在做工艺优化、配方调整或者实验条件筛选时，很多人会遇到Design Expert响应面设计怎么建立，Design Expert响应面因素水平怎么设置这两个问题。表面上看，响应面设计只是用软件生成一张实验表，但真正影响结果的，往往是前期因素有没有选准、水平范围有没有设稳、响应值能不能准确测量。在使用Design Expert之前，需要先把实验目的、设计类型、因素边界和实际可操作条件都理清楚，再进入软件建模。

　　一、Design Expert响应面设计怎么建立

　　把实验表生成出来，这并不是做响应面设计的全部，前期筛选好的那些核心因素，被放进一个大致的范围里，再通过模型把因素相互作用和曲面趋势看清楚，这才是它的作用；通常遇见的类型有Central Composite、Box-Behnken和Optimal等，二次曲面拟合经常用到CCD，工艺优化的事情用它比较合适。

　　1、确定实验目的和响应值

　　在建立设计之前，优化目标需要被明确下来，产率的提高、杂质的降低、或者强度的提升，这些都是目标，让好几个指标同时变好也是可以的；响应值需要被稳定地测出来，主观的判断不能用来代替数据，否则在后面由软件进行方差分析、模型拟合以及预测优化的时候，数据的准确性就会受影响。

　　2、选择响应面设计类型

　　在Design Expert软件被打开之后，新设计就可以被建立，合适的方案要在响应面类别里被选出来；常规的二次模型拟合，用Central Composite Design比较多；三水平的因素设计，往往会选Box-Behnken Design，它的实验点一般不会把所有因素同时放在极端的组合上；如果实验的地方有要求，或者某些条件没办法组合，Optimal Design就可以被考虑；在Box-Behnken的界面里，连续的数值和分类的因素也是有区别的，所以在建模型之前，因素类型需要被分清楚。

　　3、填写因素数量和响应数量

　　设计页面被进入以后，因素的数量和响应的数量就要被填进去；这里需要注意的是，温度、时间还有浓度这些能连续变动的东西，通常被当成数值因素；而设备的型号、材料的批次、处理的方法这些不能连续调的东西，则更适合被当成分类因素；为了让表格好看就把分类的东西硬写成1、2、3，这种做法是不对的，后面解释模型的时候会很别扭。

　　4、生成实验方案并检查运行表

　　因素和水平被填好以后，实验的运行表就会被软件弄出来；这个表不能直接拿去用，有几件事必须要检查：实验的次数能不能接受，中心点多不多，随机的顺序有没有被打开，实际做不出来的组合是不是存在；特别是温度、压力、浓度和比例这些东西，只要表里出现一个超出边界的数，设计阶段就得重新回去改。

　　5、录入结果并进行模型分析

　　实验做完以后，响应值要被录到对应的行里面，然后模型的分析才能开始；模型显不显著、失拟项、R²、调整R²、预测R²、残差图、等高线图和三维响应面图，这些都是要看的；不能只盯着P值是不是小，模型出来的趋势和工艺常识一不一致也需要被注意；如果软件推荐的最优点刚好在边界上，这就需要被留心，真实的最好点可能在范围外面，或者因素水平定得不对。

　　二、Design Expert响应面因素水平怎么设置

　　在响应面里，因素水平的设置经常被低估；软件虽然把实验点排出来了，但是设备能不能稳住温度，或者浓度高了以后样品会不会坏，软件是不知道的；所以低水平、高水平还有中心点，最好是有以前的数据作为参考，不能凭感觉瞎填。

　　1、先确定每个因素的可操作范围

　　水平设置之前，每一个因素的实际边界都要被列出来；比如最低和最高的温度是多少，超过多少度样品会坏；时间太短的话反应够不够，太长了会不会有别的反应；浓度高了会不会有东西掉出来、结晶，或者影响后面的测定；可能出现最好结果的区域要被响应面覆盖到，但是不能把明显做不了的范围放进去。

　　2、低水平和高水平不要设得过宽

　　低水平和高水平并不是越宽越好；范围太宽的时候，实验结果会有奇怪的摆动，模型也会被这些不对的点给带偏；范围太窄的时候，响应的变化又看不出来，曲面的趋势就很难被模型判断出来；比较稳的办法是，把单因素实验里好用的范围当成中心，再往两边稍微挪一挪。

　　3、中心点要选在稳定区域

　　把低水平和高水平加起来除以二，这并不就是中心点；它最好是一个实际能稳住、能重复的工艺条件；实验的误差在响应面里经常靠中心点来估算，曲率的存在也可以靠它来判断；如果中心点自己就晃动得厉害，后面出现失拟项显著、残差不好看，这就不是软件的问题，而是实验本身不稳。

　　4、CCD设计要检查轴点是否超范围

　　在使用Central Composite Design的时候，轴点是要被特别注意的；在某些CCD方案里，原先设好的高低水平会被轴点超过，旋转设计经常会遇到这种事；运行表出来后，实际的条件要被逐行检查；如果轴点超出了机器的能力或者安全的边界，面心CCD就可以被考虑，或者因素范围要被重新动一动，不能硬着头皮做。

　　三、因素水平设置后怎么判断是否合理

　　设计被Design Expert弄出来以后，人工的检查也是需要的；统计的设计和实际的实验在响应面里是结合在一起的，不能只听软件的，也不能只靠经验把模型的检查漏掉。

　　1、看实验点能不能全部执行

　　出来的表格要从头到尾看一遍，每一行是不是都能按实际条件做完，这是要确认的；如果有些点在现场弄不出来，或者做出来的东西明显不能用，提前的调整就是必要的；不能实验做了一半才发现有些组做不了，数据缺了以后，模型的分析就会很被动。

　　2、看因素之间是否存在联动限制

　　有些因素看起来是独立的，实际却互相卡着；比如温度高了以后时间就不能长，浓度高了搅拌也得换，配比动了总数还得固定；这种情况出现后，单纯按低中高的格子来排表是不行的，受限制的区域需要通过约束条件或者Optimal Design来弄。

　　3、看响应值测量是否稳定

　　正式做之前，几组中心点的重复实验可以先试一试，响应值晃动大不大是要看一看的；如果一模一样的条件出来的结果差很多，后面模型再怎么弄，实验的误差也会被当成因素的影响；在生物、材料实验和复杂的工艺里，这个问题经常有，检测的方法、样品的批次和操作的条件都需要被提前管好。

　　总结

　　Design Expert响应面设计怎么建立，Design Expert响应面因素水平怎么设置，核心的事情其实就两个：第一是实验目的和设计类型要对得上，第二是真实工艺的边界要和因素水平合得来；在建响应面的时候，Central Composite、Box-Behnken、Optimal这些方案是可以被选的；在设水平的时候，低水平、中心点、高水平和轴点也需要被一个个检查；只要前期的因素范围定得死、实验点能做、响应值能测得准，后面的模型分析和优化结果才算有用。