미니탭을 활용한 현대실험계획법

01_ 실험계획법의 개념 7

02_ 기초적 통계이론 27


03_ 일원배치법 67


04_ 반복이 없는 이원배치법 105


05_ 반복이 있는 이원배치법 143


06_ 다원배치법 177


07_ 분할법 217


08_ 상관과 회귀분석 257


09_ 요인배치법 307


10_ 교락법과 일부실시법 335


11_ 직교배열표에 의한 실험계획 371


12_ 반응표면 분석 실험 407


13_ 혼합물 실험계획 467


14_ 다구찌 실험계획 509

실험계획법이란 무엇인가
1) 실험계획법의 정의
실험계획법(DOE: design of experiments)이란 ‘실험에 대한 계획방법을 의미하는 것으로 해결하고자 하는 문제에 대하여 실험을 어떻게 행하고, 데이터를 어떻게 취하며, 어떠한 통계적 방법으로 데이터를 분석하면 최소의 실험횟수에서 최대의 정보를 얻을 수 있는가를 계획하는 것’이다.
실험계획법은 영국의 통계학자 R. A. Fisher가 로담스테드 실험 농장(Rothamsted Experimental Station)에서 작물 수확에 영향을 주는 주요 인자를 연구하기 위한 방법으로 구체화 하였다. 초기에는 주로 농업 실험에 적용되었으나 지금은 기계, 생물, 전자, 화학, 제약, 식품 등 다양한 산업에서 연구개발 및 품질개선 도구로 활용되고 있다.
실험계획법에 기본적으로 사용되는 용어들은 다음과 같다.



특성치(characteristic value): 실험에서 데이터의 형태로 측정되는 결과치
인자(factor): 특성치에 영향을 준다고 생각되는 무수히 많은 원인들 중에서 직접 실험에서 취급되는 원인
수준(level): 실험을 하기 위한 인자의 조건
반복(replication): 실험에 취급되는 인자들의 동일한 수준조합에서 2회 이상 실험이 행해지는 것



실험계획법의 간단한 예를 들어 보자. 어떤 염색공장에서 색상의 명암에 대한 고객의 요구를 충분히 만족하지 못하여 주문이 줄고 있다. 색상의 명암은 염색온도에 민감하게 좌우되므로 염색온도를 조정하여 주문에 따른 명암을 목표에 근접시키고 싶다. 이 경우에 명암은 특성치이고, 염색온도는 인자이며, 염색온도를 80℃, 85℃, 90℃ 등으로 바꾸어 실험한다면 이들 온도가 수준이다. 이들 수준에서 2회 이상의 실험을 한다면 반복회수가 2회 이상 있는 것이다.



2) 실험계획법의 목적
실험계획법을 사용하는 목적에는 다음과 같은 것들이 있다.



① 앞의 염색공장 색상 실험에서 본 바와 같이 인자(염색온도)와 특성치(명암)의 관계를 규명하기 위해서이다.
② 특성치를 가장 좋게 하는 인자의 최적조건을 구하기 위해서이다.
③ 어떤 특성치에 영향을 주는 인자가 많은 경우에 중요 인자를 선별하기 위해서이다.
④ 비교실험을 위해서이다. 예를 들어 새로운 진통제를 개발한 연구팀이 기존의 진통제 X, Y, Z와 새로 개발된 진통제간의 진통효과를 비교하고자 한다. 이를 위하여 비슷한 여건의 환자를 대상으로 각각의 진통제를 복용한 후 진통효과가 나타날 때까지 걸리는 시간을 측정하는 실험을 실시해서 진통제 간에 차이가 있는지를 보는 실험이다.