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Design Expert预测值与实测差距很大要从哪里查 Design Expert模型验证与确认试验应怎样安排
发布时间:2025/12/30 16:51:18

  预测值与实测差距大,往往不是单一原因造成的,而是数据录入与单位、模型形式、残差结构、设计空间外推、以及批次漂移叠加后的结果。排查时不建议先改模型项或盲目加高阶项,应先把差距对应到具体Run,再用Design Expert自带的诊断图与ANOVA输出把问题定位到“数据问题”“模型问题”“过程漂移”三类,再决定验证与确认试验怎么补。

  一、Design Expert预测值与实测差距很大要从哪里查

 

  1、先确认差距对应的是哪几条Run而不是只看平均差

 

  点击【Design】→【Design Layout】按Run逐条对照Actual与Predicted,把差距最大的3到5条先标记出来,再去看这些Run是否集中在同一天、同一批次或同一操作者,先把“系统性偏差”和“偶发异常点”区分开。

 

  2、用【Predicted vs Actual】先判断是整体偏离还是少数点拉偏

 

  进入分析节点后点击【Diagnostics】→【Predicted vs Actual】,如果点整体偏离对角线,优先按模型形式或响应变换不合适处理;如果只有少数点远离对角线,优先按录入错误、异常操作、极端条件或影响点处理。

 

  3、用【Residuals vs Predicted】抓方差不恒定与漏掉的结构

 

  点击【Diagnostics】→【Residuals vs Predicted】,理想状态是残差随机散布且上下幅度基本一致;若出现漏斗形或明显弯曲趋势,通常提示需要做响应变换或模型结构不足,单纯增加重复次数未必能解决。

 

  4、对可疑Run查看影响度指标,先排除记录错误再谈建模

 

  点击【Diagnostics】→【Diagnostics Report】查看Cook’s Distance与Studentized Residuals等指标,若某条Run的Cook’s Distance相对其他点异常突出,优先回到原始记录核对称量、配方、单位与输入水平是否写错,避免用模型去拟合错误数据。

 

  5、核对预测点是否落在设计空间内,避免把外推当成失准

 

  当你用优化结果或手动输入条件做预测时,先在因子范围里核对是否超出了原设计的上下限;设计空间外的预测属于外推,差距变大并不意外,验证应改为补点而不是强行解释。

 

  6、确认差距是否其实落在预测区间允许范围内

 

  不要只看单个预测值,应该同时查看预测区间或样本均值的区间,如果实测均值落在区间内,说明模型在统计意义上仍可用,只是过程波动较大,需要用确认试验增加重复来缩小区间。

 

  二、Design Expert模型验证要优先核对哪些输出

 

  1、先看Predicted R-Squared与Adjusted R-Squared是否同向且差距可解释

 

  在【ANOVA】输出里检查Adjusted R-Squared与Predicted R-Squared,二者差距过大往往提示模型对新数据的预测能力不足,原因可能是模型项不合适、异常点影响过强、或数据噪声与结构未被捕捉。

 

  2、用PRESS定位“对单点敏感”的模型

 

  在【ANOVA】里查看PRESS相关信息,PRESS本质是逐点留一预测误差的汇总,若PRESS偏大且与少数高影响点有关,说明模型对某些Run高度敏感,确认试验应优先在这些区域做重复与复核。

 

  3、把Lack of Fit当作硬门槛而不是可忽略提示

 

  在【ANOVA】的Lack of Fit Tests里,如果缺失拟合显著,含义是模型对设计点的偏差远大于重复点之间的纯误差,继续拿该模型做响应预测风险较高,应先调整模型形式或增加必要的设计点。

  4、需要变换时用Box-Cox与残差图一起做决定

 

  当残差图呈现漏斗形或非正态,优先考虑响应变换而不是堆交互项;变换的目的不是让R平方更好看,而是让残差满足基本假设,从而让预测区间更可信。

 

  5、对模型项做收敛时遵循简化优先与可验证优先

 

  如果多个模型都能拟合,优先保留更易解释且能通过确认试验检验的模型,不要为了追求拟合把可疑项全部塞进方程,后续一旦换批次就容易失稳。

 

  三、Design Expert确认试验如何排期与执行

 

  1、确认试验至少覆盖最关心的点位而不是只做一个最优点

 

  通常建议包含三类点位:优化得到的目标点位、设计空间中心附近的稳态点位、以及对产品或工艺更敏感的边界点位;这样能区分是局部预测失准还是整体模型不足。

 

  2、每个确认点位安排n次重复,用均值去对比预测区间

 

  在同一设置下做多次重复,使用重复均值与对应的预测区间进行比较,重复次数越多,均值区间越窄,能更清晰判断差距来自随机波动还是系统性偏差。

 

  3、确认试验按区组组织,避免把时间漂移误判成模型问题

 

  如果确认试验跨天或跨批次,建议把当天或当批作为一个区组,区组内保持随机化执行,并在记录中保留Block信息;这样即便出现漂移,也能在分析中把批次影响从因子效应里剥离。

 

  4、把确认试验的测量系统核查放在前置环节

 

  确认试验开始前,用同一标准样或同一基准条件做1到2次重复,检查量具与采集链路是否稳定,避免确认失败其实是测量系统漂移导致。

 

  5、确认失败时按三段式处理而不是直接推翻DOE

 

  先核对输入水平与单位是否与Design Expert中的Actual Units一致,再核对该点是否处于设计空间内,最后再回到残差图与缺失拟合判断是否需要补点或改模型;把流程固定下来,团队复盘时也更容易对齐口径。

 

  6、把确认试验结果反写进模型管理,形成可追溯版本

 

  确认通过的点位与重复数据建议单独归档,并在模型版本记录里写明使用的设计文件、模型项、变换方式与确认结果;后续工艺条件变化时,能清楚知道差距是来自过程变化还是模型本身。

  总结

 

  预测值与实测差距大,优先用【Predicted vs Actual】与【Residuals vs Predicted】把偏差形态看清,再结合Predicted R-Squared、PRESS与Lack of Fit判断是数据问题、模型问题还是过程漂移。确认试验安排上,用多点位加重复、按区组控漂移、用均值对比预测区间,通常能把“差距大”的问题拆解成可验证、可修正的具体动作闭环。

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