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4
Estudo de Casos na Web
Nível:
Básico
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Estudo
de Caso 4: Aplicação de Ferramentas de DOE na Análise de
Experimentos |
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Introdução
As pesquisas tecnológicas que ocorrem na indústria são norteadas
por teorias da física, química, biologia, etc, mas infelizmente tais
modelos teóricos consideram situações muito mais simples do que
aquelas encontradas na realidade. Por isso, muitas destas pesquisas
são empíricas e os pesquisadores fazem uso intensivo de
experimentos. Os engenheiros e técnicos que trabalham com
experimentos possuem dois desafios principais no seu dia-a-dia de
trabalho:
1) planejamento dos experimentos
2) análise e interpretação dos dados
Os métodos estatísticos podem ajudar a melhorar a eficiência dos
experimentos e auxiliar na interpretação dos resultados por meio da
quantificação dos seus significados.
Neste estudo de caso, vamos mostrar como as técnicas estatísticas
podem ser uma aliada dos engenheiros no sentido de contribuir para a
interpretação dos resultados. Vamos considerar o caso de um modelo
de bateria cuja função é fornecer voltagem para funcionamento de
lâmpadas de uma instalação industrial. Uma vez que se sabe que a
energia elétrica das baterias é derivada de reações químicas de
oxidação e redução, os engenheiros acreditam que a voltagem varia ao
se alterar o material do anodo e a temperatura da reação onde esta
bateria é instalada. No entanto, a aceitação ou rejeição destas
hipóteses depende dos resultados dos experimentos.
Objetivos
A partir dados obtidos em experimentos realizados nestas baterias
aplicar os conceitos de DOE para transformar estes dados em
informações e as informações em decisões otimizadas e precisas.
Dados
São utilizados três tipos de materiais: A, B e C. Para cada
combinação entre temperatura e tipo de material, quatro repetições
foram realizadas. Os resultados encontram-se na Tabela abaixo.
| Tipo de Material |
Temperatura |
|
500 F |
650 F |
800 F |
| A |
130V; 155V;
74V; 180V |
34V; 40V;
80V; 75V |
20V; 70V;
82V; 58V |
| B |
150V; 188V;
159V; 126V |
136V; 122V;
106V; 115V |
25V; 70V;
58V; 45V |
| C |
138V; 110V;
168V; 160V |
174V; 120V;
150V; 139V |
96V; 104V;
82V; 60V |
Análise e Conclusões
Ao realizar uma inspeção visual nos valores dos
resultados de voltagem, nota-se que ela oscila ao alterar a
temperatura e o tipo de material. Mas, é preciso ter cuidado, pois
as oscilações podem ser devido meramente à variabilidade natural
associada ao processo natural de realização dos experimentos. Para
um estudo mais aprofundado, vamos usar a análise de variância, a
qual, é uma técnica que permite identificar qual o impacto do tipo
de material e da temperatura na voltagem da bateria. Embora a
aplicação desta técnica seja computacionalmente trabalhosa, ela é
simples e seus resultados podem ser obtidos por meio de uma planilha
eletrônica. Foi encontrado que os impactos do tipo de material e da
temperatura de uso da bateria na são signficativos na variabilidade
da voltagem. Além disso, verifica-se que há interação entre os
efeitos da temperatura e do tipo de material. O que fazer quando há
interação? Neste caso, não podemos simplesmente comparar as médias,
pois elas podem ser afetadas pelas interações. Por exemplo, à
temperatura de 650F: as médias das voltagens do material B é igual à
do C; a média do material A é inferior à dos materiais B e C. Estas
informações são valiosas. Se, por exemplo, os materiais B e C
possuem custos diferentes e a bateria opera a 650 F, pode-se
escolher aquele que for mais barato sem causar decréscimo na
voltagem obtida. Outra pergunta importante é se somente os fatores
material e temperatura são os responsáveis pela variabilidade da
geração de voltagem. Os resultados indicam que 77% da variabilidade
na queda de voltagem é explicada pelo tipo de material, temperatura
e interação entre estes dois fatores. Com esta informação o
engenheiro pode tomar uma decisão se deve ou não investigar outras
varáveis do processo que possam contribuir para a variabilidade da
voltagem. Este pequeno caso mostra como podemos usar as ferramentas
estatísticas para analisar os resultados de um experimento. Uma
outra aplicação se refere a uma etapa anterior que é o planejamento
dos experimentos: 1) escolher os níveis de cada fator; 2) selecionar
o número de repetições; 3) dentre outros. Estes tópicos serão
abordados no próximo número.
Referências
Para realizar a análise descrita neste estudo de caso foram
utilizados os conceitos da Metodologia de Delineamentos de
Experimentos - DOE que são cobertos pelo curso
RS588 Delineamento
de Experimentos – Ferramentas Estatísticas Aplicadas à Projetos e
Processos.
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