威布尔(Weibull)分布的寿命试验方法资料

装备环境工程第20卷第5期·12·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年5月加速寿命试验三参数威布尔分布的极小变异-极大似然估计马小兵，刘宇杰，王晗（北京航空航天大学 可靠性与系统工程学院，北京 100191）摘要：目的在加速试验中，对寿命服从三参数威布尔分布的产品进行可靠性评估与寿命预测，解决形状参数小于1时传统方法难以计算的问题。

方法利用三参数威布尔分布与指数分布之间的转换关系，以变异系数误差最小为优化目标，在确定最优位置参数估计值的基础上，应用拟极大似然方法估计分布模型中的其余参数，建立极小变异–极大似然估计（MV-MLE）。

根据加速寿命试验中失效机理不变的原则，在失效机理等同条件下，将该方法推广至多应力水平下的可靠寿命评估。

结果在单一应力与多应力水平下，通过仿真模拟验证了所提方法的有效性。

与传统方法相比，在小样本条件下，所提方法可提高形状参数（机理等同性参数）估计精度40%以上。

结论所提方法对于三参数威布尔分布的参数估计和寿命评估具有较高精度，能够有效克服传统方法的不足，在加速寿命试验评估中具有良好的应用效果。

关键词：三参数威布尔分布；变异系数；加速寿命试验；机理等同性；可靠性评估；寿命预测中图分类号：TB114 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)05-0012-07DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.05.003Minimum Variation-Maximum Likelihood Estimation of Three-parameterWeibull Distribution under Accelerated Life TestMA Xiao-bing, LIU Yu-jie, WANG Han(School of Reliability and Systems Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China)ABSTRACT: The work aims to estimate the reliability and predict the lifetime of the products subject to three-parameter Weibull distribution under accelerated life test, so as to solve the problem that the traditional methods are difficult to complete the calculation when the shape parameter is less than 1. Through the conversion relationship between three-parameter Weibull distribution and exponential distribution, the best estimated value of the location parameter was determined with the error of co-efficient of variation as the optimization objective. Then, the analogue maximum likelihood method was used to estimate the remaining parameters of the Weibull distribution, based on which the minimum variation-maximum likelihood estimation收稿日期：2023–04–13；修订日期：2023–05–04Received：2023-04-13；Revised：2023-05-04基金项目：国家自然科学基金（72201019，52075020）；可靠性与环境工程技术重点实验室项目（6142004210105）；国防技术基础项目（JSZL2018601B004）Fund：The National Natural Science Foundation of China (72201019, 52075020); Reliability and Environmental Engineering Science & Tech-nology Laboratory (6142004210105); Basic Technical Research Project of China (JSZL2018601B004).作者简介：马小兵（1978—），男，博士。

第1章威布尔分析1.1 引言：在所有可用的可靠性计算的分布当中，威布尔分布是唯一可用于工程领域的。

在1937，Waloddi Weibull教授（1887－1979）创造性的提出了该种分布，它是用于失效数据分析分布中应用最广泛的分布之一,也用于寿命数据分析，因为系统或部件的寿命周期的测量也需要分析。

一位瑞典的工程师和一位数学家潜心研究冶金的失效，威布尔教授曾指出正态分布要求冶金的初始强度服从正态分布,而情况并非如此。

他还指出对于功能需求可以包含各种分布，其中包括正态分布。

1951年他发表了代表作,“一个具有广泛适用性的统计分布函数”，威布尔教授声称寿命数据可以从威布尔分布族中选择最恰当的分布,然后用合适的参数进行合理准确的失效分析。

他列举七种不同的情况来证明威布尔分布可顺利用于很多问题的分析.对威布尔分布的最初反应是普遍诊断它太过完美以致于不真实。

尽管如此,失效数据分析领域的先驱们还是开始应用并不断改进，直到1975年，美国空军才认可了它的优点并资助了威布尔教授的研究。

今天，威布尔分析涉及图表形式的概率分析以找出对于一个给定失效模式下最能代表一批寿命数据的分布。

尽管威布尔分布在检测寿命数据以确定最合适的分布方面在世界范围内处于领先位置，但其它分布也会偶尔用于寿命数据分析包括指数分布，对数正态分布，正态分布，寿命数据有了对应的统计学分布,威布尔分析对预计产品寿命做了准备。

这种具代表性的样本分布用来估计产品的重要寿命特征，如可靠性，某一时刻的失效率，产品的平均寿命及失效率。

1.1.1威布尔分析的优点:威布尔分析广泛用于研究机械、化工、电气、电子、材料的失效，甚至人体疫病。

威布尔分析最主要的优点在于它的功能:⏹提供比较准确的失效分析和小数据样本的失效预测，对出现的问题尽早的制订解决方案.⏹为单个失效模式提供简单而有用的图表,使数据在不充足时，仍易于理解.⏹描述分布状态的形状可很好的选择相应的分布。

⏹提供基于威布尔概率图的斜率的物理失效的线索。

第1章威布尔分析1.1 引言：在所有可用的可靠性计算的分布当中，威布尔分布是唯一可用于工程领域的。

在1937，Waloddi Weibull教授（1887－1979）创造性的提出了该种分布，它是用于失效数据分析分布中应用最广泛的分布之一，也用于寿命数据分析，因为系统或部件的寿命周期的测量也需要分析。

一位瑞典的工程师和一位数学家潜心研究冶金的失效，威布尔教授曾指出正态分布要求冶金的初始强度服从正态分布，而情况并非如此。

他还指出对于功能需求可以包含各种分布，其中包括正态分布。

1951年他发表了代表作，“一个具有广泛适用性的统计分布函数”，威布尔教授声称寿命数据可以从威布尔分布族中选择最恰当的分布，然后用合适的参数进行合理准确的失效分析。

他列举七种不同的情况来证明威布尔分布可顺利用于很多问题的分析。

对威布尔分布的最初反应是普遍诊断它太过完美以致于不真实。

尽管如此，失效数据分析领域的先驱们还是开始应用并不断改进，直到1975年，美国空军才认可了它的优点并资助了威布尔教授的研究。

今天，威布尔分析涉及图表形式的概率分析以找出对于一个给定失效模式下最能代表一批寿命数据的分布。

尽管威布尔分布在检测寿命数据以确定最合适的分布方面在世界范围内处于领先位置，但其它分布也会偶尔用于寿命数据分析包括指数分布，对数正态分布，正态分布，寿命数据有了对应的统计学分布，威布尔分析对预计产品寿命做了准备。

这种具代表性的样本分布用来估计产品的重要寿命特征，如可靠性，某一时刻的失效率，产品的平均寿命及失效率。

1.1.1威布尔分析的优点：威布尔分析广泛用于研究机械、化工、电气、电子、材料的失效，甚至人体疫病。

威布尔分析最主要的优点在于它的功能：⏹提供比较准确的失效分析和小数据样本的失效预测，对出现的问题尽早的制订解决方案。

⏹为单个失效模式提供简单而有用的图表，使数据在不充足时，仍易于理解。

⏹描述分布状态的形状可很好的选择相应的分布。

⏹提供基于威布尔概率图的斜率的物理失效的线索。

威布尔分布假设检验方法【最新版3篇】目录（篇1）1.威布尔分布简介2.威布尔分布假设检验方法的概述3.威布尔分布假设检验方法的具体步骤4.威布尔分布假设检验方法的应用实例5.威布尔分布假设检验方法的优缺点分析正文（篇1）一、威布尔分布简介威布尔分布（Weibull Distribution）是一种广泛应用于可靠性分析的概率分布，由瑞典数学家沃尔特·威布尔（Walther Weibull）于 1951 年首次提出。

威布尔分布主要用于描述产品在使用过程中失效的时间，具有两个特征参数，即形状参数（α）和尺度参数（β），可以灵活地描述不同类型的失效数据。

二、威布尔分布假设检验方法的概述威布尔分布假设检验方法是一种基于威布尔分布理论的统计推断方法，用于检验产品失效数据的分布是否符合威布尔分布。

该方法可以帮助我们判断产品是否达到了预期的可靠性水平，为产品的设计、生产和维护提供决策依据。

三、威布尔分布假设检验方法的具体步骤1.收集产品失效数据，并计算出失效时间的累积分布函数（CDF）和概率密度函数（PDF）；2.设定原假设 H0：产品失效数据符合威布尔分布；备择假设 H1：产品失效数据不符合威布尔分布；3.选择适当的统计检验方法，如 Kolmogorov-Smirnov 检验、Shapiro-Wilk 检验等，对原假设进行检验；4.根据检验结果判断是否拒绝原假设，若拒绝原假设，则认为产品失效数据不符合威布尔分布，反之则认为符合。

四、威布尔分布假设检验方法的应用实例假设我们有一组电子产品的失效数据，我们需要判断这组数据是否符合威布尔分布。

首先，我们计算出失效数据的 CDF 和 PDF；然后，选择Kolmogorov-Smirnov 检验进行假设检验；最后，根据检验结果判断失效数据是否符合威布尔分布。

五、威布尔分布假设检验方法的优缺点分析优点：1.威布尔分布具有较强的理论基础，可以较好地描述失效数据的分布特征；2.威布尔分布假设检验方法具有较高的灵敏度和特异性，可以有效地检验产品失效数据的分布；3.该方法适用于不同类型的失效数据，具有较强的通用性。

基于Weibull分布的工业机器人线束寿命评估模型摘要：线束寿命直接关系到工业机器人的使用时长和使用方的生产损失。

本文以Weibull分布作为核心建立了一套线束寿命的评估模型。

并在实验室的测试平台中产生实测值，验证其准确性和有效性。

为线束寿命分析和预测提供了一种新的描述模式。

关键字：工业机器人线束；寿命分析模型；Weibull分布0引言随着工业机器人在制造业和自动化系统的进一步广泛使用，线束的故障愈发引起各个制造商的注意，据不完全统计，线束的故障占各种机器人失效故障的40%。

线束的失效还同时具有潜藏性和随机性，在短期之内通常线束不会出现任何问题，而出现故障的时机往往是生产商所不期望的。

电缆的故障一般分为３个阶段，即早期故障，在0~5a内发生，故障原因多是安装和质量问题；中期故障，在5~25a内发生，多是偶发性故障，故障原因为外力破坏；晚期故障，一般发生在25a以后，电缆由于在各种力、热、机械以及环境等应力的长期作用下，绝缘出现老化，发生老化故障。

[3]所以对工业机器人的线束寿命评估就成为了制造业生产中的一项必需课题。

1Weibull分布模型Weibull分布是一种连续概率分布，可以适应广泛的分布形状。

与正态分布一样，Weibull分布是单峰分布，描述与连续数据相关的概率。

但是，与正态分布不同的是，它还可以对偏斜数据进行建模。

事实上，其极大的灵活性使其能够对左偏和右偏数据进行建模。

该分布是一种异常通用的概率密度函数，因为它可以拟合多种形状。

它甚至可以逼近正态分布和其他分布。

Weibull分布具有三个参数：形状、比例和阈值。

1.1Weibull分布阈值参数（γ）阈值参数定义Weibull分布中的最低可能值。

我们将此参数称为位置。

所有值都必须大于阈值。

因此，负阈值让分布可以同时处理负值和正值。

零阈值允许它只包含正值。

双参数Weibull分布只是将阈值设置为零。

当保持形状和比例参数不变时，阈值仅会让分布函数左右移动。

第1章威布尔分析1.1 引言：在所有可用的可靠性计算的分布当中，威布尔分布是唯一可用于工程领域的。

在1937，Waloddi Weibull教授（1887－1979）创造性的提出了该种分布，它是用于失效数据分析分布中应用最广泛的分布之一，也用于寿命数据分析，因为系统或部件的寿命周期的测量也需要分析。

一位瑞典的工程师和一位数学家潜心研究冶金的失效，威布尔教授曾指出正态分布要求冶金的初始强度服从正态分布，而情况并非如此。

他还指出对于功能需求可以包含各种分布，其中包括正态分布。

1951年他发表了代表作，“一个具有广泛适用性的统计分布函数”，威布尔教授声称寿命数据可以从威布尔分布族中选择最恰当的分布，然后用合适的参数进行合理准确的失效分析。

他列举七种不同的情况来证明威布尔分布可顺利用于很多问题的分析。

对威布尔分布的最初反应是普遍诊断它太过完美以致于不真实。

尽管如此，失效数据分析领域的先驱们还是开始应用并不断改进，直到1975年，美国空军才认可了它的优点并资助了威布尔教授的研究。

今天，威布尔分析涉及图表形式的概率分析以找出对于一个给定失效模式下最能代表一批寿命数据的分布。

尽管威布尔分布在检测寿命数据以确定最合适的分布方面在世界范围内处于领先位置，但其它分布也会偶尔用于寿命数据分析包括指数分布，对数正态分布，正态分布，寿命数据有了对应的统计学分布，威布尔分析对预计产品寿命做了准备。

这种具代表性的样本分布用来估计产品的重要寿命特征，如可靠性，某一时刻的失效率，产品的平均寿命及失效率。

1.1.1威布尔分析的优点：威布尔分析广泛用于研究机械、化工、电气、电子、材料的失效，甚至人体疫病。

威布尔分析最主要的优点在于它的功能：⏹提供比较准确的失效分析和小数据样本的失效预测，对出现的问题尽早的制订解决方案。

⏹为单个失效模式提供简单而有用的图表，使数据在不充足时，仍易于理解。

⏹描述分布状态的形状可很好的选择相应的分布。

⏹提供基于威布尔概率图的斜率的物理失效的线索。