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可靠性生存分析

参数分布分析

给寿命或强度选一条 Weibull 或对数正态,估计可靠度曲线和特征分位,而不是对照规格算 Cpk。

更新日期 2026-08-29 质量与可靠性

这篇能回答什么

参数分布分析回答的是「这条寿命或强度更像哪一族分布,参数是多少,任意时刻还剩多少可靠度」。它输出的是 F(t)、R(t)、失效率 h(t) 和 B10 / B50 这类分位寿命,不是 Cp、Cpk。规格上下限在这里可有可无;即使没有 USL,Weibull 的形状 β 与尺度 η 仍然有定义。删失(试到截止仍未失效)必须进似然,不能当成失效时间。

教学上把英语成绩当成「循环次数的代理」:分数越高,表示该件撑得越久。本页构成表按失效模式切,不是按控制图的 Phase I 窗:类别 A 早期失效(装配损伤)43(19.28%),类别 B 偶然失效(外来冲击)53(23.77%),类别 C 损耗失效(磨损)127(56.95%)。三类加总 223。C 模式过半,混在一个 Weibull 里估出的 β 会偏向损耗区的递增失效率,把早期失效的陡降尾巴抹平。

什么时候不该用

问题是「对照图纸,过程能力够不够」→ 正态能力 或非正态能力,那两篇要 USL/LSL 和受控前提。还没决定家族、只想比较 AD / p 值 → 个体分布标识。还在画控制图、过程未受控 → 先I-MR 或Xbar-R。学号、姓名不是寿命。

如何选择方法

先问终点。要可靠度曲线、特征寿命、删失似然 → 本页。只要一张「谁拟合最好」的排名 → 分布标识。已经选定正态或非正态、手上有规格、要 Cpk / Ppk → 能力分析。要监控过程有没有漂 → 控制图,不要用 β 当报警器。

  • 参数分布分析:估计 Weibull / 对数正态等参数、R(t) 与分位寿命。

  • 个体分布标识:多家族拟合优度比较,为后续模型选分布。

  • 正态 / 非正态能力:对照规格的能力指数,要求过程受控。

  • 控制图:判定统计受控,不估计可靠度。

输入、输出与限制

输入

寿命或强度列选英语成绩(教学代理:把分数读成循环次数)。可选删失指示:1=已失效,0=右删失。失效模式列把样本分进 A / B / C,供构成表使用;混模拟合会给出一套被优势模式拽歪的参数。候选家族至少包括 Weibull 与对数正态。

  • 寿命 / 强度:正值连续量;零与负数应剔除或单独声明。

  • 删失指示:可选;缺省视为全部失效。

  • 失效模式:可选定类,用于拆开混模。

输出

各候选分布的参数(Weibull 的 β、η;对数正态的 μ、σ)、对数似然或 AD、可靠度曲线、B10 / 特征寿命,以及按失效模式切开的占用。教学构成表用 A / B / C 报告三种模式各贡献了多少条寿命,提醒你不要把浴盆曲线三段揉成一个 β。

产品限制

  • 全部删失或有效失效过少时,形状参数会不稳定。

  • 负值、零寿命会被拒绝或警告。

  • 图可能抽稀,参数以结果表为准。

  • 本页不输出 Cp / Cpk;不要在表头手写能力指数。

案例

研究问题。 把英语成绩当成循环寿命的课堂代理,并给每条记录贴一个失效模式:早期装配、偶然冲击、磨损耗尽。可靠性工程师要拟合 Weibull,估计 B10,并判断能不能把三种模式丢进同一个参数向量交差。

教学示例工作表「Sheet1」。寿命代理:英语成绩。不要把及格线当成删失点——删失是「试到截止还没坏」,不是「分数低于 60」。本页纳入有效记录 223:早期模式 A 43(19.28%),偶然模式 B 53(23.77%),损耗模式 C 127(56.95%)。C 过半,混模 β 会像一条递增失效率;A 的 43 条若单独拟合,β 往往小于 1。

下载教学示例表(定量成绩)

在 StatsX 中操作

  1. 步骤 1 · 上传寿命代理列

    工作表确认「Sheet1」。英语成绩当作循环次数。不要按总分排序后再拟合——排序不改变似然,但会让你误把名次当成时间。

  2. 步骤 2 · 分开寿命、删失和模式

    寿命是英语成绩。删失列若没有,就按全部失效处理,并在报告里写明。年级或自建标签可当失效模式,对应构成表的 A/B/C。

  3. 步骤 3 · 选择参数分布分析

    目录搜索「参数分布」或「Weibull」。不要点「正态能力分析」。

  4. 步骤 4 · 选定家族并运行

    寿命列勾英语成绩。候选勾 Weibull 与对数正态。有删失就勾上指示列。运行。

  5. 步骤 5 · 先看模式占用再报 B10

    C 类 127 条是否把混模参数钉在损耗区。B10 必须写清「哪个模式、哪条分布」。不要把 β 写成 Cpk。

上传定量成绩表做参数分布分析
上传定量成绩,把英语成绩当作寿命代理。
画像确认英语成绩为正值定量
英语成绩为定量正值;学号不得进入寿命角色。
目录中选择参数分布分析
选定「参数分布分析」,不要误选能力指数。
指定寿命列与候选分布
寿命选英语成绩,候选勾 Weibull 与对数正态后运行。

如何阅读输出

构成表说明混模样本被哪些失效模式占用。有效记录 223。早期 A 43(19.28%),偶然 B 53(23.77%),损耗 C 127(56.95%)。C 单独过半,一条 Weibull 的 β 会跟着磨损走;把这套参数拿去预测早期失效区的 R(t),会系统性乐观。正确做法是按模式分别拟合,或声明「本 B10 仅针对损耗模式」。

参数分布分析结果表
项目类别统计量取值
参数分布分析类别 A频数43
参数分布分析类别 B频数53
参数分布分析类别 C频数127
参数分布分析合计有效样本 N223
参数分布分析类别 A占比(%)19.28
参数分布分析类别 B占比(%)23.77
参数分布分析类别 C占比(%)56.95

左右滑动可查看完整表格

教学示例表在 StatsX 工作台中的计算结果口径。

参数分布失效模式构成结果表
工作台构成表应与上表的 N 和三模式占比一致。
可靠度曲线或概率图
曲线是 R(t) 或概率图,不是带规格线的能力直方图。

读表顺序:有效 N 与删失条数 → 各模式占用 → 选定家族的参数与拟合优度 → B10 / η → 可靠度曲线。β>1 表示失效率随时间上升(损耗),β<1 表示早期下降,β=1 退回指数分布。这些数字不回答「相对规格还剩多少裕度」。直方图旁边如果没有 USL,就不要手写 Cpk。分布标识页的「推荐家族」可以当起点,但本页的 MLE 才是你要抄进报告的参数。

本例损耗模式占 56.95%。A 只有 43 条,单独估 Weibull 时 β 的区间会很宽,不宜只凭早期 43 条宣布「装配问题已经用浴盆曲线证明」。B 的 53 条若接近指数(β≈1),与 C 的递增失效率更不应混模。写结论时同时给出 N、模式占比和所用家族,避免只报一个 η。

理论与公式

两参数 Weibull 的失效函数与可靠度为

特征寿命 η 满足 R(η)=e^{-1}\approx0.368。B10 是使 F(t)=0.10 的 t:

右删失样本的对数似然把失效点贡献密度、删失点贡献可靠度:

对数正态则令 \ln T\sim N(\mu,\sigma^2)。均值时间 MTTF_{Weibull}=\eta\Gamma(1+1/\beta),与能力分析里的 \bar{x}\pm3s 没有换算关系。个体分布标识用 AD 或 p 值给家族排序;本页在选定家族后做 MLE(或概率图回归),两者数字不必相同。

注意事项

  • Cpk 需要规格和受控过程;本页即使算出漂亮的 β,也不能改口成能力合格。

  • 三种失效模式混拟合,β 会被占 56.95% 的损耗段钉住。

  • 把「低于及格线」当成失效时间,是把规格阈值误写成寿命。

  • 右删失不当失效,否则 η 被向下拉。

  • A 模式只有 43 条时,不要对 β<1 做很强的工程结论。

  • 负值分数不能当循环次数,应先清洗。

常见问题

参考文献

  • Meeker, W. Q., Escobar, L. A. Statistical Methods for Reliability Data. Wiley.

  • Nelson, W. Applied Life Data Analysis. Wiley.

  • ISO 61649. Weibull analysis.

  • 蒋仁言, 左明健. 可靠性模型与应用[M]. 机械工业出版社.