Diseño de experimentos.

El diseño de experimentos se define como un conjunto de técnicas activas que manipulan un proceso para inducirlo a proporcionar la información que se requiere para mejorarlo mediante los cambios en sus variables y su interacción o secuencia de ejecución. El diseño estadístico de experimentos es la forma más eficaz de hacer pruebas en los procesos. Al realizar pruebas controladas y relacionadas con el proceso así como establecer un método en la secuencia de aplicación podemos obtener datos que estadísticamente pueden proporcionarnos conclusiones comprobables del proceso o sistema. El diseño de experimentos es precisamente la aplicación del método científico para generar conocimiento acerca de un sistema o proceso. El diseño experimental se plantea un conjunto de pruebas documentadas de manera en que los datos recabados puedan ser analizados mediante la estadística para obtener patrones o respuestas predecibles válidas y objetivas que nos formen una conclusión efectiva.

Los pasos a seguir dentro de un diseño de experimentos son los siguientes:

1. Identificación del enunciado del problema: Una enunciado claro del problema contribuye sustancialmente para alcanzar una mejor comprensión de los fenómenos bajo estudio y la solución final del problema.

Indicamos al inicio del proceso una situación inicial como un hecho real que tenemos la sospecha que está relacionado con el funcionamiento de las variables que vamos a estudiar, se menciona una Hipótesis sobre nuestro proceso.

Como resultado de la experiencia previa tenemos ciertos conocimientos sobre el proceso por lo que establecemos ciertos criterios más o menos comprobados por un análisis experimental repetitivo o histórico para de cierta manera aprobar dicha hipótesis.

Más adelante el método nos proporcionará los resultados concluyentes para establecer si la hipótesis inicial es válida o es nula.

Enunciar el problema por parte del sujeto que conoce el problema requiere expresarlo en forma concreta, considerándolo en términos de una oración simple o compuesta (sujeto-verbo-predicado) donde quedan expresadas las variables del proceso.

2. Elección de los factores, los niveles y los rangos:

Los factores pueden clasificarse en factores potenciales de diseño y factores perturbadores.

Los factores potenciales del diseño cuentan con factores que se mantienen constantes, y factores que se permite variar. Estos factores de diseño estarán contenidos en el experimento.

Los factores constantes pueden tener cierto efecto sobre la respuesta, pero no son de interés, por lo que se mantendrán fijos. Los que se permite variar son aquellos en los que se ignora su variabilidad.

Por lo que serán los factores que estudiaremos para comprender esa variación y establecer patrones que nos ayuden a predecir esa variabilidad.

Los factores perturbadores pueden tener efectos considerables que deben tomarse en cuenta, pero no hay interés en ellos en el contexto del experimento, se clasifican como controlables, no controlables y de ruido.

Una vez que se han seleccionado los factores del diseño, se debe elegir los rangos en los que hará variar estos factores, así como los niveles específicos con los que se realizarán las corridas.

3. Selección de variables de respuesta: El experimentador deberá tener la certeza de que la variable de respuesta proporciona en realidad información útil acerca del proceso bajo estudio

4. Elección del diseño experimental: Implica la consideración del tamaño de la muestra, la selección de un orden de corridas adecuado y la determinación de si entran en juego o no la formación de bloques u otras restricciones para la aleatorización.

5. Realización del experimento: Monitorear el proceso para asegurar la ejecución conforme a planeación. Conveniente realizar corridas piloto.

6. Análisis estadístico de los datos: Es muy útil presentar los resultados en forma de modelo empírico.

7. Conclusiones y recomendaciones: El experimentador debe sacar conclusiones prácticas y recomendar un curso de acción

Método Taguchi para el diseño de experimentos.

El Diseño de Experimentos es una herramienta que también puede llegar a ser usada en las etapas de diseño de productos y procesos con el objetivo de minimizar la variación del desempeño de éstos en manos de los consumidores finales con respecto a los factores ambientales como medio para mejorar la calidad. La idea de diseñar productos y procesos cuyo desempeño sea insensible a las condiciones ambientales (robustez del sistema) y realizar esto en las etapas de diseño a través del uso de Diseño de Experimentos ha sido la piedra angular de la metodología Taguchi.

Las fortalezas de la metodología de Taguchi son las siguientes:

• Enfatiza en la calidad durante la etapa del diseño del proceso.

• Reconoce la importancia relativa de los factores que influyen en el desempeño de los productos o procesos.

• Enfatiza en la reducción de la variabilidad, por medio del uso de la función de pérdida y de la razón señal-ruido (existiendo una para cada objetivo que se quiera lograr con el experimento).

• Se concentra en el concepto de diseño de parámetros que sirvan para disminuir la variabilidad en el desempeño de los productos.

• También puede ser utilizada para el mejoramiento de procesos y productos ya existentes.

El modelo de Taguchi enfatiza la importancia de evaluar el desempeño bajo condiciones de campo como parte del proceso de diseño y el hecho que la variación funcional en el desempeño está influenciada por los factores de ruido los cuales varían en el ambiente en el que los procesos o productos están funcionando. La filosofía Taguchi está basada en un modelo aditivo de los efectos principales para la cual, la presencia de interacciones es algo indeseable y en caso que en el proceso se encuentre una relación de este tipo esta es tomada como parte del error experimental (Fowkles Y Creveling, 1995). Otra característica clave de esta metodología son los arreglos ortogonales, los cuales no son más que arreglos factoriales fraccionados en los que se basa como medio para la realización del experimento, así como la utilización de una medida de variabilidad denominada razón señal ruido (S/N) para la realización del análisis de resultados.

Opinión 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. Podemos estar seguros de que si llevamos a cabo la metodología correcta tendremos una planeación efectiva de nuestro experimento y así obtener los resultados esperados.

Bibliografía

-El secreto de la calidad japonesa: el diseño de experimentos clásicos, Taguchi y Shainin, Lluis Saderra Jorba, Marcombo, 1993.

-Análisis y diseño de experimentos, Humberto Gutiérrez Pulido, Román de la Vara Salazar, Tercera Edición, McGraw-Hill Education.