Dasar-dasar Rancob - 1 (PDF)

Perancangan Percobaan (Rancob) SUPRIHATIN DEPARTMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN, IPB Mk. Statistika Industri BOGOR, AGUSTUS 2023 1 DAFTAR ISI ▪ Pendahuluan ▪ Perancangan Perc...

Perancangan Percobaan (Rancob) SUPRIHATIN DEPARTMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN, IPB Mk. Statistika Industri BOGOR, AGUSTUS 2023 1 DAFTAR ISI ▪ Pendahuluan ▪ Perancangan Percobaan(Rancob) sebagai bagian dari metode penelitian ▪ Beberapa terminologi penting ▪ Hipotesis dan Pengujian Hipotesis ▪ Korelasi ▪ Statistika inferensial ▪ Signifikansi statistik ▪ Kesalahan Eksperimental ▪ Eksperimen, Desain, dan Analisis ▪ Rancangan Eksperimen: Eksperimen Faktor Tunggal 2 INTRODUCTION ▪ Metodologi penelitian adalah proses yang sistematis, terkontrol, kritis, dan analitis ▪ Desain penelitian terdiri dari dua elemen: ▪ Konseptualisasi: ▪ Latar belakang (masalah, indikasi, rumusan masalah, signifikansi penelitian) ▪ Tujuan dan hipotesis ▪ Operasionalisasi ▪ Kerangka hipotesis ▪ Sampling ▪ Pengumpulan data ▪ Analisis data 3 RANCOB SEBAGAI BAGIAN DARI METODE PENELITIAN Tujuan umum dari sebuah penelitian: ▪ Untuk memahami fenomena (mekanisme proses) ▪ Untuk memecahkan masalah, atau ▪ Untuk meningkatkan kinerja suatu sistem ▪ Untuk menjawab pertanyaan dasar: ▪Apa? ▪Mengapa? ▪Bagaimana? 4 Jenis Penelitian ▪ Penelitian Pengamatan (Observasional), biasanya melalui survei ▪ Penelitian Eksperimental, dirancang untuk mendapatkan data baru ▪ Dalam studi observasional, tidak ada upaya untuk mengontrol atau mempengaruhi variabel yang menjadi perhatian. Survei merupakan jenis studi observasional yang paling umum ▪ Dalam studi eksperimental, variabel perhatian diidentifikasi. Satu atau lebih faktor dalam studi terkontrol dengan baik sehingga data yang diperoleh dapat digunakan untuk mengidentifikasi bagaimana faktor- faktor tersebut mempengaruhi variabel dependen. 5 Penelitian Eksperimental ▪ Untuk menguji hipotesis dan untuk menentukan hubungan sebab akibat ▪ Pelaksanaan penelitian memerlukan konsep dan variabel yang jelas, serta pengukuran yang cermat ▪ Dilakukan di laboratorium, di industri, di lapangan, dll. ▪ Biasanya dilakukan dengan kelompok pembanding (control group) https://www.azolifesciences.com/article/Experimental-Design-in-Chemistry.aspx 6 Langkah-langkah dalam Metode Ilmiah 1. Identifikasi pertanyaan dan tentukan variabel yang relevan 2. Tentukan asumsi penyederhanaan 3. Merumuskan hipotesis 4. Uji hipotesis dengan data Jika hipotesis (Ho) ditolak:  Gunakan sampai hipotesis yang lebih baik divalidasi  Uji ulang hipotesis dengan data tambahan untuk memvalidasi, jika memungkinkan  Hipotesis yang divalidasi → teori, pengetahuan Jika hipotesis (Ho) tidak ditolak: https://www.verywellmind.com/steps-of-the-scientific- ▪ Modifikasi pendekatan untuk menemukan hipotesis yang method-2795782 lebih baik ▪ Ulangi langkah 1 - 4 7 BEBERAPA ISTILAH PENTING DALAM RANCOB Parameter ▪ Karakteristik, fitur, atau faktor terukur yang dapat membantu dalam mendefinisikan atau menjelaskan secara rinci sistem tertentu. ▪ Elemen penting untuk dipertimbangkan dalam evaluasi atau pemahaman tentang suatu peristiwa, proyek, atau situasi. ▪ Singkatnya, parameter dapat didefinisikan sebagai ringkasan numerik https://sixsigmadsi.com/glossary/population-parameter/ (deskripsi/gambaran kuantitatif) dari suatu populasi. 8 Variabel ▪ Variabel yang dimanipulasi oleh peneliti disebut variabel bebas (independent variables) ▪ Variabel yang diminati peneliti sebagai hasil manipulasi variabel independen disebut variabel dependen (dependent variables) ▪ Skala pengukuran variabel: ▪ Nominal: mengklasifikasikan (misalnya Ya atau Tidak; Cacat atau Non Cacat; A, B, C, dst.; No 1, No 2, dst.) ▪ Ordinal: mengklasifikasikan dan mengurutkan (misalnya 1 = tidak setuju, 3 = netral, 5 = sangat setuju, dst). ▪ Interval: mengklasifikasikan, mengurutkan, dan membedakan (misalnya Skor: 0-100; suhu (oC); dll.) ▪ Rasio: mengklasifikasikan, mengurutkan, membedakan dan membandingkan (berat, volume, panjang, dll.) 9 A control variable is any factor that is controlled or held constant during an experiment. For this reason, it’s also known as a controlled variable or a constant variable. https://sciencenotes.org/what-is-a-control-variable- definition-and-examples/ 10 Statistik ▪ Statistik adalah karakteristik matematis sampel yang dapat digunakan sebagai estimasi parameter, karakteristik matematis populasi tempat sampel diambil. ▪ Misalnya, ▪ Rata-rata sampel (X-bar) dapat digunakan sebagai estimasi parameter rata-rata (μ) populasi tempat sampel diambil; ▪ Varians sampel (s2) dapat digunakan sebagai estimasi varians parameter (σ2) mple ulation Sa Pop ameters Sta tistics Par https://sixsigmadsi.com/glossary/population-parameter/ 11 Data ▪ Dalam penelitian ilmiah, variabel harus diukur; pengukuran menghasilkan titik data. ▪ Data ini adalah unit dasar untuk analisis dan interpretasi data selanjutnya. ▪ Data bisa kuantitatif atau kualitatif ▪ Data yang bagus: ▪ Objektif (sesuai dengan situasi aktual) ▪ Representatif (mewakili populasi) ▪ Akurat dan presisi (dijamin kebenarannya) ▪ Tepat waktu (sesuai waktu yang dibutuhkan) ▪ Relevan (mendukung pemecahan masalah yang dihadapi) 12 HIPOTESIS DAN UJI HIPOTESIS ▪ Hipotesis statistik: Pernyataan atau anggapan tentang satu atau lebih populasi ▪ Hipotesis nol (Ho): Hipotesis yang dirumuskan yang paling mungkin akan ditolak; Penolakan Ho akan menghasilkan penerimaan hipotesis alternatif (H1) ▪ Pengujian Hipotesis: Perumusan seperangkat aturan untuk menerima atau https://www.slideshare.net/HasnanBaber/four-steps-to- menolak pernyataan atau hipotesis tentang hypothesis-testing populasi 13 ▪ Dua jenis kesalahan dalam pengujian hipotesis: ▪ Kesalahan tipe I (): Menolak hipotesis nol yang sebenarnya (Ho) ▪ Kesalahan Tipe II (): Menerima hipotesis nol palsu (Ho) ▪ Probabilitas kesalahan tipe I disebut sebagai tingkat signifikansi atau wilayah kritis. ▪ Kesalahan Tipe I dan Tipe II saling berhubungan; Menurunkan  akan meningkatkan , dan sebaliknya ▪ Wilayah kritis, yang berarti kesalahan Tipe I, dapat diminimalkan dengan menetapkan nilai kritis ▪ Meningkatkan ukuran sampel (n) akan mengurangi  dan  ▪ Semakin besar selisih antara nilai yang dihipotesiskan dengan nilai sebenarnya, maka semakin kecil nilai . 14 REGRESI DAN KORELASI ▪ Regresi: Analisis statistik yang memanfaatkan hubungan antara dua atau lebih variabel kuantitatif sehingga satu variabel dapat diprediksi dari variabel lainnya (satu arah) ▪ Korelasi: hubungan antara variabel X dan Y yang diperkirakan dengan koefisien korelasi (r): ▪ r = -1 s/d + 1 ▪ r = -1 atau = +1, semua titik sampel terletak pada garis regresi → hubungan sempurna ▪ Nilai r positif berarti garis memiliki kemiringan positif, nilai r negatif memiliki kemiringan negatif 15 STATISTIKA INFERENTIAL ▪ Serangkaian teknik untuk mempelajari, memperkirakan, dan menyimpulkan berdasarkan data sampel yang diambil secara acak dari objek studi (populasi) ▪ Statistika inferensial: ▪ Estimasi parameter (rata-rata, proporsi, varians, dll.), ▪ Uji hipotesis Description matematis Sampling Sample Sample Population Inferential process 16 SIGNIFIKANSI STATISTIK ▪ Sebelum melakukan pekerjaan apa pun dengan data, kita harus memutuskan "tingkat toleransi": Seberapa rendah nilai-P kita sebelum kita menolak hipotesis nol? ▪ Tingkat toleransi ini, dilambangkan α, disebut sebagai tingkat signifikansi. Biasanya, kita menggunakan α = 0,05 atau α = 0,01 ▪ Jika P-value lebih kecil dari α, kita katakan bahwa data secara statistik signifikan pada level α. → Tolak Ho ▪ Jika P < α, kita akan mengatakan bahwa pengaruhnya signifikan secara statistik (Tolak Ho dan terima H1) 17 THE EXPERIMENT, THE DESIGN, AND THE ANALYSIS ▪ Kehidupan kita terdiri dari serangkaian situasi pengambilan keputusan ▪ Pengambilan keputusan berkaitan dengan ketidakpastian ▪ Dalam percobaan, peneliti berusaha menarik kesimpulan atau mengambil keputusan tentang sesuatu yang berhubungan dengan hipotesis 18  Theory Technology Innovation: Application of knowledge and science to solve real technical problems Empirical Hypo- Gene- Thesis ralization Observation 19 ▪ Statistika adalah perangkat untuk pengambilan keputusan dengan mengingat ketidakpastian ▪ Ketidakpastian bukan berarti tanpa pengetahuan, tetapi hanya karena peristiwa tertentu tidak dapat diprediksi kepastiannya ▪ Jika metode statistik digunakan dalam eksperimen, seseorang dapat menilai tingkat risiko yang harus ditanggung dalam menarik suatu kesimpulan Statistics: To access Uncertainty Risks uncertainty → to reduce risks 20 ▪ Karena keputusan didasarkan pada penggunaan alat statistik selalu melibatkan pengumpulan data, dan karenanya metode pengumpulan data sangat penting. ▪ Desain eksperimen dapat didefinisikan secara sederhana sebagai urutan percobaan yang dilakukan Identifying the addressed question, Formulate Test hypothesis Draw conclusion and define relevant hypothesis with data variable Data collection, processing, and analysis → Langkah sebelumnya menentukan langkah-langkah berikutnya → Ini adalah suatu keharusan untuk melakukannya dengan benar sejak awal (do properly from the beginning) 21 Experimental design is used to reduce errors in data collection Noises (have to be minimized or eliminated) 22 Experimentation means testing empirically a causal hypothesis. Controlled Factors Measurement, X1, X2, … Xp Evaluation, Control Inputs: PROSES y = quality parameters Raw material, components, Additives, etc Z1, Z2, … Zg Variety in Quality Uncontrolled Factors The quality can not be changed directly, but only through changing the controlled factors (the independent variables) Kualitas tidak dapat diubah secara langsung, tetapi hanya melalui perubahan faktor-faktor yang dikendalikan (variabel 23 Hal penting dalam percobaan ▪ Replikasi percobaan (Replication) untuk memperkirakan varian kesalahan ▪ Pengacakan (Randomization) digunakan untuk menyeimbangkan efek dari berbagai variabel eksternal yang mungkin ada dalam percobaan ▪ Faktor-faktor tertentu sengaja divariasikan selama eksperimen untuk membuat hasil yang lebih valid dalam berbagai situasi yang terjadi dalam praktik ▪ Kontrol lokal (local control) untuk mengendalikan variabilitas karena heterogenitas kondisi lingkungan 24 Hal penting yang harus diperhatikan dalam percobaan ▪ Objek penelitian memiliki peluang, baik berperilaku sesuai dengan hipotesis Anda, atau tidak. ▪ Teori terkait yang telah ada dan objeknya harus diketahui dengan baik di awal → Eksperimen hanya ingin menyempurnakan pengetahuan, mis. dengan membangun asosiasi kuantitatif antara variabel. ▪ Replikasi. Eksperimen harus diduplikasi setidaknya sekali, sehingga Anda dapat menguji setidaknya dua nilai yang berbeda dari variabel independen dan mengetahui apakah nilai tersebut berpengaruh pada variabel dependen. http://www2.uiah.fi/projekti/metodi/163.htm 25 REPLICATION – AN ILLUSTRATION Variasi terjadi akibat factor eksternal (uncontrolled) Karl W Broman, Johns Hopkins University 26 26 CONFIDENCE INTERVAL FOR DIFFERENCE – AN ILLUSTRATION Variasi terjadi akibat factor eksternal (uncontrolled) Karl W Broman, Johns Hopkins University 27 27 THE EXPERIMENT ▪ Hipotesis hanya mencakup satu variabel independen, dan juga satu variabel dependen. ▪ Dalam proyek penelitian aktual, hipotesis seringkali terdiri dari beberapa variabel dari kedua jenis tersebut. ▪ Dalam metode eksperimen, titik tolak peneliti adalah hipotesis teoretis. ▪ Tugas pertama adalah menerjemahkan hipotesis ke dalam desain eksperimental empiris, di mana variabel independen muncul sebagai stimulus yang diterapkan pada objek studi. ▪ Terhadap stimulus ini, objek dapat memilih untuk bereaksi (merespons) dengan cara yang ditentukan dalam hipotesis; reaksi (respon) ini kemudian diukur dan dengan demikian kita mendapatkan nilai variabel dependen. http://www2.uiah.fi/projekti/metodi/163.htm 28 Pernyataan masalah dan variable dependen ▪ Eksperimen mencakup pernyataan masalah yang harus dipecahkan ▪ Variabel dependen atau variabel yang sedang dipelajari (y) harus dipilih dengan cermat ▪ Apakah variabel tersebut dapat diukur? ▪ Variabel apa yang harus diukur? Bagaimana? ▪ Seberapa akurat variabel-variabel ini dapat diukur? ▪ Jika suatu variabel tidak dapat diukur, respon seperti apa yang dapat diharapkan? 29 Penentuan variable independen dan tarafnya ▪ Penentuan variabel independen (faktor) juga penting→ mempengaruhi variabel dependen (respons) ▪ Apakah faktor-faktor ini dapat dipertahankan konstan? ▪ Apakah tingkat faktor-faktor ini ditentukan secara acak atau tetap? ▪ Apakah faktor kuantitatif atau kualitatif?Bagaimana faktor-faktor tersebut digabungkan? ▪ Tingkat faktor apa dari mana percobaan dimulai? → Semua pertimbangan di atas harus termasuk dalam definisi eksperimental 30 Objek dalam Eksperimen ▪ Satuan percobaan adalah satuan terkecil dari perlakuan percobaan yang diberikan, dapat berupa satuan hasil, sebidang tanah, individu, kelompok hewan, dsb. ▪ Tugas pertama adalah menentukan populasi (Objek dalam eksperimen) ▪ Kemudian, untuk memilih spesimen dari populasi tersebut, dengan pengambilan sampel, sebaiknya dengan pengambilan sampel acak. ▪ Jika semua item dalam populasi praktis identik, semuanya baik-baik saja. ▪ Tetapi jika objeknya berbeda, mis. Orang-orang, varians ini akan membawa banyak variasi reaksi yang tidak diinginkan. 31 Stimulus (Treatment) ▪ Dalam percobaan paling awal secara historis, biasanya hanya ada dua kelompok yang diberi nama berikut: ▪ Kelompok eksperimen = subjek yang menerima stimulus, dan ▪ Kelompok kontrol = subjek yang tidak menerima stimulus. ▪ Dalam desain eksperimental, peneliti menerjemahkan hipotesis teoretisnya ke dalam peristiwa di dunia empiris (atau sebaliknya). ▪ Dalam terjemahan ini, tugas stimulus adalah menyajikan variasi variabel bebas. ▪ Desain eksperimental yang paling sederhana hanya terdiri dari dua kasus percobaan, di mana stimulus memiliki dua nilai yang berbeda 32 ▪ Perlakuan (stimulus) adalah tata cara yang diterapkan pada unit percobaan, pemberian jenis pupuk yang berbeda, dosis yang berbeda, varietas yang berbeda, dll. ▪ Faktor adalah variabel bebas yang diuji ▪ Level (Taraf) adalah nilai dari faktor-faktor yang diuji dalam percobaan, misalnya. ▪ Level A, B, C, dan D (4 level faktor kualitatif), atau ▪ Dosis pupuk 0, 5, 10, 15, dan 20 mg/L (5 tingkat faktor kuantitatif) 33 Ada persyaratan sehubungan dengan stimulus:  Persyaratan fidelitas (atau validitas): Stimulus harus serupa dengan yang terjadi di dunia nyata sehingga hasilnya dapat diklaim valid di luar laboratorium. Persyaratan tidak ada gangguan.  Aspek praktis: Kesulitan atau biaya untuk menghasilkan rangsangan dapat sangat bervariasi di antara berbagai alternatif.  Produk masa depan yang belum ada terkadang harus digunakan bukan sebagai objek stimulus tetapi sebagai stimulus itu sendiri: ini adalah kasus ketika kita ingin menguji reaksi pengguna terhadap produk baru. 34 EXAMPLE: IF SALT HAS NO EFFECT Karl W Broman, Johns Hopkins University 35 35 EXAMPLE: IF SALT HAS AN EFFECT Karl W Broman, Johns Hopkins University 36 36 THE DESIGN ▪ Fase desain proyek penelitian sangat penting ▪ Jumlah pengamatan, tergantung seberapa besar perbedaan yang ingin dideteksi, seberapa banyak variasi yang ada, seberapa besar resiko yang dapat ditoleransi ▪ Urutan pelaksanaan percobaan harus acak ▪ Selalu ada sejumlah variabel lain yang tidak dapat dikendalikan dalam suatu percobaan → Pengacakan akan cenderung menyeimbangkan pengaruh variabel yang tidak dapat dikendalikan ▪ Jika eksperimen dan prosedur pengacakan ditentukan, model matematika dapat dirumuskan, yang akan menggambarkan eksperimen tersebut ▪ Model matematis menunjukkan variabel respon sebagai fungsi dari semua faktor yang dipelajari dan batasan yang dikenakan pada hasil eksperimen metode pengacakan 37 THE ANALYSIS ▪ Analisis meliputi prosedur pengumpulan data, dan uji statistik komputasi tertentu yang digunakan untuk menarik kesimpulan tentang berbagai aspek percobaan ▪ Analisis melibatkan penghitungan statistik uji, seperti t, F, 2, dan hubungannya dengan aturan keputusan untuk menguji hipotesis pada model matematika.Jika statistik uji dihitung → Kesimpulan harus diambil ▪ Kesimpulan yang diambil harus bermakna (meaningful), ▪ Tidak sekedar, misalnya pengaruh A signifikan, atau “interaksi A x B x C berbeda nyata pada taraf 1%”, tetapi harus dinyatakan dalam bentuk grafik atau tabel yang mudah dipahami hasil percobaannya. ▪ Hasil perhitungan statistik seringkali disajikan hanya dalam lampiran 38 RINGKASAN EXPERIMENTS DESIGN ANALYSIS ▪ Pernyataan masalah ▪ Jumlah pengamatan ▪ Pengumpulan dan (Statement of the problem) ▪ Urutan percobaan pengolahan data ▪ Pemilihan variabel respon ▪ Metode pengacakan ▪ Menghitung uji statistic ▪ Pemilihan faktor yang akan ▪ Model matematika untuk ▪ Interpretasi hasil divariasikan menggambarkan percobaan ▪ Pemilihan faktor-faktor (Kuantitatif atau kualitatif; Tetap atau acak) ▪ Menentukan taraf faktor 39 SOAL LATIHAN 1. Pilihlah salah satu tema projek penelitian eksperimental. Kemudian jawablah pertanyaan berikut. a) Nyatakan masalah yang ingin diselesaikan b) Pilih variabel respons c) Pilih faktor (variabel bebas) yang akan divariasikan d) Sebutkan beberapa kemungkinan variabel terkontrol? e) Pilih tingkat faktor (s)  Tentukan apakah levelnya kuantitatif atau kualitatif?  Tentukan apakah levelnya tetap, acak atau gabungan? f) Dalam percobaan tersebut, asumsi-asumsi apakah yang perlu diambil? 2. Pilihan suatu tema penelitian eksperimen. Tentukan variable yang ingin diteliti, perlakuan, unit percobaan, skala/satuan pengamatan, faktor, dan taraf/level dari faktor tersebut. 40 3. Metodologi penelitian adalah proses yang sistematis, terkontrol, kritis, dan analitis. Desain penelitian terdiri dari dua elemen, yaitu konseptualisasi dan operasionalisasi. Konseptualisasi mencakup Latar belakang (masalah, indikasi, rumusan masalah, signifikansi penelitian), dan rumusan tujuan dan hipotesis, dedangkan operasionalisasi terdiri atas kerangka hipotesis, pengambilan sampel (sampling), pengumpulan data, dan analisis data. Diskusikan dalam kelompok tentang desain penelitian dalam pengembangan suatu produk agroindustri (misalnya untuk meningkatkan kualitas suatu produk) dan tuliskan kata-kata kunci dalam tahapan koseptualisasi dan tahapan operasionalisasi suatu proyek penelitian. Ambilah suatu contoh kasus. Terima Kasih