5 pasos para desarrollar un Diseño de Experimentos DOE

Preguntas frecuentes

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

Una de las tecnicas o herramienta de la mejora continua para mejorar los procesos es la experimentacion mediante el uso de metodos estadisticos. Al uso de esta metodologia estadistica se le conoce como Diseno de Experimentos DOE.

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

La herramienta DOE es comunmente usada en las organizaciones para mejorar, optimizar o encontrar la mejor relacion 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 metodologia de Diseno de Experimentos DOE en sus organizaciones han obtenido beneficios como:

1. Confiabilidad de la informacion

La informacion de los factores que intervienen en un proceso DOE es obtenida de manera rapida, confiable y con evidencia estadistica de lo que seria la respuesta en campo.

2. Procesos de mejora

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

3. Reduccion de los costos de manufactura

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

Para algunas organizaciones buscar los mejores parametros de operacion es costoso debido a que necesitan, probar, medir, analizar y tener muestreos que generan costos de scrap, merma o desperdicios de materiales, tiempos de produccion y mano de obra. En esta busqueda de encontrar el mejor nivel de operacion o la relacion entre las diferentes variables del proceso mediante la experimentacion y pruebas de hipotesis, la herramienta estadistica por excelencia es el Diseno de Experimentos DOE.

La herramienta de Diseno de Experimentos DOE nos permite hacer una correlacion entre las variables de entrada y las variables de salida de un proceso, para asi determinar su nivel de afectacion y el grado de impacto en la salida de respuesta o nivel de satisfaccion deseado.

La herramienta de calidad de Diseno de Experimentos DOE encontrara una ecuacion o modelo matematico que nos ayudara a encontrar la mejor condicion operacional en nuestro proceso evitando asi caer en excesos de desperdicios al experimentar con diferentes variables y la relacion entre dichas variables del proceso.

Antes de recolectar datos, debera 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 informacion 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 variacion. Mas adelante identificaremos los tipos mas utiles para la industria.

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

Debera planificar un presupuesto de pruebas, considere que debera hacer un numero de pruebas de experimentacion al inicio del estudio, asi como despues del experimento para corroborar el analisis. Recuerde que, si el modelo resultante no proporciona los resultados planeados, podria ser necesario cambiar los niveles de experimentacion y llevar acabo un nuevo experimento.

Comunique a las partes interesadas el plan de experimentacion, entre mas entiendan la estrategia y el plan de experimentacion, mayor sera la probabilidad de que apoyen los experimentos y la implementacion de las mejoras propuestas.

Algunos de los tipos mas comunes de DOE disenos de experimentos utilizados en la industria son:

• • Diseno factorial completo: Es uno de los disenos de DOE mas utilizados y eficientes. Examina el efecto de multiples factores en una respuesta o variable de interes. Se evaluan todas las combinaciones posibles de los niveles de los factores para determinar su influencia en la respuesta

• • Diseno factorial fraccionado: Este diseno DOE se utiliza cuando el numero de factores y niveles es demasiado grande para realizar un diseno factorial completo. Se selecciona una fraccion de las combinaciones posibles para realizar los experimentos

• • Diseno Taguchi: Se puede considerar estos disenos DOE como del tipo factorial fraccionado, la diferencia es que el doctor Taguchi los agrupo en tablas predisenadas 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 numero de pruebas

• • Diseno de superficie de respuesta: Se utiliza para estudiar la relacion entre una o mas variables independientes y una variable de respuesta continua. Este diseno DOE permite identificar los niveles optimos de los factores para optimizar la respuesta deseada

• • Diseno de bloques aleatorizados: Se utiliza para controlar el efecto de variables de confusion 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

• • Diseno de mezclas: Se emplea cuando los factores se pueden ajustar en proporciones o mezclas. Este diseno DOE es util para determinar la combinacion optima de los ingredientes para obtener la respuesta deseada

Cada tipo de diseno de experimentos DOE tiene sus propias ventajas y desventajas, y la eleccion del diseno adecuado depende del objetivo especifico del estudio, el numero de factores a investigar y los recursos disponibles.

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

• • Objetivo claro: Un DOE debe definir la variable de respuesta o resultado que se va a medir y como se evaluara
  • Seleccion 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 mas 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 este siendo estudiada como factor en el experimento
  • Diseno del experimento: Con DOE se debe definir el tipo de diseno experimental que se utilizara, en funcion del objetivo y los recursos disponibles
  • Numero de corridas o replicas: En DOE se determinan cuantas veces se repetira cada combinacion de niveles de los factores para obtener una estimacion precisa del efecto
  • Analisis estadistico: En DOE se planifica como se analizaran los datos recopilados para evaluar la significancia de los factores y su interaccion

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 azucar y el tiempo de mezclado. El objetivo es determinar la combinacion optima de estos factores para obtener el mejor sabor.

Factores: Cantidad de azucar y tiempo de mezclado.

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

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

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

Alta cantidad de azucar y largo tiempo de mezclado,

Alta cantidad de azucar y corto tiempo de mezclado,

Baja cantidad de azucar y largo tiempo de mezclado,

Baja cantidad de azucar y corto tiempo de mezclado.

Interaccion: Se evaluara si hay una interaccion significativa entre la cantidad de azucar y el tiempo de mezclado, lo que significa que el efecto de un factor depende del nivel del otro factor.

Significancia del factor: Se utilizara un analisis estadistico para determinar si la cantidad de azucar y el tiempo de mezclado tienen un impacto significativo en el sabor del helado.

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

En el menu Estadisticas – DOE – Seleccionar el tipo – Crear el diseno.

Una vez creado el diseno, habra que realizar las pruebas, obtener los datos y capturarlos, para asi 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 permitiran mejoras significativas en la calidad y efectividad de nuestros procesos.

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