連續分布

韋伯分配(Weibull distribution)

/ VY-bull /

機器零件何時故障?是初期因製造瑕疵、整個壽命中隨機發生,還是後期因磨損?指數分配假設風險永不改變;但現實中風險通常會隨年齡上升或下降。韋伯分配是一個彈性的壽命模型,可讓故障風險增加、減少或維持不變——它是可靠度工程與存活分析的標準工具。

記作 T ~ Weibull(k, lambda),含形狀參數 k > 0 與尺度參數 lambda > 0。它的威力在於風險率——「假設已存活至今,下一刻故障的瞬時風險」——它正比於 t^(k-1)。所以 k < 1 給出「遞減」風險(早夭:脆弱的單元早早故障,存活者更耐用),k = 1 給出「常數」風險並恰好退化為指數分配,而 k > 1 給出「遞增」風險(磨損:運轉越久越可能損壞)。尺度 lambda 決定典型壽命。其存活函數簡潔為 P(T > t) = exp(-(t/lambda)^k)。

因為單一旋鈕(k)就能調出整套老化故事,韋伯分配能契合極廣的壽命:軸承、燈泡、電子元件,甚至風速紀錄與材料強度。它推廣了指數分配(k = 1),是每當無記憶假設過強時的自然升級。公允的提醒:它是現象學的擬合,而非從物理導出的定律——一個良好的韋伯擬合摘要了故障模式,但本身並不解釋背後的機制。

滾珠軸承傾向因磨損而故障,所以其壽命可能是 Weibull(k = 2, lambda = 1000 小時)。此處 k > 1 表示風險隨時間上升——一個已用 900 小時的軸承,在下一小時的風險比全新者更高,與無記憶性相反。

形狀 k 調整風險:遞減(k<1)、平坦(k=1,指數)或遞增(k>1)。

韋伯分配在 k = 1 的特例下即為指數分配;唯有 k = 1 時它才是無記憶的——其餘任何 k,故障風險都隨年齡改變。

又称
Weibull韋伯分配Weibull(k, lambda)