Файл: Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 659

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Статистический

анализ и его

применения

195

ся случайная выборка объема п, вычисляются выборочное среднее и выборочное стандартное отклонение и для проверки нулевой гипотезы применяется критерий значимости. С нулевой гипотезой связаны альтернативная гипотеза и ошибки первого и второго рода. Потребитель, покупающий этот продукт, устанавливает предел, ниже которого продукт считается непригодным к исполь­ зованию, и именно он определяет альтернативную гипотезу. На фиг. 3.9.3 изображена кривая оперативной характеристики

3

Доля дефектной продукции.

Ф и г 3.9.3. К р и в а я оперативной характеристики для выборочного плана .

для типичного выборочного плана. Для производителя нулевая гипотеза Н0 состоит в том, что продукт приемлем, и даже если он производит приемлемый продукт, 100а % продукции будет считать­ ся неприемлемой, так как по своей природе выборочная статистика процесса стохастична. В этом смысле величина а называется риском производителя, а связанный с ней уровень доли дефектных изде­ лий — уровнем приемлемого качества (УПК). Если производитель, выпускает 100ß % дефектной продукции, которая не зарегистри­ рована как дефектная из-за стохастической природы выборочной

статистики,

то вероятность ß называется риском

потребителя,

и альтернативная гипотеза Hi устанавливает уровень

неприемлемо­

го качества

(УНК).

 

При составлении контрольной карты приемки приемлемый уро­

вень для процесса (ПУП) определяется по величине a,

a неприем­

лемый уровень (НУП) — по величине ß. До тех пор пока контро­ лируемая статистика продукта попадает между ПУП и НУП, счи­ тается, что процесс находится под контролем. Заметим, что контрольные пределы зависят от а, ß и п. Некоторые примеры контрольных карт приемки даны в работе [32].


196

Глава

3

 

3.9.3. Контрольная

карта

скользящего

геометрического

 

среднего

 

Контрольные карты скользящих геометрических средних [33], или контрольные карты скользящих экспоненциально взвешенных средних, так же как и контрольные карты накопленных сумм, находят наиболее широкое применение там, где технические усло­ вия должны быть жесткими, так что необходима чувствительная схема контроля. Эти карты объединяют информацию из прошлых выборок с данными из текущей выборки и поэтому используют больший объем информации, чем карты ПІьюхарта, позволяя в ре­ зультате регистрировать меньшие сдвиги уровня процесса. Конеч­ но, их недостаток состоит в том, что прошлая информация маски­ рует возможные малые сдвиги уровня процесса, определяемого лишь новой информацией. Карта скользящего геометрического (экспоненциально) взвешенного среднего придает больший вес последним измерениям по сравнению со старыми, так как вычис­ ляется взвешенная линейная комбинация некоторой выборочной статистики, например X. Самым новым значениям приписывается вес w (0 ^ w ^ 1), а более старой взвешенной статистике — вес 1 w. Таким образом, если

Z% — взвешенное среднее выборочной статистики после

выбор­

 

ки

ft,

 

 

 

 

 

 

Zu

— значение статистики в к-й выборке,

 

 

к

— текущее измерение, к 1 — предыдущее измерение и т. д.,

_

0 <

і <

к,

 

 

 

 

 

Z — центральная линия

на

контрольной карте,

то

 

 

 

= wZ2

+

(l-w)ZÎ,

 

 

 

 

Zt

= w^

(l-wfZ^

+ IA-wfZt

(3.9.1)

 

 

 

i=0

 

 

 

 

При w — 1 весь вес падает на текущие данные и получается карта Шьюхарта. Если I Ü = 0 , текущим данным не придается никакого веса, так что в результате текущую выборку не нужно набирать!

Можно показать, что если Zt = Xit то математическое ожидание

%{Zt) = va

и"дисперсия

Var{ZI} = a | [ l - ( l - U ; ) 2 h J I ^ r .

Д л я больших к

Var{Z|} =

o | ^ r .


Статистический анализ и его применения

197

Контрольные пределы можно представить на типичной

карте

на соответствующем расстоянии от Z. На фиг. 3.9.7 контрольная карта скользящего экспоненциально взвешенного среднего срав­ нивается с другими контрольными картами.

3.9.4. Контрольные

карты накопленных

сумм

В контрольных картах накопленных сумм, как видно из самого названия, используются накопленные суммы случайной переменной или некоторой функции случайной переменной, начиная с неко­ торого данного опорного времени. Например, статистиками, зна­ чения которых накапливаются, могут быть:

1)сама переменная;

2)разность между измеренным значением переменной и ее математическим ожиданием;

3)разность между измеренным значением переменной и некото­ рым целевым значением;

4)последовательные разности между значениями переменной или абсолютные величины разностей;

5)выборочное среднее;

6)размах.

Втабл. 3.9.6 приведены расчетные формулы для типичных карт накопленных сумм; каждая сумма определяется по выборке объема п.

Таблица 3.9.6

Расчетные формулы для карт накопленных сумм

Тип карты

Накопленная сумма

Отклонение от опорного (целевого) значения h

Разность абсолютного значения от­ клонения и его математического о ж и д а н и я

Последовательные разности

Отклонение

абсолютного

значения

последовательных

разностей от его

математического

о ж и д а н и я

Отклонение

размаха двух

последо­

вательных пар наблюдений от его

математического

о ж и д а н и я

2

(Xi-h)

 

i = i

 

 

2

 

l\Xt-X\-%{\Xt-X\}]

г = 1

 

 

n

 

 

2 Du

Dt =

Xt-Xt_i

i = 1

 

 

i = 1

 

 

n

 

 

2 [Ri-%{Ri\]

i= 1


198

Глава 3

 

Основное преимущество карт накопленных сумм по сравнению

с картами Шьюхарта состоит в том, что

они более чувствительны

к небольшим отклонениям исследуемой

статистики процесса от

ее математического

ожидания; они «подавляют» случайный шум,

одновременно «усиливая» реальные изменения в процессе. Правда, карты Шьюхарта можно сделать более чувствительными, используя помимо контрольных пределов, указанных в табл. 3.9.5 (для одной

статистики), один или несколько из следующих критериев

[34—36]:

1.

Линии

«предупреждения» внутри контрольных

пределов

и линии «вмешательства»

на месте обычных контрольных пре­

делов.

 

 

 

 

2.

Серии значений статистики, например три последовательные

точки,

за контрольными

линиями, проведенными на расстоянии

+ ff от центральной, или

семь последовательных точек по одну

из сторон от

центральной

линии.

 

В таком варианте правила принятия решения позволяют исполь­ зовать часть дополнительной информации, записанной на конт­ рольной карте, помимо той, которая содержится в текущей выбор­ ке. В картах накопленных сумм также учитывается не только текущая выборка; следовательно, с правилами принятия решений

можно

связать заметно больший

объем информации.

В

зависимости от характера

диаграммы на карте накоплен­

ной суммы используются различные критерии вмешательства. Контрольные пределы на карте накопленной суммы определяются по распределению статистики, наносимой на карту; однако кон­ трольные линии на карте не проводятся, а задаются с помощью специального шаблона или накладной маски. На карте накоплен­

ной суммы интерес представляет

не абсолютное значение суммы,

а наклон

кривой, определяемый

по последовательным

(недавним)

точкам.

Для каждого типа карт

требуются различные

шаблоны,

указывающие величину наклона.

На фиг. 3.9.4 показан типичный шаблон и приведены правила для его построения и использования, выводимые из распределения статистики, наносимой на карту, в предположении, что случай­ ная переменная распределена по нормальному закону. После того как каждая точка отмечена на карте, опорная точка Р на маске совмещается с самой последней точкой. Тогда наблюдатель может увидеть, попадают ли ранее отмеченные точки под маску (или вообще исчезают, если маска непрозрачна), если правильно расположить маску в соответствии с данным правилом принятия решения. (Следует отметить аналогию с последовательным крите­ рием Вальда из разд. 3.4.1.) Когда такое событие происходит, говорят, что процесс «вышел из-под контроля». Д л я Ѵ-образных масок полагают, что визуальное проявление некоторого изменения оптимально, если горизонтальный шаг приблизительно равен 2о* вертикального шага [38].


Отношение масштабов по осялг абсцисс и ординат = *

0,06

005

0,04

0,03

I

'S 002

II

N 0,01

-0,01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-0,02

5

10

15

20

25

50

35

 

 

 

 

 

Число

выборок m

 

 

 

 

• Ф и г . 3.9.4. Шаблон

для контрольной

к а р т ы

накопленной

суммы [37].

 

 

Правила

обращения

 

 

 

 

1. Поместите точку Р в последнюю точку,

отложенную на контрольной

карте.

2. Изменение произошло,

если

какая-либо

отложенная

точка закрыта

маской.

Расчет шаблона для выборочного среднего (отклонение от целевого значения Л)

Постройте

график зависимости Z

от

т.

 

 

Z = 2 (*і -

Л

 

 

с І 8 ( ж )

2 In g

>

ѳ =

а г

62

 

і=1

 

 

 

 

 

a — уровень значимости (для двустороннего критерия доля попаданий за область

принятия

равна 2а),

 

 

 

Ф

 

D — минимальный

 

б=

 

сдвиг среднего уровня процесса, который должен быть замечен

Замечание:

дисперсия

может

быть аппроксимирована

объединенной выборочной

і ч а н и е :

дисперсией

 

 

 

 

где го — номер последней

выборки.

 

 

Расчет шаблона для выборочного размаха

Постройте график зависимости |

от mVi (для n < 10).

m

 

 

 

 

2*î

 

 

 

 

І=і

a

t r 2 l n

(Ci/Со) l

j

In a ln (ai/ao)

a? — стандартная дисперсия,

 

 

 

nof——объепредполагаемавыборкия. дисперсия, которую

требуется

испытать

 

 

 

Значения с и vi

 

 

n

 

Vi

- n

1,207

vi

3

1,378

1,93

7

5,50