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Dise˜o de Experimentos
                                 n
                       Ingenier´ Industrial y de Sistemas
                               ıa
                        Universidad del Valle de M´xico
                                                    e
                                 Apuntes de clase
                       Profesor: Dr Dolores V´lez Jim´nez
                                              e       e
                                 Segunda Edici´n
                                               o

                                 Juan Carlos Clemente Jarqu´ 1
                                                           ın

                                       Abril 10 de 2012




1
    Numero de cuenta 100000783
´
Indice
1. Dise˜ o Factorial
        n                                                                                                                                                         1
   1.1. Ventajas de los Dise˜os Factoriales . . . . . .
                              n                               .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   1
   1.2. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   1
        1.2.1. C´lculo de los efectos . . . . . . . . .
                 a                                            .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   1
        1.2.2. Preguntas . . . . . . . . . . . . . . . .      .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   2
        1.2.3. Planteamos las hip´tesis . . . . . . . .
                                     o                        .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   2
        1.2.4. An´lisis de Varianza (ANOVA) . . . .
                   a                                          .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   2
        1.2.5. Suma de cuadrados totales y del error.         .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   2
        1.2.6. Estad´ ıstico de Prueba . . . . . . . . .      .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   3
        1.2.7. Modelo de Regresi´n . . . . . . . . . .
                                    o                         .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   3
        1.2.8. Representaci´n geom´trica . . . . . . .
                              o        e                      .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   3
        1.2.9. Respuesta predicha . . . . . . . . . . .       .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   4
   1.3. Ejercicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   4
   1.4. Ejercicio en clase . . . . . . . . . . . . . . . .    .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   5
   1.5. Dise˜o factorial 23 . . . . . . . . . . . . . . .
             n                                                .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   5
        1.5.1. Efectos . . . . . . . . . . . . . . . . .      .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   6
   1.6. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   6
   1.7. Ejercicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   7

2. Analisis de Regresi´n Lineal
                         o                                                                                                                                        10
   2.1. Regresi´n Lineal Simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
               o                                                                                                                                                  10
        2.1.1. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                                                        10
        2.1.2. Ejercicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                                                      12

Referencias                                                                                                                                                       14

A. Ap´ndice
     e                                                                                                                                                             I
J.C Clemente                                                                                                 1


1.       Dise˜ o Factorial
             n
     Efectos
     2k Dise˜o Completo
             n


                                                        2k (2 ≤ k ≤ 5)                                      (1)

   Para dar respuestas mas precias, necesitamos aplicar un an´lisis de regresi´n (por eso son procesos
                                                             a                o
completos).
   Comenzamos con un dise˜o 22 (2 niveles para 2 factores).
                          n

1.1.     Ventajas de los Dise˜ os Factoriales
                             n
       Permiten estudiar el efecto de los distintos factores (k)
       Son dise˜os que precisamente se pueden aumentar en el n´mero de factores para una exploraci´n
               n                                              u                                   o
       mas completa
       La interpretaci´n y el c´lculo de los experimentos factoriales son simples, especialmente cuando
                      o        a
       cada factor se prueba en 2 niveles.

1.2.     Ejemplo
   Interesa estudiar el efecto del tama˜o de broca y de la velocidad sobre la vibraci´n que produce un
                                        n                                              o
barrenador. Se decide realizar un dise˜o factorial 22 para evaluar el proceso. Los datos son los siguientes:
                                      n

                                           Factor            Niveles        Unidad
                                         Broca (a)         1/16 1/8        Pulgadas
                                        Velocidad (b)       40     90        RPS


                                                Cuadro 1: Tabla de datos

                                           1                                     2
     Generamos la Matriz de Dise˜o
                                n              agregando la Notaci´n de Yates
                                                                  o

         Broca (A)       Velocidad (B)         Signos      R´plicas (vibracion)
                                                              e                                     Yates
            1⁄16               40               −−       18.2 18.9 12.9 14.4            64.4          1
            1⁄ 8               40               +−       27.2    24   22.4 22.5         96.1          a
            1⁄16               90               −+       15.9 14.5 15.1 14.2            59.7          b
            1⁄ 8               90               ++        41    43.9 36.3 39.9         161.1         ab
                                                                                      Y i = 381,3


                                               Cuadro 2: Matriz de Dise˜o
                                                                       n


1.2.1.    C´lculo de los efectos
           a


                                                       1
                                                  A=     [a + ab − b − 1]                                   (2)
                                                      2n
                                                       1
                                                  B=     [b + ab − a − 1]                                   (3)
                                                      2n
                                                       1
                                                 AB =    [ab + 1 − a − b]                                   (4)
                                                      2n
  1 listamos   de menor a mayor
  2 Representa    los totales o sumas de las observaciones en cada tratamiento
J.C Clemente                                                                                           2




                                      1
                                  A=    [96,1 + 161,1 − 59,7 − 64,4] = 16,63
                                     2n
                                      1
                                 B=     [59,7 + 161,1 − 96,1 − 64,4] = 7,53
                                     2n
                                      1
                                AB =    [161,1 + 64,4 − 96,1 − 59,7] = 8,125
                                     2n
   Por magnitud del efecto, el tama˜o de broca es el que tiene mayor influencia sobre el estudio de
                                   n
vibracion que estamos realizando.

1.2.2.     Preguntas
  1. ¿La velocidad y el tama˜o de broca afectan la vibraci´n?
                             n                            o
     Si, ambos afectan la vibraci´n
                                 o

  2. ¿Cual combinaci´n de velocidad y tama˜o de broca miniza la vibraci´n?.
                    o                     n                            o
     Menos tama˜o de broca y mayor velocidad
                n

1.2.3.     Planteamos las hip´tesis
                             o



                                              H0 : Ef ectoA = 0
                                              H0 : Ef ectoB = 0
                                             H0 : Ef ectoAB = 0

1.2.4.     An´lisis de Varianza (ANOVA)
             a
      Suma de cuadrados de los efectos.


                                           [a + ab − b − 1]2
                                     SCA =                   = 1107,22                                (5)
                                                  n22
                                           [b + ab − a − 1]2
                                     SCB =                   = 227,56                                 (6)
                                                  n22
                                           [ab + 1 − a − b]2
                                    SCAB =                   = 303,66                                 (7)
                                                  n22

1.2.5.     Suma de cuadrados totales y del error.


                                                  Y i)2
                                                  (
                               SCtot =    Cij −         = 1709,8343                                   (8)
                                                 4n
                               SCE = SCtot − SCA − SCB − SCAB = 71,3943                               (9)

      Cuadrados Medios.3   4




                                  CMA = 1107,22                                                      (10)
                                  CMB = 227,56                                                       (11)
                                 CMAB = 303,66                                                       (12)
                                         SCtot     1709,8343
                                 CMtot = 2       =           = 113,9889                              (13)
                                        n2 − 1         15
                                          SCE       71,3943
                                  CME =          =          = 5,9495                                 (14)
                                        4(n − 1)      12
  3 Para                                                      SCA
           22 igualamos CMA = SCA debido a la f´rmula CMA =
                                               o               g.l.
                                                                      porque en este caso g.l. = 1
  4   g.l = (Favor de preguntarle a Luismo)
J.C Clemente                                                                       3


1.2.6.   Estad´
              ıstico de Prueba
   Calculamos los valores de F y lo comparamos con F de Snedecor

                                                   CMA
                                            F0A =       = 186,103                (15)
                                                   CME
                                                   CMB
                                            F0B =       = 38,022                 (16)
                                                   CME
                                                   CMAB
                                           F0AB =        = 50,8008               (17)
                                                    CME
                                  Ftablas (1,12) = 4,75                          (18)



                                     F0A > Ftablas Se rechaza H0
                                     F0B > Ftablas Se rechaza H0
                                   F0AB > Ftablas Se rechaza H0

1.2.7.   Modelo de Regresi´n
                          o


                         ¯
                         Y i = 23,8312
                          ˆ    ¯    A B      AB
                          Y =Yi+ + +
                                     2   2    2
                          ˆ
                          Y = 23,8312 + 8,315x1 + 3,7687x2 + 4,4562x1 x2


                       Signos    Notaci´n
                                        o    Aplicar en el modelo de regresi´n
                                                                            o
                                   x1 x2                     y
                        −−        −1 − 1                   16.10
                        +−        +1 − 1                   24.01
                        −+        −1 + 1                   14.93
                        ++        +1 + 1                   40.96


                     Cuadro 3: Sustituyendo x1 y x2 en el modelo de regresi´n
                                                                           o


1.2.8.   Representaci´n geom´trica
                     o      e




                                Figura 1: Representaci´n geom´trica
                                                      o      e
J.C Clemente                                                              4


1.2.9.   Respuesta predicha



                                                 X1 = A = 0
                                                X2 = B = 0
                                                ˆ
                                                Y = 23,8312

1.3.     Ejercicio
   A continuaci´n se muestran los resultados de un experimento:
               o

                                      A   B     I     II   III    Total
                                      -   -    82     80   84      246
                                      +   -    78     82   79      239
                                      -   +    71     70   66      207
                                      +   +    89     88   93      270
                                                             Yi    962


                                Cuadro 4: Resultados de un experimento


a) ¿Que nombre recibe este dise˜o y porque?
                                 n
   Dise˜o factorial 22 porque tiene 2 factores y 2 niveles
       n
b) ¿Cuantos tratamientos tiene este dise˜o?
                                        n
   4 tratamientos
c) ¿Cuantas r´plicas tiene este dise˜o?
              e                     n
   3 r´plicas
      e
d) ¿Cu´les efectos se pueden estudiar atrav´s de este dise˜o?
       a                                     e             n
   El principal de A, el principal de B, y la interacci´n AB
                                                       o
e) Calcule tales efectos a partir de sus contrastes


                                            1
                                          A=  [a + ab − b − 1] = 9,3
                                           2n
                                            1
                                       B=     [b + ab − a − 1] = −1,3
                                           2n
                                            1
                                      AB =    [ab + 1 − a − b] = 11,6
                                           2n

   El mayor efecto es el de la interacci´n de factores (AB)
                                        o
f) Complete el an´lisis de varianza
                 a
   Planteamos las hip´tesis
                     o

                                                H0 : Ef ectoA = 0
                                                H0 : Ef ectoB = 0
                                               H0 : Ef ectoAB = 0
J.C Clemente                                                                    5


  Suma de Cuadrados
                                      [a + ab − b − 1]2
                                SCA =                    = 261,3
                                             n22
                                                       2
                                      [b + ab − a − 1]
                               SCB =                     = 5,3
                                             n22
                                      [ab + 1 − a − b]2
                              SCAB =                     = 408,3
                                             n22
                                                 ( Y i)2
                              SCtot =     Cij −            = 719,66
                                                   4n
                               SCE = SCtot − SCA − SCB − SCAB = 44,67


  Cuadrados Medios
                                                      SCtot
                                           CMtot =            = 65,42
                                                     n22 − 1
                                                       SCE
                                               CmE =          = 5,58
                                                     4(n − 1)

  Calculamos los valores de F y lo comparamos con F de Snedecor


                                                       CMA
                                                  F0A =     = 46,8
                                                       CME
                                                       CMB
                                                F0B =       = 0,955
                                                       CME
                                                       CMAB
                                             F0AB =          = 73,13
                                                        CME
                                       Ftablas (1,8) = 5,32



                               F0A > Ftablas Se rechaza H0 Si hay efecto de A
                               F0B < Ftablas Se acepta H0 No hay efecto de B
                            F0AB > Ftablas Se rechaza H0 Si hay efecto de AB

1.4.   Ejercicio en clase
   Plantear el dise˜o 22 Aplicado al entorno laboral
                   n

1.5.   Dise˜ o factorial 23
           n
   2 niveles 3 factores (8 tratamientos)

                                                 A   B    C   Yates
                                           1     -   -    -     1
                                           2     +   -    -     a
                                           3     -   +    -     b
                                           4     +   +    -    ab
                                           5     -   -    +     c
                                           6     +   -    +     ac
                                           7     -   +    +    bc
                                           8     +   +    +    abc


                             Cuadro 5: Matriz, signos y notacion de Yates

   Efectos principales a,b,c
   Efectos Interacci´n ab,ac,bc,abc
                    o
J.C Clemente                                                                                           6


1.5.1.    Efectos


                                          a + ab + ac + abc − (1) − b − c − bc
                                    A=
                                                           4n
                                          b + ab + bc + abc − (1) − a − c − ac
                                    B=
                                                           4n
                                          c + ac + bc + abc − (1) − a − b − ab
                                    C=
                                                           4n
                                          ab − b − a + abc + (1) − bc − ac + c
                                   AB =
                                                           4n
                                          (1) − a + b − ab − c + ac − bc + abc
                                   AC =
                                                           4n
                                          (1) + a − b − ab − c − ac + bc + abc
                                   BC =
                                                           4n
                                          abc − bc − ac + c − ab + b + a − (1)
                                  ABC =
                                                           4n



1.6.     Ejemplo
   A continuaci´n se presentan los resultados de un dise˜o factorial no replicado.
               o                                        n

a) Elaborar la matriz de dise˜o con la notaci´n de Yates.
                             n               o

                                   A   B     C   Y    Yates    A   B    C    Y
                              1    -   +     -   25    (1)     -   -    -    30
                              2    +   +     +   12     a      +   -    -    17
                              3    -   -     -   30     b      -   +    -    25
                              4    +   -     +   10    ab      +   +    -    14
                              5    -   -     +   10     c      -   -    +    10
                              6    +   +     -   14     ac     +   -    +    10
                              7    -   +     +   31     bc     -   +    -    31
                              8    +   -     -   17    abc     +   +    +    12


                                           Cuadro 6: Tabla de datos

b) Determinar los efectos principales de A y B


            a + ab + ac + abc − (1) − b − c − bc   17 + 14 + 10 + 12 − 30 − 25 − 10 − 31
         A=                                      =                                       = −10,75
                             4n                                    4(1)
            b + ab + bc + abc − (1) − a − c − ac   25 + 14 + 31 + 12 − 30 − 17 − 10 − 10
         B=                                      =                                       = 3,75
                             4n                                    4(1)

c) Calcular el efecto de interacci´n AB
                                  o


                ab − b − a + abc + (1) − bc − ac + c   14 − 25 − 17 + 12 + 30 − 31 − 10 + 10
         AB =                                        =                                       = −4,25
                                 4n                                    4(1)
J.C Clemente                                                                                                  7


1.7.    Ejercicio
    En una f´brica de piezas de cer´mica se tienen problemas con la calidad. En los intentos por resolver
            a                      a
los problemas se han hecho cambios en algunos factores del proceso. Se decide correr un dise˜o de  n
experimentos 23 . Los factores y niveles son:

                        A       Temperatura            90    130   grados cent´
                                                                              ıgrados
                        B         Tiempo                8     15        minutos
                        C    Tama˜o de part´
                                 n         ıcula       sin   con       tamizado


                                           Cuadro 7: Factores y niveles

   La Variable de respuesta es el porcentaje de piezas de calidad.

a) Establezca la matriz de dise˜o
                               n

                        Yates    A     B     C    A     B     C      I     II    Total
                         (1)     -     -     -    90     8   ST    76.4   76.9   153.3
                          a      +     -     -   130    8    ST    76.3   76.9   153.2
                          b      -     +     -    90    15   ST    80.4    81    161.4
                         ab      +     +     -   130    15   ST    77.9   79.6   157.5
                           c     -     -     +    90     8   CT    84.4   84.6    169
                          ac     +     -     +   130    8    CT    84.7   84.5   169.2
                         bc      -     +     -    90    15   CT    82.7   83.2   165.9
                         abc     +     +     +   130    15   CT     85    84.7   169.7


                            Cuadro 8: Tabla de datos, R´plicas de % de Calidad
                                                       e

b) Estime todos los efectos posibles y establezca cuales son significativos


              a+ab+ac+abc−(1)−b−c−bc       153,2 + 157,5 + 169,2 + 169,7 − 153,3 − 161,4 − 169 − 165,9
        A=                             =                                                                 =0
                       4n                                              4(2)
              b+ab+bc+abc−(1)−a−c−ac       161,4 + 157,5 + 165,9 + 169,7 − 153,3 − 153,2 − 169 − 169,2
        B=                             =                                                                 = 1,225
                       4n                                              4(2)
              c+ac+bc+abc−(1)−a−b−ab       169 + 169,2 + 165,9 + 169,7 − 153,3 − 153,2 − 161,4 − 157,5
        C=                             =                                                                 = 6,05
                       4n                                              4(2)
              ab−b−a+abc+(1)−bc−ac+c       157,5 − 161,4 − 153,2 + 169,7 + 153,3 − 165,9 − 169,2 + 169
       AB =                            =                                                                 = −0,025
                       4n                                              4(2)
              (1)−a+b−ab−c+ac−bc+abc       153,3 − 153,2 + 161,4 − 157,5 − 169 + 169,2 − 165,9 + 169,7
       AC =                            =                                                                 =1
                       4n                                              4(2)
              (1)+a−b−ab−c−ac+bc+abc       153,3 + 153,2 − 161,4 − 157,5 − 169 − 169,2 + 165,9 + 169,7
       BC =                            =                                                                 = −1,875
                       4n                                              4(2)
              abc−bc−ac+c−ab+b+a−(1)       169,7 − 165,9 − 169,2 + 169 − 157,5 + 161,4 + 153,2 − 153,3
   ABC =                               =                                                                 = 0,925
                       4n                                              4(2)



   De acuerdo a esta estimaci´n el efecto de C es el m´s significativo
                             o                        a
c) Realice un an´lisis de varianza y obtenga conclusi´n
                a                                    o

   c.1 Hip´tesis
          o
J.C Clemente                                                                                                                 8




                                  H0 : Ef ectoA = 0HA : Ef ectoA                                   =0
                                  H0 : Ef ectoB = 0HA : Ef ectoB                                   =0
                                  H0 : Ef ectoC = 0HA : Ef ectoC                                   =0
                                H0 : Ef ectoAB = 0HA : Ef ectoAB                                   =0
                                H0 : Ef ectoAC = 0HA : Ef ectoAC                                   =0
                                H0 : Ef ectoBC = 0HA : Ef ectoBC                                   =0
                              H0 : Ef ectoABC = 0HA : Ef ectoABC                                   =0


           Apuntar de nuevo esto, esta mal
   c.2 Sumatoria de Cuadrados


                                                         (    Y i)2               (1299,2)2
                          SCT OT ALES =           Ci −         k
                                                                    = 105671,08 −           = 176,4
                                                             n2                      16


                         (a+ab+ac+abc−(1)−b−c−bc)2           (153,2+157,5+169,2+169,7−153,3−161,4−169−165,9)2
                SCA =                                    =                                                         =0
                                   n2k                                            (2)23
                         (b+ab+bc+abc−(1)−a−c−ac)2           (161,4+157,5+165,9+169,7−153,3−153,2−169−169,2)2
                SCB =                                    =                                                         = 6,025
                                    n2k                                           (2)23
                         (c+ac+bc+abc−(1)−a−b−ab)2           (169+169,2+165,9+169,7−153,3−153,2−161,4−157,5)2
                SCC =                                    =                                                         = 146,41
                                    n2k                                           (2)23
                         (ab−b−a+abc+(1)−bc−ac+c)2           (157,5−161,4−153,2+169,7+153,3−165,9−169,2+169)2
               SCAB =                                    =                                                         = 0,0025
                                   n2k                                            (2)23
                         ((1)−a+b−ab−c+ac−bc+abc)2           (153,3−153,2+161,4−157,5−169+169,2−165,9+169,7)2
               SCAC =                                    =                                                         =4
                                    n2k                                           (2)23
                         ((1)+a−b−ab−c−ac+bc+abc)2           (153,3+153,2−161,4−157,5−169−169,2+165,9+169,7)2
               SCBC =                                    =                                                         = 14,062
                                    n2k                                           (2)23
                         (abc−bc−ac+c−ab+b+a−(1))2           (169,7−165,9−169,2+169−157,5+161,4+153,2−153,3)2
             SCABC =                                     =                                                         = 3,422
                                    n2k                                           (2)23
           SCERROR = SCT OT ALES −              SCief ecto = 2,141

   c.3 Cuadrados Medios
                                                 5
       Calculamos los cuadrados medios


                                       CMA = 0
                                       CMB = 6,025
                                       CMC = 146,41
                                     CMAB = 0,0025
                                     CMAC = 4
                                     CMBC = 14,062
                                   CMABC = 3,422
                                             SCerror     2,141     2,141
                                   CMerror = 3        = 3        =       = 0,2676
                                            2 (n − 1)  2 (2 − 1)     8

   c.4 F de Snedecor
   5 Los grados de libertad de cada efecto es 1, debido a que tenemos 16 datos, los grados de libertad ser´n 15, como el error
                                                                                                          a
utiliza 8 grados de libertad los 7 restantes por lo tanto estar´n en cada uno de los efectos.
                                                               a
J.C Clemente                                                            9




                                       SCA             0
                               F0 =             =            =0
                                      CMerror       0,2676
                                       SCB           6,025
                               F0 =             =            = 22,51
                                      CMerror       0,2676
                                       SCC          146,41
                               F0 =             =            = 547,12
                                      CMerror       0,2676
                                       SCAB         0,0025
                               F0 =             =            = 0,0093
                                      CMerror       0,2676
                                       SCAC            4
                               F0 =             =            = 14,94
                                      CMerror       0,2676
                                       SCBC         14,062
                               F0 =             =            = 52,54
                                      CMerror       0,2676
                                      SCABC          3,422
                               F0 =             =            = 12,78
                                      CMerror       0,2676
                              (1,8)
                            Fcrit = 5,32


  c.5 Concluimos con
                          A
                         F0 < Ftabla Se acepta H0 No hay efecto de A
                          B
                         F0 > Ftabla Se rechaza H0 Si hay efecto de A
                          C
                         F0 > Ftabla Se rechaza H0 Si hay efecto de A
                         AB
                        F0 < Ftabla Se acepta H0 No hay efecto de A
                         AC
                        F0 > Ftabla Se rechaza H0 Si hay efecto de A
                         BC
                        F0 > Ftabla Se rechaza H0 Si hay efecto de A
                        ABC
                       F0   > Ftabla Se rechaza H0 Si hay efecto de A
J.C Clemente                                                                                                10


2.       Analisis de Regresi´n Lineal
                            o
2.1.     Regresi´n Lineal Simple
                o
   Explica en forma matem´tica el comportamiento de una variable de respuesta en funci´n de una
                         a                                                            o
variable independiente.

2.1.1.    Ejemplo
   En un laboratorio se requiere investigar la forma en que se relaciona la cantidad de fibra en la pulpa
de celulosa con la resistencia del papel como producto. Los datos obtenidos en un estudio experimental
se muestran a continuaci´n:
                          o

                                    % Fibra      Resistencia         Xi2     Y i2    XiY i
                              1        4             134              16    17956     536
                              2        6             145              36    21025     870
                              3        8             142              64    20164    1136
                              4       10             149              100   22201    1490
                              5       12             144              144   20736    1728
                              6       14             160              196   25600    2240
                              7       16             156              256   24336    2496
                              8       18             157              324   24649    2826
                              9       20             168              400   28224    3360
                              10      22             166              484   27556    3652
                              11      24             167              576   27889    4008
                              12      26             171              676   29241    4446
                              13      28             174              784   30276    4872
                              14      30             183              900   33489    5490
                              Σ      238            2216             4956   353342   39150


                                               Cuadro 9: Tabla de datos

     Podemos llegar simple y llanamente a la ecuac´on de linea recta.
                                                  ı´


                                             Y = b0 + b1 X
                                                                 (    Xi)( Y i)
                                                       XiY i −          n
                                             b1 =                    ( Xi)2
                                                           Xi2 −       n
                                                        Yi             Xi
                                             b0 =          − (b1 )(       )
                                                       n               n
     Basta con obtener las sumatorias para sustituirlas en este modelo de regresi´n.
                                                                                 o

                                                        (238)(2216)
                                             39150 −         14
                                      b1 =                    = 1,6241
                                                                2
                                             4956      − (238)
                                                            14
                                           2216             238
                                      b0 =      − (1,6241)(     ) = 130,6747
                                            14               14
     La linea Recta que explica la relaci´n es
                                         o

                                               Y = 130,6747 + 1,6241X
                                         6
     Para poder hacer estimaciones           con presici´n aceptable, se obtiene el coeficiente de determinaci´n
                                                        o                                                    o
  6 Por R2 aplica al 93 % de los casos α = 0.07

Por R2 ajustada si se puede utilizar para predicci´n
                                                  o
J.C Clemente                                                                                            11


R2 que mide la proporci´n de la variabilidad en los datos. Para R2 (Determinaci´n)
                       o                                                       o

                                SCR      Suma de Cuadrados de Regresi´n
                                                                     o
                             R2 =    =
                                SCT        Suma de Cuadrados Totales
                                     2    ( Y i)2
                          SCT =    Yi −
                                              n
                                                        ( Y i)2
                          SCR = b0   Y i + b1   XiY i −
                                                           n


                                       (2216)2
                    SCT = 353342 −             = 2580,8571
                                         14
                                                                    (2216)2
                    SCR = 139,6747(2216) + 1,6241(39159) −                  = 2400,5318
                                                                      14
                             SCR   2580,8571
                      R2 =       =           = 0,930
                             SCT   2400,5318


   Para R2 Ajustada


                                2         CMtotales − CMerror
                               Rajustado =                     = 0,9243
                                              CMtotales
                                          SCT     2580,8571
                              CMtotales =      =             = 198,5274
                                          n−1         13
                                        SCE = SCT − SCR = 180,3252
                                           SCE       180,3252
                                CMerror =         =           = 15,0279
                                            12          12
   R2 ajustado Debe ser mayor a 0.7 para utilizar el modelo para fines de predicci´n.
                                                                                   o
   ¿Que pasaria si el porcentaje de fibra es del 25 %? (en unidades de resistencia)

                                 Y = 130,6747 + (1,6241)(25) = 171,27

   El coeficiente de correlaci´n (asociaci´n) mide la intensidad de la relaci´n lineal entre dos variables.
                             o           o                                  o

Coeficiente de correlaci´n (0 ≤ R ≤ 1)
                       o


                                                  √
                                             R=       R2 = 0,9644

   Relaci´n o asociaci´n fuerte entre las variables. Si hay efecto del porcentaje de fibra
         o            o
J.C Clemente                                                                                          12


2.1.2.   Ejercicio
    En un proceso de manufactura se utiliza una herramienta de corte y se requiere investigar la relaci´n
                                                                                                        o
entre la velocidad de corte (metros por minuto) y tiempo de vida de la herramienta (horas). De acuerdo
a los siguientes datos determine si se puede utilizar el an´lisis de regresi´n como modelo de predicci´n.
                                                           a                o                         o

                                              Velocidad   Vida
                                          1      20        8.7
                                          2      20        9.5
                                          3      25        8.5
                                          4      25        7.7
                                          5      25        8.4
                                          6      30         8
                                          7      30        5.3
                                          8      30        7.3
                                          9      35        7.8
                                         10      35        5.7
                                         11      35        6.1
                                         12      40        4.3
                                         13      40        4.2
                                                 390      91.5


                                       Cuadro 10: Tabla de datos
J.C Clemente                                                                                              13


      22 de Mayo: Tarea
      29 de Mayo: Trabajo7 (enviar por mail)
                                                                                   8
      29 de Mayo: Se pod´n entregar los apuntes a cuenta de trabajo
                        a
      5 de Junio: Examen ejercicio 23 (7:00 - 7:30)




  7 Escoger   1 art´ıculo de los enviados por mail para incluir un resumen del mismo dentro del trabajo
  8 ser´
       a   necesario agregar el resumen del art´
                                               ıculo
J.C Clemente                                                                                 14


Referencias
[1] Douglas C. Montgomery Die˜o y An´lisis de Experimentos. M´xico D.F.: Limusa Wiley 2a edici´n
                             n      a                        e                                o
      2004.
J.C Clemente                                        i


A.     Ap´ndice
         e
   Adjunto agregamos varias tablas de referencia.

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Diseño de Experimentos

  • 1. Dise˜o de Experimentos n Ingenier´ Industrial y de Sistemas ıa Universidad del Valle de M´xico e Apuntes de clase Profesor: Dr Dolores V´lez Jim´nez e e Segunda Edici´n o Juan Carlos Clemente Jarqu´ 1 ın Abril 10 de 2012 1 Numero de cuenta 100000783
  • 2. ´ Indice 1. Dise˜ o Factorial n 1 1.1. Ventajas de los Dise˜os Factoriales . . . . . . n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2.1. C´lculo de los efectos . . . . . . . . . a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2.2. Preguntas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2.3. Planteamos las hip´tesis . . . . . . . . o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2.4. An´lisis de Varianza (ANOVA) . . . . a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2.5. Suma de cuadrados totales y del error. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2.6. Estad´ ıstico de Prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.7. Modelo de Regresi´n . . . . . . . . . . o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.8. Representaci´n geom´trica . . . . . . . o e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.9. Respuesta predicha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3. Ejercicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4. Ejercicio en clase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.5. Dise˜o factorial 23 . . . . . . . . . . . . . . . n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.5.1. Efectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.6. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.7. Ejercicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. Analisis de Regresi´n Lineal o 10 2.1. Regresi´n Lineal Simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 10 2.1.1. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.2. Ejercicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Referencias 14 A. Ap´ndice e I
  • 3. J.C Clemente 1 1. Dise˜ o Factorial n Efectos 2k Dise˜o Completo n 2k (2 ≤ k ≤ 5) (1) Para dar respuestas mas precias, necesitamos aplicar un an´lisis de regresi´n (por eso son procesos a o completos). Comenzamos con un dise˜o 22 (2 niveles para 2 factores). n 1.1. Ventajas de los Dise˜ os Factoriales n Permiten estudiar el efecto de los distintos factores (k) Son dise˜os que precisamente se pueden aumentar en el n´mero de factores para una exploraci´n n u o mas completa La interpretaci´n y el c´lculo de los experimentos factoriales son simples, especialmente cuando o a cada factor se prueba en 2 niveles. 1.2. Ejemplo Interesa estudiar el efecto del tama˜o de broca y de la velocidad sobre la vibraci´n que produce un n o barrenador. Se decide realizar un dise˜o factorial 22 para evaluar el proceso. Los datos son los siguientes: n Factor Niveles Unidad Broca (a) 1/16 1/8 Pulgadas Velocidad (b) 40 90 RPS Cuadro 1: Tabla de datos 1 2 Generamos la Matriz de Dise˜o n agregando la Notaci´n de Yates o Broca (A) Velocidad (B) Signos R´plicas (vibracion) e Yates 1⁄16 40 −− 18.2 18.9 12.9 14.4 64.4 1 1⁄ 8 40 +− 27.2 24 22.4 22.5 96.1 a 1⁄16 90 −+ 15.9 14.5 15.1 14.2 59.7 b 1⁄ 8 90 ++ 41 43.9 36.3 39.9 161.1 ab Y i = 381,3 Cuadro 2: Matriz de Dise˜o n 1.2.1. C´lculo de los efectos a 1 A= [a + ab − b − 1] (2) 2n 1 B= [b + ab − a − 1] (3) 2n 1 AB = [ab + 1 − a − b] (4) 2n 1 listamos de menor a mayor 2 Representa los totales o sumas de las observaciones en cada tratamiento
  • 4. J.C Clemente 2 1 A= [96,1 + 161,1 − 59,7 − 64,4] = 16,63 2n 1 B= [59,7 + 161,1 − 96,1 − 64,4] = 7,53 2n 1 AB = [161,1 + 64,4 − 96,1 − 59,7] = 8,125 2n Por magnitud del efecto, el tama˜o de broca es el que tiene mayor influencia sobre el estudio de n vibracion que estamos realizando. 1.2.2. Preguntas 1. ¿La velocidad y el tama˜o de broca afectan la vibraci´n? n o Si, ambos afectan la vibraci´n o 2. ¿Cual combinaci´n de velocidad y tama˜o de broca miniza la vibraci´n?. o n o Menos tama˜o de broca y mayor velocidad n 1.2.3. Planteamos las hip´tesis o H0 : Ef ectoA = 0 H0 : Ef ectoB = 0 H0 : Ef ectoAB = 0 1.2.4. An´lisis de Varianza (ANOVA) a Suma de cuadrados de los efectos. [a + ab − b − 1]2 SCA = = 1107,22 (5) n22 [b + ab − a − 1]2 SCB = = 227,56 (6) n22 [ab + 1 − a − b]2 SCAB = = 303,66 (7) n22 1.2.5. Suma de cuadrados totales y del error. Y i)2 ( SCtot = Cij − = 1709,8343 (8) 4n SCE = SCtot − SCA − SCB − SCAB = 71,3943 (9) Cuadrados Medios.3 4 CMA = 1107,22 (10) CMB = 227,56 (11) CMAB = 303,66 (12) SCtot 1709,8343 CMtot = 2 = = 113,9889 (13) n2 − 1 15 SCE 71,3943 CME = = = 5,9495 (14) 4(n − 1) 12 3 Para SCA 22 igualamos CMA = SCA debido a la f´rmula CMA = o g.l. porque en este caso g.l. = 1 4 g.l = (Favor de preguntarle a Luismo)
  • 5. J.C Clemente 3 1.2.6. Estad´ ıstico de Prueba Calculamos los valores de F y lo comparamos con F de Snedecor CMA F0A = = 186,103 (15) CME CMB F0B = = 38,022 (16) CME CMAB F0AB = = 50,8008 (17) CME Ftablas (1,12) = 4,75 (18) F0A > Ftablas Se rechaza H0 F0B > Ftablas Se rechaza H0 F0AB > Ftablas Se rechaza H0 1.2.7. Modelo de Regresi´n o ¯ Y i = 23,8312 ˆ ¯ A B AB Y =Yi+ + + 2 2 2 ˆ Y = 23,8312 + 8,315x1 + 3,7687x2 + 4,4562x1 x2 Signos Notaci´n o Aplicar en el modelo de regresi´n o x1 x2 y −− −1 − 1 16.10 +− +1 − 1 24.01 −+ −1 + 1 14.93 ++ +1 + 1 40.96 Cuadro 3: Sustituyendo x1 y x2 en el modelo de regresi´n o 1.2.8. Representaci´n geom´trica o e Figura 1: Representaci´n geom´trica o e
  • 6. J.C Clemente 4 1.2.9. Respuesta predicha X1 = A = 0 X2 = B = 0 ˆ Y = 23,8312 1.3. Ejercicio A continuaci´n se muestran los resultados de un experimento: o A B I II III Total - - 82 80 84 246 + - 78 82 79 239 - + 71 70 66 207 + + 89 88 93 270 Yi 962 Cuadro 4: Resultados de un experimento a) ¿Que nombre recibe este dise˜o y porque? n Dise˜o factorial 22 porque tiene 2 factores y 2 niveles n b) ¿Cuantos tratamientos tiene este dise˜o? n 4 tratamientos c) ¿Cuantas r´plicas tiene este dise˜o? e n 3 r´plicas e d) ¿Cu´les efectos se pueden estudiar atrav´s de este dise˜o? a e n El principal de A, el principal de B, y la interacci´n AB o e) Calcule tales efectos a partir de sus contrastes 1 A= [a + ab − b − 1] = 9,3 2n 1 B= [b + ab − a − 1] = −1,3 2n 1 AB = [ab + 1 − a − b] = 11,6 2n El mayor efecto es el de la interacci´n de factores (AB) o f) Complete el an´lisis de varianza a Planteamos las hip´tesis o H0 : Ef ectoA = 0 H0 : Ef ectoB = 0 H0 : Ef ectoAB = 0
  • 7. J.C Clemente 5 Suma de Cuadrados [a + ab − b − 1]2 SCA = = 261,3 n22 2 [b + ab − a − 1] SCB = = 5,3 n22 [ab + 1 − a − b]2 SCAB = = 408,3 n22 ( Y i)2 SCtot = Cij − = 719,66 4n SCE = SCtot − SCA − SCB − SCAB = 44,67 Cuadrados Medios SCtot CMtot = = 65,42 n22 − 1 SCE CmE = = 5,58 4(n − 1) Calculamos los valores de F y lo comparamos con F de Snedecor CMA F0A = = 46,8 CME CMB F0B = = 0,955 CME CMAB F0AB = = 73,13 CME Ftablas (1,8) = 5,32 F0A > Ftablas Se rechaza H0 Si hay efecto de A F0B < Ftablas Se acepta H0 No hay efecto de B F0AB > Ftablas Se rechaza H0 Si hay efecto de AB 1.4. Ejercicio en clase Plantear el dise˜o 22 Aplicado al entorno laboral n 1.5. Dise˜ o factorial 23 n 2 niveles 3 factores (8 tratamientos) A B C Yates 1 - - - 1 2 + - - a 3 - + - b 4 + + - ab 5 - - + c 6 + - + ac 7 - + + bc 8 + + + abc Cuadro 5: Matriz, signos y notacion de Yates Efectos principales a,b,c Efectos Interacci´n ab,ac,bc,abc o
  • 8. J.C Clemente 6 1.5.1. Efectos a + ab + ac + abc − (1) − b − c − bc A= 4n b + ab + bc + abc − (1) − a − c − ac B= 4n c + ac + bc + abc − (1) − a − b − ab C= 4n ab − b − a + abc + (1) − bc − ac + c AB = 4n (1) − a + b − ab − c + ac − bc + abc AC = 4n (1) + a − b − ab − c − ac + bc + abc BC = 4n abc − bc − ac + c − ab + b + a − (1) ABC = 4n 1.6. Ejemplo A continuaci´n se presentan los resultados de un dise˜o factorial no replicado. o n a) Elaborar la matriz de dise˜o con la notaci´n de Yates. n o A B C Y Yates A B C Y 1 - + - 25 (1) - - - 30 2 + + + 12 a + - - 17 3 - - - 30 b - + - 25 4 + - + 10 ab + + - 14 5 - - + 10 c - - + 10 6 + + - 14 ac + - + 10 7 - + + 31 bc - + - 31 8 + - - 17 abc + + + 12 Cuadro 6: Tabla de datos b) Determinar los efectos principales de A y B a + ab + ac + abc − (1) − b − c − bc 17 + 14 + 10 + 12 − 30 − 25 − 10 − 31 A= = = −10,75 4n 4(1) b + ab + bc + abc − (1) − a − c − ac 25 + 14 + 31 + 12 − 30 − 17 − 10 − 10 B= = = 3,75 4n 4(1) c) Calcular el efecto de interacci´n AB o ab − b − a + abc + (1) − bc − ac + c 14 − 25 − 17 + 12 + 30 − 31 − 10 + 10 AB = = = −4,25 4n 4(1)
  • 9. J.C Clemente 7 1.7. Ejercicio En una f´brica de piezas de cer´mica se tienen problemas con la calidad. En los intentos por resolver a a los problemas se han hecho cambios en algunos factores del proceso. Se decide correr un dise˜o de n experimentos 23 . Los factores y niveles son: A Temperatura 90 130 grados cent´ ıgrados B Tiempo 8 15 minutos C Tama˜o de part´ n ıcula sin con tamizado Cuadro 7: Factores y niveles La Variable de respuesta es el porcentaje de piezas de calidad. a) Establezca la matriz de dise˜o n Yates A B C A B C I II Total (1) - - - 90 8 ST 76.4 76.9 153.3 a + - - 130 8 ST 76.3 76.9 153.2 b - + - 90 15 ST 80.4 81 161.4 ab + + - 130 15 ST 77.9 79.6 157.5 c - - + 90 8 CT 84.4 84.6 169 ac + - + 130 8 CT 84.7 84.5 169.2 bc - + - 90 15 CT 82.7 83.2 165.9 abc + + + 130 15 CT 85 84.7 169.7 Cuadro 8: Tabla de datos, R´plicas de % de Calidad e b) Estime todos los efectos posibles y establezca cuales son significativos a+ab+ac+abc−(1)−b−c−bc 153,2 + 157,5 + 169,2 + 169,7 − 153,3 − 161,4 − 169 − 165,9 A= = =0 4n 4(2) b+ab+bc+abc−(1)−a−c−ac 161,4 + 157,5 + 165,9 + 169,7 − 153,3 − 153,2 − 169 − 169,2 B= = = 1,225 4n 4(2) c+ac+bc+abc−(1)−a−b−ab 169 + 169,2 + 165,9 + 169,7 − 153,3 − 153,2 − 161,4 − 157,5 C= = = 6,05 4n 4(2) ab−b−a+abc+(1)−bc−ac+c 157,5 − 161,4 − 153,2 + 169,7 + 153,3 − 165,9 − 169,2 + 169 AB = = = −0,025 4n 4(2) (1)−a+b−ab−c+ac−bc+abc 153,3 − 153,2 + 161,4 − 157,5 − 169 + 169,2 − 165,9 + 169,7 AC = = =1 4n 4(2) (1)+a−b−ab−c−ac+bc+abc 153,3 + 153,2 − 161,4 − 157,5 − 169 − 169,2 + 165,9 + 169,7 BC = = = −1,875 4n 4(2) abc−bc−ac+c−ab+b+a−(1) 169,7 − 165,9 − 169,2 + 169 − 157,5 + 161,4 + 153,2 − 153,3 ABC = = = 0,925 4n 4(2) De acuerdo a esta estimaci´n el efecto de C es el m´s significativo o a c) Realice un an´lisis de varianza y obtenga conclusi´n a o c.1 Hip´tesis o
  • 10. J.C Clemente 8 H0 : Ef ectoA = 0HA : Ef ectoA =0 H0 : Ef ectoB = 0HA : Ef ectoB =0 H0 : Ef ectoC = 0HA : Ef ectoC =0 H0 : Ef ectoAB = 0HA : Ef ectoAB =0 H0 : Ef ectoAC = 0HA : Ef ectoAC =0 H0 : Ef ectoBC = 0HA : Ef ectoBC =0 H0 : Ef ectoABC = 0HA : Ef ectoABC =0 Apuntar de nuevo esto, esta mal c.2 Sumatoria de Cuadrados ( Y i)2 (1299,2)2 SCT OT ALES = Ci − k = 105671,08 − = 176,4 n2 16 (a+ab+ac+abc−(1)−b−c−bc)2 (153,2+157,5+169,2+169,7−153,3−161,4−169−165,9)2 SCA = = =0 n2k (2)23 (b+ab+bc+abc−(1)−a−c−ac)2 (161,4+157,5+165,9+169,7−153,3−153,2−169−169,2)2 SCB = = = 6,025 n2k (2)23 (c+ac+bc+abc−(1)−a−b−ab)2 (169+169,2+165,9+169,7−153,3−153,2−161,4−157,5)2 SCC = = = 146,41 n2k (2)23 (ab−b−a+abc+(1)−bc−ac+c)2 (157,5−161,4−153,2+169,7+153,3−165,9−169,2+169)2 SCAB = = = 0,0025 n2k (2)23 ((1)−a+b−ab−c+ac−bc+abc)2 (153,3−153,2+161,4−157,5−169+169,2−165,9+169,7)2 SCAC = = =4 n2k (2)23 ((1)+a−b−ab−c−ac+bc+abc)2 (153,3+153,2−161,4−157,5−169−169,2+165,9+169,7)2 SCBC = = = 14,062 n2k (2)23 (abc−bc−ac+c−ab+b+a−(1))2 (169,7−165,9−169,2+169−157,5+161,4+153,2−153,3)2 SCABC = = = 3,422 n2k (2)23 SCERROR = SCT OT ALES − SCief ecto = 2,141 c.3 Cuadrados Medios 5 Calculamos los cuadrados medios CMA = 0 CMB = 6,025 CMC = 146,41 CMAB = 0,0025 CMAC = 4 CMBC = 14,062 CMABC = 3,422 SCerror 2,141 2,141 CMerror = 3 = 3 = = 0,2676 2 (n − 1) 2 (2 − 1) 8 c.4 F de Snedecor 5 Los grados de libertad de cada efecto es 1, debido a que tenemos 16 datos, los grados de libertad ser´n 15, como el error a utiliza 8 grados de libertad los 7 restantes por lo tanto estar´n en cada uno de los efectos. a
  • 11. J.C Clemente 9 SCA 0 F0 = = =0 CMerror 0,2676 SCB 6,025 F0 = = = 22,51 CMerror 0,2676 SCC 146,41 F0 = = = 547,12 CMerror 0,2676 SCAB 0,0025 F0 = = = 0,0093 CMerror 0,2676 SCAC 4 F0 = = = 14,94 CMerror 0,2676 SCBC 14,062 F0 = = = 52,54 CMerror 0,2676 SCABC 3,422 F0 = = = 12,78 CMerror 0,2676 (1,8) Fcrit = 5,32 c.5 Concluimos con A F0 < Ftabla Se acepta H0 No hay efecto de A B F0 > Ftabla Se rechaza H0 Si hay efecto de A C F0 > Ftabla Se rechaza H0 Si hay efecto de A AB F0 < Ftabla Se acepta H0 No hay efecto de A AC F0 > Ftabla Se rechaza H0 Si hay efecto de A BC F0 > Ftabla Se rechaza H0 Si hay efecto de A ABC F0 > Ftabla Se rechaza H0 Si hay efecto de A
  • 12. J.C Clemente 10 2. Analisis de Regresi´n Lineal o 2.1. Regresi´n Lineal Simple o Explica en forma matem´tica el comportamiento de una variable de respuesta en funci´n de una a o variable independiente. 2.1.1. Ejemplo En un laboratorio se requiere investigar la forma en que se relaciona la cantidad de fibra en la pulpa de celulosa con la resistencia del papel como producto. Los datos obtenidos en un estudio experimental se muestran a continuaci´n: o % Fibra Resistencia Xi2 Y i2 XiY i 1 4 134 16 17956 536 2 6 145 36 21025 870 3 8 142 64 20164 1136 4 10 149 100 22201 1490 5 12 144 144 20736 1728 6 14 160 196 25600 2240 7 16 156 256 24336 2496 8 18 157 324 24649 2826 9 20 168 400 28224 3360 10 22 166 484 27556 3652 11 24 167 576 27889 4008 12 26 171 676 29241 4446 13 28 174 784 30276 4872 14 30 183 900 33489 5490 Σ 238 2216 4956 353342 39150 Cuadro 9: Tabla de datos Podemos llegar simple y llanamente a la ecuac´on de linea recta. ı´ Y = b0 + b1 X ( Xi)( Y i) XiY i − n b1 = ( Xi)2 Xi2 − n Yi Xi b0 = − (b1 )( ) n n Basta con obtener las sumatorias para sustituirlas en este modelo de regresi´n. o (238)(2216) 39150 − 14 b1 = = 1,6241 2 4956 − (238) 14 2216 238 b0 = − (1,6241)( ) = 130,6747 14 14 La linea Recta que explica la relaci´n es o Y = 130,6747 + 1,6241X 6 Para poder hacer estimaciones con presici´n aceptable, se obtiene el coeficiente de determinaci´n o o 6 Por R2 aplica al 93 % de los casos α = 0.07 Por R2 ajustada si se puede utilizar para predicci´n o
  • 13. J.C Clemente 11 R2 que mide la proporci´n de la variabilidad en los datos. Para R2 (Determinaci´n) o o SCR Suma de Cuadrados de Regresi´n o R2 = = SCT Suma de Cuadrados Totales 2 ( Y i)2 SCT = Yi − n ( Y i)2 SCR = b0 Y i + b1 XiY i − n (2216)2 SCT = 353342 − = 2580,8571 14 (2216)2 SCR = 139,6747(2216) + 1,6241(39159) − = 2400,5318 14 SCR 2580,8571 R2 = = = 0,930 SCT 2400,5318 Para R2 Ajustada 2 CMtotales − CMerror Rajustado = = 0,9243 CMtotales SCT 2580,8571 CMtotales = = = 198,5274 n−1 13 SCE = SCT − SCR = 180,3252 SCE 180,3252 CMerror = = = 15,0279 12 12 R2 ajustado Debe ser mayor a 0.7 para utilizar el modelo para fines de predicci´n. o ¿Que pasaria si el porcentaje de fibra es del 25 %? (en unidades de resistencia) Y = 130,6747 + (1,6241)(25) = 171,27 El coeficiente de correlaci´n (asociaci´n) mide la intensidad de la relaci´n lineal entre dos variables. o o o Coeficiente de correlaci´n (0 ≤ R ≤ 1) o √ R= R2 = 0,9644 Relaci´n o asociaci´n fuerte entre las variables. Si hay efecto del porcentaje de fibra o o
  • 14. J.C Clemente 12 2.1.2. Ejercicio En un proceso de manufactura se utiliza una herramienta de corte y se requiere investigar la relaci´n o entre la velocidad de corte (metros por minuto) y tiempo de vida de la herramienta (horas). De acuerdo a los siguientes datos determine si se puede utilizar el an´lisis de regresi´n como modelo de predicci´n. a o o Velocidad Vida 1 20 8.7 2 20 9.5 3 25 8.5 4 25 7.7 5 25 8.4 6 30 8 7 30 5.3 8 30 7.3 9 35 7.8 10 35 5.7 11 35 6.1 12 40 4.3 13 40 4.2 390 91.5 Cuadro 10: Tabla de datos
  • 15. J.C Clemente 13 22 de Mayo: Tarea 29 de Mayo: Trabajo7 (enviar por mail) 8 29 de Mayo: Se pod´n entregar los apuntes a cuenta de trabajo a 5 de Junio: Examen ejercicio 23 (7:00 - 7:30) 7 Escoger 1 art´ıculo de los enviados por mail para incluir un resumen del mismo dentro del trabajo 8 ser´ a necesario agregar el resumen del art´ ıculo
  • 16. J.C Clemente 14 Referencias [1] Douglas C. Montgomery Die˜o y An´lisis de Experimentos. M´xico D.F.: Limusa Wiley 2a edici´n n a e o 2004.
  • 17. J.C Clemente i A. Ap´ndice e Adjunto agregamos varias tablas de referencia.