Parameter estimation for Weibull distribution with right censored data using EM algorithm

Metoda największej wiarygodności (MLE) służy do estymacji parametrów modelu statystycznego dla zadanych danych. Metoda ta pozwala na estymację nieznanych parametrów modelu statystycznego. Parametry te otrzymuje się poprzez maksymalizację funkcji wiarygodności rozważanego modelu. Często w praktyce metoda ta może jednak nastręczać trudności związane z wielomodalnością funkcji wiarygodności oraz niemożnością uzyskania jawnych analitycznych rozwiązań równań wiarygodności. Równania takie można jedynie rozwiązywać za pomocą metod numerycznych. Trudności te dobrze ilustruje estymacja parametrów rozkładu Weibulla z wykorzystaniem metody największej wiarygodności wykonywana w oparciu o prawostronnie cenzurowane dane z eksploatacji. Rozwiązanie przedstawione w niniejszej pracy opiera się na zastosowaniu algorytmu maksymalizacji wartości oczekiwanej (EM). Możliwości aplikacyjne proponowanej metodyki badano na przykładzie danych eksploatacyjnych uzyskanych z przedsiębiorstwa petrochemicznego, dotyczących awarii pięciu pomp odśrodkowych.

The maximum-likelihood estimation (MLE) is a method of estimating the parameters of a statistical model for given data. This method allows us to estimate the unknown parameters of a statistical model. These parameters are obtained by maximizing the likelihood function of the model in question. In many practical situations the likelihood function is associated with complex models and the likelihood equation has no explicit analytical solution, it is only possible to have its resolution through numerical methods. The estimation of the parameters of the Weibull distribution by maximum-likelihood method based on information from a historical record with right censored data shows this difficulty. The solution presented in this article entails using the Expectation-Maximization (EM) algorithm. Actual data from the historical record of 5 centrifugal pumps failures of a petrochemical company were analyzed for application of the methodology.