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베이지안 기법을 이용한 소표본 보증데이터 분석 방법 연구
A Study of the Small Sample Warranty Data Analysis Using the Bayesian Approach 원문보기

대한안전경영과학회 2013년 춘계학술대회, 2013 Apr. 21, 2013년, pp.517 - 531  

김종걸 (성균관대학교 시스템경영공학과) ,  성기우 (성균관대학교 산업공학과) ,  송정무 (성균관대학교 산업공학과)

초록
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보증 데이터를 통해 제품의 수명 및 형상모수를 추정할 때 최우추정법과 같은 전통적인 통계 분석방법(Classical Statistical Method)을 많이 사용하였다. 그러나 전통적인 통계 분석방법을 통해 수명과 형상모수의 추정 시 표본의 크기가 작거나 불완전한 경우 추정량의 신뢰성이 떨어진다는 단점이 있고 또 누적된 경험과 과거자료를 충분히 이용하지 못하는 단점도 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 모수의 사전분포를 가정하는 베이지안(Bayesian) 기법의 적용이 필요하다. 하지만 보증 데이터분석에 있어서 베이지안 기법을 이용한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 수명분포가 와이블 분포를 갖는 보증데이터를 활용하여 모수 추정의 효율성을 비교 분석하고자 한다. 이를 위해 와이블 분포의 모수가 대수정규분포를 따르는 사전분포를 갖는 베이지안 기법과 전통적 통계기법인 생명표법(Actuarial method)을 활용하여 추정량을 도출하고 비교 분석하였다. 이를 통해 충분한 관측 데이터를 확보할 수 없는 경우에 베이지안 기법을 이용한 보증 데이터 분석방법의 성능을 확인하고자 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 소표본 데이터 일 때의 성능을 비교하기 위해서 2년, 1년, 6개월로 데이터를 샘플링하고 분석하여 그 성능을 비교하였다. 결과적으로 얼마나 적은 데이터까지 베이지안 기법으로 성능을 유지 할 수 있는지도 살펴보았다. 그리고 분석 결과의 성능을 확인하기 위한 방법은 신뢰성 척도의 하나인 B1과 형상모수를 통해 비교분석하였다.
  • 본 논문에서는 다양한 베이지안 기법 중 Weibull-Bayesian 분포를 사용한 베이지안 기법을 사용하고자 한다. 이 방법은 소표본 분석의 불확실성을 줄이기 위해 1-Parameter WEIBULL 분포를 사용하였고, 와이블 분포의 형상모수를 이미 사전에 알고 있는 것을 가정하고 사전분포로 로그정규분포를 사용하였다.
  • 본 논문의 목적은 보증 조건이 5년 60,000만부인 제품에 대해서 실제 보증 실시 이후 모여진 5년간의 보증 수리 데이터를 통해 소표본 보증데이터 분석 방법 및 활용 방법을 제시하고자 함이며, 데이터 분석에 있어서 표본의 크기가 작거나 충분한 관측 데이터를 확보할 수 없을 때 효율적이고 정확한 모수와 수명 추정이 가능함을 확인하는 것이다. 특히 전통적 통계기법에서 해결하기 어려운 추정의 정확성을 베이지안 기법을 통해서 확인 하고자 한다.
  • 앞서 2절에서 보증 데이터에서 수명함수의 모수를 추정하는 방법을 모수적 방법과 비모수적 방법으로 분류했다. 이 분류를 토대로 보증 데이터 분석 방법론을 나열하고본 논문에서 분석에 활용될 데이터에 적합한 분석방법을 찾아본다.
  • 본 논문에서는 구간중도절단된 와이블 분포에서 모수들에 대한 정보 사전 분포를 가정한 후, 모수들의 사후분포를 통하여 모수를 추정하는 Weibull-Bayesian을 제시하였다. 이를 통해 소표본 보증데이터 분석방법에 대한 제안을 하고자 하였다. 또한 시뮬레이션을 통하여 보증데이터 신뢰성분석의 전통적 통계적 개념의 모수 추정방법인생명표법과 베이지안 기법의 성능을 비교해 보았다.
  • 본 논문의 목적은 보증 조건이 5년 60,000만부인 제품에 대해서 실제 보증 실시 이후 모여진 5년간의 보증 수리 데이터를 통해 소표본 보증데이터 분석 방법 및 활용 방법을 제시하고자 함이며, 데이터 분석에 있어서 표본의 크기가 작거나 충분한 관측 데이터를 확보할 수 없을 때 효율적이고 정확한 모수와 수명 추정이 가능함을 확인하는 것이다. 특히 전통적 통계기법에서 해결하기 어려운 추정의 정확성을 베이지안 기법을 통해서 확인 하고자 한다.

가설 설정

  • 보증기간 내에 발생한 고장은 모두 A/S를 통해 접수된다.
  • 제품의 고장일시는 수리일시와 동일하다.
  • 만약 추정된 형상모수 β가 참값에 가깝다면 2-Paremeter Weibull을 사용한 모수의 추정보다 정확도가 더 높을 것이다.
  • 본 논문에서는 다양한 베이지안 기법 중 Weibull-Bayesian 분포를 사용한 베이지안 기법을 사용하고자 한다. 이 방법은 소표본 분석의 불확실성을 줄이기 위해 1-Parameter WEIBULL 분포를 사용하였고, 와이블 분포의 형상모수를 이미 사전에 알고 있는 것을 가정하고 사전분포로 로그정규분포를 사용하였다. 이 방법의 장점은 형상모수에 대한 사전정보만 있다면 더 쉽게 소표본일 때 불확실성을 줄이고 정확한 모수를 추정할 수 있다.
  • 작은 샘플 사이즈로부터 야기된 불확실성을 줄이기 위하여 1-Parameter Weibull 분포가 사용되어졌다[16]. 특히 형상 모수에 대한 사전 정보가 이용 가능할 때 1-Parameter Weibull은 와이블 분포의 형상 모수가 알려졌다는 것을 가정한다. 왜냐하면 그것은 오직 척도 모수가 추정되어지기 때문이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
보증 데이터를 통해 신뢰도의 정량적인 값을 얻거나 신뢰성수명분야에서 이용되는 기존의 방법은 무엇을 많이 사용하였는가? 보증 데이터를 통해 신뢰도의 정량적인 값을 얻거나 신뢰성수명분야에서 이용되는 기존의 방법은 최우추정법과 같은 전통적인 통계 분석방법을 많이 사용하였다. 하지만 표본의 크기가 작거나 불완전하고 충분한 관측 데이터를 확보할 수 없는 경우 표준오차나 변동계수가 커져서 추정량의 신뢰성이 떨어진다.
보증 데이터는 어떤 데이터인가? 보증 데이터는 제품의 신뢰도를 산출하기 위한 목적의 데이터로써 일반적으로 보증 기간을 갖는 제품에서 고장데이터의 형태로 얻어진다. 보증 데이터는 수집과정에서 제품 고장 수명에 대하여 불완전하고 충분한 관측 데이터를 확보할 수 없는 경우가 빈번하게 발생한다.
소표본 데이터의 분석의 필요성과 중요성은 무엇인가? 소표본 데이터의 분석의 필요성과 중요성은 다음과 같다. 정확한 하고 신뢰성 높은 분성을 하기 위해서는 더 많은 데이터의 확보가 필요하다. 그러나 현장에서는 고장 데이터의 수가 곧 비용과 연결되기 때문에 많은 표본을 확보하기 어렵다. 또한 적은 보증데이터로 필드 부품의 정확한 수명을 알 수 있다면 빠른 의사결정 필요시 활용이 가능하다.
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