DIE-ES REV00 INGENIERÍA INDUSTRIAL I DISEÑO DE EXPERIMENTOS
DIRECTORIO Secretario de Educación Pública Dr. José Ángel Córdova Villalobos Subsecretario de Educación Superior Dr. Rodolfo Tuirán Gutiérrez Coordinadora de Universidades Politécnicas Mtra. Sayonara Vargas Rodríguez II
PÁGINA LEGAL Participantes M. I. M. Humberto Sosa Ortega Universidad Politécnica de Aguascalientes Primera Edición: 2012 DR 2012 Coordinación de Universidades Politécnicas. Número de registro: México, D.F. ISBN----------------- III
ÍNDICE INTRODUCCIÓN... 1 PROGRAMA DE ESTUDIOS... 2 FICHA TÉCNICA... 3 DESARROLLO DE LA PRÁCTICA O PROYECTO... 5 INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN... 10 GLOSARIO... 20 BIBLIOGRAFÍA... 22 IV
INTRODUCCIÓN Para el alumno de Ingeniería Industrial, es de gran importancia desarrollar a través de la práctica consciente, sistemática y deliberada, habilidades, las cuales serán el detonante para lograr un aprendizaje significativo; que lo ayude a aprender a aprender, a crear ambientes de reflexión. En otras palabras, a desarrollar las competencias que les permitan adaptarse continuamente en su vida profesional y desde este punto, innovar en sus propios ámbitos de acción. Como parte de estas competencias el futuro ingeniero industrial debe ser capaz de evaluar la variabilidad de sistemas productivos, insumos y productos mediante técnicas estadísticas y de control para asegurar la calidad del producto, así como optimizar el uso de recursos mediante la modelación y simulación de procesos productivos para hacer más competitivo el sistema en un entorno global. Estas dos funciones son actividades relacionadas con planear y realizar estudios de investigación con implicaciones estadísticas. Estas actividades estadísticas están asociadas con la recolección de observaciones mediante principios de diseño y análisis estadístico para llevar a cabo estudios comparativos en la mejora de procesos. Tanto el diseño como el análisis de investigación serán llevados a cabo sistemáticamente eligiendo correctamente el diseño del experimento y el diseño del tratamiento para hacer más eficiente un proceso en el contexto del experimento y los recursos disponibles. Este manual está orientado a la aplicación de estas funciones, actividades y principios, buscando encaminar al alumno en el diseño clásico que constituyen las bases necesarias para la aplicación de estadística del ingeniero industrial y que buscan la innovación continua, el mejoramiento y la aplicación del desarrollo de estrategias eficientes y útiles para el desarrollo de planes y controles estadísticos en las empresas industriales o de servicios. 1
PROGRAMA DE ESTUDIOS NOMBRE DEL PROGRAMA EDUCATIVO: Ingeniería Industrial PROGRAMA DE ESTUDIO DATOS GENERALES Formar profesionistas capaces de planear, diseñar, instalar, operar, analizar y mejorar procesos productivos integrados por factor humano, materiales, información, tecnología, energía y recursos financieros, a través de la conducción de procesos de cambio y de mejora continua con una OBJETIVO DEL PROGRAMA EDUCATIVO: perspectiva integradora y estratégica; con actitud creativa, emprendedora y respetuosa del individuo y el medio ambiente, ajustando su desempeño a los cambios que requiere la sociedad. NOMBRE DE LA ASIGNATURA: Diseño de Experimentos CLAVE DE LA ASIGNATURA: DIE - ES El alumno será capaz de aplicar de manera práctica y objetiva los conocimientos y habilidades básicas del diseño de experimentos, los métodos y herramientas estadísticas y matemáticas para el análisis de los datos, así como para saber cuándo aplicar cada tipo de diseño, como aplicarlo y OBJETIVO DE LA ASIGNATURA: como realizar la correcta interpretación de los datos obtenidos con el desarrollo de los experimentos. TOTAL HRS. DEL CUATRIMESTRE: 90 FECHA DE EMISIÓN: Marzo, 2012 Universidad Politécnica de la Región Ribereña, Universidad Politécnica de San Luis Potosí, Universidad Politécnica de Altamira, Universidad Politécnica del Valle de Toluca, Universidad Politécnica de Tlaxcala, Universidad Politécnica del Estado de Morelos, Universidad Politécnica del Valle de UNIVERSIDADES PARTICIPANTES: México, Universidad Politécnica de Zacatecas, Universidad Politécnica de Aguascalientes. CONTENIDOS PARA LA FORMACIÓN ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE EVALUACIÓN TECNICAS SUGERIDAS ESPACIO EDUCATIVO MOVILIDAD FORMATIVA TOTAL DE HORAS UNIDADES DE APRENDIZAJE RESULTADOS DE APRENDIZAJE EVIDENCIAS PARA LA ENSEÑANZA (PROFESOR) PARA EL APRENDIZAJE (ALUMNO) AULA LABORATORIO OTRO PROYECTO PRÁCTICA MATERIALES REQUERIDOS EQUIPOS REQUERIDOS TEÓRICA NO Presencial Presencial PRÁCTICA NO Presencial Presencial TÉCNICA INSTRUMENTO OBSERVACIÓN 1. Diseño de Experimentos Al completar la unidad de aprendizaje, el alumno será capaz de: * Establecer las partes de un proceso para su repetición en una experimentación bajo condiciones semejantes a la realidad. * Elaborar protocolos para la realización de experimentos considerando variables dependientes e independientes, discretas y continuas y las condiciones de control local, replicación y aleatorización de los mismos. * Realizar la experimentación respetando normas de éticas y de optimización de recursos. EP1 Elabora un protocolo para llevar a cabo la experimentación en un proceso tangible considerando las reglas de control local, replicación y aleatorización. ED1 - Realiza práctica donde ejecuta los experimentos de un proceso tangible considerando los tratamientos, factores y niveles requeridos. Utilizar diagramas ilustraciones y Conferencia o esquemas exposición Investigación y Estudio de caso demostración Discusión Realización de dirigida inferencias, Lectura resúmenes y comentada analogías Instrucción Resolver Programada situaciones problemáticas X N/A N/A N/A Práctica I: Pizarrón Ejecución de Manuales experimentos de Estadísticas acuerdo a Diapositivas protocolos para Software DDE (DOE). Material de experimentació n 11 0 8 4 Documental Campo Lista de Cotejo para la elaboración de protocolos. Guía de Observación para práctica. En el material de experimentación se puede utilizar un proceso o un dispositivo diseñado por el propio alumno 2. Modelos estadísticos para el diseño de experimentos Al completar la unidad de aprendizaje, el alumno será capaz de: * Establecer las pruebas de hipótesis de modelos lineales para la obtención de fuentes de variación. * Representar un proceso como un modelo lineal general para el análisis de varianza con diseños balanceados o no balanceados, factoriales completos y fraccionarios, aleatorios y mixtos, análisis de covarianza, y regresión para cada variable de respuesta. * Interpretar los análisis de varianza en comparación de tratamientos, los efectos de los factores, respuestas de superficie y contorno. EP1 - Designa la prueba de hipótesis y el tipo de modelo lineal general a utilizar de acuerdo a tipo de diseño de experimentos definido en los protocolos. ED1 - Realiza práctica donde resuelve casos donde se presentan diferentes tipos de diseño de experimentos, obteniendo el análisis de varianza y grafica los efectos de los factores, respuestas de superficie y contorno de acuerdo a sus características. EP2 - Redacta los criterios de operación de las variables dependientes e independientes de acuerdo a los resultados del análisis de varianza y gráficos obtenidos. Estudio de caso Discusión dirigida Instrucción Programada Utilizar diagramas ilustraciones y esquemas Investigación y demostración Realización de inferencias, resúmenes y analogías X X N/A N/A Práctica II: Aplicación de modelos estadísticos en DDE Pizarrón Manuales Estadísticas Diapositivas Software Material de experimentació n 23 0 15 8 Documental Campo Lista de Cotejo para la designación de pruebas de hipótesis. Guía de Observación para práctica. Lista de Cotejo para la redacción de criterios de operación. En el material de experimentación se puede utilizar un proceso o un dispositivo diseñado por el propio alumno 3. Mejora continua a partir del diseño de experimentos Al completar la unidad de aprendizaje, el alumno será capaz de: * Realizar planes de calidad y mejora continua a partir de los diseños factoriales fraccionados (Taguchi). * Optimizar a partir de la caracterización de procesos mediante el diseño de experimentos. * Establecer reglas de operación simulando un proceso en un modelo lineal general con base en un protocolo de experimentación. EP1 - Elabora un proyecto donde se presenta un plan de optimización de un proceso mediante los criterios del diseño de Experimentos. EP2 - Elabora Plan de calidad para un proceso, con reglas de operación. Conferencia o exposición Experiencia estructurada Discusión dirigida Investigación y demostración Realización de inferencias, resúmenes y analogías Resolver situaciones problemáticas X N/A N/A Proyecto: Optimización de un proceso mediante DDE. N/A Pizarrón Manuales Estadísticas Diapositivas Material de experimentació n 11 0 7 3 Rúbrica para proyecto sobre un plan de optimización de un proceso mediante los Documental criterios del diseño de Experimentos. Lista de Cotejo para el plan de calidad. 2
FICHA TÉCNICA DISEÑO DE EXPERIMENTOS Nombre: Clave: Justificación: Objetivo: Diseño de Experimentos DIE - ES En el campo de la industria es frecuente hacer experimentos o pruebas con la intención de resolver algún problema, el diseño de experimentos es la forma más eficaz de realizar dichas pruebas. El diseño de experimentos consiste en determinar cuáles pruebas se deben realizar y de qué manera, para obtener datos, que al analizarse estadísticamente proporcionen evidencia objetiva que permitan desarrollar proyectos exitosos con altas tasas de efectividad con la finalidad de resolver cualquier problema. El alumno será capaz de aplicar de manera práctica y objetiva los conocimientos y habilidades básicas del diseño de experimentos, los métodos y herramientas estadísticas y matemáticas para el análisis de los datos, así como para saber cuándo aplicar cada tipo de diseño, como aplicarlo y como realizar la correcta interpretación de los datos obtenidos con el desarrollo de los experimentos. Habilidades: Comunicar efectivamente. Saber trabajar en equipo. Ser responsable en la inspección. Conocer las herramientas básicas del control de calidad. Conocer técnicas de muestreo Uso de software Análisis de variables Síntesis Interpretación de datos técnicos Competencias genéricas a desarrollar: Capacidades para análisis y síntesis; para aprender; para resolver problemas; para aplicar los conocimientos en la práctica; y para trabajar en forma autónoma y en equipo. 3
Capacidades a desarrollar en la asignatura Procesar información recabada de procesos productivos y servicios con el uso de programas de cómputo para poder construir gráficos y realizar análisis estadístico. Caracterizar indicadores estadísticos mediante información documentada y recabada en campo para alimentar al modelo a simular. Competencias a las que contribuye la asignatura Elaborar Planes de control de calidad para verificar la variabilidad de insumos, procesos y productos a través de las metodologías y herramientas que aseguren la calidad del producto de acuerdo a especificaciones dadas. Simular el modelo de la situación a mejorar aplicando los principios de simulación y programas de cómputo para identificar áreas de mejora. Estimación de tiempo (horas) necesario para transmitir el aprendizaje al alumno, por Unidad de Aprendizaje: Unidades de aprendizaje I. Diseño de Experimentos II. Modelos estadísticos para el diseño de experimentos HORAS TEORÍA Presencial HORAS PRÁCTICA No presencial Presencial No presenci al 11 0 8 4 23 0 15 8 III. Mejora continua a partir del diseño de experimentos 11 0 7 3 Total de horas por cuatrimestre: 90 Total de horas por semana: 6 Créditos: 6 4
GLOSARIO 1. Análisis de Varianza - conocido como ANOVA de sus siglas en inglés Analysis of Variance o en español ANDEVA, método estadístico para la prueba de hipótesis de dos más factores. 2. Control Local - Técnica para establecer un experimento donde no existe modificación y sirve como punto de referencia en la comparación de mejoras. 3. DOE - Diseño de Experimentos (DDE) de sus siglas en inglés Design of Experiments, disciplina estadística que se refiere a la planeación y realización de experimentos de forma sistemática, así como el análisis correspondiente en la variación de sus factores 4. Error Experimental - es la desviación de los esperado a lo real 5. Modelo Lineal - función que sirve para predecir el valor de una variable a través de otra 6. Optimizar - Búsqueda de la mejor manera en realizar una actividad, en este caso buscando la mejor utilización de los recursos para cubrir las expectativas del cliente 7. Protocolo - Serie de pasos y actividades para realizar un experimento el cual incluye condiciones, recursos y restricciones. 8. Réplica - Veces en que se repite un experimento sin modificación de factores o niveles 9. Tratamiento - serie de actividades que se realizan sobre la unidad experimental para ver su comportamiento 10. Unidad Experimental - Ente donde se aplican los tratamientos y donde se ven los resultados de la experimentación 20
11. Variabilidad - Diferencia existente entre lo esperado y lo real, estadísticamente referenciado a la varianza y por ende a la desviación estándar. 21
BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS Diseño y análisis de experimentos C. Montgomery Douglas AÑO: 2008 EDITORIAL O REFERENCIA: Editorial Limusa LUGAR Y AÑO DE LA EDICIÓN: México, 2008 ISBN O REGISTRO: 9681861566 Análisis y diseño de experimentos GUTIÉRREZ Pulido Humberto AÑO: 2008 EDITORIAL O REFERENCIA: Mc GrawHill LUGAR Y AÑO DE LA EDICIÓN: México, 2008 ISBN O REGISTRO: 970-10-6526-3 Probabilidad y Estadística para ingeniería y ciencias WALPOLE, Myers, Myer, Ye AÑO: 2007 EDITORIAL O REFERENCIA: Pearson Educación de México, S. A. de C. V. LUGAR Y AÑO DE LA EDICIÓN: Estado de México, 2007 ISBN O REGISTRO: 970-26-0936-4 COMPLEMENTARIA Regresión y diseño de experimentos PEÑA Daniel AÑO: 2007 EDITORIAL O REFERENCIA: Alianza Editorial LUGAR Y AÑO DE LA EDICIÓN: Madrid, 2002 ISBN O REGISTRO: 84-206-8695-6 Probabilidad y Estadística para ingeniería y ciencias L. Devore Jay AÑO: 2008 EDITORIAL O REFERENCIA: CENAGE Learning LUGAR Y AÑO DE LA EDICIÓN: México, 2008 ISBN O REGISTRO: 970-686.831-2 Diseño de Experimentos. Principios estadísticos para el diseño y análisis de investigaciones O. Kuehl Robert AÑO: 2003 EDITORIAL O REFERENCIA: Matemáticas Thomson LUGAR Y AÑO DE LA EDICIÓN: México, 2003 ISBN O REGISTRO: 970-686-048-7 22