EM41-A Planejamento Estatístico

de Experimentos

Universidade Tecnológica Federal do ParanáPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEM

de Experimentos

Profa Daniele Toniolo Dias F. Rosawww. fotoacustica.fis.ufba.br/daniele/

danieletdias@utfpr.edu.br

• Um pequeno jogo de adivinhação...

Sistemas complexos

• Fluxo de combustível (kg/h)

• Material disposto (kg/h)

• Emissões

• Energia gerada (W)

• Consumo de combustível (Wh)

• Fluxo de cinzas (kg/h)

• Custos

Figura: Leito Fluidizado Circulante

Abordagem Estatística

Nem tudo que parece óbvio...

Abordagem Estatística

• Atividade humana com conhecimento técnico básico em aplicações nos mais diversos campos: engenharia, física, química, medicina, agronomia, alimentos...

Processo de Experimentação e a Estatística

Experimentação

Estatística

• É a disciplina científica que trata da construção de técnicas que permitem ao investigador planejar e conduzir experimentos, analisar dados e fazer as conexões necessárias entre os resultados da análise e objetivos da investigação de maneira adequada e eficiente.

Estatística

• Melhorar resposta• Melhorar qualidade de produtos (reduzir variabilidade,

aumentar confiabilidade)• Reduzir tempo de desenvolvimento• Reduzir custos

Processo de Experimentação e a Estatística

Experimentação Estatística

• Reduzir custos

Um experimento bem planejado deve ser capaz minimizar o número de testes necessários a fim de se obter o máximo de informação possível.Muitos problemas que surgem durante a fase de análise, na prática da Estatística, poderiam ter sido evitados se um planejamento adequado tivesse sido feito... antes da realização do experimento e da coleta dos dados!

• Aprenderemos como planejar e conduzir experimentos de tal forma que, quando os dados forem coletados, possamos evitar certos problemas!

Planejar é preciso!

Em EM41-A:

“Todos os experimentos são planejados. O grande problema é que alguns são mal planejados.”

1. Escolher o fenômeno a ser investigado.

2. Manter as condições do experimento inalteradas enquanto manipula um fator de interesse, de forma

O Método Científico

Como devemos proceder:

enquanto manipula um fator de interesse, de forma que fatores adulterados não influenciem na resposta que se deseja observar.

3. Medir a resposta em estudo para vários níveis do fator de interesse.

4. Se for observada uma mudança na resposta, conforme se altera o fator de interesse, conclui-se que há uma relação entre fator e resposta.

“Otimização do processo de tingimento em fibras

de sisal através das bandas de absorção do

O Método Científico

Exemplo:

de sisal através das bandas de absorção do

corante.”

• Origens na Agricultura (1920s – 1940s)

* Sir Ronald A. Fisher e colaboradores* Profundo impacto nas Ciências Agrárias* Experimentos Fatoriais, ANOVA

Um pouco de História

Planejamento de Experimentos

• A Primeira Era Industrial (1951 – fim dos anos 1970s)

* Box e colaboradores, Superfícies de Resposta* Indústria Química e de Transformação

Um pouco de História

Planejamento de Experimentos

• A Segunda Era Industrial (fim dos anos 1970s – 1990)

* “A Revolução da Qualidade”* Deming, Indústria Automobilística Japonesa* Taguchi, Projeto Robusto* Taguchi, Projeto Robusto

Um pouco de História

Planejamento de Experimentos

• Era Moderna

* Competitividade Econômica e Globalização* CAD/CAM* Experimentos Computacionais* Otimização Multidisciplinar* Otimização Multidisciplinar

• Reduzir tempo de projeto e desenvolvimento de novos

produtos/processos;

• Melhorar o desempenho de produtos/processos existentes;

• Aumentar a confiabilidade de produtos/processos;

• Alcançar a robustez de produtos/processos;

Experimentos em Engenharia

Do ponto de vista da Engenharia, realizamos experimentos com a

finalidade de:

Alcançar a robustez de produtos/processos;

• Realizar a avaliação de materiais ou projetos alternativos;

• Estabelecer tolerâncias de componentes e sistemas;

• etc.

O planejamento (projeto) de experimentos é uma ferramenta que

permite:

• Maximizar a quantidade de informação obtida em um estudo

• Minimizando a quantidade de dados a serem coletados

Planejamento e Análise de Experimentos

O bom planejador começa perguntando a si mesmo:

• O que eu gostaria de ficar sabendo quando o experimento

tiver terminado?

Lembre-se que:

• Se você não sabe onde está indo, vai terminar chegando a

outro lugar!

Plano da DisciplinaPlano da Disciplina

AULAS DATA CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

01 18/03 Introdução. Orientações gerais para aulas e avaliações.

Webofscience.

02 25/03 Estatística básica. Aplicações

03 01/04 Planejamento fatorial 2k. Cálculo dos efeitos. Interpretação

geométrica. Modelo estatístico.

04 08/04 Fatoriais Fracionários.

Ementa do Curso

04 08/04 Fatoriais Fracionários.

05 15/04 Como construir modelos empíricos

06 22/04 Metodologia de Superfície de resposta

07 29/04 Como modelar misturas

08 06/05 Otimização simplex

09 13/05 3 Seminários de Artigos científicos qualis A

10 20/05 2 Seminários de Artigos científicos qualis A

11 27/05 2 Seminários de Artigos científicos qualis A

12 03/06 Avaliação

• Bibliografia:

1. NETO, B., SCARMINIO, I. S., BRUNS, R. E., Como Fazer

Experimentos–Aplicações na Ciência e na Indústria, Bookman, 2010.2. MONTGOMERY, D. C., Design and Analysis of

Experiments 7th Edition with Student Solutions Manual

Referências

Experiments 7th Edition with Student Solutions Manual and Design Expert 7.0.3 Set, John Wiley & Sons, 2009.3. BOX, G. E. P., HUNTER, J. S., HUNTER, W. G., Statistics

for Experimenters: Design, Innovation, and Discovery, 2nd Edition, John Wiley & Sons, 2005.

4.CALADO, V. e MONTGOMERY, D. C. , Planejamento de

Experimentos Usando o Statistica , E-Papers ServiçosEditoriais, 2003

Web of Science

andand

Qualis Capes

http://apps.webofknowledge.com/

Ex: procura por “cutting tool” optimization (2000-2014)

http://qualis.capes.gov.br/webqualis/principal.seam

Ex: verificar qualis capes do periódico Measurement

em Engenharias III