phẩm hay một quá trình mới. Chẳng hạn, một sản phẩm mới có thông số đặc trưng đo được trên các mẫu phân bố trong khoảng 200 đến 300. Sản phẩm cũ có thông số này phân bố trong khoảng 180 đến 310. Ta cần trả lời câu hỏi: Liệu thông số đặc trưng của hai loại sản phẩm có thực sự khác nhau đáng kể? Liệu sản phẩm mới tốt hơn sản phẩm cũ? 1.4.3. THÍ NGHIỆM TỐI ƯU HÓA - Thí nghiệm này nhằm tìm kiếm tập xác lập các yếu tố đầu vào sao cho đạt được giá trị tối ưu của đầu ra. - Thí nghiệm tối ưu hóa thường sử dụng dạng thiết kế thí nghiệm “BỀ MẶT CHỈ TIÊU” – RSM - Trong trường hợp hàm mục tiêu không có cực trị trong phạm vi khảo sát, thí nghiệm cho phép ta tạo các xác lập để đạt được giá trị xác định của hàm mục tiêu. 13 1.5. CÁC DẠNG THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM - Thí nghiệm một yếu tố - Thí nghiệm đa yếu tố - Thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu - Thí nghiệm Taguchi 1.5.1. THÍ NGHIỆM MỘT YẾU TỐ - Ơ ̉dạng thí nghiệm này ta chỉ khảo sát để đánh giá ảnh hưởng của một yếu tố đến hàm mục tiêu như thế nào. Yếu tố được xem xét có thể là ở dạng định tính hay định lượng. - Yếu tố định tính là yếu tố mà các cấp độ giá trị của nó không đo đếm được. Ví dụ, có hay không tưới dung dịch trơn nguội; ảnh hưởng của các loại đá mài khác nhau, loại vật liệu chi tiết .Thí nghiệm với yếu tố định tính chỉ cho phép đánh giá ảnh hưởng của yếu tố trong phạm vi được khảo sát đến hàm mục tiêu chứ không thể dự đoán được kết quả ở các cấp độ khác. - Các yếu tố định lượng là các yếu tố mà đặc tính thay đổi của nó có thể đo đếm được, chẳng hạn nhiệt độ, tốc độ cắt, lượng chạy dao, điện áp, điện trở Thí nghiệm với các yếu tố định lượng không những cho phép đánh giá ảnh hưởng của yếu tố đó đến hàm mục tiêu mà còn có thể dự đoán ứng xử của chi tiết, hệ thống, quá trình ở ngoài vùng đã khảo sát. 14 1.5.2. THÍ NGHIỆM ĐA YẾU TỐ - Trong thí nghiệm đa yếu tố, nhiều yếu tố có thể được đánh gia ́ một cách đồng thời. Mục tiêu của các thí nghiệm dạng này là đê ̉ xác định các yếu tố có ảnh hưởng mạnh nhất, đồng thời chỉ ra ảnh hưởng tương tác đồng thời của chúng đến hàm mục tiêu. Việc dự đoán giá trị hàm mục tiêu hay ứng xử của hê ̣ thống ở bên ngoài phạm vi gia ́ trị các yếu tô ́ được khảo sát cần được cân nhắc rất cẩn thận. - Các dạng thí nghiệm đa yếu tố thông dụng bao gồm:
Thi ́ nghiệm đa yếu tố tổng quát
Thi ́ nghiệm hai mức đầy đủ
Thi ́ nghiệm hai mức riêng phần
Thi ́ nghiệm Plackett-Burman 1.5.2.1. THÍ NGHIỆM ĐA YẾU TỐ TỔNG QUÁT - General Full Factorial Design - Mỗi yếu tố có thể nhận nhiều mức giá trị khác nhau - Các yếu tố có thể bao gồm cả định tính lẫn định lượng 15 1.5.2.2. THÍ NGHIỆM HAI MỨC ĐẦY ĐỦ - Two Level Full Factorial Design - Mỗi yếu tố chỉ được thay đổi ở hai mức giá trị - Chỉ cho phép xây dựng mô hình quan hệ ứng xử ở dạng bậc nhất - Thí nghiệm hai mức đầy đủ thường ký hiệu là thí nghiệm 2k , trong đó k là số biến thí nghiệm 1.5.2.3. THÍ NGHIỆM HAI MỨC RIÊNG PHẦN - Two Level Fractional Factorial Design - Là một dạng đặc biệt của thí nghiệm hai mức - Ở dạng thí nghiệm này, một số tổ hợp giá trị của vài yếu tố sẽ không được xem xét. - Thí nghiệm hai mức riêng phần được sử dụng khi số lượng các yếu tố là lớn, chi phí cho thí nghiệm cao. - Sử dụng thiết kế thí nghiệm hai mức riêng phần cho phép giảm số thí nghiệm cần thiết mà vẫn có thể đánh giá được các ảnh hưởng chính. - Thí nghiệm hai mức riêng phần thường ký hiệu là thí nghiệm 2k-p , trong đó k là số biến thí nghiệm 16 1.5.2.4. THÍ NGHIỆM Plackett-Burman - Thường được gọi là thí nghiệm P-B - Là một dạng đặc biệt của thí nghiệm hai mức riêng phần. - Thiết kế này do R.L. Plackett và J.P. Burman đề xuất - Thiết kế thí nghiệm P-B chỉ khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố chính mà không xét đến tương tác giữa các yếu tố 1.5.3. THÍ NGHIỆM TAGUCHI - Được thiết kế dựa trên ma trận trực giao Taguchi - Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố chính khi số lượng các yếu tố và chi phí thí nghiệm lớn - Các yếu tố có thể nhận không chỉ hai mức mà còn có thể nhiều hơn - Các yếu tố trong một kế hoạch thí nghiệm có thể nhận số mức giá trị khác nhau 17 1.5.4. THÍ NGHIỆM BỀ MẶT CHỈ TIÊU - Response Surface Design: Được sử dụng để xây dựng mô hình mô tả quan hệ giữa hàm chỉ tiêu với các biến thí nghiệm. - Quan hệ HÀM-BIẾN được mô tả dưới dạng một “bề mặt chỉ tiêu”, hay còn gọi là bề mặt đáp trị, bề mặt ứng xử, bề mặt đáp ứng - Với hàm 2 biến, ta dễ dàng hình dung ra quan hệ này có thể được biểu diễn dưới dạng một mặt cong trong không gian 3 chiều. - Khi số biến thí nghiệm nhiều hơn, mặt chỉ tiêu trở thành siêu mặt trong không gian đa chiều. - Nhờ xác định được quan hệ VÀO-RA giữa các biến thí nghiệm với hàm mục tiêu, ta có thể hoặc tối ưu hóa hàm mục tiêu hoặc xác định tập thông số vào để nhận được giá trị hàm mục tiêu như ý muốn. - Các thí nghiệm được thiết kế sao cho chúng cho phép ta xác lập được các ảnh hưởng tương tác và ảnh hưởng bậc cao của các yếu tố, từ đó có thể dựng được bề mặt ứng xử của đại lượng đang cần quan tâm. - Dựa vào kết quả thí nghiệm, ta xây dựng được mô hình hồi quy, hay còn gọi là mô hình thực nghiệm nhằm biểu diễn quan hệ VÀO-RA dướ dạng một hàm liên tục. - Có thể sử dụng hàm hồi quy nhằm dự đoán ứng xử của hệ thống, quá trình hay của đối tượng dưới các điều kiện đầu vào khác nhau. 1.6. TIẾN TRÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM - Phát biểu vấn đề - Xác định các yếu tố thí nghiệm - Lựa chọn hàm mục tiêu - Thiết kế thí nghiệm - Tiến hành thí nghiệm - Phân tích kết quả - Kết luận 18 1.6.1. PHÁT BIỂU VẤN ĐỀ Người nghiên cứu cần phát biểu thật rõ ràng vấn đề cần giải quyết. Cần xác định rõ mục tiêu nghiên cứu, ví dụ như: - Hiện tượng, đối tượng, quá trình nào cần khảo sát bằng thí nghiệm - Nghiên cứu nhằm mục đích gì: - Để hiểu rõ hơn quan hệ vào-ra của một quá trình mới? - Để so sánh, đánh giá một sản phẩm, một quá trình mới? - Để khẳng định lại các quan hệ đã được xác lập? - Để tối ưu hóa quá trình? - Để loại bớt các tác nhân gây mất ổn định cho quá trình, cho sản phẩm? 1.6.2. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THÍ NGHIỆM - Các yếu tố ảnh hưởng khi làm thí nghiệm thường chia thành 2 nhóm lớn: Nhóm các yếu tố thí nghiệm; Nhóm các yếu tố gây nhiễu - Các yếu tố thí nghiệm, còn gọi là các biến thí nghiệm, là các yếu tố mà nhà nghiên cứu muốn điều khiển giá trị của chúng một cách có chủ đích để xem xét kết quả thay đổi như thế nào. - Các yếu tố gây nhiễu là các yếu tố có ảnh hưởng đáng kể đến đối tượng nhưng ta không muốn tính đến chúng trong thí nghiệm - Sau khi đã xác định được các biến thí nghiệm, ta cần xác định khoảng thay đổi giá trị cho từng biến, các mức giá trị muốn xác lập cho từng biến khi tiến hành thí nghiệm. - Một nguyên tắc quan trọng là sử dụng số lượng mức giá trị thay đổi cho từng biến càng thấp càng tốt. Ở giai đoạn thí nghiệm sơ bộ để xác định các yếu tố chính, chọn khoảng thay đổi giá trị cho từng biến càng rộng càng tốt. Thêm nữa, cần xác định xem cách đo hay tính toán giá trị cho các biến này sao cho có thể có được các số liệu chính xác, phục vụ cho quá trình phân tích sau này. 19 1.6.3. LỰA CHỌN HÀM MỤC TIÊU - Cần cân nhắc và quyết định lựa chọn yếu tố đầu ra nào thực sự cung cấp các thông tin hữu ích về quá trình hay đối tượng đang cần nghiên cứu. - Cần xem xét liệu thông số đặc trưng của yếu tố này có thể đo được một cách thuận tiện hay không 1.6.4. THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM - Ơ ̉bước này, số lượng và trình tự các thí nghiệm