Trong kỹ thuật, việc xác định mối quan hệ giữa các yếu tố với nhau bằng cách thiết lập các phương trình hoặc đồ thị biểu diễn là rất có ý nghĩa về khoa học. Bởi vì, căn cứ vào đó ta sẽ biết được quan hệ tương hỗ giữa các yếu tố; ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm mục tiêu hay xu hướng diễn biến của sự ảnh hưởng đó theo một đại lượng nào đó.

Việc xác định mối quan hệ như trên có thể bằng lý thuyết nhưng khi đó thiên về định tính, giải thích cho hiện tượng, không có giá trị cụ thể minh chứng. Do vậy, thường dùng thực nghiệm để làm việc trên. Khi đó, chúng ta sẽ khắc phục được các nhược điểm ở trên nhưng lại đòi hỏi cần phải mất chi phí kinh tế cho quá trình thực nghiệm đó.

Thiết kế thực nghiệm là lý thuyết về xây dựng các kế hoạch thực nghiệm sao cho đạt được mục đích nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố với số thí nghiệm cần tiến hành là ít nhất có thể.

Nhìn chung, lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm đã ra đời từ khá lâu (khoảng cuối thế kỷ XIX) với nhà toán học tiên phong Pierre Simon Laplace, nhưng còn ở dạng sơ khai, ban đầu. Nó chỉ được giới thiệu một cách hoàn chỉnh vào năm 1935 bởi nhà khoa học Ronald A. Fisher trong tài liệu “Design of Experiments” và phát triển mạnh mẽ vào khoảng 20 năm sau đó, đặc biệt là nhờ sự phát triển của máy tính.

Cuốn sách Thiết kế thực nghiệm trong cơ khí trình bày các thiết kế thực nghiệm được sử dụng chủ yếu trong ngành Cơ khí, dựa trên sự tham khảo các tài liệu từ nước ngoài và trong nước, nhằm cung cấp các lý thuyết cơ bản của việc xây dựng thí nghiệm, lấy số liệu, xử lý số liệu và kiểm định lại chúng. Bên cạnh đó, đưa ra các ví dụ và lời giải cụ thể, theo hướng xử lý bằng các công cụ máy tính phổ biến như Excel, Matlab. Việc sử dụng các phần mềm chuyên về phân tích số liệu như Minitab, Statistica,

SPSS không được trình bày trong cuốn sách này bởi quan điểm của tác giả khi giảng dạy vấn đề này là cần nắm vững lý thuyết cốt lõi, cách xử lý vấn đề khi quy hoạch thực nghiệm; thao tác trên phần mềm chỉ là ứng dụng, bởi không làm chủ được thuật toán xử lý của phần mềm.

Bố cục của cuốn sách bao gồm 2 phần:

Phần 1: Cơ sở thiết kế thực nghiệm. Phần này trình bày các kiến thức cơ bản về quy hoạch thực nghiệm; các đặc trưng của đại lượng ngẫu nhiên; các hàm phân phối điển hình; cách thức phân tích và xử lý số liệu thực nghiệm.

Phần 2: Một số quy hoạch thực nghiệm. Trình bày cách xây dựng ma trận thực nghiệm, phân tích thống kê cho từng dạng quy hoạch: yếu tố, bề mặt chỉ tiêu, chọn lọc. Đồng thời đưa thêm vào vấn đề tối ưu hóa bằng các phương pháp thực nghiệm.