信噪比试验设计

信噪比试验设计亦称SN比试验设计。正交试 验设计的发展，是寻求最佳系统、最优产品和最适合条件的一种现代试验设计方法。信噪比试验设计是日本统计学家田口玄一于1957年在他的著作《试验设计法》 中提出来的。信噪比是指把接收到的全部输出分为信号和噪声两部分，这两部分之比称做“信噪比”，用于测量通讯 系统效率的高低，用η表示，即η=S/N=信号功率/噪声功率。η越大，表示通讯效果越好。在信噪比设计中，信噪比一般是指因子的主效应与误差效应的比值，用于计量和评价系统、产品的质量特性、动态特性及稳定性。信噪比试验设计的实施步骤 与正交试验设计基本相同1。

基本介绍日本学者田口玄一教授将SN比的概念引进试验设计，用于系统和产品的开发设计，用于质量管理。具体地说，就是用于解决系统、产品和工序的最佳动态特性与最佳稳定性，用于评价和改善计测仪器和计测方法的误差等问题。它在科研和生产中取得了极其显著的实际成效，并发展成为现代试验设计技术体系——SN比试验设计，成为试验设计发展道路上的第三个里程碑（见下文“关于试验设计方法”），为试验设计技术在工业界开辟了更为重要、更为广阔的应用领域。因此，首先在研究、设计领域内推广应用SN比试验设计技术，对于提高产品设计质量，改进产品技术经济指标，改善我国科研、设计队伍技术素质，无疑是十分必要的。

在信噪比试验设计中，SN比一般是指因素的主效应与误差效应的比值，仍沿用原来的记法，但通常是用变异系数

的倒数的平方来表示，即

式中 S——因素的主效应，相当于信号；

N——误差效应，相当于噪声；

m——总体均值；

——总体标准偏差；

——样本均值，即m的估值；

——样本标准差，即的估计值。

在实际计算中，通常取的10倍对数值。即所谓分贝值来表示SN比，即

可见，在SN比试验设计中，SN比实质上就是特性值的平均值平方与误差方差的比值。在一般机械工业中，式(2)为

=可靠性或稳定性或尺寸精度/

我们知道，均方差只反映波动的绝对量。但在系统设计、产品开发和质量管理中，实际上不少特性值其误差往往随着平均值的变化而变化，若平均值减少，则误差方差也有减小的倾向。例如输出电压减小时，误差方差也大多随之减小，特别是当输出电压变为零时，误差方差也为零。显然，均方差不能反映误差方差的

这种相对变化。由于表示系统和产品质量特性的稳定性程度，因此，提高质量与提高SN值是同义语。可见，SN比是表征误差方差这种相对变化的有效工具。实际应用表明，SN比是计测和评价系统、产品的质量特性、动态特性以及稳定性的科学方法2。

信噪比试验设计的特点与一般的正交试验相比，SN比试验设计具有以下几个特点：

1．引进了SN比的概念，并发展形成了SN比试验设计技术体系，突出了SN比的优点；

2．对因素的分类更细，主要分为控制因素、信号因素、标示因素、误差因素四大类，并提出了对信号因素与控制因素进行鉴别的方法；

3．对因素与指标间关系的非线性技术进行了开发，强调内表因素最佳水平的选择；

4．发展了内正交与外正交排列。

SN比试验设计内容丰富，方法较多，应用很广2。

关于试验设计方法试验设计方法是20世纪初产生的，最先应用于农业、生物学等方面。到了40年代将试验设计方法逐步推广到工业生产、科学研究和经济管理领域。

试验设计的内容丰富、发展迅速，大致经历了三个阶段：单因素和多因素方差分析法；传统的正交试验设计法；信噪比试验设计法(SN)与产品的三次设计法。信噪比试验设计法是试验设计方法中最为重要的，是对传统试验方法的发展和完善。它与方差分析法和正交试验设计法相结合，开辟了更为重要，更力广泛的应用领域。后来又创造出调优运算方法(EVOP)，并将其丧格化和程序化。

国内外经验表明，在工业试验中应用试验设计法取得了显著的经济效益。二次大战后，日本工业生产飞跃地发展的原因之一，就是在工业领域里普遍推广、应用试验设计法。近几年来，我国外多工厂企业应用试验设计法也取得了十分显著的效果。试验设计法不仅能用于技术性领域，即实物性试验，也能用于非技术性领域，即非实物性试验。如生产计划、产品销售、事物管理等多方面3。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所