Estos diseños permiten experimentar con todas las combinaciones de variables y niveles. Permiten acercarse al óptimo y descubrir interacciones. El principal inconveniente de esta técnica es el elevado número de experimentos necesarios, por ello suele emplearse eligiendo solamente dos niveles para cada factor, los diseños 2k. Pero este inconveniente persiste si el número de parámetros es elevado. Por ello han surgido los diseños factoriales fraccionales.
Los diseños de 2k como ya hemos indicado constan de k factores con dos niveles cada uno.La notación para estos dos niveles es -1 y +1. Un problema específico de este diseño es que sólo permite el estudio de relaciones lineales.
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