在實際工作中，常常需要同時考察3個或3個以上的試驗因素，若進行全面試驗，則試驗的規模將很大，往往因試驗條件的限制而難于實施。

正交設計是安排多因素試驗、尋求最優水平組合的一種高效率試驗設計方法。

正交設計是利用正交表來安排多因素試驗、分析試驗結果的一種設計方法。它從多因素試驗的全部水平組合中挑選部分有代表性的水平組合進行試驗，通過對這部分試驗結果的分析了解全面試驗的情況，找出最優水平組合。

例如，研究氮、磷、鉀肥施用量對某小麥品種產量的影響：

A因素是氮肥施用量，設A1、A2、A33個水平；

B因素是磷肥施用量，設B1、B2、B33個水平；

C因素是鉀肥施用量，設C1、C2、C33個水平。

這是一個3因素每個因素3水平的試驗，各因素的水平之間全部可能的組合有27種。

如果進行全面試驗，可以分析各因素的效應，交互作用，也可選出最優水平組合。

但全面試驗包含的水平組合數較多，工作量大，由于受試驗場地、經費等限制而難于實施。

如果試驗的主要目的是尋求最優水平組合，則可利用正交設計來安排試驗。

正交設計的基本特點是：用部分試驗來代替全面試驗，通過對部分試驗結果的分析，了解全面試驗的情況。

正交試驗是用部分試驗來代替全面試驗，它不可能像全面試驗那樣對各因素效應、交互作用一一分析；當交互作用存在時，有可能出現交互作用的混雜。

如對于上述3因素每個因素3水平試驗，若不考慮交互作用，可利用正交表L9(34)安排，試驗方案僅包含9個水平組合，就能反映試驗方案包含27個水平組合的全面試驗的情況，找出最佳的生產條件。

表133試驗的全面試驗方案

3因素每個因素3水平試驗點的均衡分布圖

正交設計就是從全面試驗點（水平組合）中挑選出有代表性的部分試驗點（水平組合）來進行試驗。圖1中標有‘’9個試驗點，就是利用正交表L9(34)從27個試驗點中挑選出來的9個試驗點。即：

(1)A1B1C1(2)A1B2C2(3)A1B3C3

(4)A2B1C2(5)A2B2C3(6)A2B3C1

(7)A3B1C3(8)A3B2C1(9)A3B3C2

上述選擇，保證了A因素的每個水平與B因素、C因素的各個水平在試驗中各搭配一次。

從圖1中可以看到，9個試驗點分布是均衡的，在立方體的每個平面上有且僅有3個試驗點；每兩個平面的交線上有且僅有1個試驗點。

9個試驗點均衡地分布于整個立方體內，有很強的代表性，能夠比較全面地反映全面試驗的基本情況。