簡介
反應曲面法 (Response surface methodology, RSM) 為結合數學與統計而延生出的方法,為最適實驗設計或作業條件的有利工具,於1951年,Box 和 Wilson 共同進行數學模式的建立與推導,而後普遍套用於電子、機械、農業、化學工業、生物科技、材料科學、食品科學及工業製程改善等各項研究領域中。
說明
反應曲面法在協助研究人員對科學系統或工業製程中最佳產品設計、製程改善、系統最佳化等問題提供一套分析、求解程式,大部分套用時機均屬工業性研究,尤其是當系統特性受大量變數影響狀況下最為適當。
歷史
1920 | R.A. Fisher 從基本的實驗設計技術的改進開始發展反應曲面法,並將農業及生命科學的實驗設計技術引進工業界。 |
1951 | Box 和 Wilson 共同進行數學模式的建立與推導開始。 |
1966 | Hill 和 Hunter 等相關研究下,其理論模式的建立與套用已趨於完整。 |
1966~1988 | 相關延伸的研究包含了探討模式的穩健性、可旋轉性、直交性、最佳化設計與自變數高度相關等因子實驗或混和實驗中常見問題,以及反應曲面法分析中之正規分析、脊線分析與雙反應曲面系統等。 |
1980 | 由於電腦模擬技巧套用於決策科學上漸受歡迎,反應曲面法亦成為分析複雜系統中重要影響變數的一項工具 |
2000至今 | 多反應值最佳化設計與多反應值共同最佳化問題成為反應曲面法研究的主流。 |
優點
經濟性原則:反應曲面法可以使用部分因子設計或特殊反應曲面設計(如混種設計等 (hybrid design)),以較少的實驗成本及時間獲得不錯且有效的資訊。
深入探討因子間互動作用影響:反應曲面法可以經由分析與配適模式來研究因子間的互動作用,並且進而討論多因子對反應變數影響的程度。
獲得最適化的條件:根據數學理論求得最適的實驗情況,同時利用配適反應方程式繪出模式三度空間曲面圖與等高線圖,觀察並分析出最適的操作條件。
減少模擬時間:可獲得模擬獨立變數與反應變數關係之數學模型,藉此將實驗次數及時間降低。
限制
在套用上主要存在下列二項限制:
只適用於連續性的系統,是假設所有反應值與獨立變數的量測刻度是連續性的。
影響系統之獨立變數(可控制和不可控制變數)是屬於計量性。