Diseño de Experimentos , 3 principios básicos

Capitulo 1

Los experimentos se usan para estudiar el desempeño de procesos y sistemas. El proceso puede por lo general visualizarse como una combinación de máquinas, métodos, personas u otros recursos que transforman cierta entrada (con frecuencia un material) en una salida que tiene una o más respuestas observables.

Algunas variables del proceso x son controlables, mientras que otras z no son controlables (aunque pueden serlo para los fines de una prueba). Los objetivos del experimento podrían comprender los siguientes:

• Determinar cuáles son las variables que tienen mayor influencia sobre la respuesta y.
• Determinar cuál es el ajuste de las x que tiene mayor influencia para que y esté casi siempre cerca del valor nominal deseado.
• Determinar cuál es el ajuste de las x que tiene mayor influencia para que la variabilidad de y sea reducida.
• Determinar cuál es el ajuste de las x que tiene mayor influencia para que los efectos de las variables no controlables z sean mínimos.

El enfoque de la mejor conjetura, es común entre ingenieros y científicos. Funciona de manera adecuada si los experimentadores cuentan con una gran cantidad de conocimientos técnicos o teóricos del sistema que están estudiando, así como amplia experiencia práctica. Sin embargo, el enfoque de la mejor conjetura presenta al menos dos desventajas:

1. Combinación correcta de factores
2. Si se tiene un resultado satisfactorio, se suspenden las pruebas sin garantía de que se encontró la mejor solución

Otra estrategia es el enfoque de un factor a la vez, este método consiste en seleccionar un punto de partida, o línea de base de los niveles, para cada factor, para después variar sucesivamente cada factor en su rango, manteniendo constantes los factores restantes en el nivel de base. Después de las pruebas, se construye una serie de gráficas en las que se muestra la forma en que la variable de respuesta es afectada al variar cada factor manteniendo los demás constantes.

La desventaja principal de la estrategia de un factor a la vez es que no puede tomar en consideración cualquier posible interacción entre los factores, las interacciones entre factores son muy comunes y, en caso de existir, la estrategia de un factor a la vez casi siempre producirá resultados deficientes.

El experimento factorial, se trata de una estrategia experimental en la que los enfoques se hacen variar en conjunto, en un lugar de una a la vez. En general, si hay k factores, cada uno con dos niveles, el diseño factorial requerirá  corridas. Cuando el número de factores de interés aumenta, el número de corridas requeridas aumenta con rapidez.[pic 1]

Para llevar a cabo un experimento con la mayor eficacia posible, es necesario utilizar un enfoque científico para planearlo, el diseño de experimentos se refiere al proceso para planear el experimento de tal forma que se recaben datos adecuados que puedan analizarse con métodos estadísticos que llevarían a conclusiones válidas y objetivas.

Incluye dos aspectos: el diseño del experimento y el análisis estadístico de los datos.

Existen 3 principios básicos del diseño experimental los cuales son:

• Realización de réplicas: esta posee dos propiedades importantes. Primero, permite al experimentador obtener una estimación del error experimental, dicha estimación se convierte en una unidad de medición básica para determinar diferencias observadas estadísticamente. Segundo, si se usa la media muestral para estimar el efecto de un factor en el experimento, la realización de réplicas permite al experimentador obtener una estimación más precisa de este efecto.
• La aleatorización: es la piedra angular en la que se fundamenta el uso de los métodos estadísticos en el diseño experimental. Por aleatorización se entiende que tanto la asignación del material experimental como el orden en que se realizarán las corridas o ensayos individuales del experimento se determinan al azar.
• Formación de bloques: es una técnica de diseño que se utiliza para mejorar la precisión de las comparaciones que se hacen entre los factores de interés. Muchas veces la formación de bloques se emplea para reducir o eliminar la variabilidad transmitida por factores perturbadores; es decir, aquellos factores que pueden influir en la respuesta experimental, pero en los que no hay interés específico.

Pautas generales para diseñar experimentos

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