Montgomery, Capitulo 1, 2 Y 3: Introducción Al Diseño De Experimentos, Experimentos Con Un Solo Factor, ANOVA

LA ESTRATEGIA DE LA EXPERIMENTACIÓN.

Un Experimento diseñado es una prueba o serie de pruebas en las cuales se introducen cambios deliberados en las variables de entrada de un proceso o sistema, de manera que sea posible observar e identificar las causas de los cambios en la respuesta de salida.

Entre los objetivos de un experimento pueden incluirse:

1.- Determinar cuáles variables tienen mayor influencia en la respuesta esperada.

2.- Determinar el mejor valor de las variables que influyen en el resultado de modo que el resultado tenga casi siempre un valor cercano al valor nominal deseado.

3.- Determinar el mejor valor de las variables que influyen en el resultado de modo que la variabilidad del resultado sea muy pequeña.

4.- Determinar el mejor valor de las variables que podemos controlar que influyen en el resultado, de modo que se minimicen los efectos de las variables incontrolables.

Los métodos de diseño experimental tienen un cometido importante en el desarrollo de procesos y en la depuración de procesos para mejorar el rendimiento, en muchos casos, el objetivo puede ser desarrollar un proceso consistente o robusto; esto es, un proceso afectado mínimamente por fuentes de variabilidad externas.

APLICACIONES.

El diseño experimental es un medio de importancia crítica en el medio de la ingeniería para mejorar el rendimiento de un proceso de manufactura. También se emplea en el desarrollo de nuevos procesos.

1.- Mejora en el rendimiento del proceso.

2.- Menor variabilidad y mayor apego a los requerimientos.

3.- Menor tiempo de desarrollo.

4.- Menores costos globales.

Los métodos de diseño experimental tambien tienen un cometido importante en las actividades de diseño técnico. En las cuales se desarrollan nuevos productos y se mejoran otros ya existentes. Algunas aplicaciones del Diseño Experimental en el diseño técnico son:

1.- Evaluación y comparación de configuraciones de diseño básicas.

2.- Evaluación de materiales alternativos.

3.- Selección de parámetros de diseño de modo que el producto funcione bien en una amplia gama de condiciones de campo.

DISEÑO ESTADÍSTICO DE EXPERIMENTOS.

El diseño estadístico de experimentos es el proceso de planear un experimento para obtener datos apropiados, que puedan ser analizados mediante métodos estadísticos, con objeto de producir conclusiones válidas y objetivas. La metodología estadística es el único enfoque objetivo para analizar un problema que involucre datos sujetos a errores experimentales.

Los tres principios básicos del diseño de experimentes se explican a continuación:

1.- Réplicas: Se refieren a una repetición del experimento básico; esto permite al experimentador obtener una estimación del error experimental. Tal estimación se convierte en la unidad básica para determinar si las diferencias observadas en los datos son estadísticamente significativas. En segundo lugar, éste método, permite al experimentador calcular una estimación más precisa del efecto de un factor en el experimento si se usa la media de la muestra como una estimación de dicho efecto.

2.- Aleatorización: Se entiende por aleatorización el hecho de que tanto la asignación del material experimental como el orden en que se realizan las pruebas individuales se determinan aleatoriamente. Los métodos estadísticos requieren que las observaciones sean variables aleatorias independientes. Al aleatorizar adecuadamente el experimento se ayuda a “cancelar” los efectos de factores extraños que pudieran estar presentes.

3.- Análisis por bloques: Técnica que se utiliza para aumentar la precisión del experimento. Un bloque es una porción del material experimental que sea más homogénea que el total del material.

Conjunto de condiciones experimentales mas o menos homogeneas.

PAUTAS PARA EL DISEÑO DE EXPERIMENTOS.

1.- Comprensión y tratamiento del problema. Un planteamiento claro del problema contribuye en forma sustancial a un mejor conocimiento del fenómeno y de la solución del problema, es importante solicitar la opinión de todas las partes implicadas.

2.- Elección de factores y niveles. Es importante investigar todos los factores que pueden ser de interés y no depender demasiado de la experiencia pasada. Cuando el objetivo es el escrutinio de factores o la caracterización del proceso, es mejor mantener bajo el número de los factores (lo más común es usar dos niveles).

3.- Selección de variables de respuesta. No son raras las respuestas múltiples. La capacidad de medición (Error de medición) también es un factor importante, si esta es deficiente, solo puede esperarse que el experimento detecte efectos relativamente grandes de los factores.

4.- Elección del diseño experimental. Es importante tener presente los objetivos experimentales al seleccionar el diseño. En muchos experimentos se sabe que algunos factores producen respuestas diferentes. Consecuentemente, hay interés en identificar qué factores causan esta diferencia y en estimar la magnitud del cambio de la respuesta.

5.- Realización del experimento. Los errores en el procedimiento suelen anular la validez experimental. La planeación integral es decisiva para el proceso.

6.- Análisis de datos. Los métodos estadísticos no pueden probar que un factor tiene un efecto particular. Sólo proporcionan directrices para la veracidad y validez de los resultados, los métodos estadísticos, aplicados adecuadamente, no permiten probar algo experimentalmente, sólo hacen posible obtener el probable error de una conclusión, o asignar un nivel de confiabilidad a los resultados.

7.- Conclusiones y recomendaciones. El experimentador debe extraer conclusiones prácticas de los resultados y recomendar un curso de acción, para esto son útiles los métodos gráficos.

PERSPECTIVA HISTÓRICA

Ronald A. Fisher fue el innovador del uso de los métodos estadísticos en el diseño de experimentos, desarrollo y utilizó el análisis de varianza como herramienta primaria para el análisis estadístico en el diseño experimental.

Las primeras aplicaciones de los métodos del diseño experimental se dieron en el área de agricultura y ciencias biológicas, es por ello que parte de la terminología proviene de estos antecedentes agrícolas. Las primeras

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