1. 单因素法确定清洗剂主溶剂基准用量

为什么先做单因素基准点

在进入正式DOE之前，必须先回答一个更基础的问题：主溶剂到底加到多少质量分数才“够用又不浪费”。如果直接跳到两水平全因子，水平上下限往往凭经验拍定，一旦中心值偏离真实拐点，后续主效应和交互作用都会被压缩甚至误判。单因素法的作用不是求最优，而是在固定其他组分的条件下，找到清洗效率随主溶剂含量变化的拐点区间，给出一个可信的中心值，供后续DOE设置水平。

本例对象为一种碳钢工件，表面油污为拉伸冲压油（矿物油基），清洗方式为浸洗+超声，温度固定 55 ℃，时间固定 5 min。固定组分：非离子表面活性剂 3.0%、助剂（偏硅酸钠+碳酸钠复配）2.0%、消泡剂 0.2%，余量为水。唯一变量为主溶剂（本例选用二丙二醇甲醚 DPM）的质量分数。

实验设计与执行要点

单因素法的关键是“单变量、多点、可复现”。主溶剂取 6 个水平：2%、5%、8%、11%、14%、17%（质量分数）。每个水平做 3 次平行，清洗效率用失重法计算：

清洗效率 η = (m0 - m1) / (m0 - m_clean) × 100%

m0      : 涂油后工件质量 (g)
m1      : 清洗干燥后工件质量 (g)
m_clean : 未涂油洁净工件质量 (g)

示例（8% 水平，第1次平行）：
m0 = 25.412 g, m1 = 25.106 g, m_clean = 25.098 g
η = (25.412 - 25.106) / (25.412 - 25.098) × 100%
  = 0.306 / 0.314 × 100% ≈ 97.5%

操作上需注意三点：涂油量要一致（建议每件涂 0.30 g±0.02 g，用分析天平称量控制）；清洗后必须充分干燥至恒重再称量；每换一个主溶剂水平都要更换新配液，避免浓度漂移。下表为按上述方法得到的示例数据（教学示例，非实测）：

如何从曲线读出中心值

把均值 η 对 DPM 质量分数作图，可以看到明显的“先陡升、后平台”形态：2%→8% 区间效率快速上升，8% 之后增量迅速收窄，11% 以后基本进入平台（98% 附近波动在平行误差内）。这说明拐点位于 8%~11% 之间。中心值不宜取平台中点，也不宜取刚进入平台的边缘，而应取“效率已达可接受水平、且继续增加收益很小”的位置。本例取 9% 作为中心值：它略高于拐点下沿，保证清洗效率稳定在 97% 以上，同时避免主溶剂过量带来的成本与漂洗负担。

结果判读与基准点确认

从曲线可读出三个判断依据：其一，8% 时效率已达 97.5%，相对 5% 提升约 13 个百分点，说明 8% 是陡升段末端；其二，8%→11% 仅提升 0.8 个百分点，已接近平行误差（约 ±0.4%），说明进入平台；其三，11% 以后效率不再上升甚至略降，提示主溶剂过量可能带来乳化体系不稳定或漂洗残留增加。综合取 9% 为中心值，既留出向下的灵敏度空间，又避免落在平台深处导致主效应“钝化”。

基准点确认后，应记录固定条件（表活 3.0%、助剂 2.0%、55 ℃、5 min、超声功率）与中心值 9%，作为下一阶段因素水平设置的输入。若后续实验发现 6% 与 12% 两端响应差异不足，可回到本曲线重新审视拐点位置，而不是盲目扩大水平范围。