Diseño de experimentos Ensayo de Diseño de Experimentos

Ensayo de Diseño de Experimentos

El presente documento detalla de una manera explícita lo que es el diseño de experimentos y todas sus aplicaciones a la investigación experimental. Primeramente, ¿Que es un experimento? Un experimento es un cambio en las condiciones de operación de un sistema o proceso que se hace con el objetivo de medir el efecto del cambio en una o varias propiedades del producto o resultado. Con esta definición, podemos explicar que diseño de experimentos consiste en planear y realizar un conjunto de pruebas con el objetivo de generar datos que al ser analizados estadísticamente, proporcionen evidencias objetivas que permitan responder las interrogantes planteadas por el experimentador sobre determinada situación. En otras palabras, diseñar un experimento significa plantear un experimento de modo que reúna la información pertinente al problema bajo investigación.

Al hablar sobre diseño de experimentos, debemos mencionar a Sir Ronald A. Fisher, quien diseñó la base de la teoría del Diseño Experimental, la cual es actualmente una teoría muy amplia y bien formulada. Estas aplicaciones son muy utilizadas en diferentes campos, tales como lo son en las ingenierías, en diferentes ciencias tanto naturales como sociales, entre otras.

Ronald Fisher discutió en 1926 que los diseños «complejos», como diseños factoriales, eran más eficientes que estudiando un factor a la vez. Fisher escribió:

“Ningún aforismo se repite tan frecuentemente respecto de las pruebas de campo, que aquel de que a la Naturaleza debemos hacerle pocas preguntas, o, idealmente, hacérselas de a una. Quien escribe es un convencido de que este punto de vista está totalmente equivocado.”

Un diseño factorial permite estudiar el efecto de varios factores e incluso interacciones entre ellas que se determinarán con el mismo número de ensayos que son necesarios para determinar de los efectos por sí mismo con el mismo grado de exactitud. En 1935 Fisher publica su libro “El diseño de experimentos”.

Claramente, el diseño experimental busca objetivos, los cuales buscan proporcionar la mayor cantidad de información posible sobre el problema a resolver, con el menor costo posible, tanto monetario, de tiempo, material experimental y personal. La toma de decisiones debe estar basada en el análisis de los datos y la información. Para tomar decisiones acertadas es mejor basarse en la frialdad y objetividad de los datos más que en intuiciones, deseos y esperanzas. El sistema de gestión de la calidad debe ayudar a mejorar la calidad de la información obtenida así como las fuentes de información. Con buena información se pueden hacer estudios y análisis de futuro.

El diseño experimental surge de la necesidad de responder a preguntas como:

• ¿Cómo se va a medir el efecto?
• ¿Cuáles son las características a analizar?
• ¿Qué factores afectan las características que se van a analizar?
• ¿Cuáles son los factores que se estudiarán en determinada  investigación?
• ¿Cuántas veces deberá ejecutarse el experimento?
• ¿Cuál será la forma de análisis?
• ¿A partir de qué valores se considera importante el efecto?

El diseño de experimentos cuenta con 3 principios básicos:

Aleatorización

Consiste en asignar aleatoriamente (al azar) a las personas u objetos que se están estudiando. La aleatorización es una de las formas de evitar los sesgos de selección; su propósito es posibilitar las comparaciones en los grupos de asignación. Su principal ventaja es que permite la asignación del objeto de estudio antes del inicio del ensayo, de manera que aumentan las posibilidades de independencia entre las variables de estudio.

Repetición
Se basa en hacer dos veces o más un nivel o la combinación de más de un nivel, esto depende de la aleatorización.

Control Local
Es la cantidad de veces que se balancea, bloquea y agrupa las unidades experimentales que se usan en el diseño por estudiar.

El diseño estadístico de experimentos es la forma más eficaz de hacer pruebas y experimentos en los procesos, este diseño consiste en determinar cuáles pruebas y como es que se deben realizar, para obtener datos que al analizarlos se puedan obtener resultados, las cuales nos permitan llegar a conclusiones y decisiones que nos ayuden a un mejoramiento dentro del proceso. En la industria se utilizan diversos procesos en los cuales podemos aplicar el análisis y diseño de experimentos. Algunos de los que podemos mencionar son: comparar dos o más proveedores del mismo material con el fin de elegir al que mejor llena nuestras expectativas o cumple con las especificaciones requeridas, o también reducir el tiempo de ciclo del proceso, lo cual nos lleva a reducir costos.

Existen dos casos muy particulares en los cuales podemos aplicar la experimentación. Está la experimentación que se realiza en un laboratorio, y la experimentación en procesos industriales, administrativos, etc. La experimentación en un laboratorio tiene muy poca variabilidad, al contrario de la experimentación en una industria en la cual la variabilidad es grande en la mayoría de los casos. En un laboratorio el error experimental será pequeño y habrá poca variación en los resultados del experimento, esto es porque hay mayor exactitud en las medidas y todos los procesos son hechos con exactitud.

Uno de los principales objetivos de los modelos de diseño de experimentos es controlar la variabilidad de un proceso estocástico que puede tener diferente origen. De hecho, los resultados de cualquier experimento están sometidos a tres tipos de variabilidad cuyas características son las siguientes:

— Variabilidad sistemática y planificada.

Esta variabilidad viene originada por la posible dispersión de los resultados debida a diferencias sistemáticas entre las distintas condiciones experimentales impuestas en el diseño por expreso deseo del experimentador. Es el tipo de variabilidad que se intenta identificar con el diseño estadístico.

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