El diseño de experimentos (DoE) es un método sistemático utilizado en estadística aplicada para evaluar las numerosas alternativas posibles en una o varias variables de diseño. En el diseño experimental, los experimentos se utilizan para encontrar un resultado o efecto desconocido, para probar una teoría o para demostrar un efecto ya conocido. El término «Diseño de Experimentos» fue acuñado por Ronald Fisher en la década de 1920 y lo utilizó para describir un método de planificación de experimentos para encontrar la mejor combinación de factores que afectan a la respuesta o al resultado.
Fundamentos y componentes del diseño experimental
La metodología estadística por excelencia para optimizar la experimentación se define simplemente como un método de aplicar sistemáticamente la estadística al proceso de experimentación. El concepto clave de esta metodología es que existe una relación entre los factores que afectan a la respuesta, determinando las «relaciones de causa y efecto». Un diseño experimental completo consiste en la combinación de factores utilizados para evaluar sus efectos en la respuesta.
Los tres aspectos que hay que analizar en los experimentos de diseño son:
- Factores o parámetros de entrada: Pueden ser variables controlables (que pueden modificarse en el proceso) o incontrolables (que no pueden cambiarse).
- Niveles o ajustes de cada factor: Pertenecen a la cantidad o calidad que se utilizará en el experimento.
- Respuestas: Se refiere al resultado del proceso que mide el efecto deseado, influenciado por los factores y sus niveles.
Principios básicos del diseño
Para asegurar que los datos obtenidos permitan un análisis objetivo, se deben seguir principios fundamentales:
- Reproducción: Repetición del experimento para proporcionar una estimación del error experimental.
- Aleatorización: Asignación al azar de tratamientos a las unidades experimentales para evitar sesgos.
- Control local: Uso de balanceo, bloqueo y agrupamiento para reducir la variación predecible.
Aplicación del diseño de experimentos
El diseño de experimentos no sólo lo llevan a cabo científicos o ingenieros; es utilizado por diferentes industrias para maximizar los resultados. En la industria, el diseño de experimentos suele aplicarse básicamente en dos áreas: el diseño y la mejora de procesos y productos.
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Ejemplos de aplicación industrial
- Industria farmacéutica: Se utiliza en las fases de formulación y fabricación de medicamentos, especialmente en fármacos de liberación prolongada, para reducir impurezas y garantizar la seguridad.
- Industria de bienes de consumo: Ayuda a comparar alternativas para obtener productos más económicos sin comprometer la calidad.
- Ingeniería y manufactura: Se aplica para mejorar procesos de doblado, soldadura o ensamble, minimizando las variaciones en las dimensiones del producto final.
Pasos para el diseño experimental
Los procesos estándar del diseño de experimentos suelen estar estructurados en los siguientes pasos:
- Describir: Determinar el objetivo y la respuesta deseada.
- Especificar: Definir qué variables describen la situación física o factores.
- Diseño: Generar el modelo experimental del que se extraerán las evaluaciones.
- Recoger: Ejecutar el diseño y registrar las respuestas.
- Ajuste: Revisar si los resultados se ajustan al modelo generado.
- Análisis estadístico: Aplicar métodos para que las conclusiones sean objetivas.
- Mejoras y conclusiones: Maximizar beneficios y verificar la estabilidad de las mejoras obtenidas.
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