DPS分析玉米秸稈傳熱系數(shù)

孟藝瑋 陳麗梅 張程

摘 要：本文介紹了利用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行玉米秸稈板保溫性能的分析，舉例介紹了DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在實(shí)際使用時的操作過程，并得到在所選試驗(yàn)條件下編碼為-0.82601、0.98900、-1.68180時導(dǎo)熱系數(shù)取得極小值為0.03799W/（m2·K），進(jìn)行換算得到的各因素水平取值為0.76g/cm3、11.98cm、12.2%。DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)使用更簡單，可進(jìn)行異常值分析和多種形式的回歸分析，且分析結(jié)果較準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：DPS；玉米秸稈板；傳熱系數(shù)

中圖分類號：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180732003

引言

將玉米秸稈用于壓制秸稈保溫板，是農(nóng)業(yè)廢棄物有效利用的又一種途徑，符合綠色節(jié)能理念。保溫性的好壞是這一途徑實(shí)際意義大小的主要體現(xiàn)，可通過測量導(dǎo)熱系數(shù)得知，但有很多因素會對玉米秸稈板的導(dǎo)熱系數(shù)造成影響。為了科學(xué)合理的安排試驗(yàn)使試驗(yàn)工作達(dá)到又好又省的效果，利用了二次通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)。

多次的試驗(yàn)后得到了大量的數(shù)據(jù)，但是只通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)很難發(fā)現(xiàn)其中存在的一般規(guī)律，想探索各因素與導(dǎo)熱系數(shù)之間存在的數(shù)學(xué)模型需要進(jìn)行大量計(jì)算和分析，只有這樣才能透過數(shù)據(jù)表現(xiàn)看到數(shù)據(jù)中的客觀規(guī)律。傳統(tǒng)計(jì)算費(fèi)時費(fèi)力，隨著時代的進(jìn)步與發(fā)展，現(xiàn)階段常用分析軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，常用的分析軟件有DPS、SAS、SPSS、Excel 等。但SAS、SPSS、Excel有些是外國編制的軟件，使用不便；有些需要使用者編寫復(fù)雜函數(shù)；有些雖然有漢化版，但是統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)學(xué)模型模擬分析功能不全。而 DPS = Excel + SPSS，既有 Excel 那樣方便的在工作表里面處理基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)分析的功能，又實(shí)現(xiàn)了 SPSS 高級統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)[1-5]。

1 DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)介紹

DPS（ Data Processing System） 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，簡稱 DPS，是由浙江大學(xué)唐啟義教授研發(fā)。該系統(tǒng)設(shè)有多級下拉式菜單，用戶在使用時可逐級根據(jù)需要在菜單中做出選擇，絕大多數(shù)操作僅靠點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可完成，方便快捷，簡便易行[6]。

DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將數(shù)值計(jì)算、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、模型模擬已經(jīng)畫線制表等功能融為一體。DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的第1版于1997年出版發(fā)行運(yùn)行環(huán)境是直接寫屏的軟漢字DOS操作系統(tǒng)。隨著DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，其運(yùn)行環(huán)境為中文Windows 95/98視窗系統(tǒng)，集全屏幕編輯制表、試驗(yàn)設(shè)計(jì)及統(tǒng)計(jì)分析、多元分析、數(shù)值計(jì)算以及建立各種數(shù)學(xué)模型等多項(xiàng)功能為一體，用戶可以在本系統(tǒng)中找到自己使用的部分。

2 應(yīng)用方法

本次試驗(yàn)采用的是二次通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)[7-8]，選擇了3個試驗(yàn)因素。在用DPS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)時利用的是二次多項(xiàng)式回歸模型。先編輯定義數(shù)據(jù)矩陣，矩陣左側(cè)為試驗(yàn)設(shè)計(jì)編碼表，右側(cè)1列輸入試驗(yàn)結(jié)果，1行1個試驗(yàn)組合，然后將試驗(yàn)設(shè)計(jì)編碼表和試驗(yàn)結(jié)果一起定義成數(shù)據(jù)矩陣。執(zhí)行二次多項(xiàng)式回歸分析后，系統(tǒng)會提示您輸入1個極值，以作為系統(tǒng)優(yōu)化方案的臨界值，以計(jì)算極大值或極小值時對應(yīng)各因素的各個水平，最后輸出分析結(jié)果（本次試驗(yàn)分析玉米秸稈保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)，所以分析的為極小值）。

3 數(shù)據(jù)分析

本次試驗(yàn)因素水平見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表 2。

3.1 異常值檢測

在試驗(yàn)過程中往往會有一些異常的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的出現(xiàn)可能會對最終數(shù)據(jù)的分析產(chǎn)生影響，甚至得到錯誤的結(jié)果，所以需對異常值進(jìn)行檢測進(jìn)行剔除。在DPS 軟件中錄入數(shù)據(jù)；選中每一行的數(shù)據(jù)區(qū)域，將其定義為數(shù)據(jù)塊。再單擊菜單欄中的“數(shù)據(jù)分析”→單擊“異常值檢測”→選擇“格拉布斯（ Grubbs） 法”→選擇P值“0.05”→單擊“確定”按鈕→輸出“結(jié)果”（如圖1）。

3.2 回歸分析

要研究的變量之間常有相互關(guān)系，雖然并不一定是確定性的函數(shù)關(guān)系，但可以設(shè)法找出最能代表它們之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)形式即多元回歸方程。多元回歸系數(shù)的計(jì)算比較復(fù)雜，用 DPS 數(shù)據(jù)處理軟件可以方便的進(jìn)行回歸系數(shù)計(jì)算和回歸分析[9-11]。

具體操作步驟：選中數(shù)據(jù)單擊菜單欄“多元分析”→單擊“回歸分析”→單擊“二次多項(xiàng)式逐步回歸”→單擊“Yes”3次→單擊“OK”→選則“模型最小值”→單擊“確定”→單擊“畫圖”→分別選則“因子自變量1、2、3和綜合”依次畫圖，依次保存→保存好圖后點(diǎn)擊關(guān)閉，輸出結(jié)果：

Y=0.04645+0.00564X1-0.00466X2+0.00369X3+0.00369X12+0.00373X22+0.00139X32-0.00003X1×X2-0.00030X1×X3+0.00162X2*X3 （1）

采用DPS分析方法對（1）進(jìn)行分析對進(jìn)行失擬和回歸關(guān)系分析知，F(xiàn)失=F1=1.92503 F0.01=4.02，該方程R2=0.823，R=0.907，說明研究因素與導(dǎo)熱系數(shù)有明顯函數(shù)關(guān)系，可直接利用此方程進(jìn)行分析。

得到最低指標(biāo)時各個因素組合Y=0.03799，X1=-0.826，

X2=0.990，X3=-1.682。

3.2.1 實(shí)際值與擬合值對比

通過DPS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到實(shí)際值與擬合值的對比表如表4。

從表4可以看出通過DPS所得的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到的數(shù)據(jù)與實(shí)際試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)誤差較小，模擬效果很好，得到的數(shù)學(xué)模型具有實(shí)際意義。

3.2.2 主效應(yīng)分析

由于采用通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，3 因素編碼值的取值均限制在-1.682～ +1.682，在編碼的因子空間中處于完全平等地位，偏回歸系數(shù)（ bi ） 已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以方程（ 1） 的回歸系數(shù)可以直接反映該因子的作用大小，其符號則反映該因素的作用方向，由于本試驗(yàn)測量的是導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)該是取值小的效果好，從一次項(xiàng)的系數(shù)可知，各元素對試驗(yàn)指標(biāo)的影響大小。由（1）式知3因素對導(dǎo)熱系數(shù)的影響由大到小依次是：容重（X1）、玉米秸稈板厚度（X2）、碎秸稈濕度（X3），對導(dǎo)熱系數(shù)影響最大的為容重和厚度。該試驗(yàn)中一次項(xiàng)說明 3 因素在不同程度上對產(chǎn)量均有影響；方程的二次項(xiàng)系數(shù) b11 、b22 、b33 均為正值，表明前3種因素，用量過多時會造成秸稈板導(dǎo)熱系數(shù)升高，不能獲得預(yù)期的效果，因此，要達(dá)到較理想的傳熱性能需考慮各個因素合理取值。

3.2.3 單因素分析

采用降維法將（1）變?yōu)橐唤M單因素試驗(yàn)得到回歸子式模型為

容重：Y1=0.04645+0.00564X1+0.00369X12

厚度：Y2=0.04645-0.00466X2+0.00373X22

濕度：Y3=0.04645+0.00369X3+0.00139X32

4 結(jié)論

DPS與Excel 電子表格程序相比雖然不那么生動、直觀，但能提供方差齊性檢驗(yàn)和多重比較的程序。SPASS、SAS 等數(shù)據(jù)處理軟件雖然功能完善，但軟件是外文版本在使用上存在不便。DPS 數(shù)據(jù)處理軟件處理工作簡便易行，結(jié)果準(zhǔn)確。

DPS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件通過分析大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到擬合度較高的數(shù)學(xué)模型，有一定的實(shí)用價(jià)值。

利用DPS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可以分析異常值，進(jìn)行回歸分析得到試驗(yàn)因素與試驗(yàn)指標(biāo)間存在的相關(guān)關(guān)系。

通過分析可知影響保溫板導(dǎo)熱數(shù)的因素主次順序?yàn)槿葜兀?X1）、玉米秸稈板厚度（ X2 ） 、碎秸稈濕度（X3）。

利用DPS軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將得到的極小值編碼-0.82601，0.98900，-1.68180進(jìn)行換算得到的各因素水平為0.76g/cm3、11.98cm、12.2%，傳熱系數(shù)最小為0.03799 W/（m2·K）。

參考文獻(xiàn)

[1]朱海濤，陳黎，涂自良，等.DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)研究數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].醫(yī)藥報(bào)道，2006，25（4）：363-365.

[2]劉全國.DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在植保專業(yè)中的應(yīng)用[J].中國植保導(dǎo)刊，2013，33（02）：66-68.

[3]蘇國成，黃愛清，蔡慧農(nóng)，等.DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在L-鳥氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化中的應(yīng)用[J].食品科學(xué)，2006（10）：402-406.

[4]唐啟義，馮明光.DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)——實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分析及模型優(yōu)化[M].北京： 科學(xué)出版社，2006：1.

[5]李秀昌，韓曦英，孫健.利用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析[J].中國衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)，2010，27（2）：201，203.

[6]唐啟義.通用統(tǒng)計(jì)軟件 DPS研制與應(yīng)用[J].科學(xué)中國人，2004（9）：56.

[7]楊德.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002.

[8]任露泉.試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[9]聶蕓，周倩，屈曉清，李晉麗，丁之恩.二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)優(yōu)化茶皂素的提取工藝[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2010，36

（12）：190-194，199.

[10]郭新梅.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)及其DPS實(shí)施[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012（3）：40-41，44.

[11]徐偉，季索菲.DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在生物統(tǒng)計(jì)分析中的應(yīng)用[J].榆林學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，24（4）：24-27.

作者簡介：孟藝瑋，女，在讀研究生，研究方向：設(shè)施農(nóng)業(yè)過程控制與環(huán)境工程。