В общем причины могут быть

Общая причина и особая причина (статистика) — Common cause and special cause (statistics)

Эта статья о статистических закономерностях. Чтобы увидеть видимые узоры, см. « Образцы в природе» .

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 количественному измерению 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 важно 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 только 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, неожиданные, 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 появления или серьезности.

Джон Мейнард Кейнс подчеркнул важность вариаций по особой причине, 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 … В этих вопросах нет никакой научной основы, на которой можно было бы сформировать какую-либо вычислимую вероятность. Мы просто не знаем!

Определения

Вариации по общей причине

Вариация по общей причине характеризуется:

• Явления, постоянно действующие в системе;
• Вариация предсказуема вероятностно ;
• Нерегулярные вариации в пределах исторического опыта; и
• 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 . Термин « общая причина» был придуман Гарри Альпертом в 1947 году. Western Electric Company использовала термин « естественный образец» . 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 особой причины характеризуются:

• Новые, неожиданные, возникающие или ранее игнорировавшиеся явления в системе;
• Вариация непредсказуема по своей сути, даже вероятностно;
• Вариация вне базы исторического опыта; и
• 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» . Термин особая причина был введен У. Эдвардсом Демингом . Компания Western Electric использовала термин « неестественный узор» .

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
• Сбой компьютера
• 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

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 для управления производством и качеством

Отказ по особой причине — это отказ, который можно исправить путем изменения компонента или процесса, тогда как отказ по общей причине эквивалентен шуму в системе, и невозможно предпринять определенные действия для предотвращения отказа.

Гарри Альперт заметил:

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 вариации 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. Можно наивно спросить, позволяет ли байесовский подход указать такую ​​вероятность. Существование вариаций по особым причинам привело Кейнса и Деминга к интересу к байесовской вероятности , но формального синтеза их работы не последовало . 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 — фактически присвоено нулевое значение), так что 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 является некоторым подмножеством исторических событий. Деминг считал, что непересекающийся характер совокупности и основы выборки по своей сути является проблематичным после того, как было допущено существование вариации по особым причинам, отвергая общее использование вероятности и традиционной статистики в таких ситуациях. Он сформулировал трудность как различие между аналитическими и перечислительными статистическими исследованиями .

Шухарт утверждал, что, поскольку процессы, подверженные вариациям по особой причине, 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 выступали за контрольную диаграмму как средство оценки состояния статистического контроля процесса и как основу для прогнозирования.

Кейнс

Кейнс выделил три области вероятности:

• частотная вероятность;
• субъективная или байесовская вероятность ; и
• 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. Пример: 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). Другим примером является электронная система, в которой неисправность источника 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.

Принцип избыточности гласит , что, когда событие отказа компонента является статистически независимым, вероятности их совместного появления многократно. Таким образом, например, если вероятность отказа компонента системы составляет один на тысячу в год, вероятность совместного отказа двух из них составляет один на один миллион в год, при условии, что два события статистически независимы. . Этот принцип способствует стратегии 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 у них могут быть какие-либо производственные дефекты, влияющие на производство одной и той же партии.
• Диски, вероятно, 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.
• При установке 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 . Новый ABWR имеет три подразделения систем аварийного охлаждения активной зоны , каждое из которых имеет свои собственные генераторы и насосы и каждое изолировано 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 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 действий, The American istician , 29 (4), стр. 146-152.
• Деминг, WE (1982) Выход из кризиса: качество, производительность и конкурентоспособность ISBN 0-521-30553-5
• Кейнс, JM (1936) ISBN Общая теория занятости, процента и денег 1-57392-139-4
• Кейнс, JM (1921)
• Knight, FH (1921) ISBN риска, неопределенности и прибыли 1-58798-126-2
• Шекл, GLS (1972) Эпистемика и экономика: Критика экономических доктрин ISBN 1-56000-558-0
• Шухарт, Вашингтон (1931) ISBN экономического контроля качества производимой продукции 0-87389-076-0
• Шухарт, Вашингтон (1939) Статистический метод с точки зрения контроля качества ISBN 0-486-65232-7
• Уиллер, DJ & Chambers, DS (1992) Понимание ISBN статистического управления процессами 0-945320-13-2

Рекомендации

Источник