Análisis y diseño de experimentos PDF
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GGuuttiieerrrreezz--0000PPrreelliimmiinnaarreess..iinndddd IIII 1155//1100//0077 1144::4433::3311 Análisis y diseño de experimentos GGuuttiieerrrreezz--0000PPrreelliimmiinnaarreess..iinndddd II 1155//1100//0077 1144::4433::3311 GGuuttiieerrrreezz--0000PPrreelliimmiinnaarreess..iinndddd IIII 1155//1100//0077 1144::4433::3311 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 GGuuttiieerrrreezz--0000PPrreelliimmiinnaarreess..iinndddd IIIIII 1155//1100//0077 1144::4433::3311 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 Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor. DERECHOS RESERVADOS © 2008, respecto a la segunda edición en español por McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C.V. A Subsidiary of The McGraw-Hill Companies, Inc. Edificio Punta Santa Fe Prolongación Paseo de la Reforma 1015, Torre A Piso 17, Colonia Desarrollo Santa Fe, Delegación Álvaro Obregón C.P. 01376, México, D.F. 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) 1234567890 09865432107 Impreso en México Printed in Mexico GGuuttiieerrrreezz--0000PPrreelliimmiinnaarreess..iinndddd IIVV 1155//1100//0077 1144::4433::3311 Dedicatoria A Irma, Arnoldo y Noel H.G.P. A Rosalinda y Armida R.V.S. GGuuttiieerrrreezz--0000PPrreelliimmiinnaarreess..iinndddd VV 1155//1100//0077 1144::4433::3322 GGuuttiieerrrreezz--0000PPrreelliimmiinnaarreess..iinndddd VVII 1155//1100//0077 1144::4433::3322 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 GGuuttiieerrrreezz--0000PPrreelliimmiinnaarreess..iinndddd VVIIII 1155//1100//0077 1144::4433::3322 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 GGuuttiieerrrreezz--0000PPrreelliimmiinnaarreess..iinndddd VVIIIIII 1155//1100//0077 1144::4433::3322
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