威布尔分布的3个参数各表示什么样的具体含义?
威布尔分布(Weibull distribution)是可靠性分析和寿命数据分析的重要概率分布,有三个参数,分别是形状参数(shape parameter,m mm)、尺度参数(scale parameter,η \etaη)和位置参数(location parameter, γ \gammaγ)。
它们的具体含义如下: 形状参数(m mm) 决定分布曲线形状:形状参数 m mm 是威布尔分布中最为关键的参数,它决定了威布尔分布概率密度函数曲线的基本形状,深刻影响着产品或系统的失效率特性。
不同取值对应不同特性:当 m = 1 m = 1m=1 时,威布尔分布等同于指数分布,此时失效率为常数,意味着产品在整个寿命周期内的失效风险相对稳定;当 m < 1 m < 1m<1 时,失效率随时间呈下降趋势,表明产品早期失效的可能性较大,随着时间推移,失效概率逐渐降低,这种情况常见于一些磨合阶段的产品;当 m > 1 m > 1m>1 时,失效率随时间上升,说明产品在使用后期更容易失效,符合大多数产品的老化失效规律,尤其当 m = 3 m = 3m=3 左右时,威布尔分布近似于正态分布 。
尺度参数(η \etaη) 衡量寿命尺度:尺度参数 η \etaη 又称为特征寿命,具有时间量纲。
在威布尔分布中,当时间 t = η t = \etat=η 时,累积分布函数值 F ( η ) = 1 − e − 1 ≈ 0.632 F(\eta)=1 - e^{-1} \approx 0.632F(η)=1−e−1≈0.632,即产品在特征寿命 η \etaη 时刻的失效概率约为 63.2 % 63.2\%63.2%。
影响分布曲线位置和分散程度:尺度参数 η \etaη 越大,表示产品平均寿命越长,分布曲线在时间轴上越向右移动,且曲线更为平缓,意味着产品寿命的分散性更大;反之,η \etaη 越小,产品平均寿命越短,曲线在时间轴上越靠左,且更为陡峭,产品寿命的分散性较小。
例如,对于两种电子产品,若产品A的尺度参数 η A \eta_AηA 大于产品B的尺度参数 η B \eta_BηB,那么产品A的平均寿命长于产品B,且产品A的寿命数据相对产品B更为分散。
位置参数(γ \gammaγ) 确定起始点:位置参数 γ \gammaγ 表示时间坐标的平移量,决定了威布尔分布在时间轴上的起始位置,同样具有时间量纲。
当 γ = 0 \gamma = 0γ=0 时,分布从 t = 0 t = 0t=0 开始;当 γ > 0 \gamma > 0γ>0 时,分布起点向右移动,意味着产品在 γ \gammaγ 这段时间内不会失效,可视为产品的“安全期”;当 γ < 0 \gamma < 0γ<0 时,分布起点向左移动,但在实际应用中,负的位置参数较少见,因为时间通常从 0 或某个正数开始计数。
反映初始状态影响:在实际问题中,位置参数 γ \gammaγ 可以用来考虑产品在投入使用前可能已经经历的时间或状态。
比如某些产品在出厂前已经经过了一段时间的存储或预运行,这段时间对产品的寿命有一定影响,就可以通过位置参数 γ \gammaγ 来体现。