¿Qué es un diseño factorial?

Un diseño factorial es un tipo de experimento diseñado que permite estudiar los efectos que varios factores pueden tener en una respuesta. Al realizar un experimento, variar los niveles de todos los factores al mismo tiempo en lugar de uno a la vez, permite estudiar las interacciones entre los factores.

En las siguientes gráficas, cada punto representa una combinación única de niveles de factores.
Diseño de dos factores

  • 2 niveles del factor A
  • 3 niveles del factor B

Diseño de tres factores

2 niveles de cada factor

Usted puede ejecutar el diseño factorial completo o una fracción del diseño factorial.

Nota

Cuando usted tiene un diseño factorial con puntos centrales, puede probar si existe curvatura en la superficie de respuesta. Sin embargo, no puede modelar el efecto de esa curvatura en ningún lugar, excepto en el punto central. En otras palabras, solo puede calcular los valores ajustados en los puntos de vértice y el punto central del diseño, por lo que no puede crear una gráfica de contorno. Debe tener términos cuadráticos (por ejemplo, términos al cuadrado) en el modelo a fin de modelar la curvatura en toda la superficie de respuesta. Esto es posible con un diseño de superficie de respuesta. Usted puede ampliar el diseño factorial con puntos axiales para crear un diseño de superficie de respuesta central compuesto a partir de un diseño factorial.

¿Qué es un diseño factorial completo y un diseño factorial fraccionado?

Diseños factoriales completos

Un diseño factorial completo es un diseño en el cual los investigadores miden las respuestas para todas las combinaciones de niveles de los factores. Minitab ofrece dos tipos de diseños factoriales completos:

  • Diseños factoriales completos de 2 niveles que solo contienen factores de 2 niveles.
  • Diseños factoriales completos generales que contienen factores con más de dos niveles.

El número de corridas necesarias para un diseño factorial completo de 2 niveles es 2k, donde k es el número de factores. A medida que aumenta el número de factores incluidos en un diseño factorial de 2 niveles, el número de corridas necesarias para realizar un diseño factorial completo aumenta rápidamente. Por ejemplo, un diseño factorial completo de 2 niveles con 6 factores requiere 64 corridas, un diseño con 9 factores requiere 512 corridas. Un diseño factorial fraccionado de un medio requeriría solo la mitad de esas corridas.

Diseños factoriales fraccionados

Un diseño fraccionado es un diseño en el cual los investigadores solo realizan un subconjunto seleccionado o "fracción" de las corridas experimentales incluidas en el diseño factorial completo. Los diseños factoriales fraccionados son una opción adecuada cuando los recursos son limitados o el número de factores incluidos en el diseño es grande, porque utilizan menos corridas que los diseños factoriales completos.

Un diseño factorial fraccionado utiliza un subconjunto de un diseño factorial completo, por lo que parte de los efectos principales y las interacciones de 2 factores se confunden y no se pueden separar de los efectos de otras interacciones de orden superior. Por lo general, los investigadores están dispuestos a presuponer que los efectos de orden superior son insignificantes para obtener información sobre los efectos principales y las interacciones de orden bajo con menos corridas.

¿Qué es un diseño factorial completo de 2 niveles?

En un diseño factorial completo de 2 niveles, cada factor experimental tiene solo dos niveles. Las corridas experimentales incluyen todas las combinaciones de estos niveles de factores. Aunque los diseños factoriales de 2 niveles no pueden explorar completamente una amplia región del espacio de los factores, sí proporcionan información útil con un número relativamente reducido de corridas por factor. Puesto que los diseños factoriales de 2 niveles pueden identificar tendencias importantes, se pueden usar como punto de partida para realizar experimentos adicionales. Por ejemplo, cuando necesite explorar una región donde crea que puede existir una configuración óptima, podrá ampliar un diseño factorial para formar un diseño central compuesto.

Comparación

Los siguientes diagramas muestran un diseño factorial completo en comparación con un diseño factorial fraccionado de ½.

Diseño factorial completo
Diseño factorial fraccionado de ½

El diseño factorial completo contiene el doble de puntos de diseño que el diseño fraccionado de ½. La respuesta se mide solo en los cuatro de los ocho puntos de vértice posibles de la porción factorial del diseño. Sin embargo, con este diseño, los efectos principales se confundirán con las interacciones de 2 factores.

Cómo ordena Minitab las fracciones de un diseño

Las fracciones de un diseño se ordenan con base en los signos asignados a los generadores de diseño. Por ejemplo, consideremos un diseño de 6 factores y 8 corridas. Los generadores de diseño son D = AB, E = AC, F = BC. Esto es un 1/8 de un diseño completo de 6 factores. Por lo tanto, hay 8 fracciones. Estas se ordenan de la siguiente manera:
Fracción Orden estándar (Yates) Generador de diseño
1 – – – D = –AB, E = –AC, F = –BC
2 + – – D = +AB, E = –AC, F = –BC
3 – + – D = –AB, E = +AC, F = –BC
4 + + – D = +AB, E = +AC, F = –BC
5 – – + D = –AB, E = –AC, F = +BC
6 + – + D = +AB, E = –AC, F = +BC
7 – + + D = –AB, E = +AC, F = +BC
8 + + + D = +AB, E = +AC, F = +BC

La fracción principal siempre es la última, la que tiene todos los signos +.

Supongamos que creamos la segunda fracción. Comenzamos con el factorial completo de 3 factores y luego agregamos los factores D = AB, E = -AC, F = -BC, dando como resultado:
Corrida A B C D = AB E = –AC F = –BC
1 +
2 + +
3 + +
4 + + + + +
5 + + + +
6 + + +
7 + + +
8 + + + +

Elección de una fracción que no sea la predeterminada

Cuando usted crea un diseño factorial fraccionado, Minitab utiliza la fracción principal por opción predeterminada. La fracción principal es la fracción en la que todos los signos son positivos. Sin embargo, pudiera haber situaciones en las que un diseño contenga puntos cuya inclusión resultaría poco práctica y la elección de una fracción apropiada puede evitar estos puntos.

Un diseño factorial completo con 5 factores requiere 32 corridas. Si usted desea solo 8 corridas, necesita utilizar una fracción de un cuarto. Puede utilizar cualquiera de las cuatro fracciones posibles del diseño. Minitab enumera las corridas en orden estándar (también conocido como orden de Yates) utilizando los generadores de diseño de la manera siguiente:
  1. D = –AB E = –AC
  2. D = AB E = –AC
  3. D = –AB E = AC
  4. D = AB E = AC

Por ejemplo, supongamos que usted no pudo realizar el diseño con los cinco factores establecidos en su nivel alto. La fracción principal contiene este punto, pero la tercera fracción no.

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