INTRODUCCIÓN AL DISEÑO ESTADÍSTICO DE EXPERIMENTOS

INTRODUCCIÓN AL DISEÑO ESTADÍSTICO DE EXPERIMENTOS
Joan Ferré, F. Xavier Rius
Departamento de Química Analítica y Química Orgánica
Universitat Rovira i Virgili.
Pl. Imperial Tàrraco, 1. 43005-Tarragona

Este es el primer trabajo de una serie de artículos cuyo denominador común es divulgar los principios básicos del Diseño Estadístico de Experimentos. En este artículo se justifica lanecesidad de utilizar el Diseño Estadístico de Experimentos en la planificación de la experimentación y se presenta una visión global de su aplicación.
1. La importancia de planificar la experimentación
La experimentación juega un papel fundamental en virtualmente todos los campos de la investigación y el desarrollo. El objetivo de la experimentación es obtener información de calidad. Información quepermita desarrollar nuevos productos y procesos, comprender mejor un sistema (un proceso industrial, un procedimiento analítico,...) y tomar decisiones sobre como optimizarlo y mejorar su calidad, comprobar hipótesis científicas, etc.
Obviamente la experimentación se debe planificar (diseñar) cuidadosamente para que proporcione la información buscada. Dicha planificación debe considerar dosaspectos importantes relacionados con toda experimentación:
1. La experimentación es normalmente cara. La capacidad de experimentar está limitada por el coste en tiempo y en recursos (personal, productos de partida, etc...). Por tanto, una organización óptima de la experimentación deberá contemplar el menor número de experimentos que permita obtener la información buscada.
2. El resultado observado deun experimento (y) tiene incertidumbre:
y = h + e; donde h es el resultado “verdadero” (desconocido) del experimento y e es una contribución aleatoria, que varía cada vez que se repite el experimento. Por ello, la Estadística, disciplina que proporciona las herramientas para trabajar en ambientes de incertidumbre, juega un papel fundamental en el diseño de los experimentos y en la evaluación delos resultados experimentales.
El análisis de los resultados experimentales permitirá obtener conclusiones sobre el sistema en estudio y decidir actuaciones futuras. Tanto por la importancia de las decisiones que se pueden tomar, como por el coste elevado de la experimentación no parece adecuado dejar la elección de los experimentos y la evaluación de los resultados a la mera intuición delexperimentador. Parece más razonable utilizar una metodología matemática y estadística que indique como planificar (diseñar, organizar) la secuencia de experimentos de una forma óptima, de modo que se minimice tanto el coste de la experimentación como la influencia del error experimental sobre la información buscada. Dicha planificación y análisis es el principal objetivo del Diseño Estadístico deExperimentos.
2. ¿Qué es el Diseño Estadístico de Experimentos?
Se podría definir el Diseño Estadístico de Experimentos (DEE), también denominado diseño experimental, como una metodología basada en útiles matemáticos y estadísticos cuyo objetivo es ayudar al experimentador a:
1. Seleccionar la estrategia experimental óptima que permita obtener la información buscada con el mínimo coste.
2. Evaluarlos resultados experimentales obtenidos, garantizando la máxima fiabilidad en las conclusiones que se obtengan.
3. ¿En qué situaciones se aplica el Diseño Estadístico de Experimentos?
Las situaciones en las que se puede aplicar el DEE son muy numerosas. De forma general, se aplica a sistemas como el mostrado en la Figura 1, en los cuales se observan una o más variables experimentalesdependientes o respuestas (y) cuyo valor depende de los valores de una o más variables independientes (x) controlables llamadas factores. Las respuestas además pueden estar influidas por otras variables que no son controladas por el experimentador. La relación entre x e y no tiene porqué ser conocida.
4. ¿Qué objetivos se suelen perseguir al estudiar sistemas como los descritos?
La experimentación en...