5 pasos para desarrollar un Diseño de Experimentos DOE

5 pasos para desarrollar un Diseño de Experimentos DOE

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> 5 Pasos para desarrollar un Diseño de Experimentos
> ¿Cuáles son los tipos de DOE diseño de experimentos mas útiles en la industria?
> ¿Qué debe incluir un diseño experimental DOE?
> Ejemplo de diseño de experimentos DOE

En la carrera competitiva de buscar las mejores prácticas que brinden beneficios permanentes a las organizaciones, éstas hacen uso de las herramientas de mejora continua para innovar y mejorar sus procesos, buscando incrementar la calidad de sus productos y servicios, así como mayor rentabilidad del negocio al reducir desperdicios, mejorar procesos y optimizar los recursos.

Una de las técnicas o herramienta de la mejora continua para mejorar los procesos es la experimentación mediante el uso de métodos estadísticos. Al uso de esta metodología estadística se le conoce como Diseño de Experimentos DOE.

El Diseño de Experimentos o DOE (Design of Experiments por sus siglas en inglés), es una herramienta estadística que se basa en una serie de pruebas físicas realizadas en un proceso, para obtener información sobre el impacto de las variables en juego y con base en esa información obtenida tomar las mejores decisiones.

La herramienta DOE es comúnmente usada en las organizaciones para mejorar, optimizar o encontrar la mejor relación entre los factores que intervienen en un proceso y de esta manera obtener la mayor rentabilidad de sus procesos.

Las organizaciones que han implementado exitosamente la metodología de Diseño de Experimentos DOE en sus organizaciones han obtenido beneficios como:

1. Confiabilidad de la información

La información de los factores que intervienen en un proceso DOE es obtenida de manera rápida, confiable y con evidencia estadística de lo que sería la respuesta en campo.

2. Procesos de mejora

DOE arroja mejoras de procesos al determinar la mejor respuesta de salida que deseamos, reducción, maximizar o una meta nominal.

3. Reducción de los costos de manufactura

Al implementar las acciones resultantes del DOE se obtiene la rentabilidad del negocio.

Para algunas organizaciones buscar los mejores parámetros de operación es costoso debido a que necesitan, probar, medir, analizar y tener muestreos que generan costos de scrap, merma o desperdicios de materiales, tiempos de producción y mano de obra. En esta búsqueda de encontrar el mejor nivel de operación o la relación entre las diferentes variables del proceso mediante la experimentación y pruebas de hipótesis, la herramienta estadística por excelencia es el Diseño de Experimentos DOE.

La herramienta de Diseño de Experimentos DOE nos permite hacer una correlación entre las variables de entrada y las variables de salida de un proceso, para así determinar su nivel de afectación y el grado de impacto en la salida de respuesta o nivel de satisfacción deseado.

La herramienta de calidad de Diseño de Experimentos DOE encontrará una ecuación o modelo matemático que nos ayudará a encontrar la mejor condición operacional en nuestro proceso evitando así caer en excesos de desperdicios al experimentar con diferentes variables y la relación entre dichas variables del proceso.

Antes de recolectar datos, deberá de definir los objetivos del experimento DOE que desea realizar, recuerde que los recursos son limitados y es importante contar con la mayor cantidad de información posible.

Elegir el tipo de DOE a utilizar y numero de corridas o pruebas a realizar, recuerde hacer uso de todas las posibles fuentes de variación. Mas adelante identificaremos los tipos mas útiles para la industria.

Es necesario determinar la variable de respuesta (Y) para el proceso determinado. Ejemplo, elegir una respuesta con un valor mínimo y un máximo.

Deberá planificar un presupuesto de pruebas, considere que deberá hacer un número de pruebas de experimentación al inicio del estudio, así como después del experimento para corroborar el análisis. Recuerde que, si el modelo resultante no proporciona los resultados planeados, podría ser necesario cambiar los niveles de experimentación y llevar acabo un nuevo experimento.

Comunique a las partes interesadas el plan de experimentación, entre más entiendan la estrategia y el plan de experimentación, mayor será la probabilidad de que apoyen los experimentos y la implementación de las mejoras propuestas.

Algunos de los tipos más comunes de DOE diseños de experimentos utilizados en la industria son:

• • Diseño factorial completo: Es uno de los diseños de DOE más utilizados y eficientes. Examina el efecto de múltiples factores en una respuesta o variable de interés. Se evalúan todas las combinaciones posibles de los niveles de los factores para determinar su influencia en la respuesta

• • Diseño factorial fraccionado: Este diseño DOE se utiliza cuando el número de factores y niveles es demasiado grande para realizar un diseño factorial completo. Se selecciona una fracción de las combinaciones posibles para realizar los experimentos

• • Diseño Taguchi: Se puede considerar estos diseños DOE como del tipo factorial fraccionado, la diferencia es que el doctor Taguchi los agrupó en tablas prediseñadas con un ahorro considerable en la eficiencia y en el logro de buenos resultados, aprovechando el conocimiento previo de las variables e interacciones para reducir el número de pruebas

• • Diseño de superficie de respuesta: Se utiliza para estudiar la relación entre una o más variables independientes y una variable de respuesta continua. Este diseño DOE permite identificar los niveles óptimos de los factores para optimizar la respuesta deseada

• • Diseño de bloques aleatorizados: Se utiliza para controlar el efecto de variables de confusión o bloqueo que pueden influir en la respuesta. Las pruebas se agrupan en bloques para garantizar que las condiciones sean similares dentro de cada bloque

• • Diseño de mezclas: Se emplea cuando los factores se pueden ajustar en proporciones o mezclas. Este diseño DOE es útil para determinar la combinación óptima de los ingredientes para obtener la respuesta deseada

Cada tipo de diseño de experimentos DOE tiene sus propias ventajas y desventajas, y la elección del diseño adecuado depende del objetivo específico del estudio, el número de factores a investigar y los recursos disponibles.

Un diseño experimental DOE debe incluir varios elementos clave para asegurar que los resultados sean válidos y confiables. Los principales componentes que debe incluir un diseño experimental DOE son:

• • Objetivo claro: Un DOE debe definir la variable de respuesta o resultado que se va a medir y cómo se evaluará
  • Selección de factores: Un DOE debe identificar los factores que se cree que afectan la variable de respuesta. Los factores son las variables independientes que se manipulan en el experimento para evaluar su impacto en la variable de respuesta
  • Niveles de los factores: DOE debe determinar los diferentes niveles en los que se va a manipular cada factor. Un factor puede tener dos o más niveles que representen diferentes configuraciones o condiciones
  • Control de variables confusas: Con DOE se debe identificar y controlar cualquier variable adicional que pueda afectar la variable de respuesta pero que no esté siendo estudiada como factor en el experimento
  • Diseño del experimento: Con DOE se debe definir el tipo de diseño experimental que se utilizará, en función del objetivo y los recursos disponibles
  • Número de corridas o réplicas: En DOE se determinan cuántas veces se repetirá cada combinación de niveles de los factores para obtener una estimación precisa del efecto
  • Análisis estadístico: En DOE se planifica cómo se analizarán los datos recopilados para evaluar la significancia de los factores y su interacción

Un fabricante de helados quiere mejorar el sabor de su producto. Decide llevar a cabo un experimento DOE para evaluar dos factores en el sabor del helado: la cantidad de azúcar y el tiempo de mezclado. El objetivo es determinar la combinación óptima de estos factores para obtener el mejor sabor.

Factores: Cantidad de azúcar y tiempo de mezclado.

Niveles: Para el azúcar tendremos 2: (alta = 20g, baja = 15g),

              Para el tiempo de mezclado también 2: (largo = 10 minutos, corto = 5 minutos).

Corridas: Se realizan cuatro corridas o pruebas, para cada combinación de niveles de los factores:

Alta cantidad de azúcar y largo tiempo de mezclado,

Alta cantidad de azúcar y corto tiempo de mezclado,

Baja cantidad de azúcar y largo tiempo de mezclado,

Baja cantidad de azúcar y corto tiempo de mezclado.

Interacción: Se evaluará si hay una interacción significativa entre la cantidad de azúcar y el tiempo de mezclado, lo que significa que el efecto de un factor depende del nivel del otro factor.

Significancia del factor: Se utilizará un análisis estadístico para determinar si la cantidad de azúcar y el tiempo de mezclado tienen un impacto significativo en el sabor del helado.

Se puede usar el software Minitab para realizar un diseño de experimentos.

En el menú Estadísticas – DOE – Seleccionar el tipo – Crear el diseño.

Una vez creado el diseño, habrá que realizar las pruebas, obtener los datos y capturarlos, para así obtener los resultados.

Algunos de los experimentos DOE en la industria son factibles en tiempos y costos, pero para otras organizaciones resultan ser costosos y pudieran resultar complicados, pero si se hacen bien, los resultados permitirán mejoras significativas en la calidad y efectividad de nuestros procesos.

En SPC Consulting Group contamos con amplia experiencia en consultoría y entrenamientos para implementar la metodología de Diseño de Experimentos DOE en tu empresa, mediante nuestros Servicios de Consultoría ayudamos a nuestros clientes a alcanzar sus objetivos, comprendiendo sus necesidades, proporcionando soluciones prácticas y efectivas.

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