براورد پارامترها با استفاده از الگوریتم EM و بهینه‌کردن طرح آزمون عمر شتابیده تنش ثابت با پارامترهای غیر ثابت تحت سانسور فزاینده نوع اول

حکمی پور, نوشین

doi:10.22105/dmor.2021.287322.1405

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

نوشین حکمی پور

گروه ریاضی و علوم مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)- مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئین زهرا، بوئین زهرا، ایران.

https://doi.org/10.22105/dmor.2021.287322.1405

چکیده

هدف: در این مقاله آزمون عمر شتابیده تنش ثابت k مرحله‌ای تحت سانسور فزاینده نوع اول، برای توزیع لومکس در حالتی که هر دو پارامتر آن غیر ثابت هستند، مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این مقاله براورد پارامترهای مدل با استفاده از الگوریتم EM و بهینه کردن طرح چنین آزمونی است.

روش‌شناسی پژوهش: اغلب آزمون‌های طول عمر به مدت زمان زیادی جهت انجام آزمون نیازمندند و این یک مسئله در طراحی آزمون است. یک راه مواجه با این مشکل، استفاده از آزمون‌های عمر شتابیده می‌باشد. مکانیزم این آزمون‌ها به این صورت است که با اعمال تنشی بیش از حد طبیعی به محصولات، روند تخریب محصول را افزایش می‌دهند و به این ترتیب مدت زمان انجام آزمون کاهش می‌یابد. آزمون‌های عمر شتابیده انواع مختلفی دارند که در این مقاله از مدل تنش ثابت استفاده شده است. برای براورد ماکسیمم درستنمایی پارامترهای مجهول از الگوریتم EM استفاده شده که برای داده‌های مفقود شده روش مناسبی است. همچنین به منظور بهینه کردن طرح آزمون مورد بررسی از دو معیار استفاده شد و تاثیر عواملی همچون حجم نمونه، تعداد سطوح تنش، تعداد بازبینی‌ها و احتمال سانسور میانی بر کارایی آزمون مورد بررسی قرار گرفت.

یافته‎‌ها: بر مبنای مطالعات شبیه‌سازی و یک مجموعه داده واقعی نشان داده شد که براورد EMارائه شده، خوب است. همچنین تحت معیار بهینه‌سازی دوم، آزمون کاراتری نسبت به معیار اول حاصل شد. به علاوه برای دست‌یابی به آزمون کاراتر، بهتر است از حجم نمونه، تعداد سطوح تنش و تعداد بازبینی کمتر و احتمال سانسور میانی بیشتر استفاده کرد.

اصالت/ارزش افزوده علمی: در این بررسی برای جمع‌آوری داده‌های طول عمر از روش بازبینی دوره‌ای استفاده شده است. گرچه روش بازبینی مداوم یک روش ایده‌آل است. ولی گاهی اوقات به دلیل محدودیت‌های موجود در آزمون و یا محدودیت بودجه، امکان بازبینی مداوم وجود ندارد و ناچار به استفاده از روش بازبینی دوره‌ای هستیم. در این صورت، زمان دقیق شکست محصولات در دسترس نیست و فقط تعداد شکست‌ها در زمان‌های خاصی در دسترس می‌باشد. به علاوه در این مقاله در نظر گرفته شده که هر دو پارمتر شکل و مقیاس در توزیع لومکس دارای رابطه لگ خطی با سطوح تنش هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

بهینه سازی با روش های عددی

عنوان مقاله [English]

Parameter Estimation Using EM Algorithm and Test Design Optimization of Constant Stress Accelerated Life Test with non-constant Parameters under Type-I Progressive Censoring

نویسنده [English]

Nooshin Hakamipour

Department of Mathematics and Engineering Science, Imam Khomeini International University -Buin Zahra Higher Education Center of Engineering and Technology, Buin Zahra, Iran.

چکیده [English]

Purpose: In this paper k- level constant stress accelerated life test under Type-I progressive censoring for Lomax distribution with non-constant shape and scale parameters is investigated. The purpose of this paper is to estimate the model parameters using the EM algorithm and optimize the test design.

Methodology: Life testing often consumes a very long time for testing and this is a fundamental problem in test design. This problem is solved by accelerated life tests. There is a recommended method for reducing the time of failure, such that the stress level of the test units will increase and then they will fail earlier than normal operating conditions. Therefore, these approaches reduced the running time. In this paper, the k-level constant stress accelerated life test under progressive Type-I censoring used. The Expectation-Maximization (EM) algorithm is used to determine the maximum likelihood estimates of the unknown parameters. This algorithm is a very powerful tool in handling the incomplete data problem. Two different criteria used to optimize the test plan. And the effect of the sample size, number of stress levels and inspection and the intermediate censoring proportion are assessed on the design efficiency.

Findings: based on the simulation study and a real data set, it is demonstrated that the EM estimator is good. Also, under the optimization criterion II, a more efficient test was obtained than the optimization criterion I. In addition, the small sample size, the small number of stress levels, the small number of inspections and the large intermediate censoring proportion lead to a more efficient test.

Originality/Value: In this paper, the periodic inspection is used to collect lifetime data. Although continuous is an ideal mode. But sometimes due to technical limitations and/or budgetary constraints, the continuous inspection is not possible in practice and the experimenter has to use the periodic inspection. In this case, the exact times of test units may not be available and only the failure counts are collected at certain time points during the test. Also, in this paper, we assumed that both scale and shape parameters to be log linear model by operating stress

کلیدواژه‌ها [English]

EM algorithm
Maximum likelihood estimation
Numerical methods
Periodic inspection
Test design optimization

مراجع

Balakrishnan, N., & Han, D. (2008). Exact inference for a simple step-stress model with competing risks for failure from exponential distribution under Type-II censoring. Journal of statistical planning and inference, 138(12), 4172-4186. https://doi.org/10.1016/j.jspi.2008.03.036

Balakrishnan, N., Kundu, D., Ng, K. T., & Kannan, N. (2007). Point and interval estimation for a simple step-stress model with Type-II censoring. Journal of quality technology, 39(1), 35-47. https://doi.org/10.1080/00224065.2007.11917671

Boyko, K. C., & Gerlach, D. L. (1989, April). Time dependent dielectric breakdown at 210 Å oxides. 27th annual proceedings. International reliability physics symposium (pp. 1-8). IEEE. DOI: 10.1109/RELPHY.1989.36309

Budhiraja, S., & Pradhan, B. (2020). Point and interval estimation under progressive type-I interval censoring with random removal. Statistical papers, 61(1), 445-477. https://doi.org/10.1007/s00362-017-0948-y

Chandra, N., & Khan, M. A. (2018). Analysis and optimum plan for 3-step step-stress accelerated life tests with Lomax model under progressive type-I censoring. Communications in mathematics and statistics, 6(1), 73-90. https://doi.org/10.1007/s40304-017-0123-8

Fan, T. H., & Hsu, T. M. (2014). Constant stress accelerated life test on a multiple-component series system under Weibull lifetime distributions. Communications in statistics-theory and methods, 43(10-12), 2370-2383. https://doi.org/10.1080/03610926.2013.809115

Guan, Q., Tang, Y., Fu, J., & Xu, A. (2014). Optimal multiple constant-stress accelerated life tests for generalized exponential distribution. Communications in statistics-simulation and computation, 43(8), 1852-1865. https://doi.org/10.1080/03610918.2013.810257

Hassan, A. S., Assar, S. M., & Shelbaia, A. (2016). Optimum step-stress accelerated life test plan for Lomax distribution with an adaptive type-II progressive hybrid censoring. Journal of advances in mathematics and computer science, 13(2), 1-19. DOI: 10.9734/10.9734/BJMCS/2016/21964

Hiergeist, P., Spitzer, A., & Rohl, S. (1989). Lifetime of oxide and oxide-nitro-oxide dielectrics within trench capacitors for DRAM’s. IEEE transactions on electron devices, 36, 913-919. DOI: 10.1109/16.299673

Kateri, M., & Kamps, U. (2015). Inference in step-stress models based on failure rates. Statistical papers, 56(3), 639-660. https://doi.org/10.1007/s00362-014-0601-y

Khaje Zadeh, S., Shahverdiani, S., Daneshvar, A., & Madanchi Zaj, M. (2020). Predicting the optimal stock portfolio approach of meta-heuristic algorithm and Markov decision process. Journal of decisions and operations research, 5(4), 426-445. (In Persian). DOI: 10.22105/dmor.2020.239616.1183

Khoshfetrat, S., & Hosseinzadeh Lotfi, F. (2014). Introducing a nonlinear programming model and using genetic algorithm to rank the alternatives in analytic hierarchy process. Journal of applied research on industrial engineering, 1(1), 12-18.

Li, P. C., Ting, W., & Kwong, D. L. (1989). Time-dependent dielectric breakdown of chemical-vapour-deposited SiO/sub 2/gate dielectrics. Electronics letters, 25(10), 665-666. DOI:10.1049/EL:19890450

Little, R., & Rubin, D. (2007). Incomplete data. In S. Kotz & N.L. Johnson (Eds.), Encyclopedia of statistical sciences (pp 46–53). Wiley, New York.

Lomax, K. S. (1954). Business failures: another example of the analysis of failure data. Journal of the American statistical association, 49(268), 847-852.

Meeker, W. Q., & Escobar, L. A. (1998). Statistical methods for reliability data. JohnWiley and Sons. Inc., New York.

Mitra, S., Ganguly, A., Samanta, D., & Kundu, D. (2013). On the simple step-stress model for two-parameter exponential distribution. Statistical methodology, 15, 95-114. https://doi.org/10.1016/j.stamet.2013.04.003

Nelson, W. (1990). Accelerated testing - statistical models, test plans, and data analyses. John Wiley and Sons, New York. DOI:10.2307/2347642

Nelson, W. (1984). Fitting of fatigue curves with nonconstant standard deviation to data with runouts. Journal of testing and evaluation, 12(2), 69-77. https://doi.org/10.1520/JTE10700J

Parchami, A., DoostMohammadi, M., & Mashinchi, M. (2019). Application of newton raphson algorithm as a numerical method in maximum likelihood estimation. Decisions and operations research, 3(4), 402-412. (In Persian). DOI: 10.22105/dmor.2019.77084

Parnianifard, A., Ahmad, S. A., Ariffin, M. K. A., & Ismail, M. I. S. (2018). Design and analysis of computer experiments using polynomial regression and Latin hypercube sampling in optimal design of PID controller. Journal of applied research on industrial engineering, 5(2), 156-168. DOI: 10.22105/jarie.2018.141898.1051

Pascual, F. (2008). Accelerated life test planning with independent Weibull competing risks. IEEE transactions on reliability, 57(3), 435-444. DOI: 10.1109/TR.2008.928205

Rashidinejad, A. (2010). Comparison of EM algorithm imputation with two methods of mean imputation and new samples imputation in panel surveys. Ijoss Iranian journal of official statistics studies, 21(1), 89-108. (In Persian). http://ijoss.srtc.ac.ir/article-1-74-en.html

Wang, L. (2017). Inference of constant-stress accelerated life test for a truncated distribution under progressive censoring. Applied mathematical modelling, 44, 743-757. https://doi.org/10.1016/j.apm.2017.02.011

Wang, L. (2018). Estimation of constant-stress accelerated life test for Weibull distribution with nonconstant shape parameter. Journal of computational and applied mathematics, 343, 539-555. https://doi.org/10.1016/j.cam.2018.05.012

تصمیم گیری و تحقیق در عملیات

براورد پارامترها با استفاده از الگوریتم EM و بهینه‌کردن طرح آزمون عمر شتابیده تنش ثابت با پارامترهای غیر ثابت تحت سانسور فزاینده نوع اول

مراجع

مراجع

دوره 6، شماره 4
اسفند 1400
صفحه 570-591

براورد پارامترها با استفاده از الگوریتم EM و بهینه‌کردن طرح آزمون عمر شتابیده تنش ثابت با پارامترهای غیر ثابت تحت سانسور فزاینده نوع اول

مراجع

مراجع

دوره 6، شماره 4اسفند 1400صفحه 570-591

دوره 6، شماره 4
اسفند 1400
صفحه 570-591