Diseño Experimental

DISEÑO EXPERIMENTAL

El diseño experimental es una técnica estadística que permite identificar y cuantificar las causas de un efecto dentro de un estudio experimental. En un diseño experimental se manipulan deliberadamente una o más variables, vinculadas a las causas, para medir el efecto que tienen en otra variable de interés. El diseño experimental prescribe una serie de pautas relativas qué variables hay que manipular, de qué manera, cuántas veces hay que repetir el experimento y en qué orden para poder establecer con un grado de confianza predefinido la necesidad de una presunta relación de causa-efecto.

El diseño experimental encuentra aplicaciones en la industria, la agricultura, la mercadotecnia, la medicina, la ecología, las ciencias de la conducta, etc. constituyendo una fase esencial en el desarrollo de un estudio experimental.

Ronald Fisher es considerado el padre del diseño experimental en sus estudios de agronomía en el primer tercio del siglo XX. A la lista de los pioneros de su uso hay que añadir los de Frank Yates, W.G. Cochran y G.E.P. Box. Muchas de las aplicaciones originarias del diseño experimental estuvieron relacionadas con la agricultura y la biología, disciplinas de las que procede parte de la terminología propia de dicha técnica del pico y del coco.

Las aplicaciones a la industria textil comenzaron en la década de 1930 en Inglaterra y se popularizaron y extendieron a las industrias química y manufacturera de Europa y EE. UU. tras la II Guerra Mundial. Es de notar su uso actual en la industria de la electrónica y los semiconductores.

La experimentación es una técnica utilizada para encontrar el comportamiento de una variable a partir de diferentes combinaciones de factores o variables de entrada de un proceso, que al cambiar afectan la respuesta. Para entrar a experimentar es necesario pasar primero por el diseño de experimentos, esta técnica busca la manipulación sistemática de las variables de entrada de un proceso para entender el efecto que estas pueden causar en la variable respuesta. Es ampliamente utilizado en las empresas debido a que éste permite visualizar situaciones que pueden suceder a partir de la realización de un proceso. En la industria se utiliza principalmente para buscar el mejoramiento del rendimiento de un proceso, para reducir la variabilidad y permitir que haya un mayor acercamiento a los parámetros de la empresa, para reducir tiempos de procesamiento y reducir costos. Cualquier problema experimental incluye: diseño del experimento y análisis de los datos.

VENTAJAS DEL DISEÑO EXPERIMENTAL

• Se elimina el efecto de las variables perturbadoras o extrañas, mediante el efecto de la aleatorización.

• El control y manipulación de las variables predictorias clarifican la dirección y naturaleza de la causa.

• Se requiere una estrecha colaboración entre los estadísticos y el investigador o científicos con las consiguientes ventajas en el análisis e interpretación de las etapas del programa.

• Se enfatiza respecto a las alternativas anticipadas y respecto a la pre-planeación sistemática, permitiendo aun la ejecución por etapas y la producción única de datos útiles para el análisis en combinaciones posteriores.

• Debe enfocarse la atención a las interrelaciones y a la estimación y cuantificación de fuentes de variabilidad en los resultados.

• El número de pruebas requerido puede determinarse con certeza y a menudo puede reducirse.

La comparación de los efectos de los cambios es más precisa debido a la agrupación de resultados.

• La exactitud de las conclusiones se conoce con una precisión matemáticamente definida.

DESVENTAJAS DEL DISEÑO EXPERIMENTAL

1. Tales diseños y sus análisis, usualmente están acompañados de enunciados basados en el lenguaje técnico del estadístico. Sería significativos a la generalidad de la gente, además, el estadístico no debería subestimar el valor de presentarnos los resultados en forma gráfica. De hecho, siempre debería considerar a la representación gráfica como un paso preliminar de un procedimiento más analítico.

2. Muchos diseños estadísticos, especialmente cuando fueron formulados por primera vez, se han criticado como demasiado caros, complicados y que requieren mucho tiempo. Tales críticas, cuando son válidas, deben aceptarse de buena fe y debe hacerse un intento honesto para mejorar la situación, siempre que no sea en detrimento de la solución del problema.

Experimento en laboratorio

• En epidemiología se denomina experimento de laboratorio a un estudio epidemiológico, analítico, caracterizado por una duración limitada de menos de un mes, en la que la población estadística está restringida a voluntarios autoseleccionados.

• Objetivos de un estudio en laboratorio

• Probar hipótesis etiológicas en relación a modas de comportamiento y efectos biológicos.

• Sugerir la eficacia de la intervención para modificar factores de riesgo en una población

La experimentación de campos son diseños de investigación experimental que manipulan las variables independientes para medir la variable dependiente en el entorno natural de la prueba. Los experimentos de campo se llevan a cabo frecuentemente en ambientes detallistas, como centros comerciales, supermercados u otras tiendas detallistas. Estos entornos tienden a crear un alto nivel de realismo. Sin embargo, los altos niveles de realismo contribuyen a la falta de control de las variables independientes y aumentan la variación extrínseca. Puede haber problemas con el control en diversas formas. Por ejemplo, llevar a cabo un experimento de campo de un nuevo producto en un supermercado requiere el compromiso del detallista para que autorice el producto en la tienda. En la actualidad, los detallistas vacilan cada vez más antes de añadir nuevos productos, dado el gran número de presentaciones de estos bienes cada año. Aun si se autoriza el producto, se necesitan la exhibición y el apoyo adecuados del detallista para conducir apropiadamente el experimento. La competencia también puede influir de manera negativa en un experimento de campo. En algunos experimentos de campo de nuevos productos, los competidores han influido negativamente en las ventas del producto experimental introduciendo fuertes descuentos de precio y promociones para incrementar las ventas de sus propios productos al momento de la prueba.

Diseño experimental clásico.

Experimento: Situación de control en la cual se manipulan, de manera intencional, una o más variables independientes (causas) para analizar las consecuencias de tal manipulación sobre una o más variables dependientes (efectos).

El primer requisito de un experimento es la manipulación intencional de una o más variables independientes. La variable independiente es la que se considera como supuesta causa en una relación entre variables, es la condición antecedente, y al efecto provocado por dichas causa se le denomina variable dependiente (consecuente).

El investigador puede incluir en su estudio una o más variable independientes. Cuando en realidad existe una relación causal entre una variable independiente y una dependiente, al variar intencionalmente la primera, la segunda también variará; por ejemplo, si la motivación es causa de la productividad, al variar la motivación deberá variar la productividad. A esto se le denomina covariación.

Un experimento se lleva a cabo para analizar si una o más variables independientes afectan a una o más variables dependientes y por qué lo hacen.

Este diseño permite también efectuar una comparación antes y después del proyecto, pero además también permite efectuar una comparación antes y después en grupos de similares características que no hayan estado influenciados por una intervención similar a la del proyecto. Su capacidad de explicación es bastante alta, pero sus costos y dificultad técnica también se incrementan.

Su esquema es el siguiente:

A ..........X .......... A1

B ....................... B1

Donde:

• "X" es la intervención del proyecto

• "A" es la línea de base

• "A1" es la población objetivo del proyecto al final de la intervención

• "B" es un grupo de comparación antes del inicio del proyecto, similar al grupo objetivo con el que se realizó la línea de base

• "B1" es un grupo de comparación al finalizar el proyecto

2.6 Algunos diseños experimentales clásicos.

Un diseño experimental es una regla que determina la asignación de las unidades experimentales a los tratamientos. Aunque los experimentos difieren unos de otros en muchos aspectos, existen diseños estándar que se utilizan con mucha frecuencia. Algunos de los más utilizados son los siguientes:

2.6.1 Diseño completamente aleatorizado.

El experimentador asigna las unidades experimentales a los tratamientos al azar. La única restricción es el número de observaciones que se toman en cada tratamiento. De hecho si ni es el número de observaciones en el i-ésimo tratamiento, i = 1,...,I, entonces, los valores n1,n2,...,nI determinan por completo las propiedades estadísticas del diseño. Naturalmente, este tipo de diseño se utiliza en experimentos que no incluyen factores bloque.

El modelo matemático de este diseño tiene la forma:

2.6.2 Diseño en bloques o con un factor bloque.

En este diseño el experimentador agrupa

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