Порядок выполнения работы

1. Из табл. 29 студенту необходимо выписать значения, согласно ва­рианту, выданному преподавателем.

Таблица 29

Исходные данные

№	Значения Х
1	1793 689 628	901 1665 776	559 901 781	736 1872 1767	658 509 351	841 1100 1700	1797 1746 1076	235 524 765	1397 788 1074	480 489 375	411 735 703
2	Все значения X варианта 1 умножить на 0,9
3	То же	на 0,85
4	-//-	на 0,7
5	-//-	на 1,2
6	-//-	на 0,95
7	-//-	на 1,28
8	-//-	на 1,42
9	-//-	на 0,77
10	-//-	на 0,82
11	-//-	на 1,14
12	-//-	на 1,22
13	-//-	на 1,37
14	-//-	на 0,93
15	-//-	на 1,29
16	-//-	на 0,89
17	-//-	на 0,72
18	-//-	на 0,98
19	-//-	на 1,08
20	-//-	на 1,19
21	-//-	на 1,32
22	-//-	на 1,45
23	-//-	на 1,51
24	-//-	на 1,03
25	-//-	на 1,56
26	-//-	на 1,49
27	-//-	на 1,27
28	-//-	на 1,33
29	-//-	на 0,68
30	-//-	на 1,59

Известно, что наработка технической системы на отказ имеет логарифмически нормальное распределение. В табл. 29 приведены результаты испытаний, где Х_i - срок работы i-ой технической системы. Необходимо найти оценки параметров a и σ.

2. Заполнить табл. 30.

Таблица 30

Определение величин

i	xi	lgxi
		Σ		Σ

3. Найти , S²,S₁, S, согласно формулам и табл. 26 при доверительной вероят­ности γ = 0,80; γ = 0,90 и γ = 0,95 - доверительные границы a_н и a_в. Согласно формулам и табл. 27, 28 определить для параметра σ доверительные границы при односторонней довери­тельной вероятности γ = 0,80, γ= 0,90, γ = 0,95.

4. Сделать выводы.

5. Оформить отчет, где отразить цель работы, теоретические сведе­ния, исходные данные, расчеты, выводы.

6. Защитить отчет у преподавателя.

Контрольные вопросы

1. В каких задачах надежности дорожно-строительных машин исполь­зуют логарифмически нормальное распределение?

2. Что называют выборочным коэффициентом вариации?

3. Что называют плотностью распределения?

4. Нижняя и верхняя доверительные границы параметра.

5. Бесконечный и конечный доверительные интервалы.

Лабораторная работа № 11

Оценка показателей надёжности по результатам наблюдений для нормального закона распределения

Ц е л ь р а б о т ы: определить точечные оценки показателей надежности по параметрам наиболее распространенного закона распре­деления (нормального, Гаусса) методом максимального правдоподобия в зависимости от плана наблюдений в условиях эксплуатации.

Н е о б х о д и м о е о б о р у д о в а н и е: микрокалькулятор; таблица исходных данных.

Основные теоретические сведения

Нормальное распределение является основным в математической статистике. Оно образуется, когда на случайную величину действует большое число равноправных факторов.

В теории надежности нормальным распределением описывают нара­ботки на отказ элементов вследствие их износа и старения.

Под оценками показателей надежности понимают числовые значения показателей, определяемые по результатам наблюдений за изделиями в условиях эксплуатации. За числовое значение показателя принимают точечную оценку или доверительные границы интервала, который с за­данной доверительной вероятностью покрывает истинное значение по­казателя. Точечную оценку принимают за приближенное значение не­известного показателя.

Определение точечной оценки параметров нормального закона распределения

Функция плотности вероятности задана в следующем виде:

, при t≥0

точечную оценку параметров a и σ вычисляют соответственно по формулам (104), (105) для плана наблюдений [N,U,T]:

оценка параметра a:

, (104)

оценка параметра σ:

, (105)

где N - число изделий, поставленных под наблюдение; d - число отказов за время наблюдения Т; t_i - отдельные значения случайной величины (наработки каждого изделия до отказа); k - коэффициент, рассчитанный по формуле (для плана [N,U,T]):

(106)

где значение f₁(k) определяют по табл. 31.

Таблица 31

Значения f₁(k), f₂(k), f₃(k).

k	f1(k)	f2(k)	f3(k)
1	2	3	4
-2,0	2,373	1,003	0,519
-1,9	2,285	1,004	0
-1,3	2,197	1,005	0,530
-1,7	2,110	1,006	0,537
-1,6	2,024	1,009	0,546
-1,5	1,939	1,011	0,556
-1,4	1,854	1,015	0,568
-1,3	1,770	1,019	0,583
-1,2	1,688	1,025	0,600
-1,1	1,606	1,032	0,620
-1,0	1,525	1,042	0,643
-0,9	1,446	1,054	0,671
-0,8	1,376	1,069	0,702
-0,7	1,290	1,089	0,740
-0,6	1,215	1,114	0,783
-0,5	1,141	1,147	0,833
-0,4	1,069	1,189	0,891
-0,3	0,998	1,243	0,959
-0,2	0,929	1,312	1,039
-0,1	0,868	1,401	1,132
0	0,790	1,517	1,214
0,1	0,735	1,667	1,370
0,2	0,675	1,863	1,523
0,3	0,671	2,119	1,704
0,4	0,562	2,458	1,919
0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,6 1,7 1,9 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0	0,509 0,459 0,412 0,368 0,326 0,288 0,252 0,190 0,163 0,139 0,117 0,098 0,082 0,068 0,068 0,055	2,893 3,473 4,241 5,261 6,623 8,448 10,90 14,220 18,730 24,890 33,340 44,990 61,130 83,640 115,200 159,700	2,178 2,488 2,863 3,319 3,876 4,561 5,408 6,462 7,780 9,442 11,550 14,240 17,240 22,190 28,050 35,740

Точечные сценки показателей надежности рассчитывают по формулам по точечным опенкам параметров закона распределения в зависимости от закона распределения случайной величины: наработки до отказа, ресурса, срока службы, срока сохраняемости, времени восстановления.

Для нормального закона распределения это формулы:

средняя наработка до первого отказа: Т_ср= ,

средний ресурс: Т_р.с. = ,

средний срок службы: Т_сл.ср = ,

средний срок сохраняемости: Т_с.ср= ,

среднее время восстановления: Т_В.ср. = ,

гамма – процентный срок службы:

, (107)

гамма – процентный срок сохраняемости:

, (108)

гамма – процентный ресурс:

, (109)

вероятность безотказной работы до первого отказа:

, (110)

вероятность восстановления:

, (111)

интенсивность отказов:

(112)

интенсивность восстановления:

(113)

t_γ - обозначает гамма-процентный ресурс, гамма-процентный срок службы или гамма-процентный срок сохраняемости.

Как видно, один и тот же параметр закона распределения обозначает различия величины, в зависимости от того, в выражение какого показа­теля надежности он входит.

Определение доверительных границ для параметров нормального закона распределения

Точечные оценки параметров законов распределения являются случайными величинами и должны оцениваться на достоверность доверительными границами с заданной доверительной вероятностью.

Доверительные границы для параметров нормального закона распределения

По табл. 32 … 36 определяют двусторонние и односторонние доверительные границы для параметров a и σ с вероятностью β.

Вероятность P с учетом формул табл. 33, 34 принимают следующий вид:

β; ; n=N-1.

Таблица 32

Квантили нормального распределения

β	uβ	zβ	β	uβ	zβ
1	2	3	4	5	6
0,50	0	0,674	0,82	0,915	1,341
0,51	0,025	0,690	0,83	0,954	1,372
0,52	0,050	0,705	0,84	0,994	1,405
0,53	0,075	0,722	0,85	0,036	1,440
0,54	0,100	0,739	0,86	1,080	1,476
0,55	0,126	0,755	0,87	1,126	1,514
0,56	0,151	0,772	0,88	1,175	1,555
0,57	0,176	0,789	0,89	1,227	1,598
0,58	0,202	0,806	0,90	1,282	1,645
0,59	0,228	0,824	0,91	1,341	1,695
0,60	0,253	0,842	0,92	1,405	1,751
0,61	0,279	0,860	0,925	1,440	1,780
0,62	0,305	0,878	0,93	1,476	1,812
0,63	0,332	0,896	0,94	1,555	1,881
0,64	0,358	0,935	0,95	1,645	1,960
0,65	0,385	0,935	0,96	1,751	2,054
0,66	0,412	0,954	0,97	1,881	2,170
0,67	0,440	0,974	0,975	1,960	2,241
0,68	0,468	0,994	0,980	2,054	2,326
0,69	0,496	1,015	0,990	2,326	2,576
0,70	0,524	1,036	0,991	2,366	2,612
0,71	0,563	1,080	0,993	2,457	2,697
0,73	0,613	1,102	0,994	2,512	2,784
0,74	0,643	1,126	0,995	2,576	2,807
0,75	0,674	1,150	0,996	2,652	2,878
0,76	0,706	1,175	0,997	2,748	2,968
0,77	0,738	1,200	0,9975	2,807	3,024
0,78	0,772	1,227	0,9980	2,878	3,090
0,79	0,806	1,254	0,9990	3,090	3,291
0,80	0,842	1,282	0,9995	3,291	3,480
0,81	0,878	1,311	0,9999	3,719	3,885

Значения f₂(k) и f₃(k) используемые в формулах табл. 32 - 36, находят из табл. 31.

Таблица 33

Формулы для определения двусторонних доверительных границ параметра a с вероятностью β для плана наблюдений [N, U, T]

Граница
нижняя aн	верхняя aв

Таблица 34

Формулы для определения односторонних доверительных границ параметра a с вероятностью β для плана наблюдений [N, U, T]

Граница
нижняя aон	верхняя aов

Таблица 35

Формулы для определения двусторонних доверительных границ параметра σ с вероятностью β для плана наблюдений [N, U, T]

Граница
нижняя σн	верхняя σв

Таблица 36

Формулы для определения односторонних доверительных границ параметра σ с вероятностью β для плана наблюдений [N, U, T]

Граница
нижняя σон	верхняя σов

Значения u_β и z_β используемые в формулах табл. 33 - 36, находят по табл. 32.

Вероятность Р с учетом формул табл. 35, 36:

.

Определение доверительных границ для показателей надежности

Доверительные границы для показателей надежности, являющихся монотонной функцией одного параметра, находят путем подстановки в выражение для показателей надежности значений верхней или нижней границ соответствующего параметра.

Для нормального закона распределения значения даны в табл. 39.