مهندسی سیستم و بهره‌وری

مهندسی سیستم و بهره‌وری

پایش هم‌زمان بردار میانگین و ماتریس کوواریانس فرآیندهای چندمتغیره با استفاده از نمودارهای نسبت درست‌نمایی تعمیم‌یافته چندمتغیره و ماکزیمم چندمتغیره تحت مشاهدات مرجع محدود

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی صنایع، دانشگاه ایوان‌کی، سمنان، ایران
2 نویسنده مسئول: استادیار، گروه مهندسی صنایع، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان، گلپایگان، ایران
3 استادیار، گروه مهندسی صنایع، دانشگاه ایوان‌کی، ایوان‌کی، ایران
10.22034/sep.2026.2088164.1483
چکیده
در بسیاری از کاربردهای واقعی کنترل کیفیت آماری، کیفیت محصول بر حسب چندین مشخصه کیفی همبسته توصیف شده جایی که وقوع عامل انحراف اغلب منجر به تغییرات توأم در بردار میانگین و ماتریس کوواریانس این مشخصه‌ها می‌شود. از سوی دیگر، در فاز 1 به دلایلی نظیر هزینه‌های بالای نمونه‌گیری، محدودیت زمانی راه‌اندازی فرآیند و تولیدات کوتاه‌مدت یا سفارشی، معمولاً تعداد کافی نمونه‌های مرجع برای برآورد پارامترهای توزیع و تعیین حدود کنترل در دسترس نیست. از این رو، این مقاله برای پایش همزمان بردار میانگین و ماتریس کوواریانس در شرایطی که تنها یک نمونه مرجع فاز 1 در دسترس باشد تمرکز می‌کند. برای این منظور، ابتدا الگوریتمی مبتنی بر روش بوت‌استرپ توسعه می‌یا‌بد که بردار میانگین، ماتریس کوواریانس و حدود کنترل دو نمودار نسبت درست‌نمایی تعمیم‌یافته چندمتغیره و ماکزیمم چندمتغیره را در فاز 1 تخمین می‌زند. سپس رویکردهای نظارت برخط در فاز 2 طراحی می‌شوند تا اثر خطای تخمین پارامتر و حدود کنترل بر توان نمودارهای ذکر شده مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج شبیه‌سازی‌های گسترده مونت‌کارلو نشان می‌دهد که الگوریتم بوت‌استرپ پیشنهادی، با وجود تکیه بر یک نمونه مرجع، برآوردهای دقیقی از پارامترهای توزیع و حدود کنترل فراهم می‌کند. همچنین مشخص می‌شود که با افزایش تعداد نمونه‌های بوت‌استرپ، شاخص‌های مرتبط با دقت برآورد پارامترها به‌تدریج به مقادیر هدف نزدیک‌تر می‌شوند. تحلیل شاخص‌های متوسط، انحراف معیار و میانه طول دنباله در سناریوهای مختلف تغییر نیز نشان می‌دهد که خطای تخمین بر عملکرد هر دو نمودار نسبت درست‌نمایی تعمیم‌یافته چندمتغیره و ماکزیمم چندمتغیره در فاز 2 اثرگذار است.

تازه های تحقیق

  • توسعه الگوریتمی مبتنی بر بوت‌استرپ برای برآورد بردار میانگین و ماتریس کوواریانس با استفاده از یک نمونه مرجع.
  • محاسبه حدود کنترل نمودارهای نسبت درست‌نمایی تعمیم‌یافته چندمتغیره و ماکزیمم چندمتغیره با تکیه بر یک نمونه مرجع.
  • طراحی رویکردهای فاز ۲ برای ارزیابی اثر خطای برآورد پارامترها بر ویژگی‌های طول دنباله روش‌های پایش همزمان پیشنهادی.

کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Simultaneous Monitoring of Multivariate Process Mean Vector and Covariance Matrix with Limited Phase I Reference Observations Using Multivariate GLR and Maximum Control Charts

نویسندگان English

Fezzeh Abanavaz Kordehmahin 1
Mohammad Reza Maleki 2
Hossein Eghbali 3
1 Ph.D. Student, Department of Industrial Engineering, University of Eyvanekey, Semnan, Iran
2 Corresponding author: Assistant Professor, Industrial Engineering Group, Golpayegan College of Engineering, Isfahan University of Technology, Golpayegan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Industrial Engineering, University of Eyvanekey, Eyvanekey, Iran
چکیده English

In many real-world applications of statistical quality control, product quality is described by multiple correlated quality characteristics, where the occurrence of an assignable cause often leads to simultaneous changes in process mean vector and the covariance matrix. On the other hand, in Phase I analysis, due to reasons such as high sampling costs, limited time during process start-up, and short-run or customized production, a sufficient number of reference samples for estimating distribution parameters and determining control limits is often unavailable. Therefore, this paper focuses on simultaneous monitoring of mean vector and the covariance matrix under the condition that only a single reference sample is available in Phase I. To this end, a bootstrap-based algorithm is first developed to estimate the mean vector, the covariance matrix, and the control limits of the multivariate generalized likelihood ratio (MGLR) and the multivariate maximum charts in Phase I. Subsequently, online Phase II approaches are designed to evaluate the effect of estimation errors on the performance of the mentioned control charts. The results of extensive Monte Carlo simulations show that the proposed bootstrap algorithm provides accurate estimates of the distribution parameters and control limits despite relying on only a single reference sample. The findings also indicate that as the number of bootstrap samples increases, the indices related to the accuracy of parameter estimation gradually move closer to their target values. Furthermore, the analysis of the average run length (ARL), standard deviation of run length (SDRL), and median run length (MRL) under different shift scenarios demonstrates that estimation error affects the performance of both the multivariate generalized likelihood ratio and the multivariate maximum charts in Phase II.

کلیدواژه‌ها English

Mean Vector
Covariance Matrix
Multivariate Maximum
Multivariate Generalized Likelihood Ratio
Bootstrap Method

Copyright © Fezzeh Abanavaz Kordehmahin, Mohammad Reza Maleki, Hossein Eghbali

 

License

This article is released under the Creative Commons Attribution (CC BY 4.0) license. Anyone is free to copy, share, translate, and adapt this article for any purpose, whether commercial or non-commercial, as long as proper citation is given to the authors and original publication.

Al-Lami, M. A. H., Jabbari Khamnei, H., & Heydari, A. A. (2025). A parametric bootstrap control chart for Lindley Geometric percentiles. Plos one, 20(2), e0316449. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0316449
Chatterjee, K., Koukouvinos, C., & Lappa, A. (2023). A joint monitoring of the process mean and variance with a TEWMA-Max control chart. Communications in Statistics-Theory and Methods, 52(22), 8069-8095. https://doi.org/10.1080/03610926.2022.2056748
Chatterjee, K., Koukouvinos, C., Lappa, A., & Roupa, P. (2024). A joint monitoring of the process mean and variance with a generally weighted moving average maximum control chart. Communications in Statistics-Simulation and Computation, 53(11), 5122-5142. https://doi.org/10.1080/03610918.2023.2170415
Chiang, J. Y., Lio, Y. L., Ng, H. K. T., Tsai, T. R., & Li, T. (2018). Robust bootstrap control charts for percentiles based on model selection approaches. Computers & Industrial Engineering, 123, 119-133. https://doi.org/10.1016/j.cie.2018.06.012
de Andrade Mairinque, L., Bruno Dutra Pereira, R., Mota Nascimento, K., Henrique Lauro, C., & Cardoso Brandão, L. (2022). A bootstrap control chart for the availability index. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 120(7), 5151-5161. https://doi.org/10.1007/s00170-022-09009-2
Ghazvini,M. M., & Salmasnia,A. (2026). A Machine Learning-based Control Chart for Monitoring the Dispersion of High-dimensional Data Streams in Phase II. System Engineering and Productivity, 6(1), 163-191. https://doi.org/10.22034/sep.2025.2069790.1387
Gnanadesikan, M., & Gupta, S. S. (1970). A selection procedure for multivariate normal distributions in terms of the generalized variances. Technometrics, 12(1), 103-117. https://doi.org/10.1080/00401706.1970.10488638
Iji, Z., Maleki, M. R., & Eghbali, H. (2025). Double sampling-based ridge penalized likelihood ratio control charting scheme for detecting the covariance matrix disturbances. System Engineering and Productivity5(1), 51-64. https://doi.org/10.22034/sep.2025.2046743.1238
Jaime, M., Francisco, A., & Eugenio, E. K. (2021). Guaranteeing acceptable in-control and out-of-control performance of joint -S control charts with estimated parameters. Quality Technology & Quantitative Management, 18(6), 701-717. https://doi.org/10.1080/16843703.2021.1949825
Jalilibal, Z., Amiri, A., & Khoo, M. B. (2022). A literature review on joint control schemes in statistical process monitoring. Quality and Reliability Engineering International, 38(6), 3270-3289. https://doi.org/10.1002/qre.3114
Leiva, V., Santos, R. A. D., Saulo, H., Marchant, C., & Lio, Y. (2023). Bootstrap control charts for quantiles based on logsymmetric distributions with applications to the monitoring of reliability data. Quality and Reliability Engineering International, 39(1), 1-24. https://doi.org/10.1002/qre.3072
Lu, S. L., Chen, J. H., & Yang, S. F. (2021). Auxiliary informationbased maximum generally weighted moving average chart for simultaneously monitoring process mean and variability. Quality and Reliability Engineering International, 37(8), 3242-3261. https://doi.org/10.1002/qre.2906
Ma, Z., Park, C., & Wang, M. (2022). A robust bootstrap control chart for the log-logistic percentiles. Journal of Statistical Theory and Practice, 16(1), 3. https://doi.org/10.1007/s42519-021-00239-3
Mahpouya, F., Shahriari, H., & Roghanian, E. (2022). Design of a robust T2 control chart, a resampling approach. Quality and Reliability Engineering International, 38(2), 924-940. https://doi.org/10.1002/qre.3022
Maleki, M. R., & Salmasnia, A. (2017). Joint monitoring of process location and dispersion based on CUSUM procedure and generalized likelihood ratio in the presence of measurement errors. Quality and Reliability Engineering International, 33(7), 1485-1498. https://doi.org/10.1002/qre.2120
Maleki, M. R., Salmasnia, A., & Yousefi, S. (2023). Multivariate ELR control chart with estimated mean vector and covariance matrix. Communications in Statistics-Theory and Methods, 52(24), 8814-8827. https://doi.org/10.1080/03610926.2022.2076116
McCracken, A. K., & Chakraborti, S. (2013). Control charts for joint monitoring of mean and variance: an overview. Quality Technology & Quantitative Management, 10(1), 17-36. https://doi.org/10.1080/16843703.2013.11673306
Modok, B., Kundu, A., & Chowdhury, S. (2026). Studentized bootstrap control chart for percentiles of truncated beta distributed environmental data. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 40(3), 58. https://doi.org/10.1007/s00477-026-03199-x
Najafzadeh, A., Mardan, E., Maleki, M. R., & Eghbali, H. (2026). Ridge-penalized likelihood ratio control chart for monitoring high-dimensional covariance matrix changes with limited reference data: a bootstrap-based approach. International Journal of Management and Decision Making (In Press).
Noor-ul-Amin, M., Arif, F., & Hanif, M. (2019). Joint monitoring of mean and variance using likelihood ratio test statistic under pair ranked set sampling scheme. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions A: Science, 43, 2449-2460. https://doi.org/10.1007/s40995-019-00718-0
Panda, S., & Wang, M. (2025). Bootstrapbased control chart for percentiles of the generalized lognormal distribution with reliability applications. Quality and Reliability Engineering International, 41(4), 1329-1349. https://doi.org/10.1002/qre.3722
Parvin, R., Khoo, M. B., Saha, S., & Teoh, W. L. (2023). Proposed variable sampling interval maximum EWMA and distance EWMA charts with unknown process parameters. Stat, 12(1), e605. https://doi.org/10.1002/sta4.605
Perdana, S. A., Mashuri, M., & Ahsan, M. (2025). Improved bootstrap  control chart for non-normally distributed data. MethodsX, 14, 103190. https://doi.org/10.1016/j.mex.2025.103190
Perry, M. B., & Wang, Z. (2022). A distribution-free joint monitoring scheme for location and scale using individual observations. Journal of Quality Technology, 54(2), 144-161.  https://doi.org/10.1080/00224065.2020.1829213
Pourzarkeshian, E., Maleki, M. R., & Ahmadvand, M. (2022). Estimation of Step Change Point in Business Models by Simultaneously Considering Discrete and Continuous Indicators. System Engineering and Productivity2(2), 49-72. https://doi.org/10.22034/sep.2022.243410
Qiao, L. (2025). A nonparametric Bootstrap CUSUM multi-chart for detecting unknown abrupt changes. Communications in Statistics-Simulation and Computation, 54(12), 5409-5426. https://doi.org/10.1080/03610918.2025.2450704
Saeed, N., Kamal, S., & Aslam, M. (2024). Percentile bootstrap control chart for monitoring process variability under non-normal processes. Scientia Iranica. Transaction E, Industrial Engineering, 31(15), 1282-1292. https://doi.org/10.24200/sci.2021.58118.5573
Saemian, M., Maleki, M. R., & Salmasnia, A. (2023). Performance of Max-HEWMAMS control chart for simultaneous monitoring of process mean and variability in the presence of measurement errors. International Journal of Applied Decision Sciences, 16(2), 165-188. https://doi.org/10.1504/IJADS.2023.129473
Saha, M., Yadav, A. S., Rao, G. S., Dey, S., & Sarkar, B. (2022). Control chart using bootstrap method for logistic-exponential percentiles. Journal of Scientific Research, 66(5). https://doi.org/10.37398/JSR.2022.660517
Salmasnia, A., Maleki, M. R., & Niaki, S. T. A. (2018). Remedial measures to lessen the effect of imprecise measurement with linearly increasing variance on the performance of the MAX-EWMAMS scheme. Arabian Journal for Science and Engineering, 43(6), 3151-3162. https://doi.org/10.1007/s13369-017-2896-1
Sharafi, S., Maleki, M. R., Salmasnia, A., & Mansoor, R. (2022). The performance of max-GWMA control chart in the presence of measurement errors. Management and Production Engineering Review, 13. http://dx.doi.org/10.24425/mper.2022.142392
Teoh, J. W., Teoh, W. L., Hu, X., Tran, K. P., & Godase, D. G. (2025). A new omnibus SPRT chart for monitoring process mean and variability based on the average number of observations to signal. Journal of Statistical Computation and Simulation, 95(1), 49-69. https://doi.org/10.1080/00949655.2024.2417253
Zhang, J., Li, Z., & Wang, Z. (2010). A multivariate control chart for simultaneously monitoring process mean and variability. Computational statistics & data analysis, 54(10), 2244-2252. https://doi.org/10.1016/j.csda.2010.03.027

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 09 خرداد 1405

  • تاریخ دریافت 18 فروردین 1405
  • تاریخ بازنگری 27 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 09 خرداد 1405
  • تاریخ اولین انتشار 09 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 09 خرداد 1405