北京友萬信息科技有限公司與 Minitab, LLC.正式簽訂合作協(xié)議，成為其在中國大陸地區(qū)的教育核心授權(quán)合作伙伴，全面代理Minitab系列產(chǎn)品的銷售和售后服務工作，這也標志著友萬科技在中國教育市場邁出了堅韌且關鍵一步。Minitab是質(zhì)量改進和統(tǒng)計學教育方面領先的軟件和服務提供商，在《財富》100強公司中，超過90%的公司使用Minitab, LLC. 的旗艦產(chǎn)品Minitab Statistical Software。
為了讓您更好的了解Minitab軟件產(chǎn)品，我們陸續(xù)推出一系列的Minitab軟件在全球教育領域的應用案例，希望通過我們的分享能給您的科研和教學帶一些新的思路和方法。
每天都有成千上萬的司機駛過哥斯達黎加的橋梁，而大多數(shù)人從未考慮過橋梁安全這個問題。公眾對這些結(jié)構(gòu)的信心源于政府成功地監(jiān)測其安全性和可靠性。但是，在如何分配有限的橋梁維護資源以確保公眾安全方面，政府該如何做出合理的決策呢？參與哥斯達黎加理工學院 (TEC) eBridge項目的教授和學生收集并分析了眾多橋梁的數(shù)據(jù)，建立了一個橋梁評估系統(tǒng)。他們的目標是使政府在嚴格數(shù)據(jù)分析支持下，更容易、更快速地做出橋梁維修決策。
對于一座關鍵橋梁，使用Minitab Statistical Software分析的數(shù)據(jù)能夠幫助政府在出現(xiàn)緊急情況前就認識到維修的必要性。現(xiàn)在，項目團隊正在通過監(jiān)測選定橋梁的數(shù)據(jù)，評估其可靠性，并向政府提供他們的研究結(jié)果，來完善他們的評估系統(tǒng)。
挑戰(zhàn)
位于哥斯達黎加卡塔戈，這座橫跨于普里雷斯河上的橋梁，每天承載了 11,318 輛汽車的重量。鑒于全國每年用來橋梁維護的資源有限，政府需要確定這座橋梁是否需要立即給予關注，還是可以繼續(xù)使用數(shù)年。
政府根據(jù)學生收集的表明壓力點的數(shù)據(jù)，啟動了對普里雷斯河上的這座橋梁（上圖）的維修工作。
eBridge項目團隊的成員在橋面下放置了傳感器，以測量車輛通過時鋼和混凝土結(jié)構(gòu)的移動和振動。他們收集了超過9萬個數(shù)據(jù)點，他們需要對這些數(shù)據(jù)點進行分析，以預測橋梁的可靠性并確定結(jié)構(gòu)的高壓力點。這項任務涉及多個步驟，以及許多統(tǒng)計方法。他們需要根據(jù)他們的數(shù)據(jù)建立一個橋梁性能的數(shù)學模型，然后創(chuàng)建和分析模擬數(shù)據(jù)，以預測橋梁未來在不同場景下可能的表現(xiàn)。
Minitab 如何幫助他們
該團隊使用Minitab對傳感器數(shù)據(jù)進行了時間序列分析，揭示了隨著時間的推移，橋梁的鋼和混凝土對交通重量的承受能力如何?！坝辛薓initab，我們能夠輕松查找異常值，并識別壓力點，”eBridge項目研究員Federico Picado說。
在建立橋梁評估方法的工作中，團隊成員在Minitab中進行時間序列分析，以確定數(shù)據(jù)隨時間變化的模式。在上面的圖表中，我們可以看到橋梁的變形或移動發(fā)生在什么時候。
該團隊還使用Monte Carlo模擬來促進他們對橋梁的分析。這種方法使用已知的參數(shù)和描述變量之間關系的方程來創(chuàng)建大量的模擬數(shù)據(jù)，使研究人員能夠在收集相似數(shù)量的真實數(shù)據(jù)成本過高或不可能的情況下預測結(jié)果。
利用他們收集的傳感器數(shù)據(jù)，以及關于橋梁機械和結(jié)構(gòu)特性的已知信息，eBridge團隊使用Minitab來模擬負載和阻力數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)模擬了他們收集到的傳感器數(shù)據(jù)中的交通壓力。他們在這里進行可靠性分析，以預測橋梁的可靠性并確定失效概率。準確的可靠性分析取決于為您的數(shù)據(jù)選擇正確的統(tǒng)計分布，而Minitab可以很容易地確認團隊數(shù)據(jù)是否遵循了正態(tài)分布。
上面的概率圖顯示了在第一次數(shù)據(jù)模擬中使用的數(shù)據(jù)。
該團隊利用其初始的可靠性分析結(jié)果，生成了第二座橋梁交通場景的正態(tài)分布數(shù)據(jù)，并進行再一次的可靠性分析。然后他們比較了這兩種場景的結(jié)果，查看模擬的負載和阻力應力是否超過了橋梁安全處理這些應力的承載能力。
直方圖評估了數(shù)據(jù)的形狀，可以與分析結(jié)合使用，幫助確認假設。上面顯示了兩種場景下的負載和阻力。
如果橋梁的承載能力大于預測的應力，那么可靠性指數(shù)將足夠高，可以認為橋梁是安全的。如果可靠性指數(shù)較低，則可以使用國際安全規(guī)范，來對橋梁的使用和維護立即做出決定。
結(jié)果
該團隊的分析顯示，普里雷斯河上的橋梁可靠性指數(shù)較低，鋼和混凝土的承載能力不足以持續(xù)承受預測的交通重量，因此橋梁有遭受破壞的風險。根據(jù)國際規(guī)范進行評估時，橋梁不符合安全要求。哥斯達黎加政府在確定該橋的維修計劃時參考了這些研究結(jié)果。
“我們在 Minitab 中的分析幫助我們得出結(jié)論，認為駛過的卡車造成了橋梁很大的變形，”Picado 說。事實上，在分析后的兩個月，該橋的一根鋼梁坍塌了。“值得慶幸的是，沒有人受傷。我們很高興得知我們的預測是準確的，而且一旦我們意識到橋梁有問題，政府就可以進行干預?！?/p>
隨著普里雷斯河上的橋梁維修工作的繼續(xù)，eBridge 項目將其方法應用于哥斯達黎加的其他橋梁，并利用 Monte Carlo 模擬和可靠性分析完善其橋梁評估過程。預測潛在失效可確保哥斯達黎加公民的安全，并通過在發(fā)生安全隱患前進行預測來降低維修成本。
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