Minitab在選煤試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用

趙志國(guó)

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

Minitab在選煤試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用

趙志國(guó)

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

Minitab具有強(qiáng)大的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析功能，可快速、準(zhǔn)確、可靠地完成正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析處理，對(duì)于選煤實(shí)際生產(chǎn)中涉及的多因素試驗(yàn)的快速設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析具有明顯地推動(dòng)作用，對(duì)提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本具有重要意義。以煤炭灰化條件試驗(yàn)為例，詳細(xì)說(shuō)明Minitab在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析處理中的應(yīng)用。

選煤；Minitab；試驗(yàn)設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)分析

在選煤實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高設(shè)備的工藝效果，改善選煤的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，往往需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的、系統(tǒng)的計(jì)算和定量分析，從而獲得真實(shí)的、準(zhǔn)確的工藝指標(biāo)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。選煤實(shí)際生產(chǎn)中涉及的多因素試驗(yàn)較多，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法是研究與處理多因素試驗(yàn)的一種科學(xué)方法，其試驗(yàn)點(diǎn)具有“均衡分散”和“整齊可比”的特點(diǎn)，可以較少的試驗(yàn)次數(shù)完成多因素的全面試驗(yàn)[1]。目前，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法是最常用的試驗(yàn)方法之一，已廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

如何快速地進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析處理，并確定最優(yōu)工況參數(shù)，是選煤生產(chǎn)試驗(yàn)和科學(xué)研究人員十分關(guān)心的問(wèn)題。目前，選煤試驗(yàn)數(shù)據(jù)主要采用Excel法處理，但該方法需建立數(shù)據(jù)處理表，針對(duì)不同正交試驗(yàn)表，還需建立若干工作表，程序十分繁瑣，工作效率低下。

Minitab軟件是世界上著名的數(shù)據(jù)分析軟件，具有強(qiáng)大的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析功能。該軟件的田口設(shè)計(jì)(Taguchi design)模塊可快速、準(zhǔn)確、可靠地完成正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析處理，并能提供可視化分析結(jié)果[2-6]。采用Minitab可輕松地完成選煤實(shí)際生產(chǎn)中相關(guān)的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析處理，并能簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)分析處理中繁瑣復(fù)雜的計(jì)算，快速、準(zhǔn)確地確定最佳工藝方案和最優(yōu)工況參數(shù)。以煤炭灰化條件試驗(yàn)為例，詳細(xì)闡述Minitab在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析處理中的應(yīng)用，為選煤正交試驗(yàn)的快速應(yīng)用添加動(dòng)力。

1 煤炭灰化條件試驗(yàn)設(shè)計(jì)

針對(duì)煤炭灰化條件對(duì)灰化結(jié)果的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，并采用Minitab的田口設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析處理。

為了考查升溫方式(A)、通風(fēng)方式(B)、最終溫度(C)三個(gè)因素對(duì)煤炭灰化結(jié)果的影響，每個(gè)因素取兩個(gè)水平，通過(guò)試驗(yàn)研究各因素對(duì)灰化結(jié)果(以灰分作為評(píng)價(jià)指標(biāo))影響的主次順序、最佳灰化條件、因素的顯著性[7]。因素水平表如表1所示。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels table

1.1 正交表的選擇

根據(jù)試驗(yàn)的水平數(shù)，綜合各因素及其交互作用來(lái)確定正交表，即所選取的正交表的總自由度必須大于所考查的試驗(yàn)因素及其交互作用的自由度之和。

煤炭灰化條件試驗(yàn)除了考查升溫方式、通風(fēng)方式、最終溫度三個(gè)因素的影響外，還要考查各因素之間的交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響。各因素及其交互作用的自由度之和為6，所以選擇L8(27)正交表。

1.2 試驗(yàn)方案的確定

根據(jù)所選正交表和試驗(yàn)因素、水平，采用Minitab進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)[2,8-10]，設(shè)計(jì)參數(shù)如圖1所示。依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)得到確定的試驗(yàn)方案，依此進(jìn)行試驗(yàn)，兩次試驗(yàn)的灰分均值如表2所示。

圖1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)Fig.1 Orthogonal design parameters

表32 正交試驗(yàn)方案及其試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal test program and result

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理

2.1 Minitab直觀分析

在Minitab的“分析田口設(shè)計(jì)”對(duì)話框中點(diǎn)擊“選擇”(圖2)，確定要評(píng)價(jià)的試驗(yàn)指標(biāo)。

圖2 直觀分析指標(biāo)選取Fig.2 Visual analysis of indicators selection

在“分析”項(xiàng)中選擇顯示相應(yīng)表中的“均值”，并設(shè)定分析的“選項(xiàng)”。煤炭灰化試驗(yàn)要求試驗(yàn)指標(biāo)越小越好，故選擇“望小”。點(diǎn)擊“確定”進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，均值分析結(jié)果如表3所示，均值主效應(yīng)圖，即灰分均值與各因素的關(guān)系趨勢(shì)圖如圖3所示。

表3 均值響應(yīng)表Table 3 Mean response table

由表3可知：因素B對(duì)灰分影響最大，其次是因素A，最后是因素C，故試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的主次順序?yàn)橥L(fēng)方式、升溫方式、最終溫度。

圖3 均值主效應(yīng)圖Fig.3 Mean main effect diagram

灰分越低，灰化越完善，灰化效果越好。由圖3可知：最佳灰化條件的組合方案為因素A取水平1、因素B取水平2、因素C取水平2，即因素水平的最佳搭配為A1B2C2，這與表2結(jié)果一致。

通過(guò)表3的極差可以直接判斷各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的主次地位，由圖3可直觀的得到因素水平的最佳組合方案[9-10]，但直觀分析無(wú)法直接判斷交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的主次順序。

2.2 Minitab方差分析

將C4灰分指標(biāo)錄入“響應(yīng)” 欄，各因素作為固定因子錄入“模型” 欄，在“一般線性模型”中添加交互作用項(xiàng)(圖4)，并在“結(jié)果顯示”中選擇“方差分析表”，從而得到方差分析結(jié)果(表4)。

圖4 方差分析步驟Fig.4 Analytical procedure of variance

表34 方差分析結(jié)果Table 4 Result of variance analysis

注:“***”表示非常顯著,“**”表示顯著,“-”表示不顯著。

由統(tǒng)計(jì)量分布表可得[1,7]：F0.01(1,7)=12.20，F(xiàn)0.05(1,7)=5.59，F(xiàn)0.10(1,7)=3.59。因?yàn)镕A、FB、FC>F0.01(1,7)，F(xiàn)0.05(1,7)

3 結(jié)語(yǔ)

利用Militab的田口設(shè)計(jì)模塊對(duì)煤炭灰化試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析處理，能夠快速、直觀、準(zhǔn)確地確定各因素對(duì)灰化結(jié)果影響的主次地位，進(jìn)而確定最佳灰化條件。Minitab設(shè)計(jì)分析簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確，工作量小，不僅可用于選煤試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析處理，還可用于其他領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)，對(duì)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本具有重要意義。

[1] 邱軼兵．試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M]．合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2008：1-277.

[2] 趙志國(guó)．新型橢圓等厚篩研究[D]．淮南：安徽理工大學(xué)，2012：51-62．

[3] 劉元江，繆經(jīng)緯，陳景勇，等．統(tǒng)計(jì)軟件在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，4(3)：45-47．[4] 吳令云，吳家祺，吳誠(chéng)鷗，等．MINITAB軟件入門(mén)：最易學(xué)實(shí)用的統(tǒng)計(jì)分析教程[M]．北京：高等教育出版社，2012：1-288．

[5] 閔亞能．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)應(yīng)用指南[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011：1-543．

[6] 曾鳳章，趙 霞．田口方法及其標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2003(11)：7-9．

[7] 劉炯天，樊民強(qiáng)．試驗(yàn)研究方法[M]．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2006：59．

[8] 馮 鑫．Minitab在正交設(shè)計(jì)優(yōu)選中藥提取工藝中的應(yīng)用[J]．安徽中醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，26(6)：49-51．

[9] 毛 君，尹 航，崔 闖，等．基于Minitab確定最佳參數(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J]．煤礦機(jī)械，2008，29(8)：14-16．

[10] 趙 偉，陳 晨，劉 倩，等．利用Minitab優(yōu)化耐高溫淀粉酶發(fā)酵培養(yǎng)條件[J]．中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，41(5)：1652-1657．

Application of Minitab in experiment design and data analysis of coal preparation

ZHAO Zhi-guo

(China Coal Technology & Engineering Group Beijing Huayu Engineering Co., Ltd.,Beijing 100120, China)

Minitab has powerful functions of experimental design and data analysis, and it could be fast, accurate and reliable on orthogonal experiment design and data analysis, playing obvious role in promoting fast experiment design and accurate data analysis of multiple factors involved in actual coal preparation.Furthermore it will be of great significance to improve production efficiency and reduce cost.Taking test of coal ashing conditions for example, the application of Minitab in orthogonal test design and data analysis is described in detail.

coal preparation; Minitab; experiment design; data analysis

1001-3571(2015)03-0078-03

TD948.9

A

2015-04-02

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.022

趙志國(guó)(1986—)，男，四川省三臺(tái)縣人，助理工程師，碩士，從事選煤工藝設(shè)計(jì)工作。

E-mail：herozhiguo@163.com Tel：15110002968