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发布日期: 09/18/2023

无先验数据的非线性设计的示例

使用“非线性设计”平台创建一个设计,以便对化学反应中的中间产品的分步产量建模。

创建设计

1. 选择帮助 > 样本数据文件夹,然后打开 Design Experiment/Reaction Kinetics Start.jmp

请注意以下情况:

该数据表不包含行,因为没有收集任何数据。

预测变量的列反应温度反应时间具有“编码”、“设计角色”和“因子更改”属性。要查看这些属性,请点击“列”面板中的 Image shown here。它们告知 JMP 在构造设计时如何处理这些预测变量。有关如何保存这些列属性的信息,请参见“列属性”

观测产量列将包含通过执行实验获取的响应数据。

产量模型列包含将预测变量与响应观测产量关联的公式。点击“列”面板中的 Image shown here 可查看公式。该公式对于参数 t1 和 t3 是非线性的。

2. 选择实验设计 > 特殊目的 > 非线性设计

3. 选择观测产量并点击 Y,响应

4. 选择产量模型并点击 X,预测变量公式

5. 点击确定

在本例中,使用“编码”列属性指定了反应温度为 510 和 540,反应时间为 0.1 和 0.3。或者,您可以直接在“因子”部分中指定值的合理范围。

6. 将参数 t1 的值改为 25 和 50,将 t3 的值改为 30 和 35。

这些新值表示针对实验情形的参数值的合理范围。根据在预测公式定义中指定的初始参数值构造默认值。有关构造公式的信息,请参见《使用 JMP》中的“在 JMP 中创建公式”

请注意,显示在“分布”下的 t1 和 t3 的先验分布默认设置为“正态”。

7. 在“生成设计”面板中将试验次数更改为 12。

图 24.2 已完成的反应动力学实验的部分 

Completed Sections for Reaction Kinetics Experiment

8. 点击制作设计

9. 点击制表

图 24.3 设计表 

Design Table

您的设计应与图 24.3 中所示的设计类似。试验顺序可能不同,反应温度反应时间值以及为产量模型计算出的值因此可能略有不同。请注意,值显示在产量模型列中,因为该列包含模型的公式。还请注意,表包含一个模型脚本,您可以使用它来对观测值拟合非线性模型。

现在您已创建了设计表、执行了实验并在观测产量列中记录了响应数据。位于 Design Experiment 文件夹中的数据表 Reaction Kinetics.jmp 包含设计的观测结果。

探索设计

在分析结果前,构造一个图来查看设计设置。

1. 选择帮助 > 样本数据文件夹,然后打开 Design Experiment/Reaction Kinetics.jmp

2. 选择图形 > 图形生成器

3. 反应温度拖放到 Y 区域。

4. 反应时间拖放到 X 区域。

5. 点击图形上的第二个图标以取消选择平滑线。

图 24.4 设计设置 

Design Settings

请注意点位于三个区域。没有点位于低温、时间长的区域(图形的右下角)。与正交设计不同,非线性设计不一定在设计区域的角落放置设计点。在本例中,位于低温、时间长的区域的设计点效率低下。

要查看其余三个角落中设计点的密度,请使用“等高线”工具。

6. 点击 Image shown here 以启用“等高线”工具。

7. 点击完成

图 24.5 包含密度等高线的设计设置 

Design Settings with Density Contours

请注意,有相对较少的点在时间短的高温区。从设计表,您可以看到只有两个这样的点。因为模型和参数规格,最优设计将更多设计点放置在时间长的高温区。

分析结果

您通过可视方式探索您的设计后,接着分析结果。

注意:您可以运行模型脚本,而不是执行第 1 步第 4 步

1. 选择分析 > 专业建模 > 非线性

2. 选择观测产量并点击 Y,响应

3. 选择产量模型并点击 X,预测变量公式

请注意,模型显示在“拟合定制公式的选项”面板中。

4. 点击确定

5. 在控制面板中点击执行

迭代搜索解的过程会持续进行,直到达到停止限值之一。之后,会显示“解”报表和“估计值的相关性”报表。

6. 点击“非线性拟合”红色小三角并选择刻画器 > 刻画器

7. 要最大化产量,请点击“预测刻画器”红色小三角并选择优化和意愿 > 最大化意愿

图 24.6 最大产量对应的时间和温度设置 

Time and Temperature Settings for Maximum Yield

估计的最大产量为 63.5%,此时反应温度为 540 度(绝对温度),反应时间为 0.1945 分钟。

需要更多信息?有问题?从 JMP 用户社区得到解答 (community.jmp.com).