カテゴリー: 信頼性工学

  • 【まとめ】信頼性工学を究める!

    【まとめ】信頼性工学を究める!

    本記事のテーマ

    【まとめ】信頼性工学を究める!
    • ①QC検定で学んだくらいでは何もわかっていないのと同じ
    • ➁信頼性工学は何を学ぶものか?
    • ➂信頼性向上が信頼性工学の目的
    • ➃信頼性工学を究めるために必要な記事の紹介
    • ⑤ブログだった32記事を冊子にまとめました!
    単なる試験対策の勉強では、
    信頼性工学なんて何もわかっていないのと同じ。
    信頼性工学の本質がわかる
    QCプラネッツ記事で勉強しましょう。

    ①QC検定で学んだくらいでは何もわかっていないのと同じ

    QC検定で学ぶ内容

    点数稼ぎやすく、落とせない信頼性工学ですよね! だから、簡単で馴染みやすいイメージが強いはずです。

    頻出パターンは大体こんな感じです。

    1. 直列・並列の系の信頼度の計算
    2. MTTF,MTBF,MTTRの公式使った計算
    3. 意味不明でもいいから信頼度の区間計算はχ2乗分布とその自由度代入に注意して解く問題
    4. 突然出て来るワイブル分布を活用した確率紙の使い方
    5. 確率紙からパラメータやB10ライフの求め方

    得点源となる信頼性工学は簡単と思いがち

    理解していなくても、公式代入や確率紙の使い方を暗記すれば点数は稼げるし、QC検定1級も合格できます。

    でも、何もわかっていないのと同じ

    でも、そんな問題は
    お子ちゃまレベル!
    信頼性工学ってそんなに甘くないし
    ちゃんと理論を理解しましょう!
    信頼性向上で品質改善、業績向上につながる大事な理論です!

    QCプラネッツの思い

    過去の良書をかき集め、信頼性工学のプロとしても十分通用する大事なエッセンスを50記事にして解説しました!
    試験対策はもちろん、仕事しても、プロとしても十分通用できるレベルになれます!

    苦労して学んで得た、皆に伝えたいエッセンスを記事で解説しています。

    ➁信頼性工学は何を学ぶものか?

    関連記事の紹介の前に、全部ガチで勉強した結果、

    信頼性工学は何を学ぶものか?

    の結論を述べます。

    1. 信頼度向上(故障しにくく)する工夫とその効果が知りたい
    2. 信頼度を評価するパラメータを活用したい
    3. 信頼度を評価するための数学を駆使する
    4. QC検定合格したい(本質ではない)

    つまり、

    1. 使っている製品の寿命を評価し、延伸できる方法を考えたい
    2. 寿命を計算で求めたい
    3. 寿命計算できるための数学力が前提
    4. 公式暗記して問題が解ける(本質ではない)

    とわかりました。

    そこで、まとめのブログ記事として以下を紹介しています。

    1. 【信頼性工学】確率密度関数がわかる(指数関数)
    2. 【信頼性工学】確率密度関数がわかる(正規分布)
    3. 【信頼性工学】ワイブル分布がわかる
    4. 対数正規分布がよくわかる
    5. 【必読】寿命計算の信頼区間にχ2乗分布を使う理由がよくわかる
    6. 信頼度の点推定と区間推定がわかる(ワイブル分布)
    7. 【必読】指数分布とポアソン分布の関係がよくわかる
    8. 直列系の信頼性・故障率がよくわかる
    9. 並列系の信頼性・故障率がよくわかる
    10. 多数決系の信頼性・故障率がわかる
    11. 【必読】MTBF,MTTFの点推定と推定区間の式がよくわかる
    12. 信頼性における抜取検査はポアソン分布を使う理由がわかる
    13. 正規確率紙がよくわかる
    14. スタージェスの公式がよくわかる
    15. 対数正規確率紙がよくわかる
    16. メジアンランク法がよくわかる
    17. ミーンランク法がよくわかる
    18. ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その1)
    19. ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その2)
    20. 累積ハザード法がよくわかるし、自分で作れる!
    21. ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いがよくわかる
    22. 【まとめ】信頼性工学を究める!

    なので、QC検定対策のための記事はありませんが、本質を解説した記事なので、試験は楽勝に合格できる内容です。

    今回は、
    【まとめ】信頼性工学を究める!

    この記事にリンク先はすべてのQCプラネッツ信頼性工学の記事につながっています!

    ➂信頼性向上が信頼性工学の目的

    信頼性工学を学ぶ目的は?

    単体の信頼性モデルや、数式が難解なため、単体モデルを考えるだけでもハードです。
    だから、

    信頼性工学を学ぶ目的が見失いがち

    さらに、教科書の章立てやページも、説明しやすさを優先するので、信頼性工学を学ぶ目的や目標が見えにくいです。むしろ、手前の数式とかでくじけやすい!

    信頼性工学を学ぶ目的は
    信頼性を向上させる方法を学ぶ!
    つまり、壊れにくい系を考え、数量評価すること!
    信頼性工学を学ぶ目的のために
    基礎となる確率、数学、統計の勉強
    単体の信頼性の評価
    が身に着けておく必要がある!
    信頼性工学に関する本、データをかき集めてファンダメンタルな理論をわかりやすく解説します!

    なお、半導体や電子部品などの実例を解説した本などありますが、どの分野でも自分で考えた確率分布を用いて信頼性評価したいので、ここの解説は省いています。

    QCプラネッツ信頼性工学の記事は50あります。結構ボリュームありますので、じっくり読み進めてください。

    ➃信頼性工学を究めるために必要な記事の紹介

    上から関連記事を読むと理解が進みますが、もちろん読みたい所からでもOKです。

    【信頼性工学】確率密度関数がわかる(指数関数)

    信頼性工学 信頼性工学は自力で説明や式の導出ができますか?公式や内容を暗記しやすい内容ですが、理論は意外と難しい信頼性工学。本記事では数式やモデルを理解しながら大事な信頼性工学を解説していきます。きちっと信頼性工学を勉強したい人は必読です。

    【信頼性工学】確率密度関数がわかる(正規分布)

    信頼性工学_正規分布 信頼性工学は自力で説明や式の導出ができますか?公式や内容を暗記しやすい内容ですが、理論は意外と難しい信頼性工学。本記事ではストレスストリングスモデルを使った正規分布型の関数を解説します。きちっと信頼性工学を勉強したい人は必読です。

    【信頼性工学】ワイブル分布がわかる

    信頼性工学_ワイブル分布 信頼性工学は自力で説明や式の導出ができますか?公式や内容を暗記しやすい内容ですが、理論は意外と難しい信頼性工学。本記事ではワイブル分布の導出や、ワイブル分布の確率密度関数の期待値と分散を導出過程を端折らず解説!。きちっと信頼性工学を勉強したい人は必読です。

    対数正規分布がよくわかる

    信頼性工学_対数正規分布 信頼性工学で使う対数正規分布が説明できますか? 本記事では、正規分布から対数正規分布を導出し、期待値・分散、故障率の変化をわかりやすく解説します。信頼性工学をマスターしたい方は必読です。

    【必読】寿命計算の信頼区間にχ2乗分布を使う理由がよくわかる

    信頼性工学_寿命区間 指数分布に従う製品の寿命の信頼区間を計算するのに、何で自由度倍のχ2乗分布を使うか理由がわかりますか?本記事では理由を丁寧に解説します。単なる公式暗記ではなく、理由を理解することが大事です

    信頼度の点推定と区間推定がわかる(ワイブル分布)

    信頼性工学_ワイブル分布_点推定と区間推定 信頼度の点推定と区間推定が計算できますか。本記事ではワイブル分布における点推定と区間推定をわかりやすく解説します。信頼性工学を勉強したい方は必読です。

    【必読】指数分布とポアソン分布の関係がよくわかる

    信頼性工学_ポアソン分布と指数分布の関係 信頼性工学で扱う指数分布とポアソン分布の関係が説明不足できますか?本記事では、数式を使って両者の関係を導出します。丸暗記せず導出を理解しましょう。

    直列系の信頼性・故障率がよくわかる

    信頼性工学_直列系 直列系の信頼度、故障率、平均寿命は計算できますか。本記事では、わかりやすく解説しています。基本的な内容ですが、信頼度、確率密度関数、MTTFの導出式を理解して、並列系、待機系、多数決系の応用パターンも理解していきましょう。

    並列系の信頼性・故障率がよくわかる

    信頼性工学_並列系 並列系の信頼度、故障率、平均寿命は計算できますか。本記事では、わかりやすく解説しています。基本的な内容ですが、信頼度、確率密度関数、MTTFの導出式を理解して、待機系、多数決系の応用パターンも理解していきましょう。

    多数決系の信頼性・故障率がわかる

    信頼性工学_多数決系 多数決系の信頼度、故障率、平均寿命は計算できますか。本記事では、わかりやすく解説しています。基本的な内容ですが、信頼度、確率密度関数、MTTFの導出式を理解して、多数決系、並列系、待機系の平均寿命の違いが理解できます。

    【必読】MTBF,MTTFの点推定と推定区間の式がよくわかる

    信頼性工学MTTF_MTBF_MTTR MTBF,MTTFの点推定と推定区間の式を無理に暗記していませんか?本記事では、点推定と推定区間の式を導出解説します。定時打切り、定数打切りで自由度が異なったり、変数2Tや自由度2nと2倍を使う理由をわかりやすく解説します。必読です!

    信頼性における抜取検査はポアソン分布を使う理由がわかる

    信頼性工学_抜取検査_ポアソン分布を使う理由 信頼性でも抜取検査することがありますが、なぜポアソン分布型を使うのか説明できますか?本記事では指数分布で信頼性を定義したものをポアソン分布の抜取検査を使ってよい理由を、数式で導出します。導出過程があるのはQCプラネッツだけです。必読です!

    正規確率紙がよくわかる

    信頼性工学_正規確率紙 正規確率紙の使い方や理論を解説します。Excelで済むので、今は不要ですが、平均ランク法や順序統計量、度数分布表などの信頼性工学に必要なエッセンスが詰まっています。信頼性工学を学ぶ方は必読です。

    スタージェスの公式がよくわかる

    信頼性工学_スタージェスの公式 ヒストグラムの区分数を考える1つの方法として、スタージェスの公式を解説します。信頼性工学ではヒストグラムをよく使いますので、紹介します。

    対数正規確率紙がよくわかる

    信頼性工学_対数正規確率紙 対数正規確率紙の使い方や、対数正規分布の平均・分散、メジアンランク法の使い方を解説します。ヒストグラムから対数正規確率紙を使って平均・分散導出する過程を丁寧に解説! 必読です!

    メジアンランク法がよくわかる

    信頼性工学_メジアンランク メジアンランク法は説明できますか? 本記事では順序統計量をベースにメジアンランク法をわかりやすく解説し、実際に解析しながら、公式の理解が深める事ができます。信頼性工学を学ぶ人は必読です。

    ミーンランク法がよくわかる

    信頼性工学_ミーンランク法 ミーンランク法を解説します。ミーンランク法の活用方法や、公式の導出、メジアンランク法との違いをわかりやすく解説!信頼性工学・統計学を学ぶ方は必読です。

    ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その1)

    信頼性工学_ワイブル確率紙1 ワイブル確率紙は使えますか? ワイブル確率紙の目的を理解して、ワイブル確率紙に頼らず自分で解析できますか? 本記事は、ワイブル確率紙を使うために必要なエッセンスをわかりやすく解説します。信頼性工学を学ぶ人は必読です。

    ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その2)

    信頼性工学_ワイブル確率紙2 ワイブル確率紙は使えますか? ワイブル確率紙の目的を理解して、ワイブル確率紙に頼らず自分で解析できますか?本記事は、ワイブル確率紙を使うために必要なエッセンスをわかりやすく解説します。指数分布とワイブル分布について確率紙を使った事例を解説!信頼性工学を学ぶ人は必読です。

    累積ハザード法がよくわかるし、自分で作れる!

    信頼性工学_累積ハザード法1 累積ハザード法を使って、信頼度が計算できますか? 本記事は、累積ハザード法を使ったワイブル分布のフィッティングをわかりやすく解説します。確率紙を使わずに、簡単なグラフから求めるコツを伝授します! 信頼性工学を学ぶ人は必読です。

    ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いがよくわかる

    信頼性工学_ワイブル確率紙と累積ハザード法の違い ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いや、使い分けが説明できますか?本記事では、ワイブル確率紙と累積ハザード法の使い分けをわかりやすく解説します。信頼性工学を学ぶ人は必読です。

    ⑤ブログだった32記事を冊子にまとめました!

    以前、ブログ解説していましたが、1つのPDFにまとめました。勉強に役立ててください。

    No 題名
    1 【信頼性工学】ガンマ分布がわかる
    2 【信頼性工学】二項正規分布がわかる
    3 【必読】ワイブル分布の寿命計算なのにχ2乗分布を使う理由がよくわかる
    4 信頼度の点推定と区間推定がわかる(指数分布)
    5 信頼度の点推定と区間推定がわかる(正規分布)
    6 信頼度の推定方法がわかる(寿命分布なし、区間分け有、打切り無しの場合)
    7 信頼度の推定方法がわかる(寿命分布なし、区間分け有、打切り有りの場合)
    8 待機系の信頼性・故障率がよくわかる
    9 待機系の冷予備系の信頼性・故障率がわかる
    10 待機系の温予備系の信頼性・故障率がわかる
    11 待機系の熱予備系の信頼性・故障率がわかる
    12 要素の故障が非独立な系の信頼性がわかる(非修理系)
    13 要素の故障が非独立な系の信頼性がわかる(完全修理系)
    14 要素の故障が非独立な系の信頼性がわかる(不完全修理系)
    15 【必読】MTTF,MTBFとMTTRが導出できる
    16 【必読】アベイラビリティがよくわかる
    17 並列系のアベイラビリティがよくわかる
    18 直列系のアベイラビリティがよくわかる
    19 並列系のアベイラビリティがよくわかる(修理系の一部が無い場合)
    20 信頼性工学がよくわかる(離散系と連続系まとめて理解できる)
    21 信頼性工学ができる(離散系と連続系まとめて演習)
    22 カプランマイヤー法が理解できる
    23 打切りデータがある場合の信頼度の計算がわかる
    24 ヒストグラムから信頼度が計算できる
    25 信頼性(指数分布)における計数抜取検査がよくわかる
    26 信頼性(指数分布)における計量抜取検査がよくわかる
    27 信頼性(指数分布)における逐次抜取検査がよくわかる
    28 一様分布のメジアンランク法がよくわかる
    29 カプランマイヤー法と累積ハザード法の違いがよくわかる
    30 直列モデルを使った累積ハザード法がよくわかる
    31 (カプランマイヤー法)グリーンウッドの公式導出がわかる
    32 信頼性工学に使う経験分布関数がわかる

    内容は以下です。応用レベルをわかりやすく解説しています。97ページあります。

    この記事を読めば、信頼性工学は究めたと言って過言ではありません!

    まとめ

    「【まとめ】信頼性工学を究める!」を解説しました。

    • ①QC検定で学んだくらいでは何もわかっていないのと同じ
    • ➁信頼性工学は何を学ぶものか?
    • ➂信頼性向上が信頼性工学の目的
    • ➃信頼性工学を究めるために必要な記事の紹介
    • ⑤ブログだった32記事を冊子にまとめました!

  • ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いがよくわかる

    ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いがよくわかる

    「ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いがよくわからない」、と困っていませんか?

    こういう疑問に答えます。

    本記事のテーマ

    ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いがよくわかる
    • ①累積ハザード法の基礎を理解する
    • ➁ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いを理解する
    • ➂同じ問題をワイブル確率紙と累積ハザード法それぞれで解いてみる
    • ➃打切りが無い場合は、両者は同等の結果になる
    • ➄打切りが無い場合は、両者の結果に差が出る
    累積ハザード法がわかると、
    ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いは何か?
    カプランマイヤー法と累積ハザード法の違い何か?
    がわからなくなるので解説します!
    [themoneytizer id=”105233-2″]

    本物の「信頼性工学」問題集を販売します!

    QC検定®1級合格したい方、本物の信頼性工学を学びたい方におススメです。
    【QC検定®合格】「信頼性工学」問題集を販売します! ①QC検定®頻出問題、➁確率分布と順序統計量、➂各確率分布における故障率、➃点推定と区間推定、➄直列系、並列系、待機系、多数決系、⑥独立系と非独立系、⑦アベイラビリティ、⑧確率紙、⑨打切りデータ、⑩信頼性工学と抜取検査の組合せ、10章全54題。しっかり勉強しましょう。

    ①累積ハザード法の基礎を理解する

    まずは、関連記事を読んでください。この記事をベースに本記事は解説しています。

    累積ハザード法がよくわかるし、自分で作れる!
    累積ハザード法を使って、信頼度が計算できますか? 本記事は、累積ハザード法を使ったワイブル分布のフィッティングをわかりやすく解説します。確率紙を使わずに、簡単なグラフから求めるコツを伝授します! 信頼性工学を学ぶ人は必読です。

    ➁ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いを理解する

    違いは何か?

    図のように同じような確率紙を使って、パラメータの値を求めます。
    違いはわかりますか?

    累積ハザード法

    ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いは打切りデータを考慮できるかどうかの違い

    つまり、

    打切りデータが無い場合は、ほぼ同じ結果になるが、
    打切りデータが有る場合は、
    ワイブル確率紙の方は、打切りしない(故障した)データとして扱い
    累積ハザード法は打切りデータとして扱えるため、
    ワイブル確率紙の方が厳し目の結果になってしまう。

    という違いが出ます。

    実際に例題を使って比較しましょう。
    ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いをまとめた記事はQCプラネッツだけ!

    ➂同じ問題をワイブル確率紙と累積ハザード法それぞれで解いてみる

    例題

    関連記事にもある、例題を使ってみましょう。

    サンプル番号 1 2 3 4 5
    時間t 800 350 730 1770 390
    サンプル番号 6 7 8 9 10
    時間t 110 100 160 940 320
    サンプル番号 11 12 13 14 15
    時間t 40 190 590 1260 420
    サンプル番号 16 17 18 19 20
    時間t 250 490 1060 290 630

    【問】
    上の表データを
    (1)ワイブル確率紙
    (2)累積ハザード法
    それぞれの手法で、ワイブル分布にフィッティングした場合の定数を求めよ。
    (注)
    (ここで、ワイブル分布\(R(t)\)=\(exp^{-H(t)}\)において、
    \(H(t)\)=\((\frac{t}{η})^m\)から
    \(log(H(t)\)=\(m(log(t)-log(η))\)として
    定数\(m\)、\(η\)を求めること

    手法、確率分布によらず、順序統計量に従って、データを小さい順に並べ替える

    下表のようになります。これは、ワイブル確率紙、累積ハザード法両方とも同じです。

    サンプル番号 1 2 3 4 5
    時間t 40 100 110 160 190
    サンプル番号 6 7 8 9 10
    時間t 250 290 320 350 390
    サンプル番号 11 12 13 14 15
    時間t 420 490 590 630 730
    サンプル番号 16 17 18 19 20
    時間t 800 940 1060 1260 1770

    ➃打切りが無い場合は、両者は同等の結果になる

    まず、打切りが無い場合を解いてみましょう。

    ワイブル確率紙

    確率を順序統計量に従って、メディアンランク法から計算します。これについては、関連記事で確認ください。

    メジアンランク法がよくわかる
    メジアンランク法は説明できますか? 本記事では順序統計量をベースにメジアンランク法をわかりやすく解説し、実際に解析しながら、公式の理解が深める事ができます。信頼性工学を学ぶ人は必読です。

    確率F= \(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)という式をメディアンランク法から使いますが、公式の導出過程を関連記事で確認してください。

    結果を表にまとめると、

    i data F=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\) R=1-F X(=log(data)) Y(=ln(ln(1/R))
    1 40 0.034 0.966 3.689 -3.355
    2 100 0.083 0.917 4.606 -2.442
    3 110 0.132 0.868 4.701 -1.952
    4 160 0.181 0.819 5.076 -1.609
    5 190 0.23 0.77 5.248 -1.34
    6 250 0.279 0.721 5.522 -1.116
    7 290 0.328 0.672 5.67 -0.921
    8 320 0.377 0.623 5.769 -0.747
    9 350 0.426 0.574 5.859 -0.587
    10 390 0.475 0.525 5.967 -0.438
    11 420 0.525 0.475 6.041 -0.296
    12 490 0.574 0.426 6.195 -0.16
    13 590 0.623 0.377 6.381 -0.026
    14 630 0.672 0.328 6.446 0.108
    15 730 0.721 0.279 6.594 0.243
    16 800 0.77 0.23 6.685 0.384
    17 940 0.819 0.181 6.847 0.535
    18 1060 0.868 0.132 6.967 0.704
    19 1260 0.917 0.083 7.14 0.91
    20 1770 0.966 0.034 7.48 1.216

    ワイブル確率は、上表のX(=log(data))とY(=ln(ln(1/R))の直線グラフから定数\(m\)、\(η\)を求めます。グラフは下図になります。

    ワイブル確率紙

    結果は、
    \(m\)=直線の傾きより=1.233
    \(η\)=593.02
    (\(η\)は y切片 \(m(log(η))\)=7.8706から算出)
    となります。

    累積ハザード法

    累積ハザード法がよくわかるし、自分で作れる!
    累積ハザード法を使って、信頼度が計算できますか? 本記事は、累積ハザード法を使ったワイブル分布のフィッティングをわかりやすく解説します。確率紙を使わずに、簡単なグラフから求めるコツを伝授します! 信頼性工学を学ぶ人は必読です。

    累積ハザードを計算すると、下表になります。

    順位i
    (B)
    逆順位K=n-i+1
    (n=20)
    (C)
    時間ti
    (D)
    打切り有無
    ○⇒0
    ×⇒1
    不良率hi
    1/(逆順位) ×100%
    (E)
    累積ハザード値Hi
    ∑hi
    (F)
    1 20 40 1 1/20 1/20=0.05
    2 19 100 1 1/19 1/20+1/19=0.103
    3 18 110 1 1/18 1/20+1/19+1/18
    =0.158
    4 17 160 1 1/17 0.217
    5 16 190 1 1/16 0.28
    6 15 250 1 1/15 0.346
    7 14 290 1 1/14 0.418
    8 13 320 1 1/13 0.495
    9 12 350 1 1/12 0.578
    10 11 390 1 1/11 0.669
    11 10 420 1 1/10 0.769
    12 9 490 1 1/9 0.88
    13 8 590 1 1/8 1.005
    14 7 630 1 1/7 1.148
    15 6 730 1 1/6 1.314
    16 5 800 1 1/5 1.514
    17 4 940 1 1/4 1.764
    18 3 1060 1 1/3 2.098
    19 2 1260 1 1/2 2.598
    20 1 1770 1 1/1 1/20+1/19+1/18
    +…+1/2+1/1
    =3.598

    累積ハザード法を直線グラフにするために、上の表の色枠をつけた、時間log(ti)
    と、累積ハザード値log(Hi)を使って、下表にまとめます。

    順位i
    (B)
    t H(t) log(t) log(H(t)
    1 800 0.05 3.689 -2.996
    2 350 0.103 4.606 -2.277
    3 730 0.158 4.701 -1.844
    4 1770 0.217 5.076 -1.528
    5 390 0.28 5.248 -1.275
    6 110 0.346 5.522 -1.061
    7 100 0.418 5.67 -0.873
    8 160 0.495 5.769 -0.704
    9 940 0.578 5.859 -0.548
    10 320 0.669 5.967 -0.402
    11 40 0.769 6.041 -0.263
    12 190 0.88 6.195 -0.128
    13 590 1.005 6.381 0.005
    14 1260 1.148 6.446 0.138
    15 420 1.314 6.594 0.273
    16 250 1.514 6.685 0.415
    17 490 1.764 6.847 0.568
    18 1060 2.098 6.967 0.741
    19 290 2.598 7.14 0.955
    20 630 3.598 7.48 1.28

    結果をグラフにまとめると

    累積ハザード法

    結果は、
    \(m\)=直線の傾きより=1.173
    \(η\)=580.24
    (\(η\)は y切片 \(m(log(η)\))=7.4461から算出)
    となります。

    ワイブル確率紙と累積ハザード法を比較

    結果は、

    ワイブル確率紙 累積ハザード法
    \(m\) 1.233 1.173
    \(η\) 593.02 580.24
    ワイブル確率紙でも累積ハザード法でもほぼ同じ結果が出ました!

    グラフでも比較すると、

    累積ハザード法

    打切りデータが無い場合は、ほぼ同じ結果になることがわかりました。

    では、次に、打切りデータが有る場合に、両者の結果に差が出るか確認しましょう。

    ➄打切りが無い場合は、両者の結果に差が出る

    データに打切り有無を追加

    関連記事にもある、例題を使ってみましょう。

    未故障だったデータ、つまり打切りデータある場合は(○)
    故障したデータ、つまり打切りしなかったデータは(×)と表記します。
    サンプル番号 1 2 3 4 5
    時間t 800(○) 350(×) 730(×) 1770(○) 390(×)
    サンプル番号 6 7 8 9 10
    時間t 110(○) 100(×) 160(×) 940(×) 320(×)
    サンプル番号 11 12 13 14 15
    時間t 40(×) 190(×) 590(×) 1260(○) 420(×)
    サンプル番号 16 17 18 19 20
    時間t 250(×) 490(×) 1060(○) 290(×) 630(○)

    【問】
    上の表データを
    (1)ワイブル確率紙
    (2)累積ハザード法
    それぞれの手法で、ワイブル分布にフィッティングした場合の定数を求めよ。
    (注)
    (ここで、ワイブル分布\(R(t)\)=\(exp^{-H(t)}\)において、
    \(H(t)\)=\((\frac{t}{η})^m\)から
    \(log(H(t)\)=\(m(log(t)-log(η))\)として
    定数\(m\)、\(η\)を求めること

    手法、確率分布によらず、順序統計量に従って、データを小さい順に並べ替える

    これは、ワイブル確率紙、累積ハザード法両方とも同じで、打切りデータ有無に関係ありません。同じ表なので、割愛します。

    < h3>ワイブル確率紙

    ワイブル確率紙においては、打切りデータある場合の対処がないため、打切りデータが無い場合と同じ結果になります。

    結果を表にまとめると、

    ワイブル確率は、上表のX(=log(data))とY(=ln(ln(1/R))の直線グラフから定数\(m\)、\(η\)を求めます。グラフは下図になります。

    ワイブル確率紙

    結果は、
    \(m\)=直線の傾きより=1.233
    \(η\)=593.02
    (\(η\)は y切片 \(m(log(η)\))=7.8706から算出)
    となります。

    累積ハザード法

    累積ハザードを計算すると、下表になります。

    順位i
    (B)
    逆順位K=n-i+1
    (n=20)
    (C)
    時間ti
    (D)
    打切り有無
    ○⇒0
    ×⇒1
    不良率hi
    1/(逆順位) ×100%
    (E)
    累積ハザード値Hi
    ∑hi
    (F)
    1 20 40 0 0/20
    2 19 100 1 1/19 0/20+1/19=0.053
    3 18 110 1 1/18 0/20+1/19+1/18=0.108
    4 17 160 0 0/17 0.108
    5 16 190 1 1/16 0.171
    6 15 250 0 0/15 0.171
    7 14 290 1 1/14 0.242
    8 13 320 1 1/13 0.319
    9 12 350 1 1/12 0.402
    10 11 390 1 1/11 0.493
    11 10 420 1 1/10 0.593
    12 9 490 1 1/9 0.704
    13 8 590 1 1/8 0.829
    14 7 630 0 0/7 0.829
    15 6 730 1 1/6 0.996
    16 5 800 1 1/5 1.196
    17 4 940 1 1/4 1.446
    18 3 1060 0 0/3 1.446
    19 2 1260 1 1/2 1.946
    20 1 1770 0 0/1 0/20+1/19+1/18+…+0/3+1/2+0/1=1.946

    累積ハザード法を直線グラフにするために、上の表の色枠をつけた、時間log(ti)
    と、累積ハザード値log(Hi)を使って、下表にまとめます。

    ちなみに、打切り無しのデータを下表の右側にも参考で載せます。打切り有無でデータが変わっているのが分かりますね。

    log(t) log(H(t) log(H(t)
    (打切り無し)
    3.689 -2.996
    4.606 -2.945 -2.277
    4.701 -2.224 -1.844
    5.076 -2.224 -1.528
    5.248 -1.768 -1.275
    5.522 -1.768 -1.061
    5.67 -1.418 -0.873
    5.769 -1.143 -0.704
    5.859 -0.91 -0.548
    5.967 -0.707 -0.402
    6.041 -0.522 -0.263
    6.195 -0.35 -0.128
    6.381 -0.187 0.005
    6.446 -0.187 0.138
    6.594 -0.004 0.273
    6.685 0.179 0.415
    6.847 0.369 0.568
    6.967 0.369 0.741
    7.14 0.666 0.955
    7.48 0.666 1.28

    結果をグラフにまとめると

    累積ハザード法

    結果は、
    \(m\)=直線の傾きより=0.7965
    \(η\)=924.42
    (\(η\)は y切片 \(m(log(η)\))=5.4401から算出)
    となります。

    ワイブル確率紙と累積ハザード法を比較

    結果は、

    ワイブル確率紙 累積ハザード法
    \(m\) 1.233 0.7965
    \(η\) 593.02 924.42
    ワイブル確率紙でも累積ハザード法で、結果に差が出ました。
    mは累積ハザード法の方が低くでました。
    打切り有(未故障)データがあるので、寿命は長くなるはずだから、妥当な結果ですよね。
    ηは累積ハザード法の方が長くでました。
    打切り有(未故障)データがあるので、寿命は長くなるはずだから、妥当な結果ですよね。

    グラフでも比較すると、

    累積ハザード法

    打切りデータがあると、ワイブル確率紙は寿命が短いという厳しい評価をするために、累積ハザード法を使う必要があることがよくわかりますね。

    まとめ

    「ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いがよくわかる」を解説しました。

    • ①累積ハザード法の基礎を理解する
    • ➁ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いを理解する
    • ➂同じ問題をワイブル確率紙と累積ハザード法それぞれで解いてみる
    • ➃打切りが無い場合は、両者は同等の結果になる
    • ➄打切りが無い場合は、両者の結果に差が出る

  • 累積ハザード法がよくわかるし、自分で作れる!

    累積ハザード法がよくわかるし、自分で作れる!

    「累積ハザード法がよくわからない」、と困っていませんか?

    こういう疑問に答えます。

    本記事のテーマ

    累積ハザード法がよくわかるし、自分で作れる!
    • ①ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いを理解する
    • ➁指数分布を確率紙で考える
    • ➂カプランマイヤー法、ワイブル確率紙、累積ハザード法の違いを理解する(その2へ)
    累積ハザード法も自分でグラフ描いてフィッティングできます
    [themoneytizer id=”105233-2″]

    本物の「信頼性工学」問題集を販売します!

    QC検定®1級合格したい方、本物の信頼性工学を学びたい方におススメです。
    【QC検定®合格】「信頼性工学」問題集を販売します! ①QC検定®頻出問題、➁確率分布と順序統計量、➂各確率分布における故障率、➃点推定と区間推定、➄直列系、並列系、待機系、多数決系、⑥独立系と非独立系、⑦アベイラビリティ、⑧確率紙、⑨打切りデータ、⑩信頼性工学と抜取検査の組合せ、10章全54題。しっかり勉強しましょう。

    ①ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いを理解する

    累積ハザード法とは

    「累積ハザード法」単体で説明されることが多いですが、

    ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いが最後までわからないはずなので、違いがわかるように最初から書きます。
    累積ハザード法とは、未故障データ(打切りデータ)を打切りデータとして扱ってよい手法

    ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いを理解する

    ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いは、教科書的には、

    ワイブル確率紙とは、未故障データ(打切りデータ)を故障データとみなして扱う手法(打切りデータそのものは扱えない)
    累積ハザード法とは、未故障データ(打切りデータ)を打切りデータとして扱ってよい手法(打切りデータそのもの扱える)

    QCプラネッツ、個人的には、どちらでも差はないとみています。
    フィッティングして求める手法であり、精度もそれほど高いものでもないからです。
    モデルで故障時間を推定しても、本当にその時間で故障するかなんてわからんし、おまじない程度です。

    大事なのは、違いを理解することです!理解せずにやり方だけ知っているとならないよう注意しましょう。

    ➁累積ハザード法の使い方がわかる

    ハザード関数、累積ハザード関数とは

    信頼度\(R(t)\)を
    ●\(R(t)\)=\(exp(-\displaystyle \int_{0}^{t} λ(t)dt)\)
    ここで、
    ●\(R(t)\)=\(exp(-H(t)\)
    \(H(t)\)=\( \displaystyle \int_{0}^{t} λ(t)dt \)
    とおくと、

    ●\(λ(t)dt \)をハザード関数
    ●\(H(t)\)=\( \displaystyle \int_{0}^{t} λ(t)dt \)を累積ハザード関数
    と定義します。

    累積ハザードでは、実データをもとに、ハザード関数、累積ハザード関数を使います。
    実際は、

    ●\(λ(t)dt \)=\(\frac{(t_i,t_i+Δt)における故障数}{t_iの直前における未故障データ数}\)
    ●\(H(t)\)=\( \sum_{i=1}^{l} \frac{(t_i,t_i+Δt)における故障数}{t_iの直前における未故障データ数}\)
    とて計算します。

    【ここを理解せよ!】ハザード関数、累積ハザード関数を使う理由

    ここで、大事なのは、

    ●\(λ(t)dt \)をハザード関数
    ●\(H(t)\)=\( \displaystyle \int_{0}^{t} λ(t)dt \)を累積ハザード関数
    は、未故障データ(打切りデータ)を打切りデータとして扱ってよい手法(打切りデータそのもの扱える)ことです。
    これがわからないと、何でワイブル確率紙じゃダメなの?と理解できない!
    ここを教科書では説明していない!

    【ここを理解せよ!】ハザード関数、累積ハザード関数を使う理由

    関連記事の「カプランマイヤー法」という全く別の手法の解説にヒントがあります。

    カプランマイヤー法が理解できる(その2)
    信頼性工学で「打切りデータ」を扱う際、カプランマイヤー法を使いますが、カプランマイヤーの式は導出できますか? 本記事では、公式暗記しがちなカプランマイヤーの式を丁寧に導出します。信頼性工学を学ぶ人は必読です。

    ハザード関数がポイント!

    ●ハザード関数
    \(λ(t)\)= \( \displaystyle \lim_{Δt \to 0} \frac{1}{Δt}\)\((Pr(t \leq T \leq t+Δt|T \geq t)) \)

    ここで、2つの独立した確率分布T,Uを用意します。
    ●T:生存時間確率分布(打切りなし)
    ●U:打切り時間確率分布(打切りあり)

    「打切りデータ」も考慮できるポイントは、
    条件付き確率で、打切りなしの確率Tに、打切りなしの確率Uの式を分母分子に掛け算して整理すると、合成することができる!
    つまり、 打切りあり、なしを区別しても合成してハザード関数が扱える性質を活かして、累積ハザード法を使っている点を理解しましょう。

    実例を使って累積ハザード法の使い方をマスターする

    では、データを用意します。

    サンプル番号 1 2 3 4 5
    時間t 800(○) 350(×) 730(×) 1770(○) 390(×)
    サンプル番号 6 7 8 9 10
    時間t 110(○) 100(×) 160(×) 940(×) 320(×)
    サンプル番号 11 12 13 14 15
    時間t 40(×) 190(×) 590(×) 1260(○) 420(×)
    サンプル番号 16 17 18 19 20
    時間t 250(×) 490(×) 1060(○) 290(×) 630(○)

    累積ハザード法を使って、信頼度関数を作ってみましょう。ただし、上の○×は
    ○:故障無しで打切り有データ
    ×:故障有りデータ
    として、打切り有無両方のケースを含むとします。

    累積ハザード法を使って、信頼度関数を作る

    下ごしらえをします。

    1. 不良率λを計算するために、逆順位K=n-i+1を計算
    2. 不良率λは、逆順位Kの逆数
    3. 累積ハザードHiを計算
    サンプル
    番号
    (A)
    順位i
    (B)
    逆順位
    K=n-i+1
    (n=20)
    (C)
    時間ti
    (D)
    打切り
    有無
    ○⇒0
    ×⇒1
    不良率hi
    1/(逆順位) ×100%
    (E)
    累積ハザード値Hi
    ∑hi
    (F)
    11 1 20 40 0 0/20 0/20=0
    7 2 19 100 1 1/19 0/20+1/19=0.053
    6 3 18 110 1 1/18 0/20+1/19+1/18=0.108
    8 4 17 160 0 0/17 =0.108
    12 5 16 190 1 1/16 =0.171
    16 6 15 250 0 0/15 =0.171
    19 7 14 290 1 1/14 =0.242
    10 8 13 320 1 1/13 =0.319
    2 9 12 350 1 1/12 =0.402
    5 10 11 390 1 1/11 =0.493
    15 11 10 420 1 1/10 =0.593
    17 12 9 490 1 1/9 =0.704
    13 13 8 590 1 1/8 =0.829
    20 14 7 630 0 0/7 =0.829
    3 15 6 730 1 1/6 =0.996
    1 16 5 800 1 1/5 =1.196
    9 17 4 940 1 1/4 =1.446
    18 18 3 1060 0 0/3 =1.446
    14 19 2 1260 1 1/2 =1.946
    4 20 1 1770 0 0/1 0/20+1/19+1/18+…+1/2+0/1=1.946

    どの確率分布にフィッティングするか?

    今回は、ワイブル分布にフィッティングさせます!

    ワイブル分布は、
    \(R(t)\)=\(exp^{-H(t)}\)
    \(H(t)\)=\((\frac{t}{η})^m\)
    ですね。

    で、\(H(t)\)と\(t\)の値は、上の表からすでに計算ができています。
    これを直線で定数\(η\)、\(m\)の値を求めるので、
    \(H(t)\)=\((\frac{t}{η})^m\)を直線化します。

    両辺を対数logで取ると、
    \(log(H(t))\)=\(m(logt-logη)\)
    ●\(Y\)=\(log(H(t))\)
    ●\(X\)=\(logt\)
    ●\(n\)=\(-m(logη)\)
    として、直線で定数\(η\)、\(m\)の値を求めましょう。

    グラフに必要な表を作るため、上の表の\(t\),\(H(t)\)に対数logを取った値をいれます。

    順位i
    (B)
    t H(t) log(t) log(H(t)
    1 800 0 3.689
    2 350 0.053 4.606 -2.945
    3 730 0.108 4.701 -2.224
    4 1770 0.108 5.076 -2.224
    5 390 0.171 5.248 -1.768
    6 110 0.171 5.522 -1.768
    7 100 0.242 5.67 -1.418
    8 160 0.319 5.769 -1.143
    9 940 0.402 5.859 -0.91
    10 320 0.493 5.967 -0.707
    11 40 0.593 6.041 -0.522
    12 190 0.704 6.195 -0.35
    13 590 0.829 6.381 -0.187
    14 1260 0.829 6.446 -0.187
    15 420 0.996 6.594 -0.004
    16 250 1.196 6.685 0.179
    17 490 1.446 6.847 0.369
    18 1060 1.446 6.967 0.369
    19 290 1.946 7.14 0.666
    20 630 1.946 7.48 0.666

    ここから、\(X=log(t)\)、\(Y=log(H(t)\)
    として、直線を描きます。

    累積ハザード法

    両辺を対数logで取ると、
    ●\(m\)=0.7965
    ・\(n\)=-5.44=\(-m(logη)\)より
    ●\(η\)=924.4
    となります。

    累積ハザード法も確率紙があるが、手法を理解する方が大事

    ちなみに、累積ハザード法も確率紙があります。

    累積ハザード法

    ただ、

    解き方を理解すれば、確率紙は不要。
    計算機がない時代は重宝されたが、今は自力で解ける!

    ➂カプランマイヤー法、ワイブル確率紙、累積ハザード法の違いを理解する(その2へ)

    慣れると気づくこの疑問

    さて、累積ハザード法を理解すると、絶対気づくこの疑問!

    ワイブル確率紙、累積ハザード法の違いは何?

    累積ハザード法

    図見ると、見た目同じだけど

    さらに、累積ハザード法を理解すると、絶対気づくこの疑問!

    打切り有無ってカプランマイヤー法もあるけど、累積ハザード法の違いは何?

    となるはず。

    次の関連記事で解説!

    では、次に参りましょう。

    まとめ

    「累積ハザード法がよくわかるし、自分で作れる!」を解説しました。

    • ①ワイブル確率紙と累積ハザード法の違いを理解する
    • ➁指数分布を確率紙で考える
    • ➂カプランマイヤー法、ワイブル確率紙、累積ハザード法の違いを理解する

  • ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その2)

    ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その2)

    「ワイブル確率紙がよくわからない」、と困っていませんか?

    こういう疑問に答えます。

    本記事のテーマ

    ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その2)
    • ①試験出題パターンが解けても本質は理解していない(その1)
    • ➁確率紙は順序統計量から入るもの(その1)
    • ➂確率紙の考え方がわかる(その1)
    • ➃確率紙は自分で作れる(指数分布を例に)
    • ➄確率紙は自分で作れる(ワイブル分布を例に)
    • ⑥自分で作った確率紙とワイブル確率紙でも同じ結果が得られる!

    本物の「信頼性工学」問題集を販売します!

    QC検定®1級合格したい方、本物の信頼性工学を学びたい方におススメです。
    【QC検定®合格】「信頼性工学」問題集を販売します! ①QC検定®頻出問題、➁確率分布と順序統計量、➂各確率分布における故障率、➃点推定と区間推定、➄直列系、並列系、待機系、多数決系、⑥独立系と非独立系、⑦アベイラビリティ、⑧確率紙、⑨打切りデータ、⑩信頼性工学と抜取検査の組合せ、10章全54題。しっかり勉強しましょう。

    ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その1)
    ワイブル確率紙は使えますか? ワイブル確率紙の目的を理解して、ワイブル確率紙に頼らず自分で解析できますか? 本記事は、ワイブル確率紙を使うために必要なエッセンスをわかりやすく解説します。信頼性工学を学ぶ人は必読です。

    ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その1)で解説した通り、4つの流れで解けば、確率紙を使わなくても解ける!

    ワイブル確率紙

    ワイブル確率紙

    ワイブル確率紙

    ワイブル確率紙

    では、実際に解いてみましょう!
    [themoneytizer id=”105233-2″]

    ➃確率紙は自分で作れる(指数分布を例に)

    まず、順序統計量

    確率分布によらず、データを大きさ順に並べると順序統計量として扱ってOK!

    メジアンランク法やミーンランク法で、順序統計量に沿って確率Pを求めます。

    ワイブル確率紙

    下ごしらえは順序統計量でできる
    確率分布は一切関係ない!

    指数分布のプロット化

    指数分布の式を用意します。
    \(R(t)=exp^{-λt}\)

    直線型に変換します!

    ワイブル確率紙

    ワイブル確率紙

    両辺、logを取ると
    \(log R(t)\)=\(-λt\)
    マイナスを消します。
    \(log{\frac{1}{R(t)}}\)= \(λt\)

    よって、
    \(log{\frac{1}{R(t)}}\)= \(λt\)
    で、
    \(Y=log{\frac{1}{R(t)}}\),\(t=X\)とおくと、
    \(Y=λt\)
    という原点を通る直線にプロットすることができます。

    【重要】変数の対応を確認!

    式がいろいろ出てきたので、変数の対応を図で確認しましょう。

    ワイブル確率紙

    F(t)はメジアンランク法やミーンランク法から求めて、
    R(t)=1-F(t)の関係からR(t)が計算できます。

    確率分布の式を直線型に変換したので、それに対応して計算します。

    昭和の時代は、計算機が無かったから、ワイブル確率紙が必須だった。
    でも、今はExcel、関数電卓、スマホからlogの計算が楽勝にできる!
    だから、ワイブル確率紙の使い方より、ワイブル分布の定数の導出方法や理論を理解する方が大事なんです!

    例題で確認

    データを用意します。

    10個のデータを指数分布の確率紙にプロットせよ。
    1.1、0.2、2.1、0.5、3.4、2.5、2.8、0.8、0.4、1.6

    小さい順に並べて、メジアンランク法から確率を導出

    データを並び替えると、
    0.2、0.4、0.5、0.8、1.1、1.6、2.1、2.5、2.8、3.4
    です。

    これをメジアンランク法で確率を計算しましょう。(メジアンランク法でもミーンランク法でもOKですが、)

    i データ F
    (メジアンランク法)
    F=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)
    1 0.2 0.067
    2 0.4 0.163
    3 0.5 0.26
    4 0.8 0.356
    5 1.1 0.452
    6 1.6 0.548
    7 2.1 0.644
    8 2.5 0.74
    9 2.8 0.837
    10 3.4 0.933

    これは図でいうと、

    ワイブル確率紙

    変数を対応させて直線プロットを描く

    変数の関係は、

    ●変数の関係は、
    ・\(R(t)=1-F(t)\)
    ・\(X=t=(data)\)
    ・\(Y=log(\frac{1}{R(t)})= log(\frac{1}{1-F(t)})\)

    計算結果を表にまとめると、

    i data F R=1-F X Y
    1 0.2 0.067 0.933 0.2 0.07
    2 0.4 0.163 0.837 0.4 0.179
    3 0.5 0.26 0.74 0.5 0.301
    4 0.8 0.356 0.644 0.8 0.44
    5 1.1 0.452 0.548 1.1 0.601
    6 1.6 0.548 0.452 1.6 0.794
    7 2.1 0.644 0.356 2.1 1.034
    8 2.5 0.74 0.26 2.5 1.349
    9 2.8 0.837 0.163 2.8 1.811
    10 3.4 0.933 0.067 3.4 2.699

    データをプロットします。指数分布の場合は、原点を通る直線ですね。

    ワイブル確率紙

    指数分布にあてはめよう

    図より、
    Y=0.6389xなので、λ=0.6389となります。
    よって、指数分布は\(y=exp^{-0.6389t}\)
    となります。(マイナスがあるのを注意しましょう。)

    理論がわかれば、簡単なグラフから確率分布のパラメータが求めることがわかりましたね!ワイブル分布も同様に解けます!

    ➄ワイブル分布をワイブル確率紙で考える

    まず、順序統計量

    確率分布によらず、データを大きさ順に並べると順序統計量として扱ってOK!

    メジアンランク法やミーンランク法で、順序統計量に沿って確率Pを求めます。

    ワイブル確率紙

    下ごしらえは順序統計量でできる
    確率分布は一切関係ない!

    ワイブル分布のプロット化

    ワイブル分布の式を用意します。
    \(R(t)\)=\(exp(-(\frac{t}{η})^m )\)

    直線型に変換します!

    ワイブル確率紙

    ワイブル確率紙

    両辺、logを取ると
    \(log R(t)\)=\( -(\frac{t}{η})^m \)
    マイナスを消します。
    \(log{\frac{1}{R(t)}}\)= \( (\frac{t}{η})^m \)

    もう1回対数logをとります。
    \(loglog{\frac{1}{R(t)}}\)= \( m(logt -logη)\)

    よって、
    \(loglog{\frac{1}{R(t)}}\)= \( m(logt -logη)\)<
    で、
    \(Y= loglog{\frac{1}{R(t)}}\),\( logt =X\)、\( n=-mlogη\)とおくと、
    \(Y=mX+n\)
    という直線にプロットすることができます。

    【重要】変数の対応を確認!

    式がいろいろ出てきたので、変数の対応を図で確認しましょう。

    ワイブル確率紙

    F(t)はメジアンランク法やミーンランク法から求めて、
    R(t)=1-F(t)の関係からR(t)が計算できます。

    確率分布の式を直線型に変換したので、それに対応して計算します。

    昭和の時代は、計算機が無かったから、ワイブル確率紙が必須だった。
    でも、今はExcel、関数電卓、スマホからlogの計算が楽勝にできる!
    だから、ワイブル確率紙の使い方より、ワイブル分布の定数の導出方法や理論を理解する方が大事なんです!

    例題で確認

    データを用意します。

    10個のデータを指数分布の確率紙にプロットせよ。
    1.1、0.2、2.1、0.5、3.4、2.5、2.8、0.8、0.4、1.6

    小さい順に並べて、メジアンランク法から確率を導出

    データを並び替えると、
    0.2、0.4、0.5、0.8、1.1、1.6、2.1、2.5、2.8、3.4
    です。

    これをメジアンランク法で確率を計算しましょう。(メジアンランク法でもミーンランク法でもOKですが、)

    i データ F
    (メジアンランク法)
    F=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)
    1 0.2 0.067
    2 0.4 0.163
    3 0.5 0.26
    4 0.8 0.356
    5 1.1 0.452
    6 1.6 0.548
    7 2.1 0.644
    8 2.5 0.74
    9 2.8 0.837
    10 3.4 0.933
    ●この表は、指数分布の例と同じです。
    不信頼度はメジアンランク法かミーンランク法で求めるので、
    確率分布によらず、同じ結果であることが大事です。

    変数を対応させて直線プロットを描く

    変数の関係は、

    ●変数の関係は、
    ・\(R(t)=1-F(t)\)
    ・\(X=log t=log(data)\)
    ・\(Y=log(log(\frac{1}{R(t)}))= log(log(\frac{1}{1-F(t)}))\)
    ・\(m\)は直線の傾き
    ・\(n=mlogη\)から\(η\)を算出

    ちょっと、換算式が複雑ですが、ここが大事で、ワイブル確率紙が何をやっている紙なのかを理解するポイントです。理解するポイントがわかれば、別に、ワイブル確率紙を使わなくても、簡単なグラフで直線にできます!

    計算結果を表にまとめると、

    i data F R=1-F X(=log(data)) Y(=ln(ln(1/R))
    1 0.2 0.067 0.933 -1.61 -2.664
    2 0.4 0.163 0.837 -0.916 -1.723
    3 0.5 0.26 0.74 -0.693 -1.202
    4 0.8 0.356 0.644 -0.223 -0.822
    5 1.1 0.452 0.548 0.095 -0.509
    6 1.6 0.548 0.452 0.47 -0.23
    7 2.1 0.644 0.356 0.742 0.033
    8 2.5 0.74 0.26 0.916 0.299
    9 2.8 0.837 0.163 1.03 0.594
    10 3.4 0.933 0.067 1.224 0.993

    データをプロットします。ワイブル分布の場合は、y=mx+nの直線ですね。

    ワイブル確率紙

    指数分布にあてはめよう

    図より、
    Y=1.1695x-0.6441なので、
    ・\(m\)=1.1695
    ・\(n=mlogη\)=0.6441 より、\(η\)=1.734

    ワイブル分布は
    \(R(t)=exp(-(\frac{t}{1.734})^1.1695)\)

    理論がわかれば、簡単なグラフから確率分布のパラメータが求めることがわかりましたね!ワイブル分布も同様に解けます!

    ワイブル確率紙を使った結果と比較

    ワイブル確率紙を使った結果を、簡単なグラフにすると、下図のようになり、

    ワイブル確率紙

    上の計算結果と比較すると、
    ・\(m\)=1.2(1.1695と近い結果)
    ・\(η\)=1.5(1.734と近い結果)
    両者とも、ほぼ同じ値が算出できたことがわかります!

    途中の計算が嫌なら、ワイブル確率紙を使えばいいけど、
    理論を理解して自分で計算できるなら、慣れるまで時間がかかるワイブル確率紙を使わなくてもいい
    ワイブル確率紙も自力でも使えるようになれば完璧ですね!

    まとめ

    「ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その2)」を解説しました。

    • ①試験出題パターンが解けても本質は理解していない(その1)
    • ➁確率紙は順序統計量から入るもの(その1)
    • ➂確率紙の考え方がわかる(その1)
    • ➃確率紙は自分で作れる(指数分布を例に)
    • ➄確率紙は自分で作れる(ワイブル分布を例に)
    • ⑥自分で作った確率紙とワイブル確率紙でも同じ結果が得られる!

  • ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その1)

    ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その1)

    「ワイブル確率紙がよくわからない」、と困っていませんか?

    こういう疑問に答えます。

    本記事のテーマ

    ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その1)
    • ①試験出題パターンが解けても本質は理解していない
    • ➁確率紙は順序統計量から入るもの
    • ➂確率紙の考え方がわかる
    • ➃確率紙は自分で作れる(指数分布を例に)(その2)
    • ➄確率紙は自分で作れる(ワイブル分布を例に) (その2)
    • ⑥自分で作った確率紙とワイブル確率紙でも同じ結果が得られる! (その2)
    QC検定®1級によく出るワイブル確率紙ですが、使い方だけ勉強しても本質まで理解できません。

    本物の「信頼性工学」問題集を販売します!

    QC検定®1級合格したい方、本物の信頼性工学を学びたい方におススメです。
    【QC検定®合格】「信頼性工学」問題集を販売します! ①QC検定®頻出問題、➁確率分布と順序統計量、➂各確率分布における故障率、➃点推定と区間推定、➄直列系、並列系、待機系、多数決系、⑥独立系と非独立系、⑦アベイラビリティ、⑧確率紙、⑨打切りデータ、⑩信頼性工学と抜取検査の組合せ、10章全54題。しっかり勉強しましょう。

    ●商標使用について、
    ①QC検定®と品質管理検定®は、一般財団法人日本規格協会の登録商標です。
    ➁このコンテンツは、一般財団法人日本規格協会の承認や推奨、その他の検討を受けたものではありません。
    ➂QCプラネッツは、QC検定®と品質管理検定®の商標使用許可を受けています。
    ほとんどの教科書は、
    ワイブル分布はしっかり記述するが、
    確率紙のエッセンスである順序統計量の内容は
    あいまいな記述が多い
    今の時代、確率紙は不要です。関数電卓やExcelで対数計算すればいいから
    むしろ考え方をしっかり理解してほしい
    確率紙の本質を理解して、
    順序統計量→確率分布の流れと理解し、
    ワイブル分布以外の確率分布も対応できるように
    解説します!
    [themoneytizer id=”105233-2″]

    ①試験出題パターンが解けても本質は理解していない<

    QC検定®受験対策は重要だけど

    ワイブル分布やワイブル確率紙を勉強する人のほとんどが、大学の勉強やQC検定®受験のためでしょう。

    テストに出るから、テストの出題パターンに沿って勉強する人がほとんど。

    でも、勉強する上で、次の観点で疑問に思って欲しいです。

    1. 今の時代に確率紙は必要か? (不要です!)
    2. 「データを大きさ順に並べて、F=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)で確率を求める」って何だ?
    3. ワイブル確率紙を勉強しているが、他の確率分布でも活用できないか?

    そりゃ、試験では、

    1. ワイブル確率紙のプロットの仕方
    2. パラメータの値を確率紙から求める方法
    3. B10ライフの求め方

    が解ければOKですが、ここは、本質ではありません。試験対策で学んだ後、振り返ると「何でこう解くのか?」がわかっていないことに気が付きます。

    ➁確率紙は順序統計量から入るもの

    確率分布から確率紙を入ってはいけない!

    ワイブル分布の式が難しいから、確かに、確率分布から確率紙を入ります。で、さらっと、
    「データを大きさ順に並べて、F=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)で確率を求める」は暗記して、受験対策しますよね

    ダメです!
    ここで、疑問に思って欲しい
    何で、データをプロットする重要な所に、確率分布に関係のない、 「データを大きさ順に並べて、F=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)で確率を求める」のか?
    確率分布に関係のない、 「データを大きさ順に並べて、F=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)で確率を求める」ことが、確率紙の最初のstepです。

    では、何で、確率分布と関係のないプロット方法をやってよいか?を解説します。

    データを大きさ順に並べて簡単な式で確率を求める所が確率紙の肝

    このからくりが、「順序統計量」ですね。

    データを大きさ順に並べると、数学的に統計量として扱うことができ、その確率が順序統計量から求めることができる。これは、データがどんな確率分布に属していても1つの数式で表現できる

    これが、

    確率分布に関係のない、 「データを大きさ順に並べて、F=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)で確率を求める」ことが、確率紙の最初のstepです。

    順序統計量→確率分布の流れで確率紙を理解する

    なので、確率紙は、以下の流れで理解しましょう。ワイブル確率紙の具体的な解法はまだ先でよいです。

    1. 順序統計量を理解する
    2. データを大きさ順に並べると順序統計量から確率が計算できる
    3. 確率紙でデータと確率をプロットした後、データに属する確率分布を好きに振り分ける

    でも、ほとんどの教科書は逆の手順で説明しますよね。だから、解き方がわかっても、意味がわからない!

    1. データに属する確率分布を説明する
    2. データを大きさ順に並べると確率が計算してもいいとさらっと説明
    3. 確率紙のプロット方法を丁寧に解説

    教科書勉強しただけでは、本質までたどり着きません。なので、本記事で解説しています。

    順序統計量からメジアンランク法やミーンランク法が出て来る

    確率分布に関係のない、 「データを大きさ順に並べて、F=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)で確率を求める」ことが、確率紙の最初のstepです。
    F=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)
    はどこから出て来るんや?
    とツッコんでください。これが勉強!

    QCプラネッツでは、順序統計量からメジアンランク法・ミーンランク法までを網羅して解説しています。関連記事のリンクを上げます。一回は目を通してください。

    勉強してほしい関連記事














    「QCを学ぶ」=「順序統計量をマスターする」と言っても過言ではない!
    でも順序統計量は難しいからみんな避けてしまう
    だから本質が理解しにくくなる!

    では、ワイブル確率紙に入る前に、指数分布の確率紙を考えてみましょう。簡単な関数でウォーミングアップして、本題のワイブル確率紙に入りましょう。

    ➂確率紙の考え方がわかる

    ワイブル確率紙だけ勉強するな!

    ワイブル確率紙だけ知っているのは、単なる受験対策って感じですよね。自分で考えて使いこなせるようになりましょう。

    しつこく書きましたが、

    基本は、順序統計量→確率分布の順で確率紙を理解する!

    確率紙は今は不要、だけどエッセンスは理解すべき

    今の時代、関数電卓もExcelなどの電子ツールがたくさんあります。スマホでも確率紙の計算はできる時代です。

    今さら確率紙で何を理解する?
    確率紙の使い方より、考え方ですよ!
    確率紙の考え方を鍛えましょう

    確率紙で考える

    ポイントは、

    1. データは順序に並べて、順序統計量からyの確率を求める
    2. 直線型にすると確率分布のパラメータ値が求めやすい

    流れを図で説明します。

    ワイブル確率紙

    ワイブル確率紙

    ワイブル確率紙

    ワイブル確率紙

    指数分布を確率紙にプロットせよ!
    って教科書には出てこない「この問い」ができますか?

    確率紙の考え方がわかっていれば、簡単ですよね! 使い方しか覚えていないと応用が利かないはず。

    では、実際に、指数分布とワイブル分布の両方を例に、確率紙の使い方を理解しましょう。
    (その2)に参りましょう。

    まとめ

    「ワイブル確率紙がよくわかるし、自分で作れる!(その1)」を解説しました。

    • ①試験出題パターンが解けても本質は理解していない
    • ➁確率紙は順序統計量から入るもの
    • ➂確率紙の考え方がわかる
    • ➃確率紙は自分で作れる(指数分布を例に)(その2)
    • ➄確率紙は自分で作れる(ワイブル分布を例に) (その2)
    • ⑥自分で作った確率紙とワイブル確率紙でも同じ結果が得られる! (その2)

  • ミーンランク法がよくわかる

    ミーンランク法がよくわかる

    「ミーンランク法がよくわからない」、と困っていませんか?

    こういう疑問に答えます。

    本記事のテーマ

    ミーンランク法がよくわかる
    • ①確率Fは順序統計量から求める
    • ➁ミーンランク法がわかる
    • ➂ミーンランク法を解く
    • ➃メジアンランク法とミーンランク法はどっちを使えばいいの?
    確率紙を学ぶには、順序統計量を理解しておく必要があります。
    [themoneytizer id=”105233-2″]

    本物の「信頼性工学」問題集を販売します!

    QC検定®1級合格したい方、本物の信頼性工学を学びたい方におススメです。
    【QC検定®合格】「信頼性工学」問題集を販売します! ①QC検定®頻出問題、➁確率分布と順序統計量、➂各確率分布における故障率、➃点推定と区間推定、➄直列系、並列系、待機系、多数決系、⑥独立系と非独立系、⑦アベイラビリティ、⑧確率紙、⑨打切りデータ、⑩信頼性工学と抜取検査の組合せ、10章全54題。しっかり勉強しましょう。

    ①確率Fは順序統計量から求める

    何で、小さい順にデータを並べるの?

    正規確率紙やワイブル確率紙を使う場合、データを大きさ順に並び替えますよね!

    何で、データを大きさ順に並び替える必要があるか説明できますか?

    順序統計量の性質を活用するため

    答えは

    データを大きさ順に並び替える理由は、順序統計量の性質を活用するため

    ところが、

    教科書などは、確率分布がメインで、
    「確率紙はデータを大きさ順に並び替えます(順序統計量という)」
    くらいの一言で、
    「\(F=\frac{i-0.3}{n+0.4}\)を使う」
    といきなり式が出て来ますよね!
    何じゃこりゃ!
    順序統計量って何?
    でも試験には出題されないから、無視してワイブル確率紙を勉強しよう!となりがち

    ちゃんと勉強すると、順序統計量の壁にぶちあたります。

    順序統計量を復習しながら確率紙を理解しましょう。

    順序統計量の復習

    順序統計量を使って、確率を算出する式を使います。この解説は関連記事にありますので、ご確認ください。

    順序統計量の同時確率密度関数の導出がよくわかる
    順序統計量が説明できますか?本記事では、順序統計量の同時分布の確率密度関数をわかりやすく解説します。教科書読んでもわからない方は必読です。

    式を理解する重要なポイント

    データ\(t_1\),\(t_2\),…\(t_i\),…\(t_n\)は大きさ順に並んでいるとします。
    (ここで、何で? とツッコんでください! 順序統計量だな!と読みましょう!)

    \(t_1\) < \(t_2\) < \(t_i\) < … < \(t_n\)
    の各母集団が下図のように分布しているとして、

    メジアンランク法

    \(F_i\)が\(F\)~\(F+dF\)の間を取る確率を\(g(F)dF\)とすると、

    \(g(F)dF\)=\(\frac{n!}{(i-1)!1!(n-i)!} F^{i-1}(1-F)^{n-i}dF\)

    式が難解なので、イメージを解説すると、

    順序統計量

    の左、真ん中、右の確率を掛け算した式となります。詳細は関連記事に書いています。

    順序統計量の同時確率密度関数の導出がよくわかる
    順序統計量が説明できますか?本記事では、順序統計量の同時分布の確率密度関数をわかりやすく解説します。教科書読んでもわからない方は必読です。

    \(g(F)dF\)=\(\frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} F^{i-1}(1-F)^{n-i}dF\)
    の式が、メジアンランク法やミーンランク法の出発点です!
    順序統計量はムズイからパスしたい!
    試験やテストなら無視でもいいけど、
    実務で活用するなら順序統計量の学びは必須です。
    QC(品質管理)の数理は結構、順序統計量が出て来ます。

    ➁ミーンランク法がわかる

    ミーンランク法とは

    「ミーン」とは、平均値なので、平均値について計算します。

    \(g(F)dF\)=\(\frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} F^{i}(1-F)^{n-i}dF\)の積分値が対象とする確率(P=0.5など)を満たすための、変数\(F,n,i\)を求めること
    積分区間を、0から1とする方法が「ミーンランク法」で
    なお、0からメジアンとする方法が「メジアンランク法」です。

    【重要】ミーンランク法の注意点

    メジアンランク法と比較すると2点注意が必要です。

    メジアンランク法は関連記事で解説しています。まず確認しましょう。

    メジアンランク法がよくわかる
    メジアンランク法は説明できますか? 本記事では順序統計量をベースにメジアンランク法をわかりやすく解説し、実際に解析しながら、公式の理解が深める事ができます。信頼性工学を学ぶ人は必読です。

    一様分布のメジアンランク法がよくわかる
    メジアンランク法で求める確率は計算できますか?本記事では、一様分布と順序統計量を使って、自力でメジアンランク法の確率を計算します。メジアンランク法の理解を高めたい方は必読です。

    ●メジアンランク法
    P= \(\displaystyle \int_{0}^{\tilde{F}} g(F)dF\)
    ●ミーンランク法
    P= \(\displaystyle \int_{0}^{1} Fg(F)dF\)

    違いがわかりますか?

    メジアンランク法とミーンランク法の違い

    1. 積分区間が違う(0-1か、0-x(xは1以下)
    2. 積分式の\(F\)を1つ多いのがミーンランク法

    積分区間が異なるから、メジアンランク法とミーンランク法の2つがあるので、理解しやすいのですが、

    P= \(\displaystyle \int_{0}^{\tilde{F}} g(F)dF\)
    P= \(\displaystyle \int_{0}^{1} Fg(F)dF\)
    と\(g(F)\)、\(Fg(F)\)の違いがある。
    何で?

    この理由を解説します。

    ミーンランク法はメジアンランク法よりFが1つ多くして積分する理由

    理由は2つあります。

    1. 平均値(期待値)はE[X]= \(\displaystyle x f(x)dx\)で\(f(x)\)に\(x\)をかけるから
    2. メジアンランク法と同じ\(\displaystyle \int_{0}^{1} g(F)dF\)として計算すると1になって、関数として使えないから

    平均値(期待値)はE[X]= \(\displaystyle x f(x)dx\)で\(f(x)\)に\(x\)をかけるからという理由が、一番強い理由と考えています。

    ➂ミーンランク法を解く

    手計算できる!

    メジアンランク法は手計算がしんどい
    ミーンランク法は手計算できる!

    メジアンランク法のようにプログラムは不要です。

    ミーンランク法を解く!

    ●ミーンランク法
    P= \(\displaystyle \int_{0}^{1} Fg(F)dF\)

    ここで超重要なことを伝えます。

    \(g(F)\)によらず計算結果は1つ
    つまり、確率分布に関係なく、確率は1つに決まる!
    確率分布に関係なく、確率は1つに決まる手法から、データと確率の関係を作り、
    支配させたい確率分布にモデル化するのが
    確率紙を使う本質!

    ここで、「なるほど!」と来ない人は、ワイブル確率紙などの確率紙を使う意味を理解していないということ!

    本質を理解していないと、それはわかっていないのと同じ!

    では、解きます。必要な数学は、ベータ関数です。

    ベータ関数の関連記事で、復習しましょう。

    ベータ関数がよくわかる
    ベータ関数は自力で解けますか?本記事ではベータ関数の導出方法や性質、ガンマ関数との関係をわかりやすく解説します。大学の数学のような難解な説明は一切していません。、大学受験で頻出問題となるベータ関数は受験でも統計学でも重要です。受験生と統計学を学ぶ人は必読です。

    ミーンランク法を解く!

    P= \(\displaystyle \int_{0}^{1} Fg(F)dF\)
    = \(\displaystyle \int_{0}^{1} \frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} F・F^{i-1}(1-F)^{n-i}dF\)
    = \(\frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} \displaystyle \int_{0}^{1} F^{i}(1-F)^{n-i}dF\)

    ここで、

    ●ベータ関数
    \(B(p,q)= \displaystyle \int_{0}^{1} x^{p-1}(1-x)^{q-1} dx\)
    =\(\frac{(p-1)!(q-1)!}{(p+q-1)!}\)


    \( \displaystyle \int_{0}^{1} F^{i}(1-F)^{n-i}dF\)
    をにらめっこすると
    \(p=i+1\)、\(q=n+1-i\)
    を代入すればOKとわかりますね。

    よって、
    P= \(\frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} \frac{(i)!(n-i)!}{(n+1)!} \)
    =\(\frac{i}{n+1}\)
    となります。

    確率分布に関係なく、確率は
    P=\(\frac{i}{n+1}\)
    をミーンランク法から解いてOKとわかりますね。

    メジアンランク法と同じ式でミーンランク法解くと積分値が1になる

    先の、

    P= \(\displaystyle \int_{0}^{\tilde{F}} g(F)dF\)
    P= \(\displaystyle \int_{0}^{1} Fg(F)dF\)
    と\(g(F)\)、\(Fg(F)\)の違いがある。

    と、ありましたね。

    積分する関数をメジアンランク法と同じするとどうなるか?計算しましょう。

    解く!

    P= \(\displaystyle \int_{0}^{1} g(F)dF\)
    = \(\displaystyle \int_{0}^{1} \frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} F^{i-1}(1-F)^{n-i}dF\)
    = \(\frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} \displaystyle \int_{0}^{1} F^{i-1}(1-F)^{n-i}dF\)

    ここで、

    ●ベータ関数
    \(B(p,q)= \displaystyle \int_{0}^{1} x^{p-1}(1-x)^{q-1} dx\)
    =\(\frac{(p-1)!(q-1)!}{(p+q-1)!}\)


    \( \displaystyle \int_{0}^{1} F^{i}(1-F)^{n-i}dF\)
    をにらめっこすると
    \(p=i\)、\(q=n-i\)
    を代入すればOKとわかりますね。

    よって、
    P= \(\frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} \frac{(i-1)!(n-i)!}{(n)!} \)
    =1
    となります。

    積分した結果が、数字になると、使い道ないですね。。。
    だから、ミーンランク法はP= \(\displaystyle \int_{0}^{1} Fg(F)dF\)なのでしょう。

    余談したが、比較すると理解が深まりますね!

    ➃メジアンランク法とミーンランク法はどっちを使えばいいの?

    ●メジアンランク法:P=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)

    ●ミーンランク法:P=\(\frac{i}{n+1}\)

    とよく似た式ですね。

    結論は、

    1. 個数iが少ないときは、両者の値に差が出る。実測値に近い方をとる
    2. 変数n,iを大きくすると両者の値に差はない。どちらでもOK

    となりますね。

    手法、公式を使った後は、その結果が妥当かどうかは必ず確認しましょう。

    まとめ

    「ミーンランク法がよくわかる」を解説しました。

    • ①確率Fは順序統計量から求める
    • ➁ミーンランク法がわかる
    • ➂ミーンランク法を解く
    • ➃メジアンランク法とミーンランク法はどっちを使えばいいの?

  • メジアンランク法がよくわかる

    メジアンランク法がよくわかる

    「メジアンランク法がよくわからない」、と困っていませんか?

    こういう疑問に答えます。

    本記事のテーマ

    メジアンランク法がよくわかる
    • ①確率Fは順序統計量から求める
    • ➁メジアンランク法がわかる
    • ➂メジアンランク法を解く
    確率紙を学ぶには、順序統計量を理解しておく必要があります。
    [themoneytizer id=”105233-2″]

    本物の「信頼性工学」問題集を販売します!

    QC検定®1級合格したい方、本物の信頼性工学を学びたい方におススメです。
    【QC検定®合格】「信頼性工学」問題集を販売します! ①QC検定®頻出問題、➁確率分布と順序統計量、➂各確率分布における故障率、➃点推定と区間推定、➄直列系、並列系、待機系、多数決系、⑥独立系と非独立系、⑦アベイラビリティ、⑧確率紙、⑨打切りデータ、⑩信頼性工学と抜取検査の組合せ、10章全54題。しっかり勉強しましょう。

    ①確率Fは順序統計量から求める

    何で、小さい順にデータを並べるの?

    正規確率紙やワイブル確率紙を使う場合、データを大きさ順に並び替えますよね!

    何で、データを大きさ順に並び替える必要があるか説明できますか?

    順序統計量の性質を活用するため

    答えは

    データを大きさ順に並び替える理由は、順序統計量の性質を活用するため

    ところが、

    教科書などは、確率分布がメインで、
    「確率紙はデータを大きさ順に並び替えます(順序統計量という)」
    くらいの一言で、
    「\(F=\frac{i-0.3}{n+0.4}\)を使う」
    といきなり式が出て来ますよね!
    何じゃこりゃ!
    順序統計量って何?
    でも試験には出題されないから、無視してワイブル確率紙を勉強しよう!となりがち

    ちゃんと勉強すると、順序統計量の壁にぶちあたります。

    順序統計量を復習しながら確率紙を理解しましょう。

    順序統計量の復習

    順序統計量を使って、確率を算出する式を使います。この解説は関連記事にありますので、ご確認ください。

    順序統計量の同時確率密度関数の導出がよくわかる
    順序統計量が説明できますか?本記事では、順序統計量の同時分布の確率密度関数をわかりやすく解説します。教科書読んでもわからない方は必読です。

    式を理解する重要なポイント

    データ\(t_1\),\(t_2\),…\(t_i\),…\(t_n\)は大きさ順に並んでいるとします。
    (ここで、何で? とツッコんでください! 順序統計量だな!と読みましょう!)

    \(t_1\) < \(t_2\) < \(t_i\) < … < \(t_n\)
    の各母集団が下図のように分布しているとして、

    メジアンランク法

    \(F_i\)が\(F\)~\(F+dF\)の間を取る確率を\(g(F)dF\)とすると、

    \(g(F)dF\)=\(\frac{n!}{(i-1)!1!(n-i)!} F^{i-1}(1-F)^{n-i}dF\)

    式が難解なので、イメージを解説すると、

    順序統計量

    の左、真ん中、右の確率を掛け算した式となります。詳細は関連記事に書いています。

    順序統計量の同時確率密度関数の導出がよくわかる
    順序統計量が説明できますか?本記事では、順序統計量の同時分布の確率密度関数をわかりやすく解説します。教科書読んでもわからない方は必読です。

    \(g(F)dF\)=\(\frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} F^{i-1}(1-F)^{n-i}dF\)
    の式が、メジアンランク法やミーンランク法の出発点です!
    順序統計量はムズイからパスしたい!
    試験やテストなら無視でもいいけど、
    実務で活用するなら順序統計量の学びは必須です。
    QC(品質管理)の数理は結構、順序統計量が出て来ます。

    ➁メジアンランク法がわかる

    基本は、

    \(g(F)dF\)=\(\frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} F^{i-1}(1-F)^{n-i}dF\)の積分値が対象とする確率(P=0.5など)を満たすための、変数\(F,n,i\)を求めることで、
    積分区間を、0からメジアンとする方法が「メジアンランク法」で
    0から平均値(ミーン)とする方法が「ミーンランク法」です。

    今回は、「メジアンランク法」を解説します。

    計算方法

    基本は、

    P=0.5= \(\displaystyle \int_{0}^{\tilde{F}} g(F)dF\)
    =\(\displaystyle \int_{0}^{\tilde{F}} \frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} F^{i-1}(1-F)^{n-i}dF \)

    (左辺)のP=0.5は確率が\(\frac{1}{2}\)で、
    (右辺)の\(\tilde{F}\)はメディアンです。

    0.5=\(\displaystyle \int_{0}^{\tilde{F}} \frac{n!}{(i-1)!(n-i)!} F^{i-1}(1-F)^{n-i}dF \)
    を解いてみよう!
    。。。
    と言って、手で解析的に解けないんです。。。

    なので、結果は教科書とかで与えらえています。

    \(\tilde{F}\)=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)
    がよく見かけますね!

    でも、

    公式の鵜呑み、暗記はNG!
    自分で導出できない公式は使うな!

    ひょっとしたら、公式が間違っているかもしれませんよね!

    部分的に、ある条件なら、手計算で解けます。

    部分的な条件でもいいから、
    手で計算して、
    感触をつかもう!

    公式の理解度も一気に上がるし、公式の導出過程においた仮定や、強み・弱みも理解できます。

    ➂メジアンランク法を解く

    i=1,nだけは解析的に解ける

    i=1のとき、

    0.5=\(\displaystyle \int_{0}^{\tilde{F}} \frac{n!}{(1-1)!(n-1)!} F^{1-1}(1-F)^{n-1}dF \)
    =\(\displaystyle \int_{0}^{\tilde{F}} n (1-F)^{n-1}dF \)
    =\(\left[(-1) (1-F)^{n} \right]_{0}^{\tilde{F}}\)
    =1- \((1- \tilde{F})^{n}\)

    つまり、
    0.5=1- \((1- \tilde{F})^{n}\)
    \((1- \tilde{F})^{n}\)=0.5
    \(\tilde{F}\)=1-\((\frac{1}{2})^{1/n}\)

    まとめると、

    ●i=1のとき、
    \(\tilde{F}^{n}\)=1-\((\frac{1}{2})^{1/n}\)

    i=nのとき、

    0.5=\(\displaystyle \int_{0}^{\tilde{F}} \frac{n!}{(n-1)!(n-n)!} F^{n-1}(1-F)^{n-n}dF \)
    =\(\displaystyle \int_{0}^{\tilde{F}} n F^{n-1}dF \)
    =\(\left[F^{n} \right]_{0}^{\tilde{F}}\)
    =\(\tilde{F}^{n}\)

    つまり、
    0.5=\(\tilde{F}^{n}\)
    \(\tilde{F}\)=\((\frac{1}{2})^{1/n}\)

    まとめると、

    ●i=nのとき、
    \(\tilde{F}\)=\((\frac{1}{2})^{1/n}\)

    グラフを描いてみよう

    ●i=1のとき、\(\tilde{F}^{n}\)=1-\((\frac{1}{2})^{1/n}\)
    ●i=nのとき、\(\tilde{F}\)=\((\frac{1}{2})^{1/n}\)
    をグラフに描いてみましょう。

    メジアンランク法

    i=1,n以外はミーンランク法を使って計算していますが、

    iが1からnに増えるに従い、確率Pが増えていくのがわかります。iが増えると確率Pが単調増加する点が順序統計量ならでは感ですね。

    式の形は妥当か?

    ●i=1のとき、\(\tilde{F}^{n}\)=1-\((\frac{1}{2})^{1/n}\)
    ●i=nのとき、\(\tilde{F}\)=\((\frac{1}{2})^{1/n}\)
    よく見ると、
    \(\tilde{F}\)=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)
    と式の形が違いますね。
    メジアンランク法の\(\tilde{F}\)=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)は
    ミ―ンランク法\(\bar{F}\)=\(\frac{i}{n+1}\)の
    式に合わせて近似式を作っているように思われます。

    まとめ

    「メジアンランク法がよくわかる」を解説しました。

    • ①確率Fは順序統計量から求める
    • ➁メジアンランク法がわかる
    • ➂メジアンランク法を解く

  • 対数正規確率紙がよくわかる

    対数正規確率紙がよくわかる

    「対数正規確率紙がよくわからない」、と困っていませんか?

    こういう疑問に答えます。

    本記事のテーマ

    対数正規確率紙がよくわかる
    • ①現在、対数正規確率紙は不要
    • ➁対数正規確率紙を理解することは大事
    • ➂対数正規確率紙から平均、標準偏差を見つける方法
    • ➃対数正規確率紙の使い方1(データをそのまま打点する場合)
    • ➄対数正規確率紙の使い方2(度数分布表のデータを打点する場合)
    現在はExcelがあるので、確率紙は不要です。
    ただし、確率紙の考え方は理解しておく必要があります。

    本物の「信頼性工学」問題集を販売します!

    QC検定®1級合格したい方、本物の信頼性工学を学びたい方におススメです。
    【QC検定®合格】「信頼性工学」問題集を販売します! ①QC検定®頻出問題、➁確率分布と順序統計量、➂各確率分布における故障率、➃点推定と区間推定、➄直列系、並列系、待機系、多数決系、⑥独立系と非独立系、⑦アベイラビリティ、⑧確率紙、⑨打切りデータ、⑩信頼性工学と抜取検査の組合せ、10章全54題。しっかり勉強しましょう。

    [themoneytizer id=”105233-2″]

    ①現在、対数正規確率紙は不要

    対数正規分布を復習

    正規分布の確率密度関数から変数\(x\)を\(log x\)に変換してできる関数です。

    対数正規分布の式は、
    \(f(x)\)= \(\frac{1}{\sqrt{2π}σx} exp(-\frac{(log x-μ)^2}{2σ^2})\)

    関連記事に解説していますので、ご確認ください。

    対数正規分布がよくわかる
    信頼性工学で使う対数正規分布が説明できますか? 本記事では、正規分布から対数正規分布を導出し、期待値・分散、故障率の変化をわかりやすく解説します。信頼性工学をマスターしたい方は必読です。

    Excelで計算できる

    対数正規確率紙を使わなくても、Excelで計算できますね。

    使う関数は、LOGNORM.INV(確率,平均,標準偏差)で簡単に計算できます。平均0、標準偏差1の場合では、

    x log x y1
    0.1 -1 0.011
    0.2 -0.699 0.054
    0.3 -0.523 0.114
    1 0 0.5
    1.1 0.041 0.538
    1.9 0.279 0.74
    2 0.301 0.756
    3 0.477 0.864
    9 0.954 0.986
    10 1 0.989
    11 1.041 0.992
    12 1.079 0.994

    グラフで描くと

    対数正規確率紙

    と縦軸の確率を等間隔で描くと、違和感がありますね。実際の確率紙は縦の間隔をうまく設定して、プロットすると直線になるようにしていますね。

    ➁対数正規確率紙を理解することは大事

    現在、不要ですが、考え方や理解は必須です。使い方の手段より、目的・意図は理解しておきましょう。

    確率紙でおさえておきたい考え方

    以下の疑問は説明できますか?

    1. 対数正規確率紙にプロットすると直線になる理由
    2. 何で横軸は小さい順に並び替えるのか?

    解説します。

    対数正規確率紙にプロットすると直線になる理由

    当たり前!なんですが、わかりますか?

    横軸xと縦軸yは同じ変数だから、小さい順に並べると両者は直線の配置になるだけ

    2次元グラフとは、本来、横軸と縦軸は独立した変数ですね。
    でも、確率紙は変換前後の関係を見たいので、横軸も縦軸も同じ変数です。

    何で横軸は小さい順に並び替えるのか?

    もちろん、確率紙で直線に並べると見やすいからですが、
    大事なのは、

    順序統計量の考え方があるから、小さい順に並べても数学的にOK

    ということは理解しておいてください。

    ワイブル確率紙でも小さい順に何気なく並べますが、そこにも順序統計量の考え方があります。ワイブル確率はワイブル分布と順序統計量の2つの仮定が入っていることを忘れずに!

    では、実際に使ってみて、理解を深めましょう。

    データをそのまま打点する場合と、度数分布表のデータを打点する場合がありますので、紹介します。

    ➂対数正規確率紙から平均、標準偏差を見つける方法

    対数正規分布

    対数正規分布の式は、
    \(f(x)\)= \(\frac{1}{\sqrt{2π}σx} exp(-\frac{(log x-μ)^2}{2σ^2})\)

    なお、期待値と分散は下の式になります。積分で計算できますが、今回は結果のみにしましょう。
    ●\(E\)=\(exp(μ+\frac{σ^2}{2})\)
    ●\(V\)=\(exp(2μ+σ^2)(exp(σ^2)-1)\)

    ここにある平均\(μ\)、標準偏差\(σ\)は下の対数正規確率紙から求めます。

    対数正規確率紙

    対数正規確率紙から平均、標準偏差を見つける方法

    3つあります。

    1. 平均\(μ\)は横軸\(log X_{0.5}\)の値
    2. 標準偏差\(σ\)はあてはめ線の傾きで 縦軸の\(σ\) (34.1%)分とする
    3. 縦軸の確率は、メジアンランク法などの別の方法から求める

    平均、標準偏差を変えた場合の対数正規確率プロット

    対数正規確率紙において、平均\(μ\)を変えた場合と、標準偏差\(σ\)を変えた場合のグラフの違いを確認しましょう。

    平均\(μ\)を変えた場合

    下図のように、平行移動しているのがわかりますね。
    平均\(μ\)は横軸の値とすればよいとわかります。

    対数正規確率紙

    標準偏差\(σ\)を変えた場合

    下図のように、傾きが変わるのがわかりますね。
    標準偏差\(σ\)はあてはめ線の傾きとすればよいとわかります。

    対数正規確率紙

    ➃対数正規確率紙の使い方1(データをそのまま打点する場合)

    データ

    19個のデータを用意します。
    32,90,150,240,160,110,53,70,45,180,
    120,360,100,300,60,260,80,130,190
    これを正規確率紙にプロットして。
    平均\(μ\)、標準偏差\(σ\)を求めます。

    対数正規確率紙へプロット

    平均と標準偏差を求めるためのプロット方法は以下です。

    1. data \(x_i\)は小さい順に並べる
    2. メジアンランク法から確率を求めるために、度数\(f_i\)と累積度数\(C_i\)を求める
    3. data \(x_i\)の対数\(log_e x_i\)をとる
    4. メジアンランク法から\(F_i\)=\(\frac{i-0.3}{n+0.4}\)で確率を求める
    5. 対数正規確率紙に横軸\(log_e x_i\)、縦軸\(F_i\)でプロットする

    表を作ります。

    順位 観測値\(x_i\) 度数\(f_i\) 累積度数\(C_i\) \(log_e x\) メジアン
    ランク法\(F_i\)
    1 32 1 1 3.466 0.036
    2 45 1 2 3.807 0.088
    3 53 1 3 3.971 0.139
    4 60 1 4 4.095 0.191
    5 70 1 5 4.249 0.242
    6 80 1 6 4.382 0.294
    7 90 1 7 4.5 0.345
    8 100 1 8 4.606 0.397
    9 110 1 9 4.701 0.448
    10 120 1 10 4.788 0.5
    11 130 1 11 4.868 0.552
    12 150 1 12 5.011 0.603
    13 160 1 13 5.076 0.655
    14 180 1 14 5.193 0.706
    15 190 1 15 5.248 0.758
    16 240 1 16 5.481 0.809
    17 260 1 17 5.561 0.861
    18 300 1 18 5.704 0.912
    19 360 1 19 5.887 0.964

    結果をプロットします。

    対数正規確率紙

    平均\(μ\)、標準偏差\(σ\)を求めます。
    ●平均\(μ\)=4.788
    ●標準偏差\(σ\)=0.723

    こんな感じで作ります。
    Excelなどのツールが無い時代は、確率紙は重宝されていました。今は、理論をしっかり引き継いでおく必要があります。

    期待値\(E\)と分散\(V\)の計算

    ●\(E\)=\(exp(μ+\frac{σ^2}{2})\)
    =\(exp(4.788+\frac{0.723^2}{2})\)
    =155.84

    ●\(V\)=\(exp(2μ+σ^2)(exp(σ^2)-1)\)
    =\(exp(2×4.788+0.723^2)(exp(0.723^2)-1)\)
    =16673.6

    ➄正規確率紙の使い方1(度数分布表のデータを打点する場合)

    データ

    度数分布表用のデータを233個用意します。

    233個の度数分布表は次の通りとします。

    級の番号 x上限 fi
    1 10 5
    2 20 20
    3 30 48
    4 40 44
    5 50 51
    6 60 30
    7 70 21
    8 80 9
    9 90 5
    合計 233

    度数分布表を作成

    分布の区分は、スタージェスの公式があるので、使ってみましょう。よくデータ数の平方根にしますよね!

    スタージェスの公式は関連記事で紹介します。

    スタージェスの公式がよくわかる
    ヒストグラムの区分数を考える1つの方法として、スタージェスの公式を解説します。信頼性工学ではヒストグラムをよく使いますので、紹介します。

    スタージェスの公式は
    区分\(m\)≒\(1+\frac{log_{10} n}{log_{10} 2}\) で
    \(m\)≒\(1+\frac{log_{10} 233}{log_{10} 2}\)
    ≒9

    区分数9で度数分布表を作っています。各区分における確率を平均ランク法で求めると次の度数分布表にまとめられます。

    級の番号 x上限 fi Ci Fi log x Fi
    1 10 5 5 0.021 1 0.021
    2 20 20 25 0.107 1.301 0.107
    3 30 48 73 0.312 1.477 0.312
    4 40 44 117 0.5 1.602 0.5
    5 50 51 168 0.718 1.699 0.718
    6 60 30 198 0.846 1.778 0.846
    7 70 21 219 0.936 1.845 0.936
    8 80 9 228 0.974 1.903 0.974
    9 90 5 233 0.996 1.954 0.996
    合計 233

    ここで、累積度数\(C_i\)=\(\sum_{i=1}^{n}f_i\)
    平均ランク法による確率の導出\(F(x_i)=C_i /(n+1)\)
    を使って計算しています。

    平均ランク法でなくても、他の方法でもOKです。例として紹介します。

    対数正規確率紙へプロット

    区分と平均ランク法で求めた確率をプロットします。

    対数正規確率紙

    平均\(μ\)、標準偏差\(σ\)を求めます。
    ●平均\(μ\)=3.689
    ●標準偏差\(σ\)=0.406

    こんな感じで作ります。
    Excelなどのツールが無い時代は、確率紙は重宝されていました。今は、理論をしっかり引き継いでおく必要があります。

    期待値\(E\)と分散\(V\)の計算

    ●\(E\)=\(exp(μ+\frac{σ^2}{2})\)
    =\(exp(3.689+\frac{0.406^2}{2})\)
    =43.42

    ●\(V\)=\(exp(2μ+σ^2)(exp(σ^2)-1)\)
    =\(exp(2×3.689+0.406^2)(exp(0.406^2)-1)\)
    =337.88

    まとめ

    「対数正規確率紙がよくわかる」を解説しました。

    • ①現在、対数正規確率紙は不要
    • ➁対数正規確率紙を理解することは大事
    • ➂対数正規確率紙から平均、標準偏差を見つける方法
    • ➃対数正規確率紙の使い方1(データをそのまま打点する場合)
    • ➄対数正規確率紙の使い方2(度数分布表のデータを打点する場合)

  • スタージェスの公式がよくわかる

    スタージェスの公式がよくわかる

    「スタージェスの公式がよくわからない」、と困っていませんか?

    こういう疑問に答えます。

    本記事のテーマ

    スタージェスの公式がよくわかる
    • ①スタージェスの公式を導出
    • ➁二項分布を用意
    • ➂二項定理を活用
    • ➃区切り数を定義
    • ➄区切り数の例
    導出は簡単です。

    本物の「信頼性工学」問題集を販売します!

    QC検定®1級合格したい方、本物の信頼性工学を学びたい方におススメです。
    【QC検定®合格】「信頼性工学」問題集を販売します! ①QC検定®頻出問題、➁確率分布と順序統計量、➂各確率分布における故障率、➃点推定と区間推定、➄直列系、並列系、待機系、多数決系、⑥独立系と非独立系、⑦アベイラビリティ、⑧確率紙、⑨打切りデータ、⑩信頼性工学と抜取検査の組合せ、10章全54題。しっかり勉強しましょう。

    [themoneytizer id=”105233-2″]

    ①スタージェスの公式を導出

    公式の導出過程は次の流れのとおりです。

    1. 二項分布を用意
    2. 二項定理を活用
    3. 区切り数を定義

    ➁二項分布を用意

    二項分布の式を用意します。
    \(P(i)\)=\({}_n C_i p^i (1-p)^{n-i}\)

    ここで、不良率p=\(\frac{1}{2}\)を代入すると、
    \(P(i)\)=\({}_n C_i (\frac{1}{2})^n \)

    ➂二項定理を活用

    ここで、サンプル数N=\(2^n\)を考え、二項分布の式と掛け算します。
    \(NP(i)\)=\( 2^n {}_n C_i (\frac{1}{2})^n \)
    =\( {}_n C_i \)

    \(i=1,…,n\)の和をとります。
    \(\sum_{i=1}^{n} NP(i)\)= \(\sum_{i=1}^{n} {}_n C_i \)
    =\({}_n C_0\)+\({}_n C_1\)+…+\({}_n C_n\)
    =\((1+1)^n\)=\(2^n\)

    ➃区切り数を定義

    ここで、さらに\(m=n+1\)として変数\(m\)を定義します。
    変数\(m\)は1~nを0~nに分けた区分数としてみます。

    N=\(\sum_{i=1}^{n} NP(i)\)と置き換えて
    N=\(2^n\)=\(2^{m-1}\)
    (両辺)にlogをとって
    \(log N\)=\((m-1)log 2\) (自然対数eで計算)

    \(m\)=1+\(\frac{log N}{log 2}\)

    なお、常用対数をとると
    \(m\)=1+\(\frac{log_{10} N}{log_{10} 2}\)
    \(\frac{1}{log_{10} 2}\)≒3.32

    よって、
    \(m\)=1+3.32 \(log_{10} N\)

    ➄区切り数の例

    100個のデータ、つまりn=100の場合は、
    \(m\)=1+3.32 \(log_{10} N\)
    =1+3.32 \(log_{10} 100\)
    =7.64

    m=8と区分数を8にするとなります。

    ヒストグラムの区分数はよく、データ数の平方根としますが、スタージェスの公式を使ってもよいとなります。
    ヒストグラムの区分数がいくらにしたらよいかは、都度でグラフ化して妥当なグラフかどうかを見ながら確認するとなります。

    以上、スタージェスの公式の導出を解説しました。

    まとめ

    「スタージェスの公式がよくわかる」を解説しました。

    • ①スタージェスの公式を導出
    • ➁二項分布を用意
    • ➂二項定理を活用
    • ➃区切り数を定義
    • ➄区切り数の例

  • 正規確率紙がよくわかる

    正規確率紙がよくわかる

    「正規確率紙がよくわからない」、と困っていませんか?

    こういう疑問に答えます。

    本記事のテーマ

    正規確率紙がよくわかる
    • ①現在、正規確率紙は不要
    • ➁正規確率紙を理解することは大事
    • ➂正規確率紙の使い方1(データをそのまま打点する場合)
    • ➃正規確率紙の使い方2(度数分布表のデータを打点する場合)
    現在はExcelがあるので、確率紙は不要です。
    ただし、確率紙の考え方は理解しておく必要があります。

    本物の「信頼性工学」問題集を販売します!

    QC検定®1級合格したい方、本物の信頼性工学を学びたい方におススメです。
    【QC検定®合格】「信頼性工学」問題集を販売します! ①QC検定®頻出問題、➁確率分布と順序統計量、➂各確率分布における故障率、➃点推定と区間推定、➄直列系、並列系、待機系、多数決系、⑥独立系と非独立系、⑦アベイラビリティ、⑧確率紙、⑨打切りデータ、⑩信頼性工学と抜取検査の組合せ、10章全54題。しっかり勉強しましょう。

    [themoneytizer id=”105233-2″]

    ①現在、正規確率紙は不要

    Excelで計算できる

    正規確率紙を使わなくても、Excelで計算できますね。

    使う関数は、NORM.INV(確率,平均,標準偏差)で簡単に計算できます。平均0、標準偏差1の場合では、

    x y(p)%
    -4.265 0.00001
    -3.719 0.0001
    -3.09 0.001
    -2.326 0.01
    -1.282 0.1
    -0.842 0.2
    -0.524 0.3
    -0.253 0.4
    0 0.5
    0.253 0.6
    0.524 0.7
    0.842 0.8
    1.282 0.9
    2.326 0.99
    3.09 0.999
    3.719 0.9999
    4.265 0.99999

    グラフで描くと

    正規確率紙

    と縦軸の確率を等間隔で描くと、違和感がありますね。実際の確率紙は縦の間隔をうまく設定して、プロットすると直線になるようにしていますね。

    ➁正規確率紙を理解することは大事

    現在、不要ですが、考え方や理解は必須です。使い方の手段より、目的・意図は理解しておきましょう。

    確率紙でおさえておきたい考え方

    以下の疑問は説明できますか?

    1. 正規確率紙にプロットすると直線になる理由
    2. 何で横軸は小さい順に並び替えるのか?

    解説します。

    正規確率紙にプロットすると直線になる理由

    当たり前!なんですが、わかりますか?

    横軸xと縦軸yは同じ変数だから、小さい順に並べると両者は直線の配置になるだけ

    2次元グラフとは、本来、横軸と縦軸は独立した変数ですね。
    でも、確率紙は変換前後の関係を見たいので、横軸も縦軸も同じ変数です。

    何で横軸は小さい順に並び替えるのか?

    もちろん、確率紙で直線に並べると見やすいからですが、
    大事なのは、

    順序統計量の考え方があるから、小さい順に並べても数学的にOK

    ということは理解しておいてください。

    ワイブル確率紙でも小さい順に何気なく並べますが、そこにも順序統計量の考え方があります。ワイブル確率はワイブル分布と順序統計量の2つの仮定が入っていることを忘れずに!

    では、実際に使ってみて、理解を深めましょう。

    データをそのまま打点する場合と、度数分布表のデータを打点する場合がありますので、紹介します。

    ➂正規確率紙の使い方1(データをそのまま打点する場合)

    データ

    10個のデータを用意します。
    89,85,106,94,102,136,96,88,100,104
    これを正規確率紙にプロットします。

    正規確率紙へプロット

    平均と標準偏差は計算すると、
    平均=100,標準偏差=13.76

    表を作ります。

    1. dataは小さい順に並べる
    2. dataを\(x\)=\(Z=\frac{x-μ}{σ}\)で変換する
    3. \(x\)を確率\(y\)に変換する、Excelならnorm.dist(x,平均、標準偏差,true)

    表は

    No data x y
    1 85 -1.09 0.138
    2 88 -0.872 0.192
    3 89 -0.799 0.212
    4 94 -0.436 0.331
    5 96 -0.291 0.386
    6 100 0 0.5
    7 102 0.145 0.558
    8 104 0.291 0.614
    9 106 0.436 0.669
    10 136 2.616 0.996

    プロットします。

    正規確率紙

    こんな感じで作ります。
    Excelなどのツールが無い時代は、確率紙は重宝されていました。今は、理論をしっかり引き継いでおく必要があります。

    ➃正規確率紙の使い方1(度数分布表のデータを打点する場合)

    データ

    度数分布表用のデータを100個用意します。

    64, 119, 130, 158, 153, 133, 147, 125, 128, 174
    123, 109, 96, 148, 157, 121, 145, 63, 180, 113
    94, 78, 136, 87, 90, 98, 166, 123, 134, 132
    125, 143, 149, 98, 119, 126, 157, 75, 112, 114
    62, 169, 149, 171, 175, 129, 179, 111, 159, 142
    142, 148, 115, 101, 93, 111, 163, 129, 106, 126
    92, 127, 117, 77, 151, 134, 115, 74, 122, 75
    110, 85, 128, 126, 145, 136, 100, 145, 143, 106
    92, 63, 117, 100, 154, 113, 94, 121, 114, 152
    88, 93, 114, 123, 100, 93, 93, 141, 133, 143

    度数分布表を作成

    分布の区分は、スタージェスの公式があるので、使ってみましょう。よくデータ数の平方根にしますよね!

    スタージェスの公式は関連記事で紹介します。

    スタージェスの公式がよくわかる
    ヒストグラムの区分数を考える1つの方法として、スタージェスの公式を解説します。信頼性工学ではヒストグラムをよく使いますので、紹介します。

    スタージェスの公式は
    区分\(m\)≒\(1+\frac{log_{10} n}{log_{10} 2}\) で
    \(m\)≒\(1+\frac{log_{10} 100}{log_{10} 2}\)
    ≒8

    区分8で度数分布表を作ると、

    区分 min max 度数
    \(f_i\)
    累積度数
    \(C_i\)
    平均ランク
    \(F(x_i)=C_i /(n+1)\)
    1 61 75 7 7 0.069
    2 76 90 6 13 0.129
    3 91 105 17 30 0.297
    4 106 120 18 48 0.475
    5 121 135 22 70 0.693
    6 136 150 15 85 0.842
    7 151 165 9 94 0.931
    8 166 180 6 100 0.99

    ここで、累積度数\(C_i\)=\(\sum_{i=1}^{n}f_i\)
    平均ランク法による確率の導出\(F(x_i)=C_i /(n+1)\)
    を使って計算しています。

    平均ランク法でなくても、他の方法でもOKです。例として紹介します。

    正規確率紙へプロット

    区分と平均ランク法で求めた確率をプロットします。

    区分 平均ランク
    \(F(x_i)=C_i /(n+1)\)
    1 0.069
    2 0.129
    3 0.297
    4 0.475
    5 0.693
    6 0.842
    7 0.931
    8 0.99

    正規確率紙

    以上、正規確率紙を解説しました。

    まとめ

    「正規確率紙がよくわかる」を解説しました。

    • ①現在、正規確率紙は不要
    • ➁正規確率紙を理解することは大事
    • ➂正規確率紙の使い方1(データをそのまま打点する場合)
    • ➃正規確率紙の使い方2(度数分布表のデータを打点する場合)

error: Content is protected !!