DISEÑO DE EXPERIMENTOS Consiste en planear y realizar un conjunto de prueba...

1. HISTORIA

1.1. George E. P. Box, quien trabajó como estadístico durante ocho años en la industria química en Inglaterra y desarrolló la metodología de superficie de respuestas, la cual incluye nuevas familias de diseños y una estrategia para la experimentación secuencial

1.2. Deming e Ishikawa, promovió el uso de la estadística en calidad, donde el diseño de experimentos demostró su utilidad tanto para resolver problemas de fondo como para diseñar mejor los productos y los procesos.

1.3. El diseño estadístico de experimentos, desde su introducción por Ronald A. Fisher en la primera mitad del siglo XX en Inglaterra, se ha utilizado para conseguir un aprendizaje acelerado.

2. DEFINICIONES BÁSICAS

2.1. Un experimento: es un cambio en las condiciones de operación de un sistema o proceso, que se hace con el objetivo de medir el efecto del cambio sobre una o varias propiedades del producto o resultado.

2.2. La unidad experimental: es la pieza(s) o muestra(s) que se utiliza para generar un valor que sea representativo del resultado del experimento o prueba

2.3. Variable(s) de respuesta: A través de esta(s) variable(s) se conoce el efecto o los resultados de cada prueba experimental

2.4. Factores controlables: Son variables de proceso o características de los materiales experimentales que se pueden fijar en un nivel dado.

2.4.1. Factores no controlables o de ruido. Son variables o características de materiales y métodos que no se pueden controlar durante el experimento o la operación normal del proceso.

2.5. Factores estudiados. Son las variables que se investigan en el experimento, respecto de cómo influyen o afectan a la(s) variable(s) de respuesta.

2.6. Niveles y tratamientos. Los diferentes valores que se asignan a cada factor estudiado en un diseño experimental se llaman niveles. Una combinación de niveles de todos los factores estudiados se llama tratamiento o punto de diseño.

2.7. Error aleatorio: Es la variabilidad observada que no se puede explicar por los factores estudiados; resulta del pequeño efecto de los factores no estudiados y del error experimental.

2.7.1. Error experimental: Componente del error aleatorio que refleja los errores del experimentador en la planeación y ejecución del experimento.

3. ETAPAS

3.1. Planeación

3.1.1. Entender y delimitar el problema u objeto de estudio.

3.1.2. Elegir la(s) variable(s) de respuesta que será medida en cada punto del diseño y verificar que se mide de manera confiable.

3.1.3. Determinar cuáles factores deben estudiarse o investigarse, de acuerdo a la supuesta influencia que tienen sobre la respuesta.

3.1.4. Seleccionar los niveles de cada factor, así como el diseño experimental adecuado a los factores que se tienen y al objetivo del experimento.

3.1.5. Planear y organizar el trabajo experimental.

3.2. Matriz de diseño Es el arreglo formado por los tratamientos que serán corridos, incluyendo las repeticiones.

4. INDUSTRIA Hacer experimentos o pruebas con la intención de resolver un problema o comprobar una idea (conjetura, hipótesis)

4.1. Apoyar el diseño o rediseño de nuevos productos o procesos.

4.2. Ayudar a conocer y caracterizar nuevos materiales.

4.3. Encontrar las condiciones de operación (temperatura, velocidad, humedad, por ejemplo) donde se reduzcan los defectos o se logre un mejor desempeño del proceso.

5. INVESTIGACIÓN Generar nuevas ideas y mejores respuestas a las interrogantes del investigador sobre el objeto de estudio.

5.1. Proceso de deducción Es cuando las consecuencias derivadas de la hipótesis pueden ser comparadas con los datos.

5.2. Proceso de inducción Es cuando las consecuencias de la hipótesis original y los datos no están de acuerdo, por lo que se inicia este proceso para cambiar tal hipótesis.

6. MÉTODOS ESTADISTICOS

6.1. El conocimiento no estadístico es vital.

6.2. Reconocer la diferencia entre significancia estadística e importancia práctica.

6.3. Apostarle más a la experimentación secuencial que a un experimento único y definitivo.

7. PRINCIPIOS

7.1. Aleatorización.

7.1.1. Consiste en hacer las corridas experimentales en orden aleatorio (al azar) y con material también seleccionado aleatoriamente. Este principio aumenta la probabilidad de que el supuesto de independencia de los errores se cumpla, lo cual es un requisito para la validez de las pruebas de estadísticas que se realizan.

7.2. Repetición

7.2.1. Es correr más de una vez un tratamiento o una combinación de facto res. Es preciso no confundir este principio con medir varias veces el mismo resultado experimental. Repetir es volver a realizar un tratamiento, pero no inmediatamente después de haber corrido el mismo tratamiento, sino cuando corresponda de acuerdo con la aleatorización.

7.3. Bloqueo.

7.3.1. Consiste en nulificar o tomar en cuenta, en forma adecuada, todos los factores que puedan afectar la respuesta observada. Al bloquear, se supone que el subconjunto de datos que se obtengan dentro de cada bloque (nivel particular del factor bloqueado), debe resultar más homogéneo que el conjunto total de datos.

8. CLASIFICACIÓN Y SELECCIÓN

8.1. Selección de un Diseño Experimental

8.1.1. 1. El objetivo del experimento. 2. El número de factores a estudiar. 3. El número de niveles que se prueban en cada factor. 4. Los efectos que interesa investigar (relación factores-respuesta). 5. El costo del experimento, tiempo y precisión deseada.

8.2. Los Diseños se pueden clasificar como:

8.2.1. 1. Diseños para comparar dos o más tratamientos. 2. Diseños para estudiar el efecto de varios factores sobre la(s) respuesta(s). 3. Diseños para determinar el punto óptimo de operación del proceso. 4. Diseños para la optimización de una mezcla. 5. Diseños para hacer el producto o proceso insensible a factores no controlables.