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Diseño de Experimentos

Enviado por saree



Indice
1. Introducción
2. Principios básicos del diseño de experimentos
3. Ventajas y Desventajas de los experimentos diseñados estadísticamente.
4. Conclusiones
5. Bibliografía.

1. Introducción

Qué se entiende por "diseño de un experimento"

  • Diseñar un experimento significa planear un experimento de modo que reúna la información pertinente al problema bajo investigación.
  • El diseño de un experimento es la secuencia completa de pasos tomados de antemano para asegurar que los datos apropiados se obtendrán de modo de modo que permitan un análisis objetivo que conduzca a deducciones válidas con respecto al problema establecido.

La necesidad de un diseño de experimento surge de la necesidad de responder a preguntas como:

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

Objetivos de un diseño de experimentos

  • Proporcionar la máxima cantidad de información pertinente al problema bajo investigación.
  • El diseño, plan o programa debe ser tan simple como sea posible.
  • La investigación debe efectuarse lo más eficientemente posible; ahorrar tiempo, dinero, personal y material experimental. "Proporcionar la máxima cantidad de información al mínimo costo"

2. Principios básicos del diseño de experimentos

1.- Reproducción.
2.- Aleatorización.
3.- Control Local.

Reproducción.
Repetición del experimento porque:

  • Proporciona una estimación del error experimental.
  • Permite obtener una estimación más precisa del efecto medio de cualquier factor.

Unidad Experimental
Unidad a la cual se le aplica un solo tratamiento (que puede ser una combinación de muchos factores) en una reproducción del experimento.

Error Experimental
Describe la situación de no llegar a resultados idénticos con dos unidades experimentales tratadas idénticamente y refleja:

  • Errores de experimentación
  • Errores de observación
  • Errores de medición
  • Variación del material experimental (esto es, entre unidades experimentales)
  • Efectos combinados de factores extraños que pudieran influir las características en estudio, pero respecto a los cuales no se ha llamado la atención en la investigación.

El error experimental puede reducirse:

  • Usando material experimental más homogéneo o por estratificación cuidadosa del material disponible.
  • Utilizando información proporcionada por variables aleatorias relacionadas
  • Teniendo más cuidado al dirigir y desarrollar el experimento
  • Usando un diseño experimental muy eficiente.

Confusión
Dos o más efectos se confunden en un experimento si es posible separar sus efectos, cuando se lleva a cabo el subsecuente análisis estadístico.

Aleatorizacion.
Asignación al azar de tratamiento a las unidades experimentales. Una suposición frecuente en los modelos estadísticos de diseño de experimentos en que las observaciones o los errores en ellas están distribuidos independientemente. La aleatorización hace válida esta suposición.

Control local.
Cantidad de balanceo, bloqueo y agrupamiento de las unidades experimentales que se emplean en el diseño estadístico adaptado.

Agrupamiento.
Colocación de un conjunto de unidades experimentales homogéneas en grupos, de modo que los diferentes grupos puedan sujetarse a distintos tratamientos.

Bloqueo.
Distribución de las unidades experimentales en bloques, de manera que las unidades dentro de un bloqueo sean relativamente homogéneas, de esta manera, la mayor parte de la variación predecible entere las unidades queda confundida con el efecto de los bloques.

Balanceo.
Obtención de las unidades experimentales, el agrupamiento, el bloqueo y la asignación de los tratamientos a las unidades experimentales de manera que resulte una configuración balanceada.

Tratamiento o combinación de tratamientos.
Conjunto particular de condiciones experimentales que deben imponerse a una unidad experimental dentro de los confines del diseño seleccionado.

Factor.
Una variable independiente. En la mayoría de las investigaciones se trata con más de una variable independiente y con los cambios que ocurren en la variable independiente, cuando varia una o mas de las variables independientes.

Etapas de un diseño de experimentos.

  • Enunciado o planteamiento del problema.
  • Formulación de hipótesis.
  • Proposición de la técnica experimental y el diseño.
  • Examen de sucesos posibles y referencias en que se basan las razones para la indagación que asegure que el experimento proporcionará la información requerida y en la extensión adecuada.
  • Consideración de los posibles resultados desde el punto de vista de los procedimientos estadísticos que se aplicarán y para asegurar que se satisfagan las condiciones necesarias para que sean válidos estos procedimientos.
  • Ejecución del experimento.
  • Aplicación de las técnicas estadísticas a los resultados experimentales.
  • Extracción de conclusiones con medidas de la confiabilidad de las estimaciones generadas. Deberá darse cuidadosa consideración a la validez de las conclusiones para la población de objetos o eventos a la cual se van a aplicar.
  • Valoración de la investigación completa y contrastación con otras investigaciones del mismo problema o similares.

Lista de comprobación para planear programas de pruebas.
Obtenga un enunciado claro del problema

  1. Identifique la nueva e importante área del problema.
  2. Subraye el problema específico dentro de sus limitaciones usuales.
  3. Defina el propósito exacto del programa de prueba.
  4. Determine la relación del problema particular con la investigación total o desarrollo del programa

Reúna la información básica disponible.

  1. Investigue todas las fuentes de información posible.
  2. Tabule los datos pertinentes para planear el nuevo problema.

Diseñe el programa de prueba

  1. Sostenga una conferencia respecto a todas las partes concernientes.
  1. Enuncie las proposiciones por probar.
  2. Especifique respecto a la magnitud de las diferencias que usted considere que valen la pena.
  3. Esboce las alternativas posibles de los sucesos.
  4. Escoja los factores por estudiar.
  5. Determine el rango práctico de estos factores y los niveles específicos a los qie se harán las pruebas.
  6. Escoja las mediciones finales que van a hacerse.
  7. Considere el efecto de variabilidad de muestreo y de la precisión de métodos de prueba.
  8. Considere las posibles interrelaciones ( o interacciones) de los factores.
  9. Determine las limitaciones de tiempo, costo, materiales, potencia humana, instrumentación y otros factores y de condiciones extrañas tales como condiciones metereológicas.
  10. Considere los aspectos de las relaciones humanas del programa.
  1. Diseñe el programa en forma preliminar.
  1. prepare una cédula sistemática y completa.
  2. Proporcione las etapas de ejecución o adaptación de la cédula si es necesario.
  3. Elimine los efectos de las variables que no están en estudio.
  4. Reduzca al mínimo el número de ejecuciones del experimentos.
  5. Elija el método de análisis estadístico.
  6. Haga las indicaciones prudentes para una acumulación ordenada de datos.
  1. Revise el diseño con todo lo concerniente.
  1. Ajuste el programa de acuerdo con los comentarios.
  2. Desglose en términos precisos los pasos a seguir.

Planee y lleve a cabo el trabajo experimental.

  1. Desarrolle métodos, materiales y equipo.
  2. Aplique los métodos o técnicas.
  3. Supervise y cheque los detalles modificando los métodos si es necesario.
  4. Registre cualquier modificación al diseño del programa.
  5. Sea cuidadoso en la colección de datos.
  6. Registre el avance del programa.

Analice los datos.

  1. Reduzca los datos registrados a forma numérica, si es necesario.
  2. Aplique las técnicas adecuadas de la Estadística Matemática.

Interprete los resultados.

  1. Considere todos los datos observados.
  2. Limite las conclusiones a deducciones estrictas a partir de la evidencia obtenida.
  3. Pruebe, mediante experimentos independientes, las controversias que susciten los datos.
  4. Llegue a conclusiones, tanto respecto al significado técnico de resultados como respecto a significancia estadística.
  5. Especifique lo que implican los resultados para su aplicación y para trabajos posteriores.
  6. Tome en cuente las limitaciones impuestas por los métodos usados.
  7. Enuncie los resultados en términos de probabilidades verificables.

Prepare el reporte.

  1. Describa claramente el trabajo dando antecedentes, aclaraciones pertinentes del problema y del significado de los resultados.
  2. Use métodos gráficos y tabulares para la presentación de los datos en forma eficiente para usos futuros.
  3. Suministre información suficiente para que el lector pueda verificar resultados y sacar sus propias conclusiones.
  4. Limite las conclusiones a un resumen objetivo, tal que el trabajo evidencie su uso para consideraciones rápidas y acciones decisivas.

3. Ventajas y Desventajas de los experimentos diseñados estadísticamente.

Ventajas

  1. 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.
  2. 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.
  3. Debe enfocarse la atención a las interrelaciones y a la estimación y cuantificación de fuentes de variabilidad en los resultados.
  4. El número de pruebas requerido puede determinarse con certeza y a menudo puede reducirse.
  5. La comparación de los efectos de los cambios es más precisa debido a la agrupación de resultados.
  6. La exactitud de las conclusiones se conoce con una precisión matemáticamente definida.

Desventajas de los experimentos diseñados estadísticamente.

  1. Tales diseño 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.

4. Conclusiones

En este trabajo podemos darnos cuenta de la importancia del diseño de experimentos, o dicho de otra manera, el planear paso a paso las operaciones para así obtener un resultado satisfactorio a nuestro problema planteado.
Para el diseño de un experimento debemos tener en cuenta los efectos y las características de nuestro problema a resolver. Como se puede apreciar un diseño debe de ser lo más sencillo posible y así poder ahorrar tiempo, inversión y personal, pero no por eso se deben de olvidar considerar los principios básicos en el diseño.
Observamos el trabajo conjunto de los investigadores con los estadísticos que nos llevan a obtener una mejor planeación del experimento, aunque tiene sus desventajas se puede notar que actuando de manera correcta se puede cambiar la forma de ver de los inconvenientes que puede representar el alto costo que se tiene con los estadísticos.
Podemos estar seguros de que si llevamos a cabo todos los elementos de la lista de comprobación tendremos una planeación efectiva de nuestro experimento y así obtener los resultados esperados.

5. Bibliografía.

KEMPTHORNE O. The Design and Analysis of Experiments.
John Wiley and Sons. , New York, 1952, p.10
BICKING A. C. Some Uses of statistics en the Planning of Experiments.
Industrial Quality Control, Vol. 10 No. 4, Enero 1954.
COX D. R. Planning of Experiments.
John Wiley and Sons, Inc. New York, 1978
OSTLE B. Estadística Aplicada.
Limusa-Wiley, México, 1975, Cap. 10
MENDEZ I. Lineamientos Generales para la planeación de Experimentos.
Monografía No. 15, Vol. 15 IIMAS. 1980.

 

 

Autor:


Sara Guadalupe Reyes Echavarria
Ingeniero Químico. Universidad Veracruzana Poza Rica, Veracruz, México.


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