SUPERVISOR
علی زینل همدانی (استاد راهنما) امیرحسین امیری (استاد مشاور) مارکو گرزگورسزیک (استاد مشاور)
STUDENT
Ahmad Ahmadi Yazdi
احمد احمدی یزدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی صنایع
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1394
TITLE
Design of Control Charts for Monitoring Multivariate Linear Regression Profiles with Estimated Parameters
The statistical process monitoring is usually carried out through two phases: Phase I and Phase II. These phases are different in term of aims and performance metrics. When the quality characteristic of a particular process or product can be described by a linear regression model between response and independent explanatory variables, we are dealing with a “profile” which is categorized in terms of the structure of regression model. The multivariate methods are usually applied for profile monitoring. In most of the proposed Phase II monitoring methods, the fundamental assumption is that the process/profile parameters are known. While this assumption is not usually valid in practical situations and the process/profile parameters are estimated based on in-control samples collected in Phase I. This study aims on evaluating the effect of parameter estimation in Phase I on the performance of Phase II control charts for monitoring multivariate simple linear (MSL) and multivariate multiple linear (MML) profiles in terms of Average of average run length (AARL), standard deviation of ARL (SDARL) and coefficient of variation of ARL (CVARL). We worked on three well-known Phase II control charts for monitoring MSL profiles and also four Phase II control charts for monitoring MML profiles. According to the previous studies on parameters estimation effect, we expect that the parameters estimation strongly affects the Phase II performance. One of the goals of this research is determining the monitoring methods which is less affected by Phase I estimation. It is not surprising that superior methods based on estimated parameters would not be the same as that of based on known parameters. Moreover, a new approach for determining the optimal number of Phase I samples is proposed so that yields an estimation with proper estimation in terms of Phase II performance metrics. For this aim, we proposed two optimization models based on Phase II metrics and solved them by simulation-based optimization approach. In addition, a new cluster-based approach is developed in order to improve Phase I estimation. The performance of the newly proposed approach on Phase II performance is compared to the competing approach in terms of AARL and SDARL. The Bayesian theory has been recently applied for profile monitoring in a few studies. According to this theory, the prior information can be incorporated for estimating the model parameters. The results of previous studies denote very good potential of Bayesian estimator for improving the Phase II performance of control charts. Therefore, in the final chapter of this research, we developed one Bayesian multivariate exponentially weighted moving average (BMEWMA) control chart and two Bayesian multivariate cumulative sum (BMCUSUM) control charts for monitoring multivariate linear profiles. The simulation results illustrated the superiority of Bayesian control charts in detecting shifts in regression coefficients rather than the ltr"
کنترل فرآیند آماری معمولاً در دو فاز اصلی 1 و 2 انجام می گردد که از نظر اهداف و شاخص های ارزیابی با یکدیگر تفاوت هایی دارند. زمانی که مشخصه کیفیتی یک محصول یا فرآیند را بتوان به وسیله یک رابطه رگرسیونی بین متغیر/های پاسخ و متغیر/های مستقل نشان داد، آنگاه با یک «پروفایل» سروکار داریم که بر اساس نوع این رابطه رگرسیونی، دسته بندی می شود. معمولاً برای پایش انواع پروفایل ها از روش های کنترلی آماری چندمتغیره استفاده می شود. در بیشتر مطالعات صورت گرفته در حوزه پایش آماری فرآیندها در فاز 2، فرض اساسی این است که پارامترهای فرآیند معلوم هستند. این در حالی است که در عمل چنین فرضی تقریباً غیرممکن است و پارامترهای فرآیند در واقع از داده های تحت کنترل جمع آوری شده در فاز 1 تخمین زده می شوند. این پژوهش به بررسی اثر تخمین پارامترهای فرآیند به وسیله نمونه های تحت کنترل فاز 1 بر روی عملکرد نمودارهای کنترلی فاز 2 برای پایش پروفایل های خطی ساده چندمتغیره و همچنین پروفایل های خطی چندگانه چندمتغیره بر اساس شاخص های میانگین، انحراف استاندارد و همچنین ضریب تغییراتِ طول دنباله می پردازد. به این منظور، سه روش پایش پروفایل های خطی ساده چندمتغیره و همچنین چهار روش پایش پروفایل های خطی چندگانه چندمتغیره در فاز 2 مورد مطالعه قرار می گیرند. بر اساس مطالعات پیشین انجام شده، انتظار داریم که تخمین پارامترها به شدت بر روی عملکرد تحت کنترل و خارج از کنترل نمودارهای کنترلی در فاز 2 تأثیرگذار باشد. یکی از اهداف ما در این پژوهش، تعیین روش های کنترلی است که کمترین تأثیرپذیری را از تخمین پارامترها دارند. دور از انتظار نیست که روش های برگزیده بر اساس پارامترهای تخمین زده شده با روش های برگزیده بر اساس پارامترهای معلوم که در ادبیات موضوع موجود هستند، متفاوت باشند. همچنین یکی دیگر از اهداف این پژوهش، تعیین تعداد بهینه نمونه های تحت کنترل فاز 1 می باشد به گونه ای که منجر به تخمینی با دقت مناسب بر اساس شاخص های عملکردی فاز 2 شود. به این منظور دو مدل بهینه سازی بر اساس شاخص های ارزیابی عملکرد فاز 2 توسعه داده می شود. سپس این مدل ها از طریق رویکرد بهینه سازی بر اساس شبیه سازی حل می گردند. علاوه بر این، روش جدیدی بر اساس خوشه بندی برای بهبود تخمین ها فاز 1 توسعه داده می شود و عملکرد آن با عملکرد روش رقیب موجود در ادبیات موضوع بر اساس شاخص های AARL و SDARL مقایسه می شود. اخیراً از نظریه بیزین نیز در پایش پروفایل های خطی ساده به صورت محدود استفاده شده است. بر اساس این نظریه می توان از دانش پیشین موجود، برای تخمین پارامترهای مدل های مختلف بهره جست. نتایج به دست آمده در مطالعات پیشین برای پروفایل های خطی ساده حاکی از ظرفیت بسیار خوب تخمین زننده های بیزین برای بهبود عملکرد فاز 2 نمودارهای کنترلی می باشد. در بخش انتهایی این پژوهش، از تخمین زننده های بیزین برای توسعه یک نمودار میانگین موزون متحرک نمایی چندمتغیره و دو نمودار جمع تجمعی چندمتغیره برای پایش پروفایل های خطی چندگانه چندمتغیره در فاز 2 استفاده می شود. نتایج شبیه سازی به دست آمده نشان دهنده عملکرد قابل توجه نمودارهای کنترلی بیزین نسبت به نسخه های سنتی شان در کشف تغییرات ایجاد شده در ضرایب رگرسیون می باشد. علاوه بر این، روش جدیدی برای تعیین هایپر-پارامترهای توزیع های پیشین مدل های رگرسیونی چندمتغیره نیز توسعه داده شده است. روش پیشنهادی را می توان برای تمام مدل های رگرسیونی بیزین چندمتغیره به کار گرفت.