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Transcripción |
| Ronald Andrews |
Hola, buenas tardes. Mi nombre es Ron Andrews. Hoy hablaré sobre el diseño de experimentos. |
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El título es "47 años (hasta ahora) con experimentos diseñados", abarcando desde un factor hasta el tiempo, e incluso diseños supersaturados ortogonales grupales. Encontrarás información de contacto al final. |
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No dude en ponerse en contacto conmigo a la dirección de correo electrónico que aparece aquí para cualquier asunto relacionado con esta presentación, o incluso para cualquier tema relacionado de forma tangencial. |
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Vamos a poner en marcha el modo presentación. |
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Temas. Mencioné un factor a la vez y grupos ortogonales. |
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También mencionaré un factorial que realicé hace tiempo. El algoritmo de Yates es una rareza histórica. Los diseños óptimos son de suma importancia. |
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Los diseños de cribado definitivos, junto con los diseños ortogonales de grupo, también son importantes en las situaciones de cribado. |
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Cuando llegué a Kodak, no sabía nada sobre diseño experimental. Todos mis experimentos se basaban en un solo factor a la vez. |
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Hay una en particular que tiene una pantalla bastante colorida que puedo mostrarles. Trabajaba en un área donde diseñábamos nuevos procesos para revelar película en color y también para su mantenimiento. La película en color fue la que precedió a la digital; algunos de ustedes tal vez lo recuerden. |
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En ocasiones, en el laboratorio de procesamiento, podía ocurrir algo que diluyera el revelador de color. |
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La pregunta era ¿hasta dónde podemos llegar antes de tener que desecharlo y empezar de nuevo? Pensamos que tal vez un 5%, tal vez un 10%. Tuvimos informes de personas que llegaron más lejos que eso y afirmaron |
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Resultados aceptables. Decidimos realizar una prueba extrema. Comenzamos con la concentración normal y la redujimos hasta el 25 % de la concentración normal. |
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Necesito describir brevemente cómo se evalúan las películas en color. Exponemos una tableta de escala de grises sobre la película y después del procesamiento, |
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utilizamos un densitómetro para leer las densidades ópticas con tres filtros diferentes, de modo que obtenemos una lectura para cada uno de los tres registros de color, |
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Representamos gráficamente la densidad óptica en función del logaritmo de la exposición. Se trata de una película de inversión; es una imagen positiva, por lo que las exposiciones altas dan como resultado densidades bajas, y viceversa. |
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Este es el experimento y sus resultados. Con una concentración del 100%, obtenemos curvas paralelas bien definidas y un buen equilibrio de color. |
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Con un 75%, esa es una dilución bastante saludable. Las densidades azul y verde están aumentando. Eso fue desconcertante al principio. ¿Por qué deberían aumentar las densidades? |
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¿Cuándo diluimos el paso que forma los colorantes? |
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Bueno, examinamos la solución con más detenimiento y nos dimos cuenta de que hay un acoplador competidor que forma un tinte soluble en agua que no termina en la película. |
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Su función es mejorar la estructura de la imagen, pero también es el componente de la solución más sensible a la concentración. |
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Así que, al empezar a diluir, eso es lo primero que vemos. Observamos el impacto de diluir el acoplador competidor y obtenemos densidades más altas, especialmente en los registros verdes y azules. El balance de color se ha modificado. |
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Llegamos al 50%. El verde y el azul siguen subiendo. El rojo empieza a inclinarse hacia la parte alta de la escala. |
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El revelador de color tiene que pasar primero por los registros azul y verde, y para cuando llega al registro rojo aquí en la escala superior donde está tratando de desarrollar cantidades máximas de tinte, |
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No queda suficiente agente revelador de color para formar todo el tinte que debería. |
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Luego llegamos al 25%, así que es el 25% de las concentraciones normales. El récord rojo realmente está cayendo en picada con |
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Lo que debería ser casi negro se ha vuelto de un rojo brillante, una especie de efecto psicodélico. Lo vimos y pensamos: «Esto es bastante interesante. Quizás haya gente que quiera hacer esto a propósito, así que deberíamos publicar este método». |
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Eran los años 70. |
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Hay mucha gente que piensa así. No creo que lo hayamos publicado nunca. Cualquiera que lo haya visto reconoce el efecto. |
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El primer factorial que realicé fue con un proyecto que involucraba película de Super 8. |
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El formato Super 8 se utilizaba originalmente para películas caseras, que existían antes que las videocámaras, que a su vez existían antes que el vídeo digital, que es lo que usamos hoy en día en nuestros teléfonos inteligentes. |
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Queríamos presentar las películas en Super 8 a una clientela más profesional. Parte del proyecto consistía en producir una película de mayor duración, de 10 minutos, a la velocidad de fotogramas profesional. |
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Tenemos este cartucho grande que contiene en su interior varios carretes grandes con piezas de plástico que se frotan entre sí, lo que genera electricidad estática. |
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Un poco de estática genera un poco de suciedad. |
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Más descargas electrostáticas y deja pequeños rayos azules en la película. No es bueno. |
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Intentamos muchos métodos para eliminar la estática. Ninguno tuvo éxito por completo. |
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Lo que hicimos finalmente fue colocar una capa absorbente de rayos UV sobre la película para hacerla inmune a la electricidad estática. Casi toda la energía de una chispa estática se encuentra en la región ultravioleta. |
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Esto consiguió que la película fuera inmune a la estática, pero también ralentizó la eliminación de la plata. |
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Después del paso del revelador de color, donde formamos los tintes, tenemos una solución blanqueadora que elimina la plata, para que podamos ver las imágenes en color nítidas y claras. |
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Mi trabajo consistía en optimizar esta solución fijadora de lejía. |
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Había cinco componentes, seis si se incluye el agua. Según los químicos: "Creemos que hay muchas interacciones". |
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Eso fue una muestra de eufemismo. |
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Una breve nota sobre mi trayectoria. Me gradué en una prestigiosa facultad de ingeniería sin tener conocimientos previos de estadística. |
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Llegué a Kodak sabiendo qué era un número f, pero no tenía ni idea de qué era una prueba f. |
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Afortunadamente, la empresa contaba con una división de servicios de gestión, con un grupo de expertos en estadística. |
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Así que concerté una cita con John Lynch, uno de los expertos del Departamento de Energía, nos reunimos, hablamos del tema y acordamos una composición central de dos elevado a la quinta. |
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Un factorial de dos a la quinta suena extravagante, pero no sabíamos qué interacciones serían significativas y podíamos analizar estas ocho a la vez, así que pudimos terminarlo en un día. Fue un trabajo arduo, pero estaba dentro de nuestras posibilidades. |
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Algunas notas sobre logística en 1974. |
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El diseño procedía de un catálogo. |
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Las unidades de diseño se convertían en unidades físicas con mi regla de cálculo. Existía la calculadora HP 35, pero en dólares actuales costaría 2000 unidades y yo no tenía una. |
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Redacté las instrucciones a mano y entregué una copia en papel carbón al laboratorio. Allí procesaron las muestras de película con las 46 soluciones diferentes. |
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Me devolvieron las muestras de película, así que las llevé a otro laboratorio para que las analizaran en busca de plata. |
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Introduje los resultados en tarjetas IBM. |
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Estos dispositivos solían ser la base del procesamiento de datos; algunos de ustedes los habrán visto. |
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Luego, coloqué el archivo en una carpeta para que se ejecutara durante la noche en el ordenador central. |
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Recibí la impresión en papel a la mañana siguiente: tablas y gráficos impresos. Si queríamos curvas, usábamos lápices de colores y una regla curva francesa para dibujarlas. |
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Un poco diferente de lo que usamos hoy en día. |
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Los resultados, |
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como si pudiera recordarlas muchos años después. No son del todo exactas, pero... |
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son direccionalmente correctos. |
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Cuatro de los cinco ingredientes tuvieron efectos principales importantes, y cuatro de ellos también tuvieron efectos cuadráticos significativos. Además, para hacerlo aún más interesante, tenemos algunas interacciones triples. Dos de ellas, en realidad: agente blanqueador, agente fijador y acelerador de blanqueamiento. |
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El valor p no es cero, pero fue menor que 0,0001. |
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Aquí abajo, en el fondo, el agente fijador, el acelerador de blanqueamiento y el triturador de granos. Un valor p de 0,055 no siempre pasaría la prueba. |
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Los químicos analizaron esto y concluyeron que se forma un compuesto al añadir estos tres ingredientes. Esto podría explicar los resultados que se observan. Lo mantuvimos en el modelo y los resultados posteriores lo confirmaron. Se trataba de una interacción real entre tres elementos. |
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Desde entonces he aprendido lo raro que es esto, ya que en 47 años no ha vuelto a ocurrir que se produzcan dos interacciones triples en el mismo experimento. |
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El siguiente paso fue la optimización. Estas son unidades de diseño, por lo que la fórmula original tiene ceros en la línea. Eso dejó 1400 miligramos de plata por metro cuadrado, |
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aproximadamente un tercio de la cantidad original recubierta en la película. |
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Es demasiado. Proyecta esta película y verás grandes puntos negros por todas las imágenes. |
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Con nuestra fórmula optimizada, aumentamos la cantidad de tres de los ingredientes y disminuimos la de uno de ellos. |
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Dejamos el conservante tal cual; no tuvo ningún efecto. Llegamos a 22 miligramos de plata. |
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Eso no es cero, pero no se puede ver. |
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Y la clave en el trabajo fotográfico es que si no puedes ver la diferencia, no importa. |
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Por precaución, alargamos un poco el tiempo de remojo. |
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El impacto personal de este experimento fue enorme. Podría haber dedicado meses a optimizar esta solución sin obtener los resultados que conseguí con este único experimento, así que me enganché. |
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Consulté el calendario de formación de John Lynch y me inscribí en el siguiente curso disponible del Departamento de Energía. |
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Me inscribí en el curso avanzado y busqué otras oportunidades para aprender más sobre el diseño de experimentos (DOE). Sigo buscando más oportunidades para aprender sobre el diseño de experimentos. |
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Las Cumbres de Descubrimiento han desempeñado un papel muy importante en ello en los últimos años. |
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Y una rareza de los años 70. |
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Comencé a realizar más experimentos factoriales, no tan grandes como el que acabo de mostrar, frecuentemente algo así como un factor de dos a tres o a cuatro. |
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Para experimentos de ese tamaño, no me molesté en introducir los resultados y enviarlos al ordenador central. Utilicé el algoritmo de Yates, lápiz y papel, y pude calcular los coeficientes de regresión en 15 o 20 minutos. |
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No necesitas saber esto. Es una curiosidad histórica. Si te interesa, puedes investigarlo, pero en el mundo actual, no necesitas saber nada sobre el algoritmo de Yates. |
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En la década de 1980, |
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Adquirimos SAS para mainframe. Los diseños aún provenían de catálogos, pero contábamos con PROC GLM para analizar los experimentos. |
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Luego obtuvimos un generador de DOE escrito internamente. |
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Aunque seguía obteniendo diseños de catálogos, estaba informatizado e integrado en el mismo conjunto de programas que el análisis SAS y, posteriormente, con un optimizador de respuesta. |
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Y luego múltiples respuestas, |
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lo cual es importante con la película fotográfica, donde había alrededor de 150 cosas que necesitábamos probar y asegurarnos de que todo saliera bien. |
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Los DOE se hicieron más grandes. |
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En los años 90 |
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Llegó JMP. Ahora conozco la versión 1, que se presentó en 1989, pero hasta donde sé, no llegó a Kodak hasta 1990, así que eso es lo que tengo en cuenta. |
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Tenemos un programa llamado Curves, escrito internamente, que analiza esas curvas características que mostré antes como vectores propios, y estoy seguro de que hay varias personas aquí que podrían mostrarnos a todos cómo hacer esto con JMP ahora. |
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Curves se combinó con un sistema informático de fórmulas bajo demanda que operaba un sistema de recubrimiento experimental. |
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Ahora tradicionalmente, |
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para realizar variaciones en una película fotográfica, |
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La mayoría de los productos de película en color tienen alrededor de una docena de capas, generalmente tres pasadas por las máquinas de recubrimiento. |
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Para realizar los cambios, detuvimos el recubrimiento, cambiamos el recipiente, purgamos las tuberías y reiniciamos el recubrimiento. |
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Con la fórmula bajo demanda, para las capas en las que queríamos producir variaciones, dividíamos los componentes en diferentes partes, las mezclábamos sobre la marcha y luego podíamos hacer cambios modificando los caudales de la bomba. |
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No tuvimos que detenernos, purgar las líneas y reiniciar el recubrimiento. Pudimos recubrir muchas más piezas en el mismo tiempo. |
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Esto dio lugar a algunos experimentos más grandes. El más grande que jamás hice fue un compuesto central de dos elevado a la 17 menos 11. |
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Se realizaron 107 combinaciones de factores, incluyendo algunas réplicas, todas en un solo día, utilizando el sistema FOD. |
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Esto nos proporcionó un modelo bastante completo del registro rojo, un nuevo producto en desarrollo; teníamos otros experimentos para completar los registros verde y azul. |
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Suena complicado, pero un colega hizo un análisis compuesto central de dos a diecisiete menos nueve. Cubrió los tres registros de color, 300 combinaciones de factores. |
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Le llevó seis semanas y 50.000 dólares de tiempo de ordenador central analizarlo, pero comparado con los seis meses y casi medio millón de dólares que costó el trabajo experimental, esto es una ganga. |
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Llegaron los años 2000 y Kodak |
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Sufrió un revés. El FOD fue desmantelado; ya no podía mantener a la tripulación dedicada. |
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Se eliminó el soporte para el programa Curves. Aún estaba disponible si sabías cómo usarlo. Si no, quizás podrías encontrar a alguien que te ayudara. |
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Afortunadamente, JMP incorporó una función del Departamento de Energía (DOE) que se hizo cargo de gran parte del trabajo de diseño y análisis del DOE. |
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Gracias a las directrices de la dirección, teníamos limitaciones en cuanto al número y el tamaño de los experimentos. |
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En 1999 |
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Realicé 71 experimentos de recubrimiento y en el año 2000 me limitaron a 25 para todo el año, con no más de 12 piezas en cada uno. Se acabaron los grandes ensayos factoriales. |
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La eficiencia era primordial, por lo que los experimentos óptimos que surgieron en ese momento fueron extremadamente valiosos. |
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Descubrimos que no necesitábamos experimentos perfectamente ortogonales y equilibrados. Estas son buenas características, pero no son absolutamente necesarias, así que llenamos esos experimentos con todos los factores que pudimos incluir. |
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para obtener la mayor cantidad de información posible. |
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También participamos en algunos |
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Aprovechando el proceso. Estaba trabajando en un proyecto para reemplazar el surfactante fluorado en la capa de recubrimiento simultánea. |
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Eso afectó a las propiedades físicas de la parte superior de la película. |
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No afectó las propiedades fotográficas. Podía cambiar las capas fotográficas y esto no influyó en las propiedades físicas de la superficie, así que pude realizar dos experimentos completamente separados en el mismo conjunto de piezas recubiertas. Fue una confusión total, pero pudimos analizarlas por separado. |
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No se recomienda a menos que comprenda muy bien el proceso. En ese momento, Kodak tenía 120 años de experiencia con recubrimientos experimentales. |
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Sabíamos, en líneas generales, qué era probable que sucediera. Nuestros experimentos consistían principalmente en una calibración; en determinar la magnitud del efecto. |
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Llegó el año 2005. |
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Kodak me dijo que era hora de irme, así que me dirigí a una empresa más antigua, también fundada en Rochester, llamada Bausch and Lomb. |
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Ya he usado este fragmento antes: Descubre lo inesperado. Es más importante que confirmar lo conocido. Creo firmemente en ello. |
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Pero en una industria regulada, a menudo es necesario confirmar lo que ya se sabe. |
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La FDA nos exige que confirmemos cada parámetro significativo del proceso dentro de sus límites de especificación. Cuando se trabaja dentro de los límites de especificación, a veces tienen que probar todas... quizás no todas, pero sí la mayoría... de las combinaciones de los límites de especificación para asegurarse de que el producto sea aceptable. |
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Pero aún necesitábamos eficiencia. Necesitábamos experimentos eficientes, así que aprovechamos los experimentos óptimos. También hubo otras diferencias. En Kodak, podía contar con ayuda; había expertos en JMP. En B&L, al principio, yo era el único en nuestro grupo de ingeniería de procesos. |
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Conseguí más reclutas y empezaron a acudir a mí en busca de ayuda, así que tuve que aprender a usar mejor el software. |
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Rápidamente aprendí más sobre los servicios de ayuda disponibles dentro del programa, tanto por teléfono como por correo electrónico, y agradezco sinceramente a las personas que reciben esos correos electrónicos y llamadas telefónicas. |
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También logré aprovechar mi posición para asistir a más de una Cumbre Discovery, |
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Sin duda, las mejores conferencias técnicas a las que he asistido. Aprendí muchísimo. Normalmente me centro en el diseño de experimentos (DOE), pero aprendí mucho más allá de eso. Hubo muchas cosas valiosas. |
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Algunas de las cosas, algunos de los momentos más destacados durante mis años en B&L, una vez demostré una interacción a cuatro bandas... más o menos. |
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Se estaba desarrollando una lente de contacto que presentaba un defecto único que podía corregirse de cuatro maneras diferentes. |
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Si combinamos los cuatro factores en un factorial, las matemáticas muestran una interacción cuádruple. Una vez que se corrige, no se puede volver a corregir con los otros factores. Estrictamente hablando, no se trataba de una interacción físico-química cuádruple, pero matemáticamente sí lo era. |
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La única interacción a cuatro bandas que he presenciado. |
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Siempre recordaré el 2011. |
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Discovery Summit en Denver. Fue la primera a la que asistí y allí Bradley Jones y Chris Nachtshiem presentaron diseños de proyección definitivos. |
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Lo miré e inmediatamente supe para qué lo iba a usar. Necesitaba verificar los límites de las especificaciones; era necesario verificar las especificaciones de pesaje de todos los componentes que forman la mezcla de monómeros. |
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Lo uso como DSD para ese propósito. No solo fue fácil verificar todos los límites de especificación y combinaciones de los límites de especificación, |
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pero tenía un modelo que podía usar para hacer algunos experimentos hipotéticos sobre qué pasaría si ajustáramos nuestras especificaciones, ¿qué es probable que ocurra? |
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Y en parte hicimos eso, no porque lo necesitáramos, sino porque podíamos... teníamos la capacidad de ajustar las especificaciones y podíamos beneficiarnos de ello. |
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Realicé algunos experimentos más de carga superpuesta. |
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El año pasado estuve trabajando en un proyecto |
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que incluye una nueva lente de contacto desechable de uso diario. |
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Las lentes de contacto desechables diarias no se venden ni de lejos al mismo precio que las lentes de contacto de 30 días, pero el coste de fabricación no es mucho menor. |
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Lo compensamos con el volumen, pero aun así los márgenes de beneficio son reducidos. Por eso dedicábamos bastante tiempo a los aspectos de costes del programa. Un compañero trabajaba en el rendimiento durante la etapa de desmoldeo. |
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Intentaba reducir la cantidad de disolvente utilizado en la etapa de extracción, donde lavamos los monómeros no reactivos de las lentes. |
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Realizamos tres experimentos paralelos diferentes, con entre 50 y 75 piezas, en los que mi colega llevó a cabo experimentos de rendimiento y yo, experimentos de extracción. |
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Necesitaba 300.000 lentes para cada una de ellas, con el fin de verificar que los cambios en mi técnica de extracción fueran seguros y eficaces. |
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La única forma de disponer de tanto tiempo en el equipo de producción para realizar este tipo de prueba fue compartiendo el tiempo con otros experimentos. Si bien esto también presentaba ciertas dificultades, podíamos realizar las pruebas por separado, obtener parámetros diferentes y, al mismo tiempo, sacar provecho del mismo experimento. |
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Logramos que nuestros cambios para reducir costos fueran validados a tiempo para el lanzamiento del producto, y el producto ya está en el mercado: lentes de contacto Infuse, por si alguien está buscando algo así. |
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Ya mencioné anteriormente los diseños supersaturados ortogonales de grupo. |
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La primera vez que oí hablar de esto fue en una Cumbre de Descubrimiento, creo que fue hace tres años. |
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Era como un niño con un martillo buscando un clavo. Pensé: «Oye, este es otro diseño de pantalla genial. Tengo que probarlo». |
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He realizado muchos experimentos simulados. He demostrado las ventajas; también he demostrado los inconvenientes que surgen cuando hay demasiados efectos significativos. |
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En realidad, aún no he realizado ninguno. Hasta ahora, en situaciones de cribado, lo he comparado con DSD y he decidido que, en los casos que he encontrado hasta el momento, la oportunidad de estimar algunos efectos de segundo orden valía más que el experimento más pequeño que podría realizar con un GO-SSD. |
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Estas son algunas recomendaciones del Departamento de Energía. No son mis recomendaciones. Simplemente estoy repitiendo lo que dicen los expertos. |
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En primer lugar, coge esos catálogos y mételos en el archivo circular. No los necesitas. |
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Para situaciones de cribado, considere tanto DSD como GO-SSD. |
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Averigua cuál es la mejor opción para tu situación. |
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Para la mayoría de los experimentos, incluidas algunas situaciones de cribado, un diseño óptimo será la mejor opción. |
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Ahora bien, ¿en términos de qué parámetro óptimo? |
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Si te preocupa, busca algunas de las presentaciones que Bradley Jones ha dado en ediciones anteriores de Discovery Summit y te harás una idea. |
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Presentación con muchos detalles. |
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Si no quieres preocuparte por ello, no te preocupes. Las ventajas de los diseños óptimos son considerables en comparación con las pequeñas diferencias entre los distintos parámetros óptimos. |
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No vas a estar en mala situación simplemente aceptando las opciones predeterminadas. |
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Por último, siempre, siempre, siempre utilice las herramientas de evaluación del diseño antes de comenzar a ejecutar el experimento. |
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Siempre calculo la potencia, siempre miro el mapa de calor de correlación. |
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Si se trata de un experimento crucial, también lo haré. |
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Realizar varias simulaciones con diferentes niveles de ruido y asegurarse de que tengo una muy buena posibilidad de demostrar... detectar el tipo de efectos que necesito poder detectar. |
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Tomando prestada una frase del rey Jorge en Hamilton: "¿Qué sigue?" |
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Bueno, me jubilé de Bausch & Lomb en enero, así que ya no me pagan como ingeniero. |
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Aun así, soy ingeniero de corazón. |
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He estado trabajando para convertir mi afición de toda la vida por la fotografía en un negocio. |
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Hace unas semanas, realicé un diseño factorial de tres por tres. |
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Me preocupaba el rendimiento de |
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Compré un nuevo objetivo gran angular. No quedé satisfecho, así que compré otro. |
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Comparé tres objetivos gran angular, incluyendo uno antiguo. Utilicé tres aperturas diferentes y analicé la uniformidad del enfoque, y descubrí que los objetivos no tenían ningún problema. El problema era del fotógrafo. Necesitaba enfocar mejor. |
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Información importante y útil. |
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Espero seguir involucrado en el análisis de datos. He realizado algunos análisis de datos sobre las tendencias de COVID. Miro |
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Datos sobre el caudal de agua en arroyos y ríos |
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Así sé cuándo ciertas cascadas de la zona estarán en buen estado. También analizo algunos datos demográficos para nuestra iglesia. |
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Probablemente no me paguen por gran parte de este trabajo. Estoy abierto a la idea de trabajar como consultor, pero no la estoy buscando activamente, así que es poco probable que suceda. |
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Este es un recorrido vertiginoso por mis 47 años como ingeniero trabajando en diversos tipos de experimentos. |
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Con mucho gusto responderé cualquier pregunta. Muchas gracias. |
