Experimento

Un experimento puede definirse como una prueba o serie de pruebas en las que se hacen cambios deliberados en las variables de entrada de un proceso o sistema para observar e identificar las razones de los cambios que pudieran observarse en la respuesta de salida.

En ingeniería, la experimentación desempeña un papel importante en el diseño de productos nuevos, el desarrollo de procesos de manufactura y el mejoramiento de procesos. El objetivo en muchos casos sería desarrollar un proceso robusto, es decir, un proceso que sea afectado en forma mínima por fuentes de variabilidad externas.

Diseño de experimentos

El diseño de experimentos se refiere al proceso para planear el experimento de tal forma que se recaben datos adecuados que puedan analizarse con métodos estadísticos que llevarán a conclusiones válidas y objetivas.

El enfoque estadístico del diseño experimental es necesario si se quieren sacar conclusiones significativas de los datos. Cuando el problema incluye datos que están sujetos a errores experimentales, la metodología estadística es el único enfoque objetivo de análisis. Por lo tanto, cualquier problema experimental incluye dos aspectos: el diseño del experimento y el análisis estadístico de los datos. Estos dos aspectos se encuentran íntimamente relacionados porque el método de análisis depende directamente del diseño empleado.

Factores controlables

Un factor controlable es una variable del proceso a los que soy capaz de fijar niveles, es decir, existe la manera de manipular de manera intencional el nivel de operación.

Factores no controlables

Un factor no controlable es una variable del proceso a los que no soy capaz de fijar niveles, es decir, no existe la manera de manipular de manera intencional el nivel de operación.

Variable respuesta

Permite medir el efecto de cada prueba experimental

Niveles

Valores que se le asignan a cada factor estudiado.

Tratamientos

combinación de niveles de todos los factores estudiados

Error aleatorio

Variabilidad observada que no se puede explicar por los factores estudiados

Error experimental

Componente del error aleatorio que refleja los errores del experimentador en la planeación y ejecución del experimento.

Réplicas

Considere la siguiente situación:

Suponga que un ingeniero metalúrgico tiene interés en estudiar el efecto de dos procesos diferentes de endurecimiento, el templado en aceite y el templado en agua salada, sobre una aleación de aluminio. El objetivo del experimentador es determinar cuál de las dos soluciones de templado produce la dureza máxima para esta aleación particular. El ingeniero decide someter varios ejemplares o muestras para ensayo de la aleación a cada medio de templado y medir la dureza de los ejemplares después del templado. Para determinar cuál de las soluciones es la mejor.

Por realización de réplicas se entiende la repetición del experimento básico. En el experimento metalúrgico, una réplica consistiría en el tratamiento de una muestra con el templado en aceite y el tratamiento de una muestra con el templado en agua salada. Por lo tanto, si se tratan cinco ejemplares en cada medio de templado, se dice que se han obtenido cinco réplicas

Aleatorización

La aleatorización es la piedra angular en la que se fundamenta el uso de los métodos estadísticos en el diseño experimental. Por aleatorización se entiende que tanto la asignación del material experimental como el orden en que se realizarán las corridas o ensayos individuales del experimento se determinan al azar. Uno de los requisitos de los métodos estadísticos es que las observaciones (o los errores) sean variables aleatorias con distribuciones independientes. La aleatorización hace por lo general que este supuesto sea válido. La aleatorización correcta del experimento ayuda también a “sacar del promedio” los efectos de factores extraños que pudieran estar presentes.

Formación de bloques

La formación de bloques es una técnica de diseño que se utiliza para mejorar la precisión de las comparaciones que se hacen entre los factores de interés. Muchas veces la formación de bloques se emplea· para reducir o eliminar la variabilidad transmitida por factores perturbadores; es decir, aquellos factores que pueden influir en la respuesta experimental pero en los que no hay un interés específico. Por ejemplo, en un experimento de un proceso químico pueden requerirse dos lotes de materia prima para realizar todas las corridas necesarias. Sin embargo, podría haber diferencias entre los lotes debido a la variabilidad de un proveedor a otro y, en caso de no haber un interés específico en este efecto, los lotes de materia prima se considerarían un factor perturbador.