威布爾（Weibull）分布在食品科研中的可靠性

呂航 李寶昌 趙立群 王春旭

摘 要：食品工業的發展，對于食品科研需求也在不斷地增加，但是食品工業涉及的各種變化因素特別多，科研的目標和方法也多種多樣。為了盡可能地節約成本提高效率，就需要在科研項目立項之前對其分析方法進行有效的篩選，威布爾分布作為一種在不確定性較多領域常用的一種分析其可靠性分析的一種方法，也可以運用于在食品工業的科研當中，但是也有其一定的適用范圍，本文就其適用范圍和其他常用方法進行比較，對其可靠性作出分析。

關鍵詞：威布爾分布;食品安全;科研方法

為了推動食品工業的發展，常常要進行科學研究，新產品的開發也離不開相關的科學實驗，但是進行科學實驗之前必須要解決一個問題，就是合理的設計實驗。實驗方法設計的好，可以節省人力、物力、時間，并且能夠提高實驗結果的可靠性，達到事半功倍的效果。本文就威布爾分布在食品工業當中可能的應用場景進行分析，并與其他的常規食品工業科研方法進行比較，分析出可以適應它的研究場景[1]。

1 常用的食品試驗設計方法和優缺點

常用的食品試驗方法，包括回歸試驗、隨機試驗、正交試驗、回歸正交試驗和均衡設計試驗這5種方法，5種方法各有其優缺點和適用范圍，已經廣泛運用到了食品安全領域。不同的實驗方法都是建立在不同的理論基礎上，這種理論基礎都需要進行一定的假設，只有假設條件能夠滿足相應的條件情況下，才能正確地表達實驗效果，然后得到正確的表達效應才能得到正確結論，每一種實驗方法都有其適用性。對比法相對于其他方法來說比較簡單，成本較低，但對于復雜的工藝就無法進行檢測了;在測試對象不太多的情況下，能夠提供比較準確的實驗結果，但是對于比較復雜和主觀的因素，有效性就大打折扣了。我們要認清威布爾分布作為一種實踐數據的統計方法，也是有自己的適用范圍的，不能一概而論它是否有效或者無效[2]。

2 威布爾分布在其他領域的應用范圍和成果

威布爾分布在可靠性工程當中，得到廣泛的應用，尤其在機械損耗及磨損的判定上面，已經有著很成熟的應用經驗和實例。在各種機械設備的損耗，即壽命計算當中，威布爾分布有很多成功的實驗案例，并且已經推廣到對于風力資源的估算，人壽保險的核算和精算的領域[3]。能看出來對于多因素、多變量的數據進行量化統計來說，威布爾分布有著較大的優勢。如果缺乏統一的評價標準，或明確的適用范圍數據的問題，威布爾分布可靠性就會受到前提條件設置的影響。所以在食品科研領域應用當中我們應該注意這個特點，科研項目的主要設計參數，需要考慮設定能否具有一定的客觀性和實用性。

3 威布爾分布在食品科研領域有效的運用例子

3.1 食品安全領域

在減少防腐劑使用量的情況下想保證食品的安全就可以通過威布爾分布，對各種條件下長時間保存食品進行估算。食品運輸和儲藏的過程當中，環境可能會發生各種各樣的變化，要在各種不同的環境當中保證食品不變質，就需要添加不同類型的防腐劑。現在隨著人民生活水平的提高，人民對防腐劑也更加敏感。我們可以通過威布爾分布法，對于不同條件下防腐劑使用量進行估算以達到在保證食品不變質和食品安全的條件下，盡可能地減少防腐劑的使用量，可減少消費者對其的敏感性，并降低食品的生產成本[4]。

3.2 食品口味的設計

食品口味的設計一直都是食品科研領域投入較大、難出成果的研究項目。因為其中涉及的變量較多，而且很多是主觀判定的結果，較難將其量化。雖然涉及的變量較多，但在此領域已經有一部分實驗數據的積累。可以通過威布爾分布，將成分含量、糖分含量、脂肪含量常用的參數與食品銷售的情況影響進行量化。并把它放置到一個威布爾分布表格當中，節選出一個銷量較高的范圍，然后在這個范圍之內進行食品各種口味的微調試驗。減少偏差值，縮小實驗的范圍，提高實驗結果的準確性，減少所需要花費的人力和物力資源。

3.3 科研項目立項有效性分析

除了在具體的科研項目中應用以外，對于科研項目本身立項的有效性，也可以用威布爾分布對于已有的類似的項目結果進行統計和分析，判斷項目是否在可行性范圍之內，排除掉存在巨大失敗可能性的項目，從而減少不必要的資源浪費。

4 結語

威布爾分布作為一種廣泛應用的，對于各種不確定性因素的影響及概率進行判定的科研方法，已經廣泛證明其具有一定的有效性。具體到食品科研領域，我們要注意其適用范圍，用此方法必須要有準確性較高，而且穩定的數據來支持。對于不確定性較高的問題，可以通過此方法對其進行一個大范圍粗略的估算，但可靠性必將大打折扣，所以其使用必須以大量、準確的數據做基礎。

參考文獻

[1]高博，王小明，謝毓廣.基于概率序列的含風光電力系統可靠性評估方法[J]. 安徽電氣工程職業技術學院學報，2018，23（3）：15-19.

[2]劉海年，王志會，吳新，等.航空發動機成品可靠性設計與驗證方法研究及應用[J].航空科學技術，2017（7）.

[3]趙繼俊，張錫清.可靠性試驗數據的最優化參數估計[J].兵工學報，1997，18（2）：134-138.

[4]鄭銳.三參數威布爾分布參數估計及在可靠性分析中的應用[J].振動與沖擊， 2015，34（5）：78-81.