Qual a importância do planejamento de experimentos?

Introdução

O Planejamento de Experimentos (Desing of Experiments,- DOE) é uma  técnica utilizada para determinar os dados apropriados, em quantidade e  em condições que possibilitem ser analisados por métodos estatísticos originando resultados válidos. A importância dessa área de estudo consiste na resolução de problemas de desempenho, otimização de processos, além de análise e comparação de resultados de diferentes tipos de “tratamentos”.

Uma importante etapa para o planejamento é o delineamento experimental,  que consiste na configuração em que os tratamentos (ou níveis de um fator) são atribuídas as unidades experimentais.

Glossário

• Aleatorização: Os tratamentos devem ser aplicados aleatoriamente as unidades experimentais de forma aleatória para “garantir” a independência dos erros e controlar o viés
• Variável resposta: Variável de interesse a ser estudada no experimento
• Unidade experimental: É a unidade do material que receberá o tratamento determinado para esta. Consiste na menor parcela 
• Tratamentos: é o método, material ou elemento utilizado para comparações em um experimento.
• Fatores: São diferentes dos tratamentos por apresentarem níveis em cada um deles.
• Níveis: subgrupo de um ou mais fatores
• Blocos: São áreas em que um grupo de unidades experimentais serão analisadas. Cada bloco inclui todos os tratamentos alocados de maneira aleatória.
• Réplicas: Quantidade de repetições que é necessário para o experimento.
• Controle local: Necessário quando existe heterogeneidade nas unidades.

Objetivo

O objetivo de um planejamento de experimentos é comparar tratamento ou fatores sobre a variável resposta de interesse, a fim de  analisar estatisticamente se há diferença entre cada um deles, e caso houver, verificar qual o melhor para as necessidades do  experimentador.

Para determinar a diferença entre os tratamentos, é utilizado o teste de Tukey, uma técnica estatística usada para saber se há  diferenças entre as médias dos resultados de cada tratamento gerou.

Tipos de Experimentos

A escolha do planejamento envolve consideração pelo tamanho da  amostra (número de replicações), seleção de uma ordem adequada para as tentativas experimentais, ou se a formação de blocos ou outras restrições de aleatorização estão envolvidas. Os tipos de experimentos são:

• Delineamento Inteiramente Casualizado (DIC)
• Delineamento em Blocos Casualizados (DBC)
• Delineamento em Quadrados Latinos (DQL)
• Experimento Fatorial

Exemplos

1. Em um Delineamento de Quadrado Latino (quando o número de tratamentos é igual ao número de repetições -> formando um quagrado): A variável resposta y, consiste nos resultados observados, sobre o efeito que quatro tratamentos diferentes tiveram no crescimento em cm de um tipo de árvore estudada. Foram feitas quatro replicações nos tratamentos, a aleatorização no bloco e o controle local aplicado em duas direções. Disposto do seguinte modo:

Croqui

Neste exemplo, o objetivo é verificar se há algum tratamento que tenha um melhor desempenho em relação ao crescimento desse tipo específico de árvore.

2. Para verificar, entre três medicamentos (tratamentos), se algum deles apresenta um resultado diferente sobre um tipo de sintoma de uma doença, pode ser feito utilizado um Delineamento Inteiramente Casualizado. Para isso será preciso um número de repetições válidas (por exemplo: cinco) aleatorização das unidades de experimentos e um controle local.

Será necessário, após a realização do planejamento de experimentos, analisar se há diferença entre as médias através do teste de Tukey. A partir das diferenças é possível verificar se algum medicamento se destaca positivamente, negativamente ou se apresentam os mesmos efeitos.

Nos dois exemplos é possível perceber que o planejamento de experimentos é uma etapa fundamental para a obtenção de resultados que sejam estatisticamente válidos.

Texto por Letícia Silva Justino de Oliveira.