13주차 정리 - 실험계획법 소개, 원리, 순서

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실험 계획법 소개

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실험계획법 이란?

 

실험 결과에 영향을 미치는 인자의 파악과 인자의 수준을 파악하기 위하여 실험을 설계하고, 자료를 수집하고,
분석하는 통계적인 분석 방법

 

 

실험을 할 때 인자가 필요하고 인자는 여러 개의 수준으로 나눠서 생각해야 한다. 이 때 인자는 어떤 것인지 또 인자의 수준은 무엇을 이야기 하는 것인지에 대해 설명을 하도록 한다.

 

실험계획법

 

실험계획법은 현대에 와서 유용해진 통계적 분석 방법이다. 모든 학문분야에서 사용하고 있고 대부분의 기업에서도 우수한 제품을 생산하기 위해, 개선하기 위해 이 실험 계획법을 활용하고 있다.

 

실험계획법에서는 통제가 가능한 입력인자와 측정 가능한 출력인자 간의 변환함수를 

 

 

‣효과적이고 효율적으로 결정할 수 있는 계획 설계 데이터 수집 분석 결과 해석 방법 등을 모두 포함하는 개념

 

‣실험의 목적 만족과 적절한 성과물 획득을 위해 가장 많은 정보를 가장 효율적으로 얻을 수 있는 일련의 실험 조건을 결정하는 실험 전략

 

최소의 실험으로 실험의 목적을 만족해야한다.

 

인자(Factor)와 수준(Level)

 

 

 

각 인자에 수준이 실험 개체에 전달이 되고 실험 개체는 그것들에 대해 반응을 하면서 값을 내주게 되는데 그것을 반응값(response)라고 이야기한다.

 

실험개체가 존재하고 이 실험 개체의 인자와 수준이 적용이 되고 실험 개체는 그것을 받아서 아웃풋으로 결과를 내게 되는데 그것을 실험 결과라 한다.

 

그런데 똑같은 인자의 수준을 받더라도 실험결과는 항상 같지 않고 조금씩 달라지는데 이를 오차가 포함되어 있다고 말한다.

 

실험 계획법에 의한 결과

 

최대 수율의 조건을 찾는 외에도 수율과 인자 간의 관계에 대한 많은 정보를 얻을 수 있음.

 

실험계획을 잘 수립하면 한번의 실험에 많은 정보를 수집할 수 있으며 실험계획이 없는 경우 매번 필요한 결과를 얻기 위해 비효율적이고 비경제적인 행위를 반복하게 됨

 

실험계획법의 주요 목적

 

1) 검정과 추정의 문제

 

평균값이 얼마가 나왔는지 그 영향이 양적으로 얼마나 크게 할 수 있는 것인지 등등 추정과 검정 문제로 갈 수 있다.

 

2) 오차항의 추정 문제

 

 

 

3) 최적조건의 결정 문제

 

예로 라면 봉지에 조리법이 나와 있음을 알 수 있다.

 

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실험계획법 원리

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실험계획법을 적용하기 위해서는 기본 원리가 있다. 실험 계획법의 기본 원리를 지키지 않았을 때 객관적으로 실험 결과에 대한 해석이나 분석 결과를 신뢰받지 못한다.

 

1) 랜덤화의 원리(principle of randomization)

 

정해진 인자 외에 기타 원인들의 영향이 실험결과에 유의한 영향을 미치는 것을 방지하기 위한 방안

 

 

2) 반복의 원리(principle of replication)

 

반복을 함으로써 오차항의 자유도를 크게 하고 이로 인해 오차분산의 신뢰도와 실험결과의 신뢰성을
높일 수 있는 방안 

 

단순회귀 분석에서 분산분석을 다룬적이 있는데 그 때 오차항의 자유도가 커지면 오차항의 분산이 줄어드는데 줄어들기 때문에 귀무가설과 대립가설을 검증할 때의 변별력을 높일 수 있다 또한 신뢰구간을 구할때 짧은 구간으로 높은신뢰도의 구간을 찾아내는데에 도움이 되며 실험을 할때 반드시 반복을 해야한다.

 

 

3) 블록화의 원리(principle of blocking)

 

실험환경을 시간적, 공간적으로 분리하여 하나의 인자로 블럭화하여 구성함으로써 좋은 결과를 얻기 위한 방안

(블록킹은 조건이 비슷한 것끼리 그룹핑한다는 것으로 이야기한 것)

 

 

 

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실험계획법의 순서

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제일 중요한 것이다. 논문을 쓸 때 연구 배경, 연구 목적이다. 연구 목적을 달성하기 위해 어떤 연구를 하겠다는 연구내용 어떤 방법으로 하겠다 연구 방법을 서론에서 사용하게 된다 따라서 실험 계획을 수행할 때도 실험 목적이다.

 

따라서 실험 목적에 맞는 반응 값 특성값을 선택을 한다.

 

그리고 반응 값에 영향을 주는 인자는 무엇이 있으며 그 인자의 수준은 어떤 것으로 하는것이 좋을까를 선택해야 한다. 이럴때 추천하는 인자수는 3~5 정도만 고려, 인자 수준도 보통 3~5정도로 한다.

 

실험을 어떻게 배치할 것이며 실험 순서를 어떻게 할 것인지 랜텀화 하는것으 결정해야 한다 

 

실험을 실시, 실시 후 반응값을 측정하여 데이터 수집과 분석

 

그런 다음 분석 결과를 해석하고 조치를 취해서 목표했는 실험 목적과 잘 맞는지 보는 것이다.