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材料试验设计是材料、冶金、机械、矿物加工等工科类领域必备的研究手段，在化工、电子、建工建材、石油、交通、电力等领域有重要应用。全书共9章，第1章介绍了试验设计的概念和意义，试验的指标、因素与水平，试验设计的基本原则；第2章介绍了试验误差的来源及分析，包括误差的分类及表示方法、测量精度及误差的传递和分配；第3章主要介绍试验结果的处理和试验报告的编写；第4章介绍了方差分析，包括单因素方差分析、两因素不重复试验的方差分析及两因素等重复试验的方差分析；第5章介绍了回归设计与回归分析，包括回归模型的建立、一元线性回归分析及多元线性回归分析；第6章重点讨论单因素试验设计与分析，包括单因素试验设计的基本方法及在材料科学与工程中的实际应用；第7章主要介绍多因素试验设计与分析，包括多因素试验设计概述、分类及在材料科学与工程中的实际应用；第8章主要介绍正交设计，包括其原理、基本步骤及正交试验结果分析；第9章介绍均匀设计，包括均匀设计的基本思想、试验的安排、均匀设计的分析、均匀设计表的构造及均匀设计在材料学科中的实际应用。

第1章  试验设计简介	001
1.1  试验设计的概念与意义	001
1.2  试验设计的指标、因素与水平	002
1.2.1  试验指标	002
1.2.2  试验因素	003
1.2.3  试验水平	004
1.3  试验设计的基本原则	005
1.3.1  随机化原则	005
1.3.2  重复原则	005
1.3.3  局部控制原则	006
本章习题	007
第2章  试验误差分析	008
2.1  引言	008
2.2  误差的分类及表示方法	009
2.2.1  误差的分类	009
2.2.2  误差的表示方法	009
2.3  过失误差	011
2.3.1  过失误差的来源	011
2.3.2  过失误差的识别与处理	012
2.4  随机误差	016
2.4.1  随机误差的来源	016
2.4.2  随机误差的识别与处理	017
2.5  系统误差	023
2.5.1  系统误差的来源	023
2.5.2  系统误差的识别与处理	024
2.6  测量精度	032
2.7  误差的传递与分配	033
2.7.1  误差传递规律	034
2.7.2  误差传递公式的应用	038
2.7.3  误差的分配与应用	040
本章习题	044
第3章  试验数据处理	045
3.1  概述	045
3.2  参数估计	045
3.2.1  点估计	046
3.2.2  区间估计	047
3.3  假设检验	049
3.3.1  概述	049
3.3.2  一个正态总体的假设检验	053
3.3.3  两个正态总体的假设检验	056
3.4  方差分析	063
3.4.1  引言	063
3.4.2  单因子试验设计及其方差分析	063
3.4.3  两因子试验设计及其方差分析	084
3.5  回归分析	091
3.5.1  概述	092
3.5.2  最小二乘法原理	092
3.5.3  直线的回归	094
3.5.4  多元回归	097
3.6  试验数据处理常用软件	098
3.6.1  SPSS for Windows软件	099
3.6.2  SAS软件	099
3.6.3  Excel软件	101
3.6.4  DPS软件	101
3.6.5  MATLAB软件	102
3.6.6  Origin 软件	103
3.7  试验报告的编写	103
3.7.1  试验报告的分类	104
3.7.2  试验报告的特点	104
3.7.3  试验报告的结构	104
本章习题	110
第4章  方差分析	112
4.1  单因素方差分析	114
4.1.1  单因素方差分析简介	114
4.1.2  单因素方差分析的数学模型	114
4.1.3  单因素方差分析过程	115
4.1.4  单因素方差分析应用示例	117
4.2  两因素不重复试验的方差分析	118
4.2.1  两因素不重复试验数据的描述	119
4.2.2  平方和及其自由度的分解	120
4.2.3  两因素不重复试验的方差分析程序	123
4.3  两因素等重复试验的方差分析	124
4.3.1  交互作用的概念	125
4.3.2  考虑交互作用的方差分析	126
4.3.3  交互效应及因素效应的显著性检验	127
4.3.4  应用举例	132
本章习题	132
第5章  方差回归分析	135
5.1  引言	135
5.2  回归模型的建立方法	136
5.2.1  回归模型的一般形式	136
5.2.2  回归模型的建立过程	136
5.3  回归分析的主要内容及分类	141
5.3.1  回归分析的定义和特点	141
5.3.2  回归分析的主要内容	145
5.3.3  回归分析的分类	148
5.4  一元线性回归分析	151
5.4.1  一元线性回归方程的建立	154
5.4.2  一元线性回归方程的显著性检验	164
5.4.3  一元线性回归分析的具体应用	173
5.5  多元线性回归分析	183
5.5.1  多元线性回归方程的建立	185
5.5.2  多元线性回归方程的显著性检验	197
5.5.3  多元线性回归分析中各因素的重要性判断	203
5.5.4  多元线性回归分析的具体应用	209
本章习题	221
第6章  单因素试验设计	224
6.1  单因素试验设计概念	224
6.2  均分法	225
6.3  对分法	227
6.4  黄金分割法	229
6.4.1  黄金分割常数	229
6.4.2  黄金分割法试验	230
6.5  分数法	233
6.6  抛物线法	237
6.7  分批试验法	238
6.7.1  均分分批试验法	238
6.7.2  比例分割分批试验法	240
6.8  各种单因素优选法比较	240
6.9  单因素试验在材料科学与工程中的应用	241
本章习题	242
第7章  多因素试验设计	245
7.1  多因素试验设计概述与原则	245
7.1.1  多因素试验设计概述	245
7.1.2  多因素试验设计原则	246
7.2  两因素试验设计方法	248
7.2.1  对分法	249
7.2.2  从好点出发法	250
7.2.3  平行线法	251
7.2.4  两因素盲人爬山法	253
7.3  多因素试验设计方法	253
7.3.1  随机试验法	253
7.3.2  因素轮换法	256
7.3.3  拉丁方试验法	257
本章习题	260
第8章  正交试验设计	263
8.1  正交试验简介	263
8.1.1  正交表概述	263
8.1.2  正交试验设计的基本步骤	265
8.1.3  正交试验设计原理	268
8.1.4  正交试验结果的直观分析	269
8.1.5  考虑交互作用的正交试验设计	271
8.1.6  方差分析法	274
8.2  多指标试验	276
8.2.1  综合平衡法	276
8.2.2  综合评分法	278
8.2.3  水平不等的正交试验设计	280
8.3  混杂与混杂技巧	287
8.4  重复试验与重复取样的正交试验方差分析	288
8.5  直和法	293
8.6  直积法	298
8.7  正交试验设计的实际应用	303
本章习题	309
第9章  均匀设计	316
9.1  均匀设计简介	316
9.2  均匀设计的基本思想	317
9.3  试验的安排	322
9.4  均匀设计的分析	329
9.4.1  直接分析法	329
9.4.2  最小二乘回归分析法	330
9.4.3  偏最小二乘回归分析法	331
9.5  均匀设计表的构造	334
9.5.1  均匀设计表的结构	339
9.5.2  同余运算规则	339
9.5.3  构造均匀设计表的规则	340
9.6  应用均匀设计表的注意事项	342
9.6.1  如何确定各因素的考察范围	345
9.6.2  如何使水平少的因素与水平多的因素相适应	347
9.6.3  划分因素水平时要注意的问题	348
9.6.4  没有电子计算机时应用均匀设计考察工艺条件	349
9.6.5  试验次数为奇数时的均匀试验设计表的问题	350
9.7  均匀设计表的使用表的产生	351
9.7.1  均匀设计中安排因素的限制	351
9.7.2  Un（nm）使用表的布点原则	351
9.7.3  水平数为素数时使用表的产生	352
9.7.4  水平数为非素数时使用表的产生	353
9.7.5  如何选择均匀设计表及安排试验方案	355
9.8  配方均匀设计	357
9.8.1  配方均匀设计过程	357
9.8.2  有约束的配方均匀设计	359
9.9  均匀设计在材料科学与工程中的应用	362
9.9.1  均匀设计在混凝土胶凝材料强度确定中的应用	363
9.9.2  均匀设计在新型摩阻材料研制中的应用	366
9.9.3  均匀设计在新型胶凝材料配比确定中的应用	370
9.9.4  均匀设计在泡沫轻质材料研制中的应用	372
9.9.5  超声速电弧喷涂Ti-Al合金涂层结合强度与其
工艺参数之间的关系	373
9.9.6  均匀设计在其他领域中的应用	374
本章习题	376
附录	377
参考文献	389

材料工业是国民经济的基础产业，新材料是材料工业发展的先导，是重要的战略性新兴产业。在材料的科学研究与实际生产及应用中，需要进行大量的试验，以达到高质、优产、低消耗；特别是新材料试验，未知的东西很多，要通过试验来摸索工艺条件或配方。试验设计得好，会事半功倍，反之会事倍功半，甚至劳而无功。20世纪20年代，英国著名统计学家费雪（R. A. Fisher）为满足作物育种的研究需求，提出基于概率论和数理统计的随机试验设计技术及方差分析等一系列推断统计理论和方法。随着试验设计理论和方法的迅速发展，统计学家们发现了很多非常有效的试验设计技术。20世纪50年代，日本统计学家田口玄一将试验设计中应用最广的正交设计表格化，并用于工业过程的优化，为试验设计的广泛使用做出了众所周知的贡献。我国数学家华罗庚教授积极倡导和普及“优选法”，数学家王元和方开泰教授于1978年首先提出了“均匀设计”。这些试验设计的理论和方法在材料工业中获得了广泛的应用。本书立足材料科学研究中试验设计的方法与数据分析，重点介绍试验设计在材料科学中的应用，共分9章。
本书可作为材料、矿业、冶金、化工、环境、能源及机械类专业的本科生和研究生的教材或参考书，也可作为高等院校相关专业本科生毕业论文和研究生试验设计的指导用书，以及材料、冶金、矿业、能源等工科相关领域技术人员的参考书。
本书在编写过程中，力求文字精练、通俗易懂，尽量做到理论联系实际，使内容丰富、新颖、由浅入深；在突出理论知识的同时，注重实践性和实用性；在时效性方面，尽量反映材料试验设计中的新理论和新方法，体现新材料、新业态。
本书由杨华明教授统筹规划，由杨华明、李传常、李晓玉、刘赛男共同编写。第1章由杨华明、李传常编写，第2章、第3章由李传常编写，第4章、第5章、第9章由李晓玉编写，第6章、第7章、第8章由刘赛男编写。全书由李传常统稿，由杨华明最后审核定稿。本书编写过程中参阅了有关著作、教材、论文和资料，在此向相关文献的作者表示诚挚的谢意！电子工业出版社为本书的出版做了大量的工作，在此表示感谢！ 
由于编者水平有限，加之时间仓促，错误和不当之处在所难免，敬请读者批评指正。

编  者    
2019年3月20日

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