UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE ... · factoriales, interacciones, análisis de...
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Diseño de experimentos 1
IT-7-ACM-04-R03
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VIGENTE A PARTIR DEL: 8 de Agosto del 2011
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
PROGRAMA ANALÍTICO FIME
Nombre de la unidad de aprendizaje: Diseño de experimentos
Frecuencia semanal: 3 hrs.
Horas presenciales: 42 hrs. Horas de trabajo extra-aula: 48 hrs.
Modalidad: Presencial
Período académico: Semestral
Unidad de aprendizaje: ( X ) obligatoria ( ) optativa Área curricular, según el nivel educativo: Licenciatura ( ) Formación básica profesional ( ) Formación profesional ( ) Formación general Universitaria ( ) Libre elección Créditos UANL: 3
Fecha de elaboración: 23 de febrero del 2009 Fecha de la última actualización: 16 de Junio del 2011 Responsables del diseño: Dr. J. Arturo Berrones Santos
Dra. Elisa Schaeffer
M.C. Rafael Covarrubias Ortiz
Dr. Ramón Cantú Cuéllar
Presentación:
Las técnicas de diseño de experimentos basadas en la estadística son particularmente útiles en el campo de la ingeniería para mejorar el
desempeño de un proceso de manufactura, también tienen diversas aplicaciones en el desarrollo de nuevos procesos y la mayoría de éstos
pueden describirse en términos de varias variables controlables como la temperatura, la presión, etc. Mediante el uso de experimentos
diseñados pueden determinar el subconjunto de las variables del proceso que ejerce la mayor influencia sobre el desempeño del proceso y los
resultados de un experimento pueden mejorar el rendimiento del proceso, la reducción de la variabilidad del proceso y una concordancia más
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próxima con los requerimientos nominales o proyectados, la reducción del tiempo de diseño y desarrollo, y la reducción del costo de operación.
El diseño de experimentos en el proceso de ingeniería de diseño puede redundar en productos cuya fabricación sea más sencilla, en
productos con un mejor desempeño y confiabilidad que sus competidores y en productos que puedan diseñarse, desarrollarse y producirse en el
menor tiempo. Todo experimento incluye una secuencia de actividades: planteamiento de la hipótesis, la prueba realizada para investigar la
hipótesis, el análisis estadístico de los datos y la conclusión. Con frecuencia lo anterior nos llevará a una revisión y a un nuevo experimento y así
sucesivamente.
Esta unidad de aprendizaje consta de 4 fases, en la primera se analizan ciertos experimentos que se usan para comparar dos condiciones
(tratamientos), en la segunda fase se trata del análisis de la varianza que es un procedimiento para descomponer la variabilidad de un
experimento en componentes independientes que puedan asignarse a causas distintas, en la tercera fase se investigan todas las posibles
combinaciones de los niveles de los factores en cada ensayo completo o réplica del experimento con lo que en la última fase se tratan los
modelos de regresión donde se explica la dependencia de una variable Y de una o varias variables cuantitativas X.
Propósito:
En esta unidad de aprendizaje tiene como finalidad que el estudiante se familiarice con la manera en que se utilizan las técnicas de
desarrollo de experimentos para resolver problemas de ingeniería del mundo real y que entienda los conceptos que lo fundamentan. Se harán
experimentos con un solo factor y con factores múltiples, se hará hincapié en las nociones de aleatorización, formación de bloques, diseños
factoriales, interacciones, análisis de datos gráficos y factoriales fraccionados se incursionará en estadística no paramétrica y en modelos de
regresión lineal y lineal múltiple.
Es importante que el estudiante aprenda métodos para explicar el comportamiento de una variable estadística en función de otra. El
modelo de diseño experimental tiene como0 objetivo investigar si un conjunto de factores afecta a la respuesta media de una variable continua
y medir sus efectos. Para determinar si existe una relación causal entre los factores y la respuesta es imprescindible diseñar como recoger los
datos, de manera que podamos separar los efectos de los factores y eliminar los efectos de otras variables no incluidas en la experimentación.
De esta manera, podremos atribuir a los factores controlados en el experimento las variaciones en la variable respuesta.
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Competencias del perfil de egreso: a. Competencias de la Formación General Universitaria a las que contribuye esta unidad de aprendizaje:
Esta unidad de aprendizaje contribuye al desarrollo de las siguientes competencias generales:
Competencias instrumentales:
• Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y
expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico.
• Maneja las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta para el acceso a la información y su transformación en
conocimiento, así como para el aprendizaje y trabajo colaborativo con técnicas de vanguardia que le permitan su participación constructiva en la
sociedad.
• Emplea pensamiento lógico, crítico, creativo y propositivo para analizar fenómenos naturales y sociales que le permitan tomar decisiones
pertinentes en su ámbito de influencia con responsabilidad social.
Competencias personales y de interacción social
• Interviene frente a los retos de la sociedad contemporánea en lo local y global con actitud crítica y compromiso humano, académico y
profesional para contribuir a consolidar el bienestar general y el desarrollo sustentable.
• Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a
la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una
sociedad sostenible.
Competencias integradoras
• Construye propuestas innovadoras basadas en la comprensión holística de la realidad para contribuir a superar los retos del ambiente global
interdependiente.
• Logra la adaptabilidad que requieren los ambientes sociales y profesionales de incertidumbre de nuestra época para crear mejores
condiciones de vida.
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b. Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje:
Diseñar alternativas de modelos en lenguaje de estadística matemática que representa un sistema, fenómeno natural, social o procesos
mediante el planteamiento de una hipótesis para su solución por métodos analíticos o con paquetes computacionales.
Analizar soluciones tecnológicas pertinentes y viables mediante el cumplimiento de los estándares de calidad y políticas de seguridad para
realizar la selección más adecuada en la solución de problemas de ingeniería y desarrollo sustentable.
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Representación gráfica
Competencias de la Unidad de
Aprendizaje
Instrumentales
Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para
comprender, interpretar y expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque
ecuménico
Diseñar alternativas de modelos en lenguaje de estadística
matemática que representa un sistema, fenómeno natural, social
o procesos
Describir las diferencias significativas entre las medias y varianzas de las poblaciones
analizadas empleando el análisis de varianza y las diferentes técnicas de
comparación múltiple
Maneja las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta para el acceso
a la información y su transformación en conocimiento así como el aprendizaje y trabajo colaborativo con técnicas de vanguardia que le
permitan su participación constructiva en la sociedad
Analizar soluciones tecnológicas pertinentes y viables mediante el
cumplimiento de los estándares de calidad y políticas de seguridad
Empleando la técnica de análisis de varianza para obtener información sobre que factores e
interacciones influyen de manera significativa en el modelo analizado
Emplea pensamiento lógico, crítico, creativo y propositivo para analizar fenómenos
naturales y sociales que le permitan tomar decisiones pertinentes en el ámbito de
influencia con responsabilidad social
Planteamiento de una hipótesis para su solución
por métodos analíticos o con paquetes computacionales
Analizar experimentos para resolver algunos problemas de ingeniería
Personales y de Interacción
Social
Interviene frente a los retos de la sociedad contemporánea en lo local y global con actitud crítica y compromiso humano,
académico y profesional para contribuir a consolidar el bienestar general y el desarrollo sustentable
Realizar la selección más adecuada en la solución
de problemas de ingeniería y desarrollo
sustentable
Aplicar la metodología que permita explicar la dependencia de una variable Y de una o varias
variables cuantitativas X, utilizando los diferentes modelos de regresión para poder
pronosticar el valor de alguna variable en términos de otra u otras variables
Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a a la naturaleza, integridad, ética
profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir y construir una sociedad sostenible
Integradoras
Construye propuestas innovadoras basadas en la comprensión holística de la realidad para contribuir
a superar los retos del ambiente global interdependiente
Diseñar alternativas de modelos que representa un sistema, fenómeno natural,
social o procesos
Identificar los factores relevantes que intervienen en un modelo de diseño de experimentos,
empleando la técnica de análisis de varianza para obtener información sobre que factores e
interacciones influyen de manera significativa en el modelo analizado
Logra la adaptabilidad que requieren los ambientes sociales y profesionales de incertidumbre de nuestra época para
crear mejores condiciones de vida
Analizar el cumplimiento de los estándares de calidad y políticas de
seguridad para realizar la selección más adecuada en la solución de problemas de
ingeniería y desarrollo sustentable
Pronosticar el valor de alguna variable en términos de otra u otras variables
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Unidad temática 1: Experimentos comparativos simples, cuadros latinos y bloques aleatorios. Competencias particulares: Analizar experimentos mediante la comparación de más de dos poblaciones (tratamientos) para resolver algunos problemas de ingeniería.
Elementos de
Competencia
Evidencias de
aprendizaje
Criterios de
desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
Aplicar
experimentos
empleando
modelos
estadísticos para
dar respuesta al
cuestionamiento
del problema.
Reporte
Problemas
resueltos
Reporte escrito � Presentación
� Contenido
� Puntualidad
� Limpieza
� Bibliografía
Problemas resueltos � Presentación
� Procedimiento
� Puntualidad
� Limpieza
� Resultado
� Actitud
� Trabajo en equipo
� Trabajo individual
Elaborar un reporte de
aplicación del modelo que
se vio en clase.
Resolver problemas
utilizando las técnicas de
diseños de experimentos
comparados simples.
Formulas:
*Estadística básica
*Tratamientos
*Bloques aleatorios
*Cuadro latino
*Cuadro grecolatino
Libreta, lápiz, textos,
pintarrón, calculadora,
pizarrón y aula.
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Unidad temática 2: Análisis de la varianza. Competencias particulares: Describir las diferencias significativas entre las medias y varianzas de las poblaciones analizadas empleando el análisis de varianza y las
diferentes técnicas de comparación múltiple para tener un mejor conocimiento del comportamiento de las poblaciones estudiadas en los
modelos.
Elementos de
Competencia
Evidencias de
aprendizaje
Criterios de
desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
Describir y
aplicar el modelo
estadístico
matemático
empleando
pruebas de
comparación
múltiple para dar
respuesta al
cuestionamiento
del problema.
Reporte
Problemas
resueltos
Reporte escrito � Presentación
� Contenido
� Puntualidad
� Limpieza
� Bibliografía
Problemas resueltos � Presentación
� Procedimiento
� Puntualidad
� Limpieza
� Resultado
� Actitud
� Trabajo en equipo
� Trabajo individual
Elaborar un reporte de
aplicación de los modelos
que se vieron en clase.
Resolver problemas
utilizando las técnicas de
análisis y teoría de análisis
de la varianza.
Formulas:
*Análisis de la
varianza
*Métodos de
Comparación
múltiple: Tukey,
Duncan, Dunnet,
Bartlett, Kruskal-
Wallis.
Libreta, lápiz, textos,
pintarrón, calculadora,
pizarrón , aula y paquetes
computacionales de
estadística(SPSS, MINITAB,
etc.)
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Unidad temática 3: Diseños factoriales y diseños factoriales fraccionados. Competencias particulares: Identificar los factores relevantes que intervienen en un modelo de diseño de experimentos, empleando la técnica de análisis de varianza para
obtener información sobre que factores e interacciones influyen de manera significativa en el modelo analizado.
Elementos de
Competencia
Evidencias de
aprendizaje
Criterios de
desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
Describir
problemas de
ingeniería
mediante la
experimentación
factorial para dar
respuesta al
cuestionamiento
del problema
Reporte
Problemas
resueltos
Reporte escrito � Presentación
� Contenido
� Puntualidad
� Limpieza
� Bibliografía
Problemas resueltos � Presentación
� Procedimiento
� Puntualidad
� Limpieza
� Resultado
� Actitud
� Trabajo en equipo
� Trabajo individual
Elaborar un reporte de los
modelos que se vieron en
clase.
Resolver problemas
utilizando las técnicas y
teoría de diseño factoriales
y factoriales fraccionados.
Formulas:
*Diseño factorial
*Diseño factorial
fraccionado 2k
*Pruebas de
Tukey y
Duncan aplicadas
a
estos modelos.
Libreta, lápiz, textos,
pintarrón, calculadora,
pizarrón, aula y paquetes
estadísticos(SPSS, MINITAB,
etc.).
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Unidad temática 4: Modelos de regresión. Competencias particulares: Aplicar la metodología que permita explicar la dependencia de una variable Y de una o varias variables cuantitativas X, utilizando los diferentes
modelos de regresión para poder pronosticar el valor de alguna variable en términos de otra u otras variables.
Elementos de
Competencia
Evidencias de
aprendizaje
Criterios de
desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
Aplicar el modelo
estadístico
matemático
empleando el
modelo de
regresión para
dar respuesta al
cuestionamiento
del problema.
Reporte
Problemas
resueltos
Reporte escrito � Presentación
� Contenido
� Puntualidad
� Limpieza
� Bibliografía
Problemas resueltos � Presentación
� Procedimiento
� Puntualidad
� Limpieza
� Resultado
� Actitud
� Trabajo en equipo
� Trabajo individual
Elaborar un reporte de los
modelos vistos en clase.
Resolver problemas
utilizando las técnicas del
modelo de regresión.
Formulas:
*Regresión Lineal
simple y múltiple
*Regresión no lineal
Libreta, lápiz, textos,
pintarrón, calculadora,
pizarrón y aula.
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Evaluación integral de procesos y productos (ponderación /evaluación sumativa) Evidencia Ponderación
1. Reporte 2.5 %
2. Ejercicios 7.5 %
3. Reporte 2.5 %
4. Ejercicios 7.5 %
5. Reporte 2.5 %
6. Ejercicios 7.5 %
7. Reporte 2.5 %
8. Ejercicios 7.5 %
9. Exámenes 30 %
Producto integrador de aprendizaje: Producto integrador 30 %
Al finalizar la unidad de aprendizaje el estudiante deberá elaborar un proyecto por equipos del diseño de un experimento, tomando las
mediciones correspondientes, que se ajuste a los modelos estudiados en alguna de las unidades temáticas del curso, así como su solución por
algún método analítico o usando paquetes computacionales, con el fin de mostrar las habilidades adquiridas en esta unidad de aprendizaje.
Fuentes de apoyo y consulta:
� Libro: Diseño y Análisis de experimentos (Segunda edición)
Autor: Douglas Montgomery
Editorial: Limusa - Wiley. 2006
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� Libro: Probabilidad y Estadística para Ingenieros de Miller & Freund
Autor: Richard Johnson
Editorial: Prentice Hall, 2001
� Libro: Estadística
Autor: Taro Yamane
Editorial: Harla, 1979
� Libro: Diseño de experimentos
Autor: Robert O. Kuehl.
Editorial: Thomson Corporation. 2001
� Libro: Estadística para investigadores: Introducción al diseño de experimentos
Autor: George Box
Editorial: Reverte. 1989
� Libro: Regresión y diseño de experimentos
Autor: Daniel Peña
Editorial: Alianza Editorial. 2002
� Libro: An Introduction to Design of Experiments: A Simplified Approach
Autor: L. B. Barrentine
Editorial: American Society for Quality, 1999
� Libro: Introduction to Probability and Statistics
Autor: William Mendenhall, Robert Beaver, Barbara Beaver
Editorial: Duxbury Press, 2008
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o Tema: Diseño de Experimentos
Liga: http://es.wikipedia.org/wiki/Dise%C3%B1o_experimental
Fecha última revisión: 01 de Junio del 2011
� Revista: Journal of Quality Technology
Año: 1997
# de revista: Vol. 29
Mes: Julio
Nombre del artículo: A Tutorial on Generalized Lineal Models
Autor: Myers R.H., Montgomery D. C.
Perfil del docente: Licenciatura en Ingeniería
Maestría en Ciencias de la Administración.
Ficha bibliográfica del profesor:
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JEFATURA DE ACADEMIA JEFATURA DE DEPARTAMENTO
COORDINACIÓN DE LA DIVISIÓN SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA DE ADMINISTRACIÓN Y SISTEMAS