Analiza un diseño factorial completo

Estima los efectos de los factores y sus interacciones a partir de ensayos experimentales registrados.

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: resistencia del sellado de bolsas

22 ensayos de sellado independientes: ocho combinaciones de dos niveles repetidas en cada uno de dos días, más tres ensayos en el punto central por día. Cada bloque es un día experimental; mantén su columna asignada para que el modelo tenga en cuenta las diferencias entre días.

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 Full factorial en Design family.

En Factors, utiliza Add factor o elimina una fila hasta que haya 3 factores. Mantén este orden y establece Type en Numeric para cada factor.

Introduce los valores de Factor name, Unit, Low y High que se indican a continuación.

FactorNombre del factorUnidadValor bajoValor alto
Ajaw_temperature_c°C150170
Bdwell_time_ss0.81.2
Cjaw_pressure_mpaMPa0.250.35

Deja Numeric levels, optional en blanco.

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
jaw_temperature_cFactor jaw_temperature_c
dwell_time_sFactor dwell_time_s
jaw_pressure_mpaFactor jaw_pressure_mpa

Asigna seal_strength_n_per_15mm 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).

Asigna block a Block para mantener los dos días experimentales en el modelo.

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 22 ensayos de sellado. Las ocho combinaciones de niveles bajos y altos se repitieron en cada uno de dos días, con tres ensayos en el punto central por día. El modelo ajusta por los dos días. Cada respuesta es la resistencia medida de un sellado realizado de forma independiente.

  2. Comprobar si el modelo omite algún patrón

    Consulta la falta de ajuste en el ANOVA de términos ajustados. Su valor p es 0.9725, por lo que este contraste no detecta un patrón omitido al nivel del 5%. Esto no demuestra que el modelo sea correcto. El efecto del día tiene p = 0.01595; mantén el ajuste por bloques al comparar configuraciones.

  3. Leer los efectos

    La temperatura tiene el mayor efecto ajustado de nivel alto menos nivel bajo: aproximadamente +5.97 N por 15 mm. El tiempo de permanencia añade aproximadamente +3.99 y la presión +1.25. Temperatura × tiempo de permanencia es aproximadamente +2.65; temperatura × presión es aproximadamente −1.51. Una interacción significa que el efecto de un factor cambia según el valor de otro. Estos efectos principales no se mantienen sin cambios en todas las combinaciones.

    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 11 se midieron 23.87 N por 15 mm; el modelo ajustó 22.55, por lo que quedan aproximadamente +1.32 sin explicar. Es el residuo bruto de mayor valor absoluto. En el gráfico, busca curvaturas, cambios en la dispersión o puntos inusuales.

    Residuos frente a valores ajustados
    Gráfico en inglés de los residuos en N por 15 mm frente a la respuesta ajustada. Ver gráfico a tamaño completo (se abre en una nueva pestaña)
  5. Comprobar la secuencia de ensayos

    El eje horizontal sigue el orden de ejecución registrado. Busca derivas, ciclos o cambios repentinos en los residuos. Un patrón puede sugerir que el modelo no recoge algún cambio ocurrido durante el experimento; el gráfico no identifica su causa.

    Residuos frente al orden de los ensayos
    Gráfico en inglés de los residuos en N por 15 mm en el orden de ejecución registrado. Ver gráfico a tamaño completo (se abre en una nueva pestaña)
  6. Elegir un ensayo de confirmación

    Revisa los registros de los ensayos inusuales y compara las combinaciones teniendo en cuenta sus interacciones y el ajuste por día. Confirma una configuración prometedora y viable con nuevos sellados independientes. El mayor efecto principal por sí solo no determina la mejor combinación de condiciones de operación.

Más detalles: leer cada sección de resultados

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

Resumen del modelo

Hay 22 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 15 mm. R² describe la variación ajustada en estos ensayos; el R² ajustado tiene en cuenta el tamaño del modelo. Consulta Detalle de predicción y coeficientes para PRESS y el R² predicho. 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
Respuestaseal_strength_n_per_15mm
Ensayos analizados22
Respuestas faltantes0
Rango del modelo9
Grados de libertad de los residuos13
S0.565919
R²0.983747
R² ajustado0.973744
PRESS9.07951
R² predictivo0.964555
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 · 13 filas
Fuente de variaciónTipoDFSSMSFValor p
jaw_temperature_cajustado1142.325142.325444.3981.95327e-11
dwell_time_sajustado163.600663.6006198.5882.97481e-9
jaw_pressure_mpaajustado16.20016.200119.35930.000717766
jaw_temperature_c × dwell_time_sajustado128.03728.03787.54333.87092e-7
jaw_temperature_c × jaw_pressure_mpaajustado19.12049.120428.47770.000135106
dwell_time_s × jaw_pressure_mpaajustado10.2450250.2450250.765070.397618
Bloqueajustado12.455572.455577.667310.0159483
Punto centralajustado10.009503030.009503030.02967240.865888
Modeloresumen8251.99331.499198.35352.27367e-10
Errorresumen134.163440.320265——
Totalresumen21256.15712.1979——
Error purodescomposición42.787130.696783——
Falta de ajustedescomposición91.376310.1529230.219470.972452

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 · 9 filas
TérminoEstimaciónSEtValor pLímite inferior del ICLímite superior del IC
Intercepto22.9350.14148162.1087.05502e-2322.629423.2406
jaw_temperature_c2.98250.1414821.08071.95327e-112.676853.28815
dwell_time_s1.993750.1414814.09212.97481e-91.68812.2994
jaw_pressure_mpa0.62250.141484.399920.0007177660.3168510.928149
jaw_temperature_c × dwell_time_s1.323750.141489.356463.87092e-71.01811.6294
jaw_temperature_c × jaw_pressure_mpa-0.7550.14148-5.336450.000135106-1.06065-0.449351
dwell_time_s × jaw_pressure_mpa0.123750.141480.8746830.397618-0.1818990.429399
Bloque · contraste 1-0.3340910.120654-2.768990.0159483-0.594749-0.0734329
Punto central-0.04666670.270913-0.1722570.865888-0.6319390.538606

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.

Efectos factoriales · 6 filas
TérminoEfectoSELímite inferior del ICLímite superior del ICEfecto estandarizado
jaw_temperature_c5.9650.282965.35376.576321.0807
dwell_time_s3.98750.282963.37624.598814.0921
jaw_pressure_mpa1.2450.282960.6337031.85634.39992
jaw_temperature_c × dwell_time_s2.64750.282962.03623.25889.35646
jaw_temperature_c × jaw_pressure_mpa-1.510.28296-2.1213-0.8987035.33645
dwell_time_s × jaw_pressure_mpa0.24750.28296-0.3637970.8587970.874683

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 · 22 filas
ID de filaOrden del ensayoEstadoValor observadoValor ajustadoResiduoResiduo estandarizadoApalancamiento
help-doe-getting-started-11Analizado18.7218.7872-0.0671591-0.1650390.482955
help-doe-getting-started-22Analizado28.3828.9097-0.529659-1.30160.482955
help-doe-getting-started-33Analizado17.8217.69470.1253410.3080170.482955
help-doe-getting-started-44Analizado22.5322.5542-0.0242424-0.04826050.212121
help-doe-getting-started-55Analizado22.0922.5222-0.432159-1.0620.482955
help-doe-getting-started-66Analizado21.8922.5542-0.664242-1.322340.212121
help-doe-getting-started-77Analizado21.8321.78970.04034090.0991350.482955
help-doe-getting-started-88Analizado2222.0097-0.00965909-0.02373650.482955
help-doe-getting-started-99Analizado20.4520.20220.2478410.6090520.482955
help-doe-getting-started-1010Analizado28.8928.8922-0.00215909-0.005305810.482955
help-doe-getting-started-1111Analizado23.8722.55421.315762.619340.212121
help-doe-getting-started-1212Analizado20.6820.8703-0.190341-0.4677490.482955
help-doe-getting-started-1313Analizado23.4723.22240.2475760.492860.212121
help-doe-getting-started-1414Analizado18.1818.3628-0.182841-0.4493190.482955
help-doe-getting-started-1515Analizado22.3223.2224-0.902424-1.79650.212121
help-doe-getting-started-1616Analizado29.6229.56030.05965910.1466080.482955
help-doe-getting-started-1717Analizado30.0529.57780.4721591.16030.482955
help-doe-getting-started-1818Analizado19.5819.45530.1246590.3063410.482955
help-doe-getting-started-1919Analizado22.6322.6778-0.0478409-0.1175660.482955
help-doe-getting-started-2020Analizado23.2523.22240.02757580.05489630.212121
help-doe-getting-started-2121Analizado22.3622.4578-0.0978409-0.2404370.482955
help-doe-getting-started-2222Analizado23.6823.19030.4896591.20330.482955

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 · 3 filas
FactorTipoCentroEscalaNiveles / contrastes
jaw_temperature_cnumérico16010—
dwell_time_snumérico10.2—
jaw_pressure_mpanumérico0.30.05—
  • Columnas del modelo: Constante, jaw_temperature_c, dwell_time_s, jaw_pressure_mpa, jaw_temperature_c × dwell_time_s, jaw_temperature_c × jaw_pressure_mpa, dwell_time_s × jaw_pressure_mpa, Bloque · contraste 1, Punto central
  • Tolerancia para el rango de la matriz: 1e-10
  • Nivel de bloque: Day_1
  • Nivel de bloque: Day_2

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 · 9 filas
ColumnaConstantejaw_temperature_cdwell_time_sjaw_pressure_mpajaw_temperature_c × dwell_time_sjaw_temperature_c × jaw_pressure_mpadwell_time_s × jaw_pressure_mpaBloque · contraste 1Punto central
Intercepto0.0200165000-1.73724e-18000-0.0200165
jaw_temperature_c00.02001651.25524e-181.59056e-18-2.37535e-181.14682e-186.87283e-19-3.11116e-192.40441e-19
dwell_time_s01.25498e-180.02001651.41339e-18-8.20222e-182.83927e-18-2.97871e-189.96778e-188.55081e-21
jaw_pressure_mpa01.34066e-181.85008e-180.0200165-8.38039e-191.83585e-19-4.22472e-18-8.36686e-184.86775e-20
jaw_temperature_c × dwell_time_s-1.73724e-18-1.7558e-18-8.74062e-18-7.0199e-190.0200165-2.49201e-186.54714e-18-4.5524e-184.71332e-18
jaw_temperature_c × jaw_pressure_mpa01.09564e-182.83401e-183.04389e-19-1.87779e-180.02001658.66089e-19-4.98088e-19-6.83801e-21
dwell_time_s × jaw_pressure_mpa01.56378e-19-2.08591e-18-3.66915e-187.17073e-185.66413e-190.02001651.36697e-182.63412e-19
Bloque · contraste 10-3.11116e-199.96778e-18-8.36686e-18-4.5524e-18-4.98088e-191.36697e-180.01455754.24889e-34
Punto central-0.02001652.40441e-198.55081e-214.86775e-204.71332e-18-6.83801e-212.63412e-194.24889e-340.073394

Detalle de predicción y coeficientes

PRESS suma los errores de predicción dejando un ensayo fuera cada vez: cada ensayo se predice con un modelo ajustado sin ese ensayo. El R² predicho utiliza esos errores. La covarianza de los coeficientes refleja la incertidumbre de estimación; sus elementos diagonales son los errores estándar de los coeficientes elevados al cuadrado. Estos diagnósticos complementan las comprobaciones de falta de ajuste y de residuos, en lugar de sustituirlas.

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. Conserva el resultado de falta de ajuste junto con las comprobaciones de los residuos; por sí solo no valida el modelo.

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 completo: resistencia del sellado de bolsas

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