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A bola: O U.S. Bowling Congress

Cerca de 70 milhões de norteamericanos vão às pistas cada ano, tornando o boliche o quinto esporte mais popular nos Estados Unidos. Mais de 2 milhões de pessoas são jogadores de boliche pertencentes à ligas certificadas pelo U.S. Bowling Congress e eles levam seu esporte muito a sério. Suas bolas de boliche de alto desempenho podem custar US$300 ou mais. O U.S. Bowling Congress (USBC) luta para garantir que especificações e regulamentações de bola mantenham o jogo justo e para proteger o investimento que jogadores fazem em suas bolas. Uma das especificações trata-se do “peso estático”, o qual afeta o equilíbrio da bola e é medido entre o dedos e os buracos do polegar, entre os lados esquerdo e direito da bola e entre sua parte superior e inferior. Depois que a pesquisa indicou que o peso estático indicava apenas um efeito mínimo no movimento da bola, muitos jogadores, operadores de lojas e fabricantes protestaram contra as regulamentações de peso estático. Afirmando que as bolas de boliche atuais são mais afetadas pelas bolas dinâmicas e pela química do revestimento, eles pediram o aumento da permissão de peso estático máximo ou a eliminação da especificação como um todo. O argumento era convincente, mas alterar uma regulamentação esportiva não é uma decisão a ser feita sem embasamento, portanto os engenheiros de pesquisa do USBC engajaram-se em um projeto para analisar mais precisamente como o peso estatístico afeta o movimento da bola. Eles contaram com o Minitab Statistical Software para ajudar a projetar um experimento eficaz, e para analisar os dados reunidos.

O Desafio

Em novembro de 2010, a equipe de pesquisa do USBC—liderada pelo Engenheiro de Pesquisa do USBC, Nick Mours—deu início aos teste do peso estático no USBC’s International Training and Research Center em Arlington, Texas. A equipe tinha um equipamento especializado para analisar o movimento da bola, incluindo um robô jogador de boliche chamado E.A.R.L. (Lançador Robótico Automatizado e Melhorado), e um sistema de rastreamento computadorizado altamente sofisticado conhecido como Super CATS. A equipe de pesquisa precisou reunir dados com essas ferramentas que permitiram que eles analisassem e, então, modelassem os efeitos dos pesos estáticos no movimento da bola. Eles decidiram analisar o impacto do peso superior/inferior; peso lateral esquerdo/direito; peso do dedo/polegar; velocidade da bola; taxa de revolução e diferencial intermediário. Suas variáveis de resposta incluem a trajetória da bola pretendido em 49 e 60 pés; trajetória da bola média em 49 e 60 pés; diminuição da velocidade da bola em 49 e 58 pés; alteração do ângulo em 48 e 58 pés; primeiro e segundo pontos de transição; inclinação positiva e negativa; comprimento de gancho total; ângulo por pé; pontuação “A”; ponto de rompimento; primeira e segunda transições para o ponto de rompimento e eficiência friccional. Para cada fator, os pesquisadores identificaram níveis baixos e altos que excederam as especificações de peso atuais, mas que não eram impossíveis de encontrar em bolas adquiridas recentemente.

O U.S. Bowling Congress conta com o robô jogador de boliche E.A.R.L., acima, e outros equipamentos especializados para conduzir pesquisas confiáveis. Para analisar seus dados, eles confiaram no Minitab Statistical Software.

Como a Minitab ajudou

A equipe identificou seis fatores distintos para analisar. Testar um fator de cada vez seria proibitivamente dispendioso e demorado, portanto Mours e sua equipe usaram recursos do Design of Experiment (DOE) do Minitab Statistical Software. O DOE reduz o número de execuções necessárias para a reunião de dados confiáveis, tornando os estudos menos dispendiosos e mais eficientes. Em um experimento projetado, investigadores poderão alterar mais de um fator de cada vez e, portanto, usar estatísticas para determinar quais têm efeitos significativos em um resultado.

Os engenheiros do USBC usaram o Minitab para criar um experimento com seis fatores metade fracional que consistia em 32 execuções de teste. Cada execução usou uma combinação de configurações de fator. Duas bolas de boliche criadas especialmente foram usadas para as execuções de teste, uma com um núcleo simétrico e outra com um núcleo assimétrico. Cada execução foi conduzida na mesma pista, com controles restritos para manter a temperatura ambiente, temperatura de superfície da pista e consistência de umidade da sala.

Geralmente, a quarta fase do movimento da bola só poderia ser determinada pelo exame de resíduos da análise de regressão. Os resíduos não seguem uma linha reta precisamente; os gráficos do Minitab, como o gráfico resíduos vs. ajustes acima, facilitaram a detecção de padrões quadráticos nos dados—padrões que revelaram esta fase não conhecida anteriormente.

Após a reunião dos dados, Mours e sua equipe usaram o Minitab para analisá-los, obtendo uma média das imagens e colocando em gráfico a trajetória da bola. Eles também tiveram uma grande surpresa. Uma pesquisa anterior identificou três fases distintas e previsíveis matematicamente do movimento da bola de boliche e o peso estático aparentou ter muito pouca influência nessas fases. Mas a análise desses dados recém-coletados com o Minitab revelaram que o peso estático da bola poderia resultar em uma quarta fase de movimento não identificada anteriormente.

Os pesquisadores conduziram um segundo experimento para entender melhor o impacto prático do peso estático e sua recém-descoberta quarta fase de movimento da bola. Usando o Minitab, eles criaram um DOE da superfície de resposta compreendendo 15 execuções. O projeto da superfície de resposta permite que pesquisadores modelem a curvatura em uma resposta, tornando esse tipo de experimento muito útil para observar precisamente como alterações nas variáveis de entrada influenciam uma resposta. Para esse conjunto de execuções, os pesquisadores usaram técnicas de perfuração de bolas para colocar uma bola disponível no mercado acima do limite de peso do USBC em mais 2 1/8 oz. Como esse foi um cenário que poderia ocorrer facilmente em uma loja de boliche, os pesquisadores do USBC quiseram saber se a quarta fase de movimento da bola ocorreria em um dos seis possíveis pesos estáticos.

Resultados

Depois que Mours e sua equipe analisaram os resultados do segundo experimento, eles concluíram que se os limites de peso estático do USBC atual fossem eliminados ou aumentados, o típico movimento de três fases das bolas de boliche durante sua trajetória na pista seria alterado significativamente e a quarta fase não prevista ocorreria. Levando em consideração esse conhecimento adicional, o USBC decidiu manter as especificações atuais para limites de peso estático em bolas de boliche aprovadas. Se os pesos estáticos não fossem regulamentados, parâmetros de peso estático poderiam ser combinados para aumentar o ângulo de entrada de uma bola de boliche nos pinos sem nenhuma influência adicional das habilidades dos jogadores de boliche. Spares de pino único ou de lado direito poderiam ser convertidos usando uma bola com características de peso estático que redirecionassem a bola em direção aos pinos.

“Nossa pesquisa provou que os limites atuais de peso estático do USBC ainda estão válidos, mesmo nessa época de bolas de boliche de alta tecnologia”, diz Neil Stremmel, diretor geral do National Governing Body do USBC. Enquanto isso, Mours continua a conduzir pesquisas adicionais sobre o peso estático e vários outros fatores que podem afetar o desempenho de uma bola de boliche, contando com a eficácia do Minitab para ajudá-la a analisar os dados coletados. “Por fim, nossa meta é que as bolas adquiridas pelos jogadores e aprovadas pelo USBC não possam ser perfuradas por um vendedor por processos de perfuração padrão e, portanto, não se tornem ilegais”, ela diz.

ORGANIZAÇÃO

U.S. Bowling Congress

VISÃO GERAL

  • Órgão de gestão para jogadores de boliche amadores nos EUA.
  • Atende mais de 2 milhões de membros
  • Trabalha com mais de 3.000 organizações locais

DESAFIO

Determinar os efeitos do peso estático no movimento de uma bola de boliche.

PRODUTOS USADOS

Minitab® Statistical Software

RESULTADOS

  • Experimentos com design facilitaram o teste de múltiplas variáveis rapidamente.
  • A análise revelou uma nova fase do movimento da bola.
  • Dados demonstraram a necessidade de manter especificações existentes.
 
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