Manual del estudiante de Ingeniería en Sistemas de UTN/Simulación/Diseño de experimentos

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Diseño y análisis de experimentos en simulación

Diseño factorial simple

Una observación en la repetición j del nivel i, yij, está representado por un valor promedio general μ, un efecto del factor αi y un error aleatorio eij.

yij=μ+αi+eij

El efecto es el impacto que tiene el factor en determinado nivel en el valor de la respuesta. La suma de todos los efectos será 0.

i=1nαi=0

Estimación de los términos

Estimación de la media

Sea un experimento unifactorial con n niveles y r repeticiones.

j=1ri=1nyij=j=1ri=1nμ+αi+eij

j=1ri=1nyij=j=1rn.μ+i=1nαi+i=1neij=j=1rn.μ+0+i=1neij

j=1ri=1nyij=n.r.μ+j=1ri=1neij=n.r.μ+0

j=1ri=1nyij=n.r.μ

μ=j=1ri=1nyijn.r

(Notar que n.r es el número total de experimentos)

Estimación de los efectos

Sea yi la media del nivel i

yi=1rj=1ryij

yi=1rj=1rμ+αi+eij

yi=1r(r.μ+r.αi+j=1reij)

Asumiendo que la sumatoria de errores es nula

yi=μ+αi

αi=yiμ

Estimación de los errores experimentales

Habiendo ya calculado todos los datos anteriores, se puede obtener el error de cada muestra

eij=yijμαi

Un estadístico importante es la suma de los errores al cuadrado SSE

j=1ri=1neij2

Asignación de la variación

La variación de la respuesta tiene dos causas posibles:

  • El efecto del factor.
  • El efecto del error.

Esto significa que la variación total SST estará compuesta por la variación entre grupos SSA (efecto del factor) y la variación dentro del grupo SSE (efecto del error).

Si cada respuesta se eleva al cuadrado

yij2=(μ+αi+eij)2

yij2=μ2+αi2+eij2+2μ.αi+2μ.ieij+2αi.eij

Para las r repeticiones y n tratamientos

j=1ri=1nyij2=j=1ri=1n(μ+αi+eij)2

j=1ri=1nyij2=j=1ri=1n(μ2+αi2+eij2+2μ.αi+2μ.eij+2αi.eij)

j=1ri=1nyij2=j=1ri=1nμ2+j=1ri=1nαi2+j=1ri=1neij2+

+j=1ri=1n2μ.αi+j=1ri=1n2μ.eij+j=1ri=1n2αi.eij

Teniendo en cuenta que

j=1ri=1n2μ.αi=j=1r(2μi=1nαi)

j=1ri=1n2μ.αi=j=1r(2μ.0)=0


j=1ri=1n2μ.eij=2μj=1ri=1neij

j=1ri=1n2μ.eij=2μ.0=0


j=1ri=1n2αi.eij=0¿? (ninguno de los dos es cte como para poder sacar de la sumatoria)

Queda entonces la expresión final

j=1ri=1nyij2=j=1ri=1n(μ2+αi2+eij2)

SSY=SSO+SSA+SSE

Donde

SSY=j=1ri=1nyij2

SSO=j=1ri=1nμ2=r.n.μ2

SSA=j=1ri=1nαi2=r.i=1nαi2

SSE=j=1ri=1neij2

La variación total de y será

SST=j=1ri=1n(yijμ)2

SST=j=1ri=1nyij2j=1ri=1nμ2 (¿?)

SST=SSYSSO=SSA+SSE