کاربرد آمار و طراحی آزمایش ها در رشته های علوم و مهندسی شهره فاطمی (3779) انتشارات دانشگاه تهران

معرفی کتاب کاربرد آمار و طراحی آزمایش‌ها در رشته‌های علوم و مهندسی انتشارات دانشگاه تهران

کتاب «کاربرد آمار و طراحی آزمایش‌ها در رشته‌های علوم و مهندسی» تالیف دکتر شهره فاطمی (استاد تمام دانشکده مهندسی شیمی پردیس دانشکده‌های فنی دانشگاه تهران) و مائده سلماسی، از مراجع معتبر، جامع و کاربردی دانشگاهی در زمینه آمار مهندسی و روش‌های سیستماتیک طراحی آزمایش (Design of Experiments - DOE) است که توسط انتشارات دانشگاه تهران به چاپ رسیده است.

امروزه در طرح‌های پژوهشی، پایان‌نامه‌های تحصیلات تکمیلی و صنایع تولیدی و فرایندی، دستیابی به بالاترین کیفیت با حداقل زمان و هزینه از اهمیت بنیادین برخوردار است. متدولوژی طراحی آزمایش‌ها ابزاری قدرتمند است که به محققان و مهندسان امکان می‌دهد با اجرای کمترین تعداد آزمایش، بیشترین اطلاعات معنادار را استخراج کرده، اثر عوامل موثر و برهم‌کنش‌های آن‌ها را مدل‌سازی نموده و شرایط بهینه فرایند را تعیین کنند. این کتاب با پیوند دادن مفاهیم ریاضی و آماری به مسائل واقعی صنعت و آزمایشگاه، راهنمایی منسجم برای تحلیل داده، مدل‌سازی تجربی و بهینه‌سازی پارامترها فراهم آورده است.

ساختار و سرفصل‌های اصلی کتاب:

کتاب در دو بخش کلی و به‌صورت گام‌به‌گام تدوین شده است:

بخش اول: آمار

• فصل اول: آمار توصیفی (پارامترهای مرکزی شامل میانگین، میانه، نما و چارک‌ها؛ پارامترهای پراکندگی شامل دامنه، واریانس، انحراف معیار و ضریب پراکندگی؛ جدول توزیع فراوانی، چولگی و کشیدگی)
• فصل دوم: احتمال (مفاهیم پایه، قواعد احتمال، توابع توزیع گسسته و پیوسته نظیر دو‌جمله‌ای، پواسن و نرمال، منحنی نرمال استاندارد و روش‌های آزمون نرمال بودن مشاهدات)
• فصل سوم: نمونه‌گیری و توزیع نمونه‌ها (روش‌های نمونه‌گیری تصادفی ساده، منظم، طبقه‌ای، خوشه‌ای، مرحله‌ای، قضیه حد مرکزی و توزیع‌های نمونه‌گیری)
• فصل چهارم: امید ریاضی (امید ریاضی و واریانس ترکیب خطی متغیرها، واریانس میانگین و اختلاف متغیرها، واریانس جامعه و نمونه)
• فصل پنجم: تخمین آماری و آزمون فرضیه‌ها (فواصل اطمینان برای میانگین و واریانس، آزمون فرض‌های آماری مربوط به یک جامعه و مقایسه دو جامعه نرمال و غیرنرمال)
• فصل ششم: تحلیل رگرسیون (مدل رگرسیون خطی ساده و چندگانه، ضریب تبیین، ضریب همبستگی، آزمون معناداری شیب و عرض از مبدا، محدوده پیش‌بینی و آنالیز خطاها)
• فصل هفتم: تحلیل واریانس - ANOVA (آنالیز واریانس یک‌طرفه متعادل و نامتعادل، آزمون حداقل تفاوت معنادار LSD، تحلیل واریانس دوطرفه با و بدون تکرار و تحلیل سه‌طرفه)

بخش دوم: طرح آزمایش‌ها (DOE)

• فصل اول: طرح‌های مربعی (طرح مربع لاتین، مربع یونانی-لاتین و مربع یودن)
• فصل دوم: طرح‌های عاملی / فاکتوریل (طرح یک متغیر در آنِ واحد، طرح‌های فاکتوریل کامل دوسطحی، تحلیل واریانس و رگرسیون اثرات، استفاده از نقطه مرکزی، طرح‌های فاکتوریل جزئی و کسری، طرح‌های انعکاسی یا تاخورده Foldover و طرح‌های عاملی سه‌سطحی)
• فصل سوم: طراحی آزمایش به روش پلاکت-برمن (Plackett-Burman Design) (غربالگری فاکتورهای کلیدی با کمترین تعداد آزمایش و تکنیک‌های تاخوردگی)
• فصل چهارم: طراحی به روش رویه پاسخ یا سطح پاسخ - RSM (طراحی مرکب مرکزی CCD، طرح باکس-بنکن Box-Behnken و تکنیک‌های بهینه‌سازی سطح پاسخ)
• فصل پنجم: طراحی به روش بهینه D-Optimal (ماتریس طرح، ماتریس اطلاعات و پراکندگی، معیارهای انتخاب طرح بهینه، مدل‌های خطی، تداخلی و درجه دوم)
• فصل ششم: طراحی به روش تاگوچی (Taguchi Method) (آرایه‌های متعامد، بررسی اثرات متقابل، مراحل پیاده‌سازی و تحلیل سیگنال به نویز جهت بهبود کیفیت و پایداری فرایند)
• فصل هفتم: طراحی به روش مخلوط (Mixture Design) (مدل‌های استاندارد مخلوط، طرح‌های شبکه‌ای ساده، مرکزی، غربالی و ترکیب طرح‌های عاملی با فرمولاسیون مخلوط)
• فصل هشتم: روش‌های بهینه‌سازی (بهینه‌سازی خطی و غیرخطی، روش هندسی، الگوریتم سیمپلکس بیشینه‌سازی و کمینه‌سازی، روش‌های گرادیانی و غیرگرادیانی، جست‌وجوی مستقیم، دوبخشی و جست‌وجوی طلایی)

مخاطبان هدف کتاب:

• دانشجویان مقاطع کارشناسی، کارشناسی ارشد و دکتری در رشته‌های مهندسی شیمی، مهندسی صنایع، مهندسی مواد و متالورژی، مهندسی مکانیک، مهندسی پلیمر، بیوتکنولوژی، داروسازی، شیمی کاربردی، علوم پایه، صنایع غذایی و کشاورزی.
• مهندسان تحقیق و توسعه (R&D)، مدیران و کارشناسان کنترل کیفیت (QC) و تضمین کیفیت (QA) در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، داروسازی و کارخانجات تولیدی.
• پژوهشگرانی که برای تجزیه و تحلیل آماری داده‌های پروژه‌ها و مقالات ISI از نرم‌افزارهای تخصصی نظیر Design-Expert، Minitab و SPSS استفاده می‌کنند.

ویژگی‌های برجسته اثر:

• پوشش گام‌به‌گام و جامع از مفاهیم پایه آمار توصیفی و استنباطی تا مدرن‌ترین روش‌های طراحی صنعتی آزمایش‌ها.
• آموزش کاربردی متدهای پراستفاده پژوهشی از جمله RSM، تاگوچی، پلاکت-برمن و طرح‌های فرمولاسیون مخلوط.
• تبیین دقیق نحوه فرمولاسیون، بهینه‌سازی متغیرهای فرایندی و کاهش چشمگیر هزینه‌ها و تعداد آزمون‌های تجربی.
• استفاده از مسائل و مثال‌های واقعی مهندسی با بیانی شفاف و آکادمیک توسط استاد صاحب‌نام دانشکده فنی دانشگاه تهران.