Análisis y diseño de experimentos

564 Pages·2010·3.8 MB·Spanish

by  Humberto Gutiérrez Pulido

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Análisis y diseño
de experimentos
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Análisis y diseño
de experimentos
Segunda edición
Humberto Gutiérrez Pulido
Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingeniería
Universidad de Guadalajara
Román de la Vara Salazar
Centro de Investigación de Matemáticas
Guanajuato, México
Revisión técnica:
Adolfo Cano Carrasco
Departamento de Ingeniería Industrial
Instituto Tecnológico de Sonora
Mucio Osorio Sánchez
Departamento de Matemáticas
Instituto Tecnológico de Sonora
MÉXICO (cid:129) BOGOTÁ (cid:129) BUENOS AIRES (cid:129) CARACAS (cid:129) GUATEMALA
LISBOA (cid:129) MADRID (cid:129) NUEVA YORK (cid:129) SAN JUAN (cid:129) SANTIAGO
AUCKLAND (cid:129) LONDRES (cid:129) MILÁN (cid:129) MONTREAL (cid:129) NUEVA DELHI
SAN FRANCISCO (cid:129) SINGAPUR (cid:129) SAN LUIS (cid:129) SIDNEY (cid:129) TORONTO
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Director Higher Education: Miguel Ángel Toledo Castellanos
Director editorial: Ricardo A. del Bosque Alayón
Editor sponsor: Pablo E. Roig Vázquez
Editora de desarrollo: Lorena Campa Rojas
Supervisor de producción: Zeferino García García
Diseño de portada: Jorge Matías-Garnica / Brenda Rodríguez
ANÁLISIS Y DISEÑO DE EXPERIMENTOS
Segunda edición
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Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736
ISBN-10: 970-10-6526-3
ISBN-13: 978-970-10-6526-6
(ISBN: 970-10-4017-1 edición anterior)
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Impreso en México Printed in Mexico
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Dedicatoria
A Irma, Arnoldo y Noel
H.G.P.
A Rosalinda y Armida
R.V.S.
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Contenido
Acerca de los autores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI
Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIII
Prefacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV
CAPÍTULO 1 Introducción al diseño de experimentos . . . . . . . . . . . . 2
El diseño de experimentos hoy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Definiciones básicas en el diseño de experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Etapas en el diseño de experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Consideraciones prácticas sobre el uso de métodos estadísticos . . . . . . 12
Principios básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Clasificación y selección de los diseños experimentales . . . . . . . . . . . . 14
CAPÍTULO 2 E lementos de inferencia estadística: experimentos
con uno y dos tratamientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Población y muestra, parámetros y estadísticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Distribuciones de probabilidad e inferencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Estimación puntual y por intervalo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Conceptos básicos de prueba de hipótesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Planteamiento de una hipótesis estadística . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Prueba para la media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Prueba para la varianza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Tres criterios de rechazo o aceptación equivalentes . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Hipótesis para dos medias: comparación de dos tratamientos . . . . . . . . 39
Prueba para la igualdad de varianzas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Poblaciones pareadas (comparación de dos medias con muestras
dependientes) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Resumen de fórmulas para procedimientos de prueba de hipótesis . . . . 49
Uso de un software estadístico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
CAPÍTULO 3 E xperimentos con un solo factor
(análisis de varianza) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Diseño completamente al azar y ANOVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Comparaciones o pruebas de rango múltiples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Verificación de los supuestos del modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Elección del tamaño de la muestra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Uso de software computacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
CAPÍTULO 4 Diseños de bloques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Diseño de bloques completos al azar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Diseño en cuadro latino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
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VIII Contenido
Diseño en cuadro grecolatino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Uso de software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
CAPÍTULO 5 Diseños factoriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
Conceptos básicos en diseños factoriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Experimentación factorial vs. mover un factor a la vez . . . . . . . . . . . . . 132
Diseños factoriales con dos factores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Diseños factoriales con tres factores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Transformaciones para estabilizar varianza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Diseño factorial general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Modelos de efectos aleatorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Cómo hacerlo con software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
CAPÍTULO 6 Diseños factoriales 2k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Diseño factorial 22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Experimento 22: ejemplo integrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Diseño factorial 23 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Experimento 23: ejemplo integrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Diseño factorial general 2k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
Diseño factorial 2k no replicado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Experimento 25 no replicado: ejemplo integrador . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Cuando la significancia de los efectos es menos clara: un ejemplo . . . . 208
Factoriales 2k con punto al centro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
Factoriales 2k en bloques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Uso de software estadístico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
CAPÍTULO 7 Diseños factoriales 3k y factoriales mixtos . . . . . . . . . . . 236
Diseños factoriales 3k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Factoriales mixtos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
Uso de software estadístico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
CAPÍTULO 8 Diseños factoriales fraccionados 2k–p . . . . . . . . . . . . . . . 258
Diseño factorial fraccionado 2k–l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
El concepto de resolución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
Construcción de fracciones 2k–1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
Experimento 25–1: ejemplo integrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Diseños factoriales fraccionados 2k–2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Diseño factorial fraccionado 2k–p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Experimento 27–4: ejemplo integrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Tópicos adicionales sobre factoriales fraccionados . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Uso de software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
CAPÍTULO 9 Introducción al diseño robusto (Taguchi) . . . . . . . . . . . 294
Filosofía Taguchi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
El concepto de robustez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
Factores de control, de ruido y de señal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
Arreglos ortogonales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
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