ME623
Planejamento e Pesquisa
Motivação

Um pesquisador quer testar se um novo
medicamento é mais eficaz que outros no
mercado.

Como ele pode fazer esse experimento?
2
Motivação

Um pesquisador quer qual tipo de adubo
gera maior produtividade na sua colheita.

Como ele pode fazer esse experimento?
3
Motivação

Um fabricante produz certo produto em
4 fornos industriais. Cada forno tem
características únicas. Cada forno pode
ser usado em 3 velocidades de rotação
diferentes.

Há evidências de que as velocidades de
rotação influenciam o produto final?
4
Planejamento de Experimentos

Em inglês: Design of Experiments (DOE).
5
Algumas Aplicações de DOE
 Agricultura: comparar
vários tipos de fertilizantes
e tipos de solo para a plantação de laranja
 Indústria: reduzir
variabilidade, tempo e custo na
produção de um componente eletrônico
 Biologia: comparar
a resistência de diferentes
tipos bactérias à temperaturas extremas
 Saúde: Estabelecer
a dosagem ótima de um
antibiótico no tratamento de uma infecção
6
Algumas Aplicações de DOE
 Economia: comparar
o desempenho de
carteiras de investimento
 Física: estudar o impacto de fontes
radioativas em certos ambientes
 Psicologia: Estudar se métodos de ensino
diferentes produzem benefícios aos
alunos
7
Lembre-se que…
ME623A - Aula 1 - 07/08/2013
8
O que é um Experimento?

Experimento: é um teste (ou série de
testes) no qual mudanças propositais são
feitas, de modo que se possa observar e
identificar as razões das possíveis
mudanças observadas na variável
resposta.
9
Representação de um Processo
Fatores Controláveis
x 1 x2
xp
…
Processo ou
Intervenção
(Tratamento)
Entrada/Inputs
Saída/Output
y
…
z1
z2
zq
Fatores Não-Controláveis
10
Objetivos de um Experimento
quais fatores (x1, x2,…, xp)
mais influenciam a resposta y;
 Determinar
 Determinar
xp tal que:
os níveis dos fatores x1, x2,…,
 y seja próxima do valor nominal desejado;
 a variabilidade em y seja pequena;
 os efeitos dos fatores não controláveis
z1, z2, …, zq sejam minimizados
11
Alguns Termos Técnicos



Unidade Experimental (UE): é a unidade
física ou biológica onde o tratamento será
aplicado. Ex: uma pessoa, uma peça, pedaço
de terra, etc.
Fator: é uma variável independente
controlada, cujos níveis são determinados
pelo experimentador. Ex: medicamento
(paracetamol ou ibuprofeno), temperatura
(25oC, 30oC, 40oC), método de ensino.
Tratamento: é uma combinação dos níveis
dos fatores. Ex. Forno + Temperatura.
12
Exemplo
Um agrônomo quer saber qual adubo é
melhor, A ou B.
 Como ele tem duas estufas (E1 e E2), ele
planta as mudas nas estufas e coloca
adubo A nas platas da estufa E1 e adubo B
em E2.
 UE: muda
 Resposta: Tamanho da muda depois de 1
semana

13
Exemplo
Fatores:
 Tratamento:

14
Exemplo
Quantas mudas deve plantar?
 Placebo?
 Confundimento?
 Sol nas estufas/sombra? Uma do lado da
outra?

15
Os três princípios básicos de DOE

Aleatorização

Blocagem

Replicação
16
Aleatorização
É o processo pelo qual a alocação dos
tratamentos às UE e a ordem das ensaios
do experimento são determinados de
forma aleatória.
 Por que é tão importante?
1. Faz com que a suposição de erros
independentes seja válida.
2. Serve para eliminar vício sistemático
causado por fatores externos.

17
Exemplo

Suponha que temos 2 medicamentos e
queremos saber qual é mais eficaz.

Entregamos o medicamento A para as mulheres
e o medicamento B para os homens e vemos
que o medicamento A é mais eficaz!

O que pode ter acontecido?
18
Replicação
É a repetição do experimento básico, isto
é, uma repetição independente de cada
combinação de fatores.
 Duas propriedades importantes:

1. Permite estimar o erro experimental, que
será usado nos testes de hipóteses.
2. Se a média amostral é usada para estimar o
efeito de um fator, a replicação produz
estimativas mais precisas desse efeito.
19
Exemplo

Queremos saber se homens são mais
altos que mulheres em média.

Medimos uma mulher e um homem.

O que podemos concluir?

E se temos uma muda apenas para cada
tipo de adubo em cada estufa?
20
Blocagem



É uma técnica que permite reduzir ou
eliminar a variabilidade transmitida por
fatores perturbadores, reduzindo assim a
variância do erro.
Nos permite incluir fatores no experimento
que influenciam a resposta, mas nos quais
nós não temos interesse.
Geralmente, um bloco é conjunto de
condições experimentais relativamente
homogêneas. A variabilidade dentro do
bloco deve ser menor que a variabilidade
entre os blocos.
21
Blocagem

Nos permite comparar as condições de
interesse dentro de cada bloco.

Uma pessoa pode ser considerada um
bloco?
22
Blocagem

Nos permite comparar as condições de
interesse dentro de cada bloco.
Uma pessoa pode ser considerada um
bloco?
Sim! Por exemplo: trat. A seguido do trat. B
para cada pessoa (inverter ordem dos
tratamentos: aleatorização)

23
Blocagem

Exemplo: Um agrônomo quer saber qual
adubo é melhor, A ou B e ele tem duas
estufas.
Temos interesse em saber qual
estufa é mais eficiente?

24
Blocagem

Exemplo: Um agrônomo quer saber qual
adubo é melhor, A ou B e ele tem duas
estufas.
Temos interesse em saber qual
estufa é mais eficiente?


Assumimos que cada estufa
é um bloco
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Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 1 • Caracterização do Problema
Etapa 2 • Definir variável resposta(s)
Etapa 3 • Escolha dos fatores de influência e níveis
Etapa 4 • Escolha do delineamento experimental
Etapa 5 • Realização do experimento
Etapa 6 • Análise estatística dos dados
Etapa 7 • Conclusões e recomendações
26
Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 1

• Caracterização do Problema
Óbvio?
27
Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 1

• Caracterização do Problema
Óbvio?
Nem sempre o pesquisador sabe qual é a
hipótese estatística de interesse.

Como?
Engenheiros, físicos, marketing,
e é claro ESTATÍSTICOS devem compor o
time de pesquisadores.
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Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 1

• Caracterização do Problema
Óbvio?
Nem sempre o pesquisador sabe qual é a
hipótese estatística de interesse.

Como?
Engenheiros, físicos, marketing,
e é claro ESTATÍSTICOS devem compor o
time de pesquisadores.
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Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 2
• Definir variável resposta(s)

Qual variável responde a hipótese de
interesse?

Como?
Engenheiros, físicos, marketing,
e é claro ESTATÍSTICOS devem compor o
time de pesquisadores.
30
Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 2
• Definir variável resposta(s)

Qual variável responde a hipótese de
interesse?

O medicamento A é melhor que B?
Engenheiros, físicos, marketing,
e é claro ESTATÍSTICOS devem compor o
time de pesquisadores.
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Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 3 • Escolha dos fatores de influência e níveis

Qual fatores devemos variar?

Quais níveis devemos usar para esses
fatores? Ex. Idade (0-10, 11-20, 21-50, 51-)
Faz diferença nas conclusões?


Como controlar esses níveis? Ex.
Temperatura

Normalmente pesquisador experiente!
32
Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 4 • Escolha do delineamento experimental

Tamanho amostral (replicações)

Blocagem

Aleatorização

Qual o objetivo do experiemento?
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Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 5

• Realização do experimento
Na realização, ter certeza que tudo
ocorreu como planejado
Muitas vezes, isso não acontece.
Ex: mudas morrem, pessoas abandonam
experimento, linha de produção fecha

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Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 5

• Realização do experimento
Na realização, ter certeza que tudo
ocorreu como planejado
Muitas vezes, isso não acontece.
Ex: mudas morrem, pessoas abandonam
experimento, linha de produção fecha

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Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 6
• Análise estatística dos dados

Usar métodos estatísticos corretos de
acordo com o plano.

Conclusões objetivas!

Importante: estatística não provam que
um efeito tem um certo efeito! P-valor!
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Etapas para o Planejamento de um Experimento
Etapa 1 • Caracterização do Problema
Etapa 2 • Definir variável resposta(s)
Etapa 3 • Escolha dos fatores de influência e níveis
Etapa 4 • Escolha do delineamento experimental
Etapa 5 • Realização do experimento
Etapa 6 • Análise estatística dos dados
Etapa 7 • Conclusões e recomendações
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