diseño de experimentos

19/09/2012
DISEÑO DE
EXPERIMENTOS
Dr. Héctor Escalona
[email protected]
[email protected]
Diseño de Experimentos
1. Introducción al diseño de experimentos
2. Herramientas de inferencia estadística
3. Experimentos para la comparación de dos
tratamientos (pruebas T)
4. Experimentos con un solo factor. Análisis de
varianza
5. Experimentos con bloques al azar
6. Experimentos multifactoriales
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Introducción al Diseño de
Experimentos
¿Qué es un experimento?
Una prueba o ensayo dirigido a evaluar que
ocurre al modificar un sistema o proceso.
Introducción al Diseño de
Experimentos
Experimento Diseñado
“Una prueba o serie de pruebas en las que se inducen
cambios deliberados en las variables de entrada de
un proceso o sistema, de manera que se pueden
visualizar e identificar las causas de los cambios
en las respuestas de salida”
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Introducción al Diseño de
Experimentos
Factores controlados
X1
X2
X3
Salida
Entrada
Z1
Z2
Z3
Factores incontrolables
Introducción al Diseño de
Experimentos
Un experimento diseñado permite:
•
•
•
Determinar cuales variables tienen mayor efecto en
la variable respuesta.
Determinar el valor de “X” que determina un valor
deseado de “Y”.
Determinar el mejor valor de “X” que adem´´as de
influir en “Y”, logren minimizar el efecto de las
variables incontrolables “Z”.
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Introducción al Diseño de
Experimentos
Las variables independientes “X” que se deseen
estudiar se les conoce como “FACTORES DE
ESTUDO (FACTORES VARIABLES)”
Los valores que toman los factores de estudio en un
experimento se les conoce como niveles.
Ejemplo: se desea estudiar el efecto de diferentes
temperaturas de cocción (62, 67 y 72 Celcius) .
Factor: ____________
Niveles: ____________
Introducción al Diseño de
Experimentos
Las variables independientes “X” que no interese su
estudio se controlan asignándole niveles fijos
(FACTORES FIJOS).
Las variables Y que se miden como respuesta al efecto
del experimento se le conoce como VARIABLE
RESPUESTA O VARIABLE DEPENDIENTE
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Introducción al Diseño de
Experimentos
Los factores o variables independientes pueden
ser variables cuantitativas o cualitativas
Las variables respuesta deben ser variables
cuantitativas si se desean comparar
parámetros estadísticos como media y
desviación estándar
Introducción al Diseño de
Experimentos
Aplicaciones del Diseño de Experimentos
-
Experimentación en un proceso de investigación
-
Control y mejora de procesos
Incrementar rendimientos
Reducir variabilidad
Reducir el tiempo
Reducción de costos
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Introducción al Diseño de
Experimentos
Aplicaciones del Diseño de Experimentos
-
Caracterización de procesos
Determinar factores que inciden en la calidad del
producto y seleccionar variables críticas
Evaluar el efecto combinado de factores y su
influencia en la calidad final
Introducción al Diseño de
Experimentos
Aplicaciones del Diseño de Experimentos
-
Optimización de procesos
Es la etapa siguiente de caracterizar un proceso
Determinan en que región los procesos
conducen a la mejor respuesta posible
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Introducción al Diseño de
Experimentos
Aplicaciones del Diseño de Experimentos
-
Diseño de productos
Exploración de factores que inciden en la calidad
de un producto
Exploración de la interacción de factores para
obtener la propiedad adecuada
Directrices para
realizar un diseño de
experimentos
1. Comprender y plantear el problema a
resolver
Determinar los objetivos del experimento
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Directrices para
realizar un diseño de
experimentos
2. Elección de factores de estudio (variables) y los
niveles a considerar
•
•
•
¿Cuáles interesa probar?
Determinar la forma de medirlos o controlarlos
Determinar en que rango varían estos factores y
seleccionar los niveles de interés para la
solución del problema
“Los valores cuantitativos o cualitativos que se
asignan a los factores se les llama NIVELES”
Directrices para
realizar un diseño de
experimentos
3. Selección de la variable de respuesta adecuada.
•
Debe reflejar la información necesaria para
solucionar el problema o resolver la pregunta a
responder.
•
Debe considerarse que tenga una buena
capacidad de medición. Se debe validar la técnica
de medición para conocer su sensibilidad,
repetibilidad y reproducibilidad.
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Directrices para
realizar un diseño de
experimentos
4. Elección del diseño del experimento dependiendo de
•
•
•
•
•
•
El numero y tipo de factores a estudiar
Los niveles de cada factor de estudio
El numero de ensayos a realizar (numero de
corridas experimentales)
El orden en que se puedan realizar los ensayos
(idealmente debe ser en orden aleatorio)
El tamaño de la muestra del material de estudio
(unidades experimentales)
DEFINICIÓN DEL ANÁLISIS ESTADÍSTICO A
USAR
Directrices para
realizar un diseño de
experimentos
5. Definir el tipo y número de unidades experimentales
•
La unidad experimental es el material de estudio
sobre el cual se van aplicar los factores de estudio y
sobre el que se va(n) a medir la variable respuesta(s).
•
El número de unidades experimentales considera
todas los ensayos a realizar incluyendo repeticiones.
•
El número de unidades experimentales es igual al
número de datos que se van a procesar
estadísticamente
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Directrices para
realizar un diseño de
experimentos
6. Realizar el experimento en el número y orden de las
corridas experimentales
Se debe verificar el control de todos los factores de
estudio y constantes durante el experimento, ya que
variables no controladas pueden conducir a
conclusiones
erróneas
o
inciertas
(efectos
confundidos). En caso que haya desviaciones a lo
planeado, se deben documentar para considerarlo en
las conclusiones.
Directrices para
realizar un diseño de
experimentos
7. Realizar el análisis estadístico de datos
Pruebas de comparación de medias de dos poblaciones:
Prueba T-Student
Pruebas de comparación de medias de mas de dos
poblaciones: Análisis de Varianza.
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Directrices para
realizar un diseño de
experimentos
7. Realizar el análisis estadístico de los datos
Los métodos estadísticos solo relacionan la variación de
los datos experimentales debida a los factores de
estudio, respecto a la variación intrínseca o aleatoria
del sistema o proceso. Su ventaja es que nos
proporcionan un nivel de confiabilidad para tomar
decisiones.
PARA EL ANÁLISIS ESTADÍSTICO SE UTILIZAN
HERRAMIENTAS DE INFERENCIA ESTADÍSTICA.
Directrices para
realizar un diseño de
experimentos
8. Tomar conclusiones del experimento
Se debe concluir en base al objetivo planteado y el
problema a resolver. Hay que traducir el resultado
estadístico al contexto del experimento.
Los resultados del análisis estadístico NO SON LAS
CONCLUSIONES, sólo son un apoyo par tomar
decisiones.
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