Тип вариации | Синонимы |
---|---|
Общая причина | Возможная причина Неустранимая причина Шум Естественный узор Случайные эффекты Случайная ошибка |
Особая причина | Возможная причина Сигнал Неестественный рисунок Систематические эффекты Систематическая ошибка |
Общие и особые причины - это два различных источника вариаций в процессе, как это определено в статистическом мышлении и методах Уолтера А. Шухарта и У. Эдвардса Деминга . Вкратце, «общие причины», также называемые естественными закономерностями , представляют собой обычные исторические, поддающиеся количественной оценке вариации в системе, в то время как «особые причины» - это необычные, не наблюдаемые ранее и не поддающиеся количественной оценке вариации.
Это различие является фундаментальным в философии статистики и философии вероятности , при этом разное рассмотрение этих вопросов является классической проблемой интерпретации вероятностей , признанной и обсужденной еще в 1703 году Готфридом Лейбницем ; различные альтернативные имена использовались на протяжении многих лет.
Это различие было особенно важным в мышлении экономистов Фрэнка Найта , Джона Мейнарда Кейнса и GLS Shackle .
Истоки и концепции
В 1703 году Якоб Бернулли написал Готфриду Лейбницу, чтобы обсудить их общий интерес к применению математики и вероятности в азартных играх. Бернулли размышлял, можно ли собрать данные о смертности с надгробий и, таким образом, рассчитать, используя существующую практику, вероятность того, что мужчина в возрасте 20 лет переживет мужчину в возрасте 60 лет. Лейбниц ответил, что сомневается, что это возможно:
Природа установила закономерности, берущие начало в возвращении событий, но лишь по большей части. Новые болезни наводняют человечество, так что сколько бы экспериментов вы ни проводили над трупами, вы тем самым не наложили ограничения на природу событий, чтобы в будущем они не могли меняться.
Это отражает центральную идею о том, что некоторые вариации предсказуемы, по крайней мере, приблизительно по частоте. Эта вариация по общей причине очевидна из опыта. Однако новые, непредвиденные, возникающие или ранее игнорировавшиеся явления (например, «новые болезни») приводят к вариациям, выходящим за рамки исторического опыта. Шухарт и Деминг утверждали, что такие вариации по особым причинам принципиально непредсказуемы по частоте возникновения или серьезности.
Джон Мейнард Кейнс подчеркивал важность вариаций по особым причинам, когда писал:
Под «неопределенным» знанием ... я не имею в виду просто отличать то, что известно наверняка, от того, что только вероятно. В этом смысле игра в рулетку не подвержена неопределенности ... Смысл, в котором я использую этот термин, заключается в том, что перспектива европейской войны является неопределенной, или цена меди и процентная ставка двадцать годы спустя, или устаревание нового изобретения ... По этим вопросам нет никакой научной основы, на которой можно было бы сформировать какую-либо вычислимую вероятность. Мы просто не знаем!
Определения
Вариации по общей причине
Вариации по общей причине характеризуются: [ необходима цитата ]
- Явления, постоянно действующие в системе;
- Вариация предсказуема вероятностно ;
- Нерегулярные вариации в пределах исторического опыта; а также
- Отсутствие значимости отдельных высоких или низких значений.
Результаты идеально сбалансированного колеса рулетки являются хорошим примером вариаций по общей причине. Вариация по общей причине - это шум внутри системы.
Уолтер А. Шухарт первоначально использовал термин случайная причина . [1] Термин « общая причина» был придуман Гарри Альпертом в 1947 году. Western Electric Company использовала термин « естественный образец» . [2] Шухарт называет процесс , который имеет только общие причины изменение как в статистическом контроле . Этот термин не рекомендуется некоторыми современными статистиками, которые предпочитают фразу " стабильный и предсказуемый" .
Вариация по особой причине
Вариации по особой причине характеризуются: [ необходима цитата ]
- Новые, непредвиденные, возникающие или ранее игнорировавшиеся явления в системе;
- Вариация непредсказуема по своей природе, даже вероятностно;
- Вариация вне базы исторического опыта; а также
- Свидетельство некоторого внутреннего изменения в системе или нашего знания о ней.
Вариация по особой причине всегда бывает неожиданностью. Это сигнал внутри системы.
Уолтер А. Шухарт первоначально использовал термин « назначаемая причина» . [3] Термин особая причина был введен У. Эдвардсом Демингом . Компания Western Electric использовала термин « неестественный узор» . [2]
Примеры
Общие причины
- Несоответствующие процедуры
- Плохой дизайн
- Плохое обслуживание машин
- Отсутствие четко определенных стандартных операционных процедур
- Плохие условия труда, например, освещение, шум, грязь, температура, вентиляция.
- Некачественное сырье
- Измерение ошибок
- Ошибка контроля качества
- Вибрация в промышленных процессах
- Температура и влажность окружающей среды
- Нормальный износ
- Вариативность настроек
- Время отклика компьютера
Особые причины
- Неправильная настройка оборудования
- Оператор засыпает
- Неисправные контроллеры
- Неисправность машины
- Падение земли
- Компьютерный сбой
- Недостаточная партия сырья
- Скачки напряжения
- Высокий спрос на медицинское обслуживание со стороны пожилых людей
- Сломанная часть
- Недостаточная осведомленность
- Ненормальный трафик ( мошенничество с кликами ) на веб-объявлениях
- Чрезвычайно долгий цикл лабораторных испытаний из-за перехода на новую компьютерную систему
- Оператор отсутствует [4]
Значение для экономики
В экономике этот круг идей анализируется под рубрикой « Knightian неопределенности ». Джон Мейнард Кейнс и Фрэнк Найт в своей работе обсуждали неотъемлемую непредсказуемость экономических систем и использовали ее для критики математического подхода к экономике с точки зрения ожидаемой полезности , разработанного Людвигом фон Мизесом и другими. Кейнс, в частности, утверждал, что экономические системы не стремятся автоматически к равновесию полной занятости из-за неспособности их агентов предсказывать будущее. Как он заметил в «Общей теории занятости, процента и денег» :
... как живые и движущиеся существа, мы вынуждены действовать ... [даже когда] наши существующие знания не обеспечивают достаточной основы для рассчитанного математического ожидания.
Мышления Кейнса были не в ладах с классическим либерализмом из австрийской школы экономистов, но GLS Оковы признали важность понимания Кейнса и попытались оформить его в свободном рыночной философии.
В финансовой экономике , то черная теория лебедя из Талеба основана на значении и непредсказуемости особых причин.
Важность управления производством и качеством
Отказ по особой причине - это отказ, который можно исправить, изменив компонент или процесс, тогда как отказ по общей причине эквивалентен шуму в системе, и невозможно предпринять определенные действия для предотвращения отказа.
Гарри Альперт заметил: [ необходима цитата ]
- В некой тюрьме происходит бунт. Официальные лица и социологи готовят подробный отчет о тюрьме с полным объяснением того, почему и как это произошло здесь, игнорируя тот факт, что причины были общими для большинства тюрем и что беспорядки могли произойти где угодно.
Цитата признает, что существует соблазн отреагировать на экстремальный исход и увидеть его как значительный, даже если его причины являются общими для многих ситуаций, а особые обстоятельства, окружающие его возникновение, являются результатом чистой случайности. Такое поведение имеет множество последствий для руководства, часто приводя к специальным вмешательствам, которые просто увеличивают уровень вариативности и частоту нежелательных результатов.
Деминг и Шухарт выступали за контрольную диаграмму как средство экономически эффективного управления бизнес-процессом .
Важность статистики
Деминг и Шухарт
В рамках частотной вероятности не существует процесса, посредством которого вероятность может быть привязана к будущему возникновению особой причины. [ необходима цитата ] Можно наивно спросить, действительно ли байесовский подход позволяет специфицировать такую вероятность. Существование вариаций по особым причинам привело Кейнса и Деминга к интересу к байесовской вероятности , но их работа не привела к формальному синтезу. Большинство статистиков школы Шухарта-Деминга придерживаются точки зрения, что особые причины не заложены ни в опыте, ни в текущем мышлении (вот почему они вызывают удивление; их априорной вероятностью пренебрегли - по сути, присвоено нулевое значение), любая субъективная вероятность обречена на безнадежно плохо откалиброванную на практике.
Из приведенной выше цитаты Лейбница сразу видно, что выборка имеет значение . Деминг заметил, что в любой деятельности по прогнозированию совокупность представляет собой совокупность будущих событий, в то время как основа выборки неизбежно представляет собой некоторое подмножество исторических событий. Деминг считал, что непересекающийся характер совокупности и основы выборки по своей сути является проблематичным после признания существования вариации по особым причинам, отвергая общее использование вероятности и традиционной статистики в таких ситуациях. Он сформулировал сложность как различие между аналитическими и перечислительными статистическими исследованиями .
Шухарт утверждал, что, поскольку процессы, подверженные вариациям по особым причинам, по своей сути непредсказуемы, обычные методы вероятности не могут использоваться для отделения вариаций по особой причине от вариаций по общей причине. Он разработал контрольную диаграмму как статистическую эвристику, чтобы различать два типа вариации. И Деминг, и Шухарт отстаивали контрольную диаграмму как средство оценки состояния статистического контроля процесса и как основу для прогнозирования.
Кейнс
Кейнс выделил три области вероятности: [5]
- частотная вероятность;
- субъективная или байесовская вероятность ; а также
- события, лежащие вне возможности любого описания с точки зрения вероятности (особые причины)
и стремился основать на этом теорию вероятностей .
Отказ общего режима в технике
Отказ общего режима имеет более конкретное значение в технике. Это относится к событиям, которые не являются статистически независимыми . Отказы в нескольких частях системы могут быть вызваны одной ошибкой, особенно случайные отказы из-за условий окружающей среды или старения. Например, все насосы системы пожаротушения расположены в одном помещении. Если в помещении станет слишком жарко для работы насосов, все они выйдут из строя практически одновременно по одной причине (тепло в помещении). [6] Другим примером является электронная система, в которой отказ в источнике питания вызывает шум в линии питания, вызывая сбои в нескольких подсистемах.
Это особенно важно в критически важных для безопасности системах, использующих несколько резервных каналов. Если вероятность отказа в одной подсистеме р , то можно было бы ожидать , что Н система каналов будет иметь вероятность отказа р N . Однако на практике вероятность отказа намного выше, поскольку они не являются статистически независимыми; например, ионизирующее излучение или электромагнитные помехи (EMI) могут повлиять на все каналы. [7]
Принцип избыточности гласит , что, когда событие отказа компонента является статистически независимым, вероятности их совместного появления многократно. [8] Таким образом, например, если вероятность отказа компонента системы составляет один из тысячи в год, вероятность совместного отказа двух из них составляет один из миллиона в год, при условии, что два события статистически независимы. Этот принцип поддерживает стратегию резервирования компонентов. Одно из мест , где реализована эта стратегия, - это RAID 1 , где на двух жестких дисках хранятся данные компьютера с избыточностью.
Но даже в этом случае может быть много общих режимов: рассмотрим RAID1, где два диска приобретаются в Интернете и устанавливаются в компьютер, может быть много общих режимов:
- Диски, скорее всего, будут от одного производителя и одной модели, поэтому у них одинаковые конструктивные недостатки.
- Диски, скорее всего, будут иметь одинаковые серийные номера, поэтому они могут иметь какие-либо производственные дефекты, влияющие на производство одной и той же партии.
- Диски, скорее всего, были отправлены в одно и то же время, поэтому они, вероятно, пострадали от таких же повреждений при транспортировке.
- При установке оба диска подключены к одному источнику питания, что делает их уязвимыми для одних и тех же проблем с источником питания.
- Установленные оба диска находятся в одном корпусе, что делает их уязвимыми для одних и тех же событий перегрева.
- Оба они будут подключены к одной и той же карте или материнской плате и управляться одним и тем же программным обеспечением, которое может иметь одинаковые ошибки.
- Из-за самой природы RAID1 оба диска будут подвергаться одинаковой рабочей нагрузке и очень похожим схемам доступа, вызывая одинаковую нагрузку на них.
Кроме того, если события отказа двух компонентов максимально статистически зависимы, вероятность отказа обоих компонентов идентична вероятности отказа каждого из них по отдельности. В таком случае преимущества избыточности сводятся на нет. Стратегии предотвращения общих отказов включают физическую изоляцию резервных компонентов.
Ярким примером резервирования с изоляцией является атомная электростанция . [9] [10] Новый ABWR имеет три подразделения систем аварийного охлаждения активной зоны , каждое со своими собственными генераторами и насосами и каждое изолированное от других. Новый европейский реактор под давлением имеет два защитных корпуса , одно внутри другого. Однако даже здесь возможен сбой в общем режиме (например, на АЭС Фукусима-дайити электроснабжение было отключено в результате землетрясения Тохоку , затем все тринадцать резервных дизель-генераторов были одновременно отключены в результате последующего цунами, которое привело к затоплены подвалы машинных залов).
Смотрите также
- Корректирующие и предупреждающие действия (CAPA)
- Ядерная безопасность
- Вероятностная оценка риска
- Статистическое управление процессами
Библиография
- Деминг В.Е. (1975) О вероятности как основе действия, Американский статистик , 29 (4), стр. 146–152.
- Деминг, WE (1982) Выход из кризиса: качество, производительность и конкурентоспособность ISBN 0-521-30553-5
- Кейнс, JM (1936) Общая теория занятости, процента и денегISBN 1-57392-139-4
- Кейнс, JM (1921) [5]
- Knight, FH (1921) Риск, неопределенность и прибыльISBN 1-58798-126-2
- Шекл, GLS (1972) Эпистемика и экономика: критика экономических доктринISBN 1-56000-558-0
- Шухарт, Вашингтон (1931) Экономический контроль качества производимой продукцииISBN 0-87389-076-0
- Шухарт, Вашингтон (1939) Статистический метод с точки зрения контроля качестваISBN 0-486-65232-7
- Уиллер, DJ и Чемберс, Д.С. (1992) Понимание статистического управления процессамиISBN 0-945320-13-2
Рекомендации
- ^ Шухарт, Уолтер А. (1931). «Экономический контроль качества выпускаемой продукции». Нью-Йорк: D. Van Nostrand Company, Inc: 7. OCLC 1045408 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ а б Western Electric Company (1956). «Введение в статистический справочник по контролю качества » (1-е изд.). Индианаполис , Индиана: Western Electric Co: 23–24. OCLC 33858387 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Шухарт, Уолтер А. (1931). «Экономический контроль качества выпускаемой продукции». Нью-Йорк: D. Van Nostrand Company, Inc: 14. OCLC 1045408 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ «Статистический вывод» . Архивировано из оригинала 7 октября 2006 года . Источник +13 Ноября 2006 .
- ^ а б Кейнс, JM (1921). Трактат о вероятности . ISBN 0-333-10733-0.
- ^ Томсон, Джим (февраль 2012 г.). «Анализ синфазных отказов в высоконадежных системах C&I» (PDF) . Безопасность в машиностроении . Проверено 21 ноября 2012 года .
- ^ Randell, Brian Design Fault Tolerance в эволюции отказоустойчивых вычислений , Avizienis, A .; Kopetz, H .; Лапри, Ж.-К. (ред.), стр. 251-270. Springer-Verlag, 1987. ISBN 3-211-81941-X .
- ^ «Структура SEI: механизмы отказоустойчивости» . Управление резервированием . NIST High Integrity Software Systems Assurance. 30 марта 1995 года Архивировано из оригинала 24 ноября 2012 года . Проверено 21 ноября 2012 года .
- ^ Эдвардс, GT; Уотсон, ИА (июль 1979 г.). «Исследование синфазных отказов». SRD R146 . Управление по атомной энергии Великобритании: Управление безопасности и надежности.
- ^ Борн, AJ; Эдвардс, GT; Hunns, DM; Поултер, Д.Р .; Уотсон, ИА (январь 1981 г.). «Защита от сбоев синфазного режима в системах резервирования - Руководство для менеджеров, разработчиков и операторов». SRD R196 . Управление по атомной энергии Великобритании: Управление безопасности и надежности.