FASE 1.RECONOCIMIENTO AL DISEÑO EXPERIMENTAL Grupo: 30156_3 Participante: MARIO DE LEON SUAREZ 1. En que consiste el diseño estadístico de experimento ? R/: 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. 2. Mencione 5 problemas típicos que puede resolver el diseño y análisis de experimentos en un proceso de investigación. R/ - Se requiere estudiar la resistencia de una pieza plástica sometida a temperaturas cambiantes. La pieza puede ser elaborada con tres tipos de plástico distintos. - Analizar el tipo de procesador a los que se quiere comparar su velocidad de ejecución - Se desea investigar las posibles diferencias en la producción de dos máquinas - obtener respuesta de desempeño de diferentes máquinas y marcas diferentes - A través del diseño de experimento podemos dar solución en plantaciones de maíz que clase de semilla es mejor para el cultivo en cuanto a producción en toneladas y calidad. - Maximizar producción de trabajadores en condiciones en diferentes condiciones laborales 3. Explique de forma corta cuales fueron los aportes de los investigadores Fisher y Box en el desarrollo del área del diseño de experimentos. R/ En su carrera Fisher desarrolló el análisis de la varianza para analizar los inmensos datos de sus cultivos desde 1840, y donde en los próximos años estableció su reputación como bioestadístico. También fue uno de los mayores fundadores de la genética de poblaciones. Entre otras cosas, resumió el principio de Fisher, propuso el denominado modelo de selección sexual runaway y la hipótesis del hijo sexy, e ideó la ecuación de Fisher, el valor reproductivo y la desigualdad de Fisher . Box: Desarrolla una técnica utilizada para estudiar las preferencias de los consumidores en estudios de mercado. Uno de los aspectos más importantes relacionados con el desarrollo de dicha técnica, se centra en fijar el conjunto de elección que deben evaluar los entrevistados. De forma tradicional, se utilizan diseños factoriales para estimar los valores parciales de los factores. Sin embargo, si el investigador, además, está interesado en estimar las interacciones entre dos o más factores, estos diseños requieren un número tan elevado de alternativas que se hace difícil su evaluación, provocando que los entrevistados no utilicen criterios compensatorios. La utilización de diseños Box-Behnken agrupados en bloques permite reducir el esfuerzo cognitivo de los entrevistados y, a la vez, ajustar un modelo de segundo grado. Este trabajo ilustra, mediante un experimento, el uso y las ventajas de utilizar diseños Box-Behnken en estudios de mercado. Los resultados obtenidos muestran el mayor rendimiento de estos modelos en comparación con los diseños factoriales habituales. 4. En un proceso de investigación, a que le llamamos experimento y unidad experimental? R/ Experimento: es un procedimiento mediante el cual se trata de comprobar (confirmar o verificar) una o varias hipótesis relacionadas con un determinado fenómeno, mediante la observación y medición de las variables que influyen en el mismo. Por ejemplo todas las pruebas de laboratorio y las pruebas de campo que realices para desarrollar tu trabajo de grado Unidad experimental: La unidad experimental puede definirse como la parte del material experiméntala la que se asigna y aplica un tratamiento, independiente de las otras unidades. Es la unidad básica sobre la cual se efectúa un proceso de medida o sea donde se realizara el experimento y pueden ser espacios físicos, cosas abstractas animales, personas o unidades de tiempo. Por ejemplo en los experimentos pecuarios una unidad experimental puede estar representada por animales como vacas, cerdos, pollos, cabras o un grupo de ellos mientras en experimentos de tipo forestal pueden ser árboles o un rodal y en el campo agrícola puede ser una parcela cultivada con determinada densidad de plantas o una sola planta. 5. En un proceso de investigación, a que le llamamos variable de respuesta? R/ Unidad a la cual se le aplica un solo tratamiento (que puede ser una combinación de muchos factores) en una reproducción del experimento. Variables de respuesta: Es la característica del producto cuyo valor interesa mejorar mediante el diseño de experimentos 6. Realice un ejemplo donde se presencie claramente los conceptos de experimento, unidad experimental y variable de respuesta, aplicada a una investigación correspondiente a su carrera R/ En esta etapa no se debe perder de vista que los resultados experimentales son observaciones muéstrales no poblacionales. Por ello, se debe recurrir a métodos estadísticos inferenciales para ver si las diferencias o efectos muéstrales (experimentales) son lo suficientemente grandes para que garanticen diferencias poblacionales (o a nivel proceso). La técnica estadística central en el análisis de los experimentos es el llamado análisis de varianza. 7. Realice un ejemplo (tabla) diferente a la que se presenta en el libro, donde se presencie de forma clara los niveles y tratamientos de un experimento. R/ En una determinada fábrica de galletas se desea saber si las harinas de sus cuatro proveedores producen la misma viscosidad en la masa. Para ello, produce durante un día 16 masas, 4 de cada tipo de harina, y mide su viscosidad. Los resultados obtenidos son: 8.Enumere cada una de las etapas (incluidas subetapas) del diseño de experimentos. R/ Las etapas para el diseño de un experimento son: 1. PLANEACIÓN Y REALIZACIÓN La planeación está compuesta por las actividades encaminadas a entender el problema el diseño y la realización de las pruebas adecuadas. Un planeamiento claro del problema contribuye a un mejor conocimiento del fenómeno y por lo tanto a la solución final del problema. Entender y delimitar el problema u objeto de estudio En este punto se deben hacer las investigaciones preliminares para definir claramente los objetivos, los alcances y limitaciones del experimento lo cual contribuye a conocer el fenómeno objeto de estudio y por ende a la solución del mismo. Elegir las variables de respuesta que será medida en cada punto del diseño y verificar que se mide de manera confiable Es muy importante elegir las variables que se cree que pueden tener influencia en el proceso y en la respuesta, ya que de estas dependen los resultados. El experimentador debe ser consciente de la influencia potencial que podría tener cada variable en la respuesta, por tanto se debe garantizar que las mediciones sean confiables, asegurándose de que los instrumentos o métodos de medición son capaces de repetir o reproducir una medición, que tiene la precisión y exactitud necesarias. Determinar cuáles factores deben estudiarse o investigarse, de acuerdo con la supuesta influencia que tienen sobre la respuesta Es muy importante identificar y listar todos los factores que se cree que pueden tener influencia en el proceso y en la respuesta, aunque se crea que pueden tener poca importancia. Se debe considerar si cada factor especificado se mantendrá constante, se variará controladamente, si es incontrolable pero se pueden conocer sus valores o si es incontrolable e imposible de medir. El experimentador debe ser consciente de la influencia potencial de podría tener cada factor en la respuesta. Los factores no controlados pueden introducir variaciones en la respuesta que dificultan el análisis de los resultados experimentales. Seleccionar los niveles de cada factor, así como el diseño experimental adecuado a los factores que se tiene y al objetivo del experimento En este paso se determinará el número de repeticiones que se hará para cada tratamiento, teniendo en cuenta el tiempo, costo y precisión deseada. Planear y organizar el trabajo experimental Mediante el diseño seleccionado, se organiza y planea con detalle el trabajo experimental a realizarse, como el personal que va a intervenir, los diferentes pasos a seguir, la forma operativa que se deben hacer las cosas. Realizar el experimento En este paso se realiza lo expuesto en la planeación y organización del trabajo experimental al pie de la letra, y en caso de alguna anomalía se debe determinar a la persona responsable con la cual debe reportarse cualquier suceso anormal. 2. ANÁLISIS En este paso se deberá usar métodos estadísticos para analizar los datos con el fin de que los resultados y las conclusiones sean objetivos y no de carácter apreciativo. Se debe determinar el modelo de análisis de varianza o la técnica estadística que mejor describa el comportamiento de los datos, lo cual no solo permite al investigador tener un adecuado manejo de los datos, sino que al mismo tiempo puede servir para predecir futuros comportamientos del fenómeno. 3. INTERPRETACIÓN Con el respaldo del análisis estadístico formal, se debe analizar a detalle todo el proceso de experimentación para observar los nuevos aprendizajes que se lograron durante todo el proceso y observar si existe una mejor manera de llevarlo a cabo ya que por lo general todo experimento es iterativo. 4. CONTROL Y CONCLUCIONES FINALES Una vez que se ha analizado e interpretado los datos se debe extraer las conclusiones prácticas de los resultados. También deben realizarse corridas de seguimiento y pruebas de confirmación para validar las conclusiones del experimento, y con base a los resultados, formular nuevas hipótesis. 9. Cuáles son los 3 principios básicos que se deben aplicar en el diseño de experimentos, para que la investigación sea confiable y replicable en el área de estudio? R/ Al planificar un experimento hay tres tres principios básicos que se deben tener siempre en cuenta: — El principio de aleatorización. — El bloqueo. — La factorización del diseño. Los dos primeros (aleatorizar y bloquear) son estrategias eficientes para asignar los tratamientos a las unidades experimentales sin preocuparse de qué tratamientos considerar. Por el contrario, la factorización del diseño define una estrategia eficiente para elegir los tratamientos sin considerar en absoluto como asignarlos después a las unidades experimentales. Aleatorizar “Aleatorizar todos los factores no controlados por el experimentador en el diseño experimental y que pueden influir en los resultados serán asignados al azar a las unidades experimentales”. Ventajas de aleatorizar los factores no controlados: • Transforma la variabilidad sistemática no planificada en variabilidad no planificada o ruido aleatorio. Dicho de otra forma, aleatorizar previene contra la introducción de sesgos en el experimento. • Evita la dependencia entre observaciones al aleatorizar los instantes de recogida muestral. • Valida muchos de los procedimientos estadísticos más comunes. Bloquear “Se deben dividir o particionar las unidades experimentales en grupos llamados bloques de modo que las observaciones realizadas en cada bloque se realicen bajo condiciones experimentales lo más parecidas posibles. A diferencia de lo que ocurre con los factores tratamiento, el experimentador no está interesado en investigar las posibles diferencias de la respuesta entre los niveles de los factores bloque”. Bloquear es una buena estrategia siempre y cuando sea posible dividir las unidades experimentales en grupos de unidades similares. La ventaja de bloquear un factor que se supone que tienen una clara influencia en la respuesta pero en el que no se está interesado, es la siguiente: • Convierte la variabilidad sistemática no planificada en variabilidad sistemática planificada. Con el siguiente ejemplo se trata de indicar la diferencia entre las estrategias de aleatorizar y de bloquear en un experimento. Ejemplo 2.1. Se desea investigar las posibles diferencias en la producción de dos máquinas, cada una de las cuales debe ser manejada por un operario. En el planteamiento de este problema la variable respuesta es “la producción de una máquina (en un día)”, el factor-tratamiento en el que se está interesado es el “tipo de máquina” que tiene dos niveles y un factor nuisance es el “operario que maneja la máquina”. En el diseño del experimento para realizar el estudio se pueden utilizar dos estrategias para controlar el factor “operario que maneja la máquina”. Aleatorizar: se seleccionan al azar dos grupos de operarios y se asigna al azar cada grupo de operarios a cada una de las dos máquinas. Finalmente se evalúa la producción de las mismas. Bloquear: se introduce el factor-bloque “operario”. Se elige un único grupo de operarios y todos ellos utilizan las dos máquinas. ¿Qué consideraciones se deben tener en cuenta al utilizar estas dos estrategias? ¿Qué estrategia es mejor? La factorización del diseño. “Un diseño factorial es una estrategia experimental que consiste en cruzar los niveles de todos los factores tratamiento en todas las combinaciones posibles”. Ventajas de utilizar los diseños factoriales: • Permiten detectar la existencia de efectos interacción entre los diferentes factores tratamiento. • Es una estrategia más eficiente que la estrategia clásica de examinar la influencia de un factor manteniendo constantes el resto de los factores. 10. Realice un mapa conceptual donde se evidencie la clasificación de los diseños experimentales.