Diseño de experimentos

DISEÑO DE EXPERIMETOS

¿QUÉ ES EL DISEÑO EXPERIMENTAL?
Los investigadores realizan experimentos virtualmente en todos los campos del saber, por lo general para descubrir algo acerca de un proceso o sistema en particular. Literalmente, un experimento es una prueba o ensayo. Un experimento diseñado es una prueba o serie de pruebas en las cuales se inducen cambios deliberados en las variables deentrada de in proceso o sistema, de maneta que sea posible observar e identificar las causas de los cambios en la respuesta de salida.
Suele ser posible visualizar el proceso como una combinación de máquinas, métodos, personas y otros recursos que transforman alguna entrada (A menudo un material) en una salida que tiene una o más respuestas observables. Algunas de las variables del proceso (x1,x2… xn) son controlables, mientras que otras (z1, z2… zn) son incontrolables (aunque pueden ser controlables para los fines de una prueba). Entre los objetivos del experimento pueden incluirse:
1. Determinar cuáles variables tienen mayor influencia en la respuesta.
2. Determinar el mejor valor de las x que influyen en y, de modo que y tenga casi siempre un valor cercano al valor nominal deseado.3. Determinar el mejor valor de las x que influyen en y, de modo que la variabilidad de y sea pequeña.
4. Determinar el mejor valor de las x que influyen en y, de modo que se minimicen los efectos de las variables incontrolables z1, z2… zn.
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 (las z’s).
Un ejemplo de experimento. Supóngase que un ingeniero metalúrgico está interesado en estudiar el efecto que tienen sobre una aleación de aluminio dos procesos diferentes de endurecimiento: el templado en aceite y el templadoen agua salada. En este caso, el objetivo del investigador es determinar cuál de las dos soluciones produce el máximo grado de dureza sobre la aleación mencionada. El ingeniero decide someter un cierto número de probetas de la aleación a cada medio de templado para después medir la dureza de las muestras. La dureza promedio de las probetas tratadas en cada solución servirá para determinar cuál delas dos soluciones es la mejor.
Al pensar en este experimento vienen a la mente algunas preguntas importantes:
1. ¿Son estas dos soluciones los únicos medios de templado de interés potencial?
2. ¿Existen otros factores que puedan afectar la dureza de las muestras y que deban ser investigados o controlados?
3. ¿Cuántas probetas deben ser sometidas a cada solución de templado?
4. ¿En qué formadebe asignarse cada probeta a las soluciones de templado, y en qué orden deben realizarse las mediciones?
5. ¿Qué método de análisis de datos debe utilizarse?
6. ¿Qué diferencia en los niveles promedio de dureza entre las dos soluciones de templado debe considerarse importante?
Éstas, y quizá muchas otras preguntas, deberán ser contestadas satisfactoriamente antes de llevar a cabo elexperimento.
En cualquier experimento, los resultados y conclusiones que pueden obtenerse dependen, en gran parte, de la forma en que los datos fueron recopilados. Para ilustrar este punto, supóngase que en el experimento anterior el ingeniero metalúrgico usó probetas de un cierto grado en el templado en aceite, y probetas de otro en el templado en agua salda. Ahora bien, cuando se comparen los promediosde dureza, el ingeniero será incapaz de decir cuánta de la diferencia observada se debe a la diferencia de los medios de templado y cuánta depende de la diferencia propia de dichos grados. De esta forma, el método utilizado en la obtención de datos ha afectado negativamente las conclusiones que pueden deducirse del experimento.

APLICACIONES DEL DISEÑO EXPERIMENTAL
Los métodos de diseño...