應用 JMP® 的實驗設計 (DOE)

實驗設計 (DOE) 是一種普遍使用的實驗方法,用於探索多個因子的機會空間,JMP 提供了世界一流且易於使用的設計與分析功能。

實驗方法論有許多應用,可以同時做到有效率、高效能地收集資訊。要找到輸入 (因子) 與輸出 (反應) 之間的關係或者為其建模,最好的方法是慎重地調整前者,接著檢視後者是否也發生了變化。根據預先規劃的設計積極地調整變因,是獲得有用新結論的最佳方法。

不過,如果有一個以上的因子 (現實世界的情況幾乎都是如此),那麼一次只變更一個因子的設計就無效了。為了正確找出多因子如何共同影響反應,你需要使用「實驗設計 (DOE) 」功能。

除了完整且經過驗證的經典 DOE 設計資料庫之外,JMP 也提供了創新的客製化設計功能,可為特定問題量身打造設計,不會浪費寶貴的資源。資料收集完成後,JMP 會高效地進行分析和建模,讓您輕鬆地查看反應模式、辨識活躍因子以及將反應最佳化。

古典設計

Ronald Fisher 首先介紹了 DOE 的四項原則:析因原則、隨機化、重複和區組化。但直到最近,產生 (然後分析) 設計並運用這些原則主要還是依靠人工計算。雖然有這種負擔,但超過 80 年來,從業人員仍發揮獨創力推出了一系列應用廣泛的設計系統,可應對具體的狀況和實驗目標。JMP 提供了您期望的所有經典設計類型,包括全因子實驗、篩選、反應曲面、混合和田口陣列。定義因子和反應之後,JMP 可讓您使用清單中選擇合適的設計,並提供了各種設計評估工具 (例如預測方差分佈圖和 FDS 圖),以在投入資源之前評估您的選擇。執行完成後,由於在設計過程中已將預先建構的 JMP 指令碼儲存在資料表中,因此分析非常直觀。

裂區設計

現實世界中,有些變量難以變更,例如工業烤箱的溫度或玉米田的位置。完全隨機的設計會要求在每次進行實驗後重設這類因子,但這種做法顯然不切實際,或是成本過高。最適合這種情況的設計實驗稱為裂區。JMP 現在支援在設計中加入共變數因子。 軟體可產生 I-最適裂區、雙重裂區和條區設計。JMP 會產生設計,並在包含實驗設計的表格中納入適當的隨機效應限制最大概似 (REML) 模型。

其他設計

即使反應本身沒有變量,DOE 仍然可以有效地找出在探索高維度因子空間的應用。為了因應這種情況,JMP 提供了空間填充設計,其通常使用高斯過程平滑器進行分析,可建立具有低預測偏差和變量的替代模型。JMP 也可以產生並分析選擇設計,以在其中要求消費者或使用者說明他們對替代品的偏好,包括價格因子 (如果需要)。最後,JMP 提供了適用於加速壽命測試和非線性模型的設計。如有需要,您可以透過其指令碼語言 JSL 在 JMP 加入更多設計系列。

客製化設計

您的目標若是要建立一個能將時間、預算和其他顧慮等特定參數列入考量的實驗設計,JMP 提供獨一無二的自訂設計工具,可以針對您的問題建構專屬設計 (運用最理想的設計),所以,您不必再為了制式的模型設計而感到綁手綁腳。

自訂設計工具一定會妥善運用您的實驗預算。使用這項工具的電腦設計可以幫助您運用同一套架構突破眾多挑戰。您可以在同一個設計當中納入連續、多層級、分類及混合因子,也可以指定更改高難度的因子,自動製作出適合的裂區設計、雙重裂區以及條區設計。

同時,您也可以定義因子條件、模型作用以及交互作用,並且在建構設計時加入中心點和重複分析。最後,自訂設計工具讓您能夠執行樣本量與檢定力計算,還能視覺呈現別名結構,這些都能輔助您透過豐富的設計診斷功能,判斷您在實驗方面的投資是否值得。

自訂設計工具讓您能夠更快更有效率地建構智慧型設計,讓您更省時省力之餘,也幫助您更完善地運用實驗資源。

確定性篩選設計 (DSD)

現在,您可以設計實驗,以區隔對回應產生重大效應的重要因子與反應微乎其微的瑣碎多數。如果因子的效應大幅彎曲,傳統的篩選設計可能會錯過此效應並篩去因子。而如果有兩個因子相互作用,則執行次數相似的標準篩選設計將需要進行後續實驗來解決不明確之處。JMP 現在支援集區設計。如果可以不進行後續實驗就能解決不明確之處,是不是很棒呢?只要使用確定性篩選設計,您就辦得到。

覆蓋陣列 (JMP Pro)

JMP Pro 現在包含設計涵蓋陣列用的工具,可以用於因子交互作用可能導致發生故障的測試應用。舉例而言,在軟體測試或開發中,執行一次實驗可能要花費數萬美元。您需要妥善設計您的實驗,以最低的成本和時間,盡可能提高找出缺陷的機率。「涵蓋陣列」正能讓您達成這個目標。當出現不合理的因子組合時,可以使用互動式的「禁用組合」精靈,從設計中自動排除這類因子設定組合。

有了 JMP Pro,您可以自行設計陣列,不需要仰賴他人為您建立實驗。您可以匯入任何由其他軟體產生的涵蓋陣列設計,然後將其進一步最佳化及分析結果。

軟體全方位的統計分析功能使 JMP Pro 優於單純的設計工具。事實上,它是唯一一款可同時使廣義迴歸模型擬合您所收集之資料的涵蓋陣列設計軟體。JMP Pro 可讓您以更低的成本進行更智慧的測試。

比較、評估與增強設計

設計診斷工具提供了強大的見解,供使用者探索您的設計及/或比較競爭設計的屬性。JMP 包含評估和比較設計的完整功能。您可以使用「評估設計」確定您的設計是否能偵測與反應中有意義的變化相關的效應、解決預測差異和估計精確度、獲得對混疊的見解,以及取得效率度量。您也可以使用「比較設計」輕鬆地比較最多三個競爭設計,並就執行次數/預算、功能、設計空間比例和其他有用指標進行權衡分析。如果您發現除了您在實驗中能正確偵測到的效應外,還有其他作用中的效應,您可以輕鬆地額外執行實驗以增強效果,已經收集的現有資料不會遺失。

最佳化與模擬

設計雖然重要,但只佔了 DOE 的一半。無論您決定要使用哪種設計,JMP 都會盡可能地簡化後續分析。包含您的設計的表格會視情形自動納入正確的指令碼來分析您的結果。您可以透過多個反應,使用選定的停止規則以逐步細分同時擬合不同的模型。建構您認為有用的模型後,JMP 的各種分析工具可讓您以互動方式加以處理,並視覺呈現可行的執行方案和因子設定點。無論您的問題有多複雜,只需按一下 JMP 內建的最佳化器,就可以在反應之間執行無法避免的權衡。掌握最佳方案後,您就可以使用內建的模擬工具來檢視該方案在實務中的效果。