Forsøgsdesign

Forsøgsdesign er en disciplin inden for statistik og videnskabelig metode, der beskæftiger sig med planlægning, gennemførelse og analyse af kontrollerede eksperimenter. Hovedmålet er at estimere effekter af faktorer og deres samspil under forhold, der minimerer bias og giver præcise konklusioner. I planen fastlægges hvilke faktorer (uafhængige variabler) som påvirker en eller flere responser (afhængige variabler), og hvilke niveauer disse faktorer skal have. Centrale principper er randomisering, replikation og blokering. Randomisering reducerer systematiske fejl ved at fordele uobserverede påvirkninger ligeligt mellem observationer; replikation giver præcision og mulighed for fejlstyring; blokering kontrollerer kendte kilder til variation.

Designs deles i flere kategorier. Komplette randomiserede designe (CRD) og randomiserede blokdesign (RCBD) er grundlæggende. Latinske firkanter og Graeco-Latine designe anvendes når der er to eller flere kilder til variation, såsom kørsel og tidspunkter. Faktorialdesign, ofte med to niveauer (2^k), gør det muligt at estimere hoved- og interaktionseffekter. Fractional factorial-designer giver information med færre forsøg og afbalanceret confounding. Yderligere metoder inkluderer split-plot-designer og respons-overflade-design (RSM) såsom central-komposit- og Box-Behnken-designs til optimering af processer.

Analysen følger typisk ANOVA eller regression for at vurdere effekter og interaktioner og tilskriver usikkerheder. Valg af design afhænger af antallet af faktorer, ressourcer og ønsket information om interaktioner. Forsøgsdesigns stammer i høj grad fra statistiker Ronald Fisher og har gennem årtier udviklet sig til standardmetoder i videnskabelig forskning og erhvervslaboratorier. Begrænsninger inkluderer antagelser om linearitet, normalitet og ensartet varians samt behov for tilstrækkelig stikprøvestørrelse og balancering.