应用MATLAB软件统计分析刀具寿命分布规律

摘要:结合实例介绍了应用MATLAB数学软件对刀具使用寿命进行统计分析及假设检验的方法及步骤。

1 引言

MATLAB(Matrix Laboratory)是一种流行的数学软件,非常适合矩阵运算,它可将复杂的数学计算过程表示为一个程序(以后可随意调用),还可用三维图形、图像、声音和动画等方便快捷地表达计算结果,帮助逻辑思维。此外,MATLAB软件中还有几十种工具箱,可用于各类科研工作。目前MATLAB软件不仅已成为大学教学的实验软件之一,而且正逐步推广应用于工程界。本文结合具体实例,应用MATLAB软件对某种型号刀具的使用寿命进行了统计分析与假设检验,初步展示了MATLAB软件在机械工程中的广阔应用前景。

2 应用MATLAB软件统计分析刀具寿命

在某一道工序中,用自动车床连续加工某种零件。因刀具损坏等原因将引起加工故障,设故障的出现具有随机性,并假定加工任一零件时出现故障的机会相等。操作人员通过检测零件来确定工序是否出现故障。现积累有100 次故障记录,当故障出现时该批刀具加工完成的零件数如下: 459362624542509584433748815505612452434982640742565706593680926653164487734608428115359384452755251378147438882453886265977585975549697515628954771609402960885610292837473677358638699634555570844166061062484120447654564339280246687539790581621724531512577496468499544645764558378765666763217715310851
试统计分析该工序中刀具使用寿命的分布规律。

  1. 统计分析步骤
    1. 数据录入
      首先将各行数据按行向量输入,构成矩阵,然后将X 矩阵存为新文件data。在图1 所示MATLAB软件命令窗口输入如下12 行内容后按Enter 键:

      图1 MATLAB软件命令窗口

      x1 =[459 362 624 542 509 584 433 748 815 505];
      x2 =[612 452 434 982 640 742 565 706 593 680];
      x3 =[926 653 164 487 734 608 428 1153 593 844];
      x4 =[527 552 513 781 474 388 824 538 862 659];
      x5 =[775 859 755 49 697 515 628 954 771 609];
      x6 =[402 960 885 610 292 837 473 677 358 638];
      x7 =[699 634 555 570 84 416 606 1062 484 120];
      x8 =[447 654 564 339 280 246 687 539 790 581];
      x9 =[621 724 531 512 577 496 468 499 544 645];
      x10 =[764 558 378 765 666 763 217 715 310 851];
      x =[x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 x10];
      save data x
      则在MATLAB软件安装文件夹的子文件夹bin里,立即出现一个新文件data。需要说明,在以后的每一步骤里都要用load data命令调用该数据文件。
    2. 作频数直方图
      在MATLAB命令窗口输入如下两行内容后按Enter 键:
      load data
      hist(x,10)

      图2 频数直方图

      图3 刀具寿命分布的正态性检验结果

      则在图形窗口可立即显示如图2 所示的频数直方图。由图2 可得出初步结论:该批刀具的使用寿命可能服从正态分布规律。
    3. 刀具寿命分布的正态性检验
      在MATLAB命令窗口输入如下两行内容后按Enter 键:
      load data
      normplo(t x)
      则在图形窗口可立即显示如图3 所示的刀具寿命分布正态性检验结果。由于图3 中100 个离散点非常靠近倾斜直线段,因此可得出结论:该批刀具的使用寿命近似服从正态分布规律。
    4. 参数估计
      在MATLAB命令窗口输入如下两行内容后按Enter 键:
      load data
      [muhat,sigmahat,muci,sigmaci]= normfit(x)
      则可立即估计出该批刀具寿命的均值为594,方差为204.1301;均值的0.95置信区间为[553.4962,634.5038],方差的0.95置信区间为[179.2276,237.1329]。
      假设检验
      已知该批刀具的使用寿命服从正态分布,现在方差未知的情况下检验其均值m 是否等于594。
      在MATLAB命令窗口输入如下两行内容后按Enter 键:
      load data
      [h,sig,ci]= ttest(x,594)
      则可得数据结果:h=0,sig=1,ci=[553.4962,634.5038]。
      检验结果:①布尔变量h=0,表示不拒绝零假设,说明提出的假设“寿命均值594”是合理的;②95%的置信区间为[553.5,634.5],它完全包括594,且精度很高;③sig 的值为1,远超过0.5,不能拒绝零假设。

3 结语

应用MATLAB软件统计分析刀具使用寿命具有高效、便捷、形象等优点。在大学教学、工程分析和科学研究中,MATLAB软件正逐步取代FORTRAN语言和BASIC语言,起着越来越重要的作用。可以预见,MATLAB软件在工程界将获得日益广泛的应用。

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