Analiza un diseño factorial fraccionado

Estima efectos a partir de una fracción de las combinaciones posibles de factores y comprueba cuáles siguen confundidos.

Guías · Diseño de experimentos (DOE) · 5 min de lectura

Los comandos de la aplicación, los identificadores de las hojas de trabajo y los valores de los datos de ejemplo conservan su redacción original. Las capturas de pantalla, los gráficos y las descargas están en inglés. Los ejemplos conservan la notación numérica original en inglés: punto decimal y coma como separador de millares.

Ejemplo: adhesión de etiquetas

19 ensayos independientes: ocho ajustes distintos de la semifracción repetidos dos veces, más tres ensayos en el punto central.

Descargar las mediciones registradas (CSV, columnas en inglés)

Es el mismo ejemplo registrado que se utiliza en Help. El CSV contiene los valores de los factores y las respuestas medidas, que debes importar juntos. Utiliza Open example in a practice copy en Help para rellenar previamente los ajustes.

1. Crear el espacio de trabajo

En la barra lateral, abre Design of Experiments y crea un análisis. Ponle un nombre, selecciona New blank worksheet y elige Create analysis.

2. Importar las mediciones

Descarga el CSV de ejemplo anterior e impórtalo en la hoja de trabajo. Elige Comma como delimitador, Dot como separador decimal y First row contains column names. Mantén juntas la respuesta, los valores de los factores, el tipo de punto y el orden de ejecución de cada fila.

3. Elegir el estudio e introducir los factores

En Inputs, elige Analyze existing worksheet en Task y Fractional factorial en Design family.

En Factors, utiliza Add factor o elimina una fila hasta que haya 4 factores. Mantén este orden y establece Type en Numeric para cada factor.

Introduce los valores siguientes de Factor name, Unit, Low y High.

FactorNombre del factorUnidadInferiorSuperior
Apress_pressure_mpaMPa0.20.4
Bplaten_temperature_c°C3555
Cpress_dwell_ss13
Dpost_press_hold_ss515

4. Asignar las columnas de entrada

En Response mappings, abre cada selector de columnas y selecciona la columna correspondiente de la hoja de trabajo.

Columna de la hoja de trabajoCampo de entrada
press_pressure_mpaFactor press_pressure_mpa
platen_temperature_cFactor platen_temperature_c
press_dwell_sFactor press_dwell_s
post_press_hold_sFactor post_press_hold_s

Asigna peel_force_n_per_25mm a Response 1 e introduce 1 en Number of responses. Asigna run_order a Execution order y point_type a Center point indicator. En Center point column convention, elige Point type (center / factorial / fractional / star / axial / edge / edge_midpoint).

Deja Block sin asignar; este estudio registrado no tiene bloques.

5. Configurar el modelo y los gráficos

En Model, elige Default hierarchical model en Model terms e introduce 95 en Confidence level (%). Marca Include center-point adjustment in model. Deja Calculate predictions sin marcar.

Abre Plot options. Marca Effect estimates y Residual diagnostics. Deja Response contours sin marcar. Deja también Pareto view, Effect probability plot, Interaction plot y 3D surface sin marcar.

Design of Experiments: Inputs con las asignaciones y la configuración del ejemplo
Vista de Inputs en inglés con las asignaciones del estudio registrado, los límites de los factores, el modelo, el nivel de confianza y las opciones de gráficos. Ver imagen a tamaño completo (se abre en una nueva pestaña)

6. Analizar la hoja de trabajo

Elige Analyze worksheet y abre Results. Esta operación ajusta un modelo a las mediciones registradas; no genera ni aleatoriza un nuevo plan de ensayos.

7. Interpretar los resultados

  1. Empezar por los ensayos registrados

    Se incluyen los 19 ensayos: ocho ajustes de la semifracción repetidos dos veces, más tres ensayos en el punto central. El plan reducido no permite separar algunos efectos: presión × temperatura está confundida con permanencia × mantenimiento, por lo que el mismo contraste podría reflejar cualquiera de las dos interacciones. Este diseño se denomina de resolución IV; los efectos principales también comparten estimación con interacciones de tres factores.

  2. Comprobar primero la falta de ajuste

    La falta de ajuste tiene p = 0.0000169. El modelo de efectos principales omite un patrón que supera la variación observada en los ensayos repetidos. Investiga ese patrón antes de basarte en sus efectos o predicciones. El ajuste del punto central tiene p = 0.6678; ese resultado no anula la falta de ajuste detectada.

  3. Leer los efectos teniendo presente esa limitación

    Los efectos ajustados de nivel alto menos nivel bajo son aproximadamente +3.10 N por 25 mm para la presión, +2.41 para la temperatura, +1.25 para la permanencia y +0.70 para el mantenimiento. El intervalo del mantenimiento incluye cero. Estas estimaciones proceden del modelo con falta de ajuste detectada. Los efectos principales también comparten estimación con interacciones de tres factores; la repetición no separa esos efectos.

    Estimaciones de efectos
    Gráfico en inglés de los efectos ajustados de nivel alto menos nivel bajo, con intervalos de confianza del 95%. Ver gráfico a tamaño completo (se abre en una nueva pestaña)
  4. Leer un residuo

    Un residuo es la respuesta medida menos el valor ajustado. En el ensayo 8 se midieron 16.50 N por 25 mm; el modelo ajustó 15.36, por lo que quedan aproximadamente +1.14 sin explicar. Es el residuo bruto de mayor valor absoluto. Busca curvaturas, cambios en la dispersión o puntos inusuales.

    Residuos frente a valores ajustados
    Gráfico en inglés de los residuos en N por 25 mm frente a la respuesta ajustada. Ver gráfico a tamaño completo (se abre en una nueva pestaña)
  5. Comprobar la secuencia de ensayos

    Lee los residuos en el orden de ejecución registrado. Busca derivas, ciclos o un cambio brusco y comprueba los registros experimentales correspondientes. Conserva los ensayos inusuales mientras los investigas; un residuo grande por sí solo no justifica eliminar una medición.

    Residuos frente al orden de los ensayos
    Gráfico en inglés de los residuos en N por 25 mm en el orden de ejecución registrado. Ver gráfico a tamaño completo (se abre en una nueva pestaña)
  6. Planificar cómo resolver la incertidumbre

    Los pares siguientes no pueden separarse repitiendo esta misma fracción. Utiliza la guía del diseño fraccionado correspondiente y planifica ajustes adicionales si es importante una interacción individual. Resuelve la falta de ajuste detectada antes de basarte en predicciones.

    InteracciónInteracción confundida
    Presión × temperaturaPermanencia × mantenimiento
    Presión × permanenciaTemperatura × mantenimiento
    Presión × mantenimientoTemperatura × permanencia
Más detalles: leer cada sección de resultados

Las tablas de resultados completas utilizan seis cifras significativas, como en Help.

Resumen del modelo

Hay 19 ensayos analizados y 0 ensayos ausentes. DF cuantifica la información disponible para el modelo y el error residual. S es la desviación estándar residual en N por 25 mm. R² describe la variación ajustada en estos ensayos; el R² ajustado tiene en cuenta el tamaño del modelo. PRESS y el R² predicho utilizan errores de predicción dejando un ensayo fuera cada vez. Un R² alto no demuestra que el modelo sea adecuado. Lee el contraste de falta de ajuste y los gráficos de residuos.

Resumen del modelo · 12 filas
EstadísticoValor
Respuestapeel_force_n_per_25mm
Ensayos analizados19
Respuestas faltantes0
Rango del modelo6
Grados de libertad de los residuos13
S0.881696
R²0.873855
R² ajustado0.825338
PRESS21.4293
R² predictivo0.732517
Nivel de confianza0.95
Prueba de falta de ajuste disponibleSí

ANOVA de términos ajustados

La fuente de variación identifica el término del modelo o el componente de error. El tipo distingue los contrastes de términos ajustados de los totales y la descomposición del error. DF son los grados de libertad; SS es la suma de cuadrados; MS es SS dividida entre DF. F compara la variación con su estimación del error; el valor p mide la evidencia contra la hipótesis nula contrastada. Lee la falta de ajuste antes de basarte en los efectos individuales. Un guion indica que un estadístico no es aplicable.

ANOVA de términos ajustados · 10 filas
Fuente de variaciónTipoDFSSMSFValor p
press_pressure_mpaajustado138.533138.533149.56740.00000879518
platen_temperature_cajustado123.160223.160229.79230.000109671
press_dwell_sajustado16.212566.212567.991580.0142741
post_press_hold_sajustado11.953011.953012.512270.136978
Punto centralajustado10.1498420.1498420.1927510.667846
Modeloresumen570.008614.001718.01130.0000194994
Errorresumen1310.1060.777387——
Totalresumen1880.11474.45081——
Error purodescomposición100.9268170.0926817——
Falta de ajustedescomposición39.179223.0597433.01340.0000168766

Coeficientes

El término identifica un término codificado del modelo. La estimación es su coeficiente ajustado; SE cuantifica la incertidumbre; t y el valor p contrastan si el coeficiente es cero. Los límites inferior y superior del IC delimitan su intervalo del 95%. Los valores numéricos bajo, central y alto se codifican como −1, 0 y +1. Cuando hay interacciones o términos cuadrados, un coeficiente principal no describe el cambio en todas las configuraciones.

Coeficientes · 6 filas
TérminoEstimaciónSEtValor pLímite inferior del ICLímite superior del IC
Intercepto11.63690.22042452.79321.48418e-1611.160712.1131
press_pressure_mpa1.551880.2204247.040410.000008795181.075682.02807
platen_temperature_c1.203130.2204245.458230.0001096710.7269281.67932
press_dwell_s0.6231250.2204242.826940.01427410.1469281.09932
post_press_hold_s0.3493750.2204241.585010.136978-0.1268220.825572
Punto central-0.2435420.554721-0.4390340.667846-1.441940.954861

Covarianza de los coeficientes

Lee conjuntamente el término de cada fila y columna. Los elementos diagonales son los errores estándar de los coeficientes ajustados elevados al cuadrado. Los elementos fuera de la diagonal describen la incertidumbre compartida de estimación. Esta matriz se refiere a los coeficientes del modelo, no a las correlaciones entre las columnas de los factores medidos.

Covarianza de los coeficientes · 6 filas
ColumnaConstantepress_pressure_mpaplaten_temperature_cpress_dwell_spost_press_hold_sPunto central
Intercepto0.04858671.07884e-160-1.56752e-170-0.0485867
press_pressure_mpa1.07884e-160.0485867-8.7234e-19-6.98991e-18-9.36289e-19-5.65637e-16
platen_temperature_c0-8.76763e-190.0485867-6.68948e-18-3.78291e-18-7.39969e-20
press_dwell_s-1.56752e-17-6.83617e-18-6.68777e-180.04858672.57574e-188.36583e-17
post_press_hold_s0-9.36289e-19-6.48001e-182.57574e-180.04858679.27176e-20
Punto central-0.0485867-5.65637e-16-7.39969e-208.36583e-179.27176e-200.307716

Efectos factoriales

El efecto es el contraste ajustado de nivel alto menos nivel bajo. SE cuantifica la incertidumbre, y los límites inferior y superior del IC delimitan su intervalo del 95%. El efecto estandarizado es el valor absoluto del efecto dividido entre su SE. Una interacción significa que el efecto de un factor cambia según el valor de otro. En esta semifracción, los efectos principales comparten estimación con interacciones de tres factores y los pares de interacciones de dos factores no pueden separarse. La falta de ajuste detectada también limita la interpretación de estas estimaciones.

Efectos factoriales · 4 filas
TérminoEfectoSELímite inferior del ICLímite superior del ICEfecto estandarizado
press_pressure_mpa3.103750.4408482.151364.056147.04041
platen_temperature_c2.406250.4408481.453863.358645.45823
press_dwell_s1.246250.4408480.2938562.198642.82694
post_press_hold_s0.698750.440848-0.2536441.651141.58501

Diagnóstico por fila

El ID de fila identifica la fila de la hoja de trabajo; el orden del ensayo la sitúa en la secuencia experimental. El estado indica si se analizó. El valor observado es la medición; el valor ajustado es el valor del modelo; el residuo es el valor observado menos el ajustado. El residuo estandarizado tiene en cuenta la variación residual y el apalancamiento. El apalancamiento mide lo inusuales que son las entradas del modelo. Se muestran todas las filas registradas. Investiga una fila inusual antes de modificarla o excluirla.

Diagnóstico por fila · 19 filas
ID de filaOrden del ensayoEstadoValor observadoValor ajustadoResiduoResiduo estandarizadoApalancamiento
help-doe-fractional-factorial-analysis-11Analizado10.419.854380.5556250.7600230.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-22Analizado10.5911.7119-1.12188-1.534580.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-33Analizado11.1811.3933-0.213333-0.2963370.333333
help-doe-fractional-factorial-analysis-44Analizado11.5812.2594-0.679375-0.9292970.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-55Analizado11.8811.39330.4866670.6760180.333333
help-doe-fractional-factorial-analysis-66Analizado14.0613.41940.6406250.8762920.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-77Analizado11.4712.2594-0.789375-1.079760.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-88Analizado16.515.36441.135621.553390.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-99Analizado10.2511.0144-0.764375-1.045570.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1010Analizado14.0613.41940.6406250.8762920.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1111Analizado15.9615.36440.5956250.8147380.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1212Analizado8.517.909380.6006250.8215770.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1313Analizado10.8811.5619-0.681875-0.9327170.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1414Analizado10.3111.0144-0.704375-0.9634940.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1515Analizado10.711.5619-0.861875-1.178930.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1616Analizado10.589.854380.7256250.9925610.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1717Analizado11.1211.3933-0.273333-0.3796820.333333
help-doe-fractional-factorial-analysis-1818Analizado9.047.909381.130621.546550.3125
help-doe-fractional-factorial-analysis-1919Analizado11.2911.7119-0.421875-0.577070.3125

Codificación de los factores

El factor identifica la entrada y el tipo indica cómo se modela. El centro y la escala convierten los valores numéricos configurados en valores codificados: (valor configurado − centro) / escala. Así, el punto medio es 0 y los límites bajo y alto introducidos son −1/+1. Niveles / contrastes se aplica a la codificación de factores categóricos; un guion no representa una medición numérica ausente. Conserva las notas sobre las columnas del modelo, los bloques y el rango de la matriz junto con esta tabla.

Codificación de los factores · 4 filas
FactorTipoCentroEscalaNiveles / contrastes
press_pressure_mpanumérico0.30.1—
platen_temperature_cnumérico4510—
press_dwell_snumérico21—
post_press_hold_snumérico105—
  • Columnas del modelo: Constante, press_pressure_mpa, platen_temperature_c, press_dwell_s, post_press_hold_s, Punto central
  • Tolerancia para el rango de la matriz: 1e-10

8. Crear un informe

Conserva Model overview, Adjusted term ANOVA, Coefficients, Coefficient covariance, Row diagnostics y Factor coding, además de la tabla Factorial effects y los gráficos de efectos y residuos. Incluye las unidades de la respuesta, los valores de los factores, el orden registrado de los ensayos y todas las notas del modelo. Indica la falta de ajuste detectada al compartir conclusiones o predicciones.

Selecciona Add to report de la ejecución completada. Abre Choose individual items and advanced options para seleccionar tablas y gráficos y, a continuación, selecciona Add to draft. Los elementos ocultos se conservan en el análisis guardado.

Asigna un nombre al informe y añade el objetivo del estudio y tu interpretación. Selecciona Save, revisa Preview, y después utiliza Export → Download HTML. El ejemplo siguiente contiene todo el contenido seleccionado, incluidos los resultados que no caben en una sola pantalla.

Este informe se ha generado en la aplicación y está en inglés. Salida completa de la aplicación para este ejemplo de Help, incluidas las tablas, los gráficos y las notas de ejecución que correspondan. Los números del informe utilizan la precisión numérica mostrada en la aplicación. Los gráficos exportados son estáticos. En pantallas estrechas, desplázate horizontalmente por los gráficos y las tablas anchos.
Ver informe de ejemplo: Analiza un diseño factorial fraccionado: adhesión de etiquetas

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