Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   6 ,  Decem ber   201 9,   pp. 4 721 ~ 4727   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v9 i 6 . pp 4721 - 47 27          4721       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Bivari ate m odified hot ell ing’s  2 T   ch arts usin g bootstr ap   dat a         Fir as  H adda d 1 , Mut as em  K.  A lsm ad i 2 , Us am a  Ba da w i 3 , T amer F ar ag 4 , Raed  A lk ha s awneh 5 ,   Ibra him   Alm ar as hde h 6 ,  Wal aa H as s an 7   1, 5 Depa rtment   of   Gene r al   cour ses ,   Col le ge   of   Applie d   Studie s  and Com m unit y   Ser vic e ,     Im am Abdul rah m an  Bin  Faisa l U nive rsit y ,   Saud i  Arabi a   2 ,3,4,6,7 Depa rtmen t   of  Man age m en t  Inform at ion   S y stems ,   Coll eg e  o f  Applie d   Studies   and  Com m unit y   S erv ice,    Im am Abdu l rah m an  Bin  Faisa l U nive rsit y ,   Saud i  Arabi a         Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A pr   19 , 201 9   Re vised  Jun   26 , 201 9   Accepte d  J ul  6 , 201 9     The   conv ent ion al   Hotelling’s  2 T   cha rts  ar e  evi d e ntly   ine ff ic i ent   as  it   has   result ed  in  disor gani z ed  dat a  wit h  outl ie rs,  and  th ere fore ,   thi s  study   proposed   the   application  o f  a  novel   al t ern a ti ve  robust  Hotelling’s  2 T   cha rts  ap proa ch .   For  the  robust   sca le  est imator   S n ,   thi s   appr o ac h   enc om passes  th e  use   o f     the   Hodges - L e hm ann  vec tor   and  th e  cov arianc e   m at rix  in   place   of     the   ari thmet ic  m ea n  vec tor  and  the   cova ria n ce   m at rix ,   respe ct iv e l y .     The   proposed  cha rt  w as  exam ine d  per form a nce   wise .   For  the   purpose ,   sim ula te d  biv ariate   boo tstra p   da ta sets  wer e  used   in  two  condi t io ns,  name l y   inde pend ent   v ariabl es  and   depe n dent   var ia bl es.   The n,   assess m ent   was  m ade  to  the   m odifie d  cha rt  in  t er m s  of  it s  rob ustness.  For  the   purpose,    the   li k el ihood  o f  outl ie rs’  de te c t ion  and  fal se  a l arms   were   com pute d.   From   the   outc om es  fro m   the   computat i ons  m ade ,   the   pr oposed  cha rts  de m onstrat ed   superior ity   over   the   conve nt ional   ones  for   all  the  ca ses t este d .   Ke yw or d s :   Boo t stra p   Ho te ll ing’s  2 T   ch arts   Ou tl ie rs   Robust  est im ato rs   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Firas  Hadda d ,    Coll ege  of   A ppli ed  St ud ie s  a nd Com m un it y  Ser vice ,   Im a m  A bd ul ra hm an  Bi n  Fais al  U ni ver sit y,    Al - D am m a m ,  Saudi A ra bia .   Em a il :  fsh ad da d@ ia u. e du.sa       1.   INTROD U CTION     In  m anu factu r ing ,   Stat ist ic al  co ntr ol  cha rt s  ha ve  bee n  known   as  t he   m os t  too l  f or  m on it or in g    the  process  of  pro du ct io n.  In   m on it or ing   the  c har a ct erist ic s  of   pro du ct   qual it y,  in  the  beg in ning ,     the  em plo ym e nt  of   c ontrol  char ts  was  fac il it at ed.   Con sideri ng   the  e xi ste nce  of  va riou s  c ha racteri sti cs  of  qu al it y  in  product  qu al it y  determ inati on ,  this  app ro ac h  is  insuffici e nt  in  te rm s  of   pr act ic al it y.  No neth el ess,   m ul ti var ia te   con tr ol  char ts  (M VCC)  with  the   capaci ty   in  identify ing   the  c hanges  in  c ov a riance  m at rix  Σ a nd   the m ean v ect or  μ   in  order t o  ac hieve o ptim a l p er form ance o f  the  pro du ct   [ 1 ,  2 ] .    The  H otell ing’ s  2 T   char t  is  a m on g  the  m os t  com m on   MVCC   m et ho ds.  [ 3 ,  4 ] .   W it h  the  ca pa ci ty   in   detect ing   m ultip le   outl ie rs,   m ean  s hifts  an d  dev ia ti ons  in  t he  dis persal   of  con t ro l  distrib ution   [ 5 ] .  The   sta ti sti c   2 i T   em plo ys  the  e stim at or s  x   a nd  S   w hich   are   di r ect ly   i m pacted  by  t he  pr e s en ce  of  outl ie rs  in  t he  case   of   false  al arm s,  resu lt in g  i n  fa il ur e  in   im po sing   c ontr ol  in   the  processes   of  producti on.  The   inc rea se  i n   the  com plexity   of  the  m anufa ct ur in g  of  the  pro du ct s  i n  a ddit ion   t o  thei r  char act e risti cs  that  ge ner al ly   con ta in   ou tl ie rs, co ntri bu te  t o  the  f ai l ur e  of th e  ch a rt  in per form ing   it s d esi gnat ed  task.   In  orde r  t o  ov erco m e  the  im pact  of   outl ie rs  on  t he  form e d  c on t ro l  cha rt,  the   ap plica ti on   of  r obust   est i m at or s  would  be  an  a pp ropr ia te   s olu ti on.  The se  r obus t  est i m at or s  sh ould  be  e m plo ye d  in  place  of     the  m ean  vect or  x   and   the  va riance  co var i ance  m a trix  S   as  in  the  conv entional  H otell ing ’s  2 T   char t .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 9  :   4721   -   4727   4722   Accor dingly ,  a   char t  is  c onsid ered   r obus t  if  i t  cou l d  produc e  stron g  reacti on  to  t he  cha nges  to   the  pro duct ion  process ,  an d  t hi s  reacti on   is  c om pelle d  by  th e  co ntro ll e d  fal se  al arm s  and   the  prob a bili ti es  value s  of  detect ion   ou tl ie rs  a re la r ge  e nough an d t end s  to 1 00 % .   The  bootstra p  m et ho d  e nc om passes  a  nonp a ram et ric  tech ni qu e   due  t o  it s  inde pe ndence   f ro m     the  pr es um ption s  of   data  para m et ric  distribu ti on.  N on et he le ss,  in  the  m on it ori ng  of  a  sing le   proces s,  this  te chn iq ue  ca n  gen e rate  sin gle   var ia ble  co ntr ol  cha rts.  In   t hi s  reg a rd,  P hal adiga non   et   al .   in  [ 6 ]   m entioned   the   po s sibil it y  in  i nteg rati ng   m ulti var ia te   con tr ol  char ts   with   the  char ts  of  the  bo otstr ap   te chn iq ue  tha t  hav e  pro ven their e f fecti ven es s.   Con si der i ng  th at   it   is  po ssi ble  to  gather  sa m ple  that  is  sm al l  in  siz e,  vio la ti on  to  t he   norm al ity   assum ption   dis tribu ti on  is  po ssible.  Be side s   that,  in   gen e r al ,  est i m at ion   t o  the   in - co ntr ol   sta te   of  the  c on t ro l  char ts  has   to  be  ca rr ie d  ou t,   but  this  will   hav e   ad ve rse  i m pact  on   the   perform ance  of  the   co ntr ol  c har t .     As  ind ic at e d  in  Mostaje ran   et   al .  in  [ 7 ] ,  non - pa ram etr ic   bootstra p  con t ro l  cha rts   are  approp riat e  for     an  un i den ti fie d  distrib ution  or   w hen  m aki ng  est i m at ion   on  the  process   par am et ers  from   Ph ase  I  da ta set   or   wh e n  it  is im pr act ic al  to  gathe r  sam ple o f  lar ge  siz e.   Fo r   obse rv at io n  pu rpose,   c ontr ol  cha rts  ge ner al ly   re qu i re  norm al   distribu ti on.   N on - pa ram et ric  con t ro l  cha rts  includi ng   c ha r ts  of   sig n  co nt ro l  are  a ppr opriat e  fo r  non - norm al   distribu t ion s  case .  For   this   sit uation,   the  pa ram et ers  of   con t ro l  cha rt  co uld   be  c om pu te d  with  the  use   of   the  al gorithm   of   no n - para m et ric   bootstra p.   I n  the  sit uation  w her e  ass um pti on s  of   distrib ut ion   are  not  re qu i red,  or i gin a l  ob ser vatio ns   cou l d    be   em plo ye d.   Jo ne s and  W il l iam   in  [ 8 ]   are am on g  tho se  w ho h a ve  a pp li ed   bootstra p  in th e form ation  of  the contr ol  char ts.   I n  t heir   stu dy,  bootstr ap  was  desc rib ed  as   a  sta ti sti cal   te chn i qu e   wh ic h   em plo ys  po wer  of  c om pu ti ng  in  place  of   t he   conven ti on al   par am et ric  as su m ption .  T he   propose d  co nt ro l  cha rt  was   pr ese nted  al ongs i de    the  exte ns ive  resu lt s  of   co m pu te r  si m ulati on ,  a nd  eac h  c on tr ol  c ha rt  was  a ssess ed  perform ance  wise   accor ding t o  th e ave rag e   le ngth  of run.   Niaki  an d   A bbasi   in  [ 9 ] ,   a  novel  bootstra p - ba sed  m et ho do l og y  f or   der i ving  the  lim it s   of   con t ro l  on   the  at tribu te s  was  propose d  and   f or m ulate d.   The  us e  of  th e  m et ho dolo gy   al lows   the   sim ultaneo us   c reat ion   of  confide nce  int erv al s  on   t he   at tribu te s.  T he  pe rfo rm ance  of   t he  pro pose d  m e tho d  was  the n  e xa m ined,     in  acco rd a nce   with  the  i n - c on t ro l  a nd  out - of - c ontrol  a ve rag e  r un   le ngth  crit eria.  T he   auth ors  al so  m ade    a  si m ulati on   ba sed  c om par ison   with  a  c ompara ble  w ork  pe rfor m ed  by  Bonfer r on i  a nd   Sidak,  an d  the  resu lt s   of   t he  pro pose d  m et ho d   a pp e ared   t o  be  bette r.   Last ly   f or   at tribu te s,  t he  auth or s  m ade  com par ison   be tween     the bo otstrap   m et ho d  a nd t he  T 2   co ntr ol c ha rt.    The  a pp li cat io n  of a bo otstra p - base d  m ulti v ariat e  T 2   co ntr ol ch a rt w as  de m on strat ed  in  Ph al adi gano n  et   al .  in  [ 6 ] .  T hi s  char t  can com petentl y  m on it or   a  proce ss  in  data d ist rib ut ion   that  is non - norm al   or   unknow n.   W it h  the  a pp l ic at ion   of  a  sim ula ti on   stu dy ,  the  auth ors   evaluated  t he   perform ance  of   t he  co ntr ol  char t   pro po se d  in  th ei r  stud y.  T he   kernel  densi ty   est i m at ion   (K DE ) - base d  T 2   co ntro l  c har t   and   the  c onve ntion al   Ho te ll ing ' s  T 2   con t ro l  c har t  wer e  c om par e d  in  te rm s  of   perform ance,  a nd  f ro m   the  re su lt s  of  the  sim ula ti on   stud y,  the p r opos e d  m e tho d  dem on strat ed  be tt er  per f or m an ce  as  oppo se d  t o  the  co nventi on al   T 2   c ontrol   char t.  As opp os e d  to   the KDE - ba sed   T   2   c ontrol c ha rt, th e  prop os e d  m et ho d sh ow s co m par able  pe rfor m ance.   Gandy   a nd  K valøy   in  [ 10 ]   pro po se d  a   m et hod  gro unde d  upon  the   bo otstrap ping  c oncept,   w he r e     the  data  wer e   bootstra pp e d  a nd  the n  em plo ye d  in  t he  est i m ation   of   t he   in - c on t ro l  sta te .  The  us e  of   this  m et ho d  ap pea r s  to  be  appr opriat e  fo r  div er s e  ty pes  of   co ntro l  cha rts.  It  is  al so   app li cabl e  fo r  c har ts  th at   are  base d  up on   re gr essi on  m od el s.  For  no n - p a r a m et ric  bo otstr ap,   this  m et hod  is  deem ed  a s  rob us t.  T he  auth or  e m plo ye d  la rge  sa m ple  pr op erti es  of   the  a dju stm ent.  The   adv a ntages  of  us in g  the  pro po s ed  a ppro ac h  we re   dem on strat ed  usi ng a sim ulatio n st udy.   Ed opka  a nd  O gb ei de  i n  [ 11 ] ,   the  a utho rs  e m plo ye d  a   non - pa ram et ric  app r oac h  in   the   a ssessm ent  of  the  cum ulati ve  su m   (Cus um )  and   t he  ex pone ntial ly   W ei gh te d  Mov i ng  A ver a ge  ( E W M A)   c on t ro l  li m it s  fo r   cert ai n  dataset .   In   t he  deter m inati on   of  th e  con tr ol  lim its,  the  aut hors   e m plo ye d  the   under ly in g  da ta set   conditi on al   dis tribu ti on.  In   e valuati ng  the  con t ro l  li m it s  and   al s o  in  id entify ing   t he  in - c ontrol  a nd   ou t  of   con t ro l  of   the  distrib ution,  th e  auth or s  a ppli ed  the  m et ho d  of   bootstra p.   H ere,  the re  was  no   rigid   a ssu m ption,   for  in sta nce,  th e norm al ity con diti on  for  th e  sta ti sti cal  p ro c ess contr ol to  be dis per se d.     In   Mosta j era n  et   al .  [ 1 ] ,   the  auth or s  dem on strat ed  the  ap pl ic at ion   of   a   ne w  bootstra p  a lgorit hm   in     the  c on st ru ct i on  of  H otell ing ’s   T 2   c ontr ol  cha rt .  In  ass essing  the   pe r form ance  of  t he  pro po s ed   m e tho d,    the  aut hors  e m plo ye d  a  sim ula ti on   stu dy .  The n,   t he  a uthors  m ade  a  com par iso n  be tween  t he  re su lt s  of     the  pro pose d  m et ho d  a nd  t ho s e  obta ine d  from   the  co nv e ntio nal  H ot el li ng ’s  T 2   c on t ro l  c har t  a nd  al so    the  resu lt s  of   bootstrap  re porte d  by  Ph al adiga no n  with   the  app li cat ion   of   in - co ntr ol  and   ou t - of - con t ro l   aver a ge ru n  le ng t hs   res pecti ve ly  r epr e sente d by  ARL0 an d ARL1 ,.   In   M os ta j e ran  et   al .  [ 7 ] ,  the   auth or s  pr e se nted  the  us e  of  non ‐ par am etr ic   bootstra p  m ul ti var ia te   con t ro l  c ha rts  | S|,  W,   a nd  G,   and   this  m et ho d  is  gr ou nd e d  upon  the  us e  of  bootstra pp e d  data  in  the  est i m at ion   of   t he  in ‐ c on t r ol  sta te .  I n  this   stud y,   the  a ut hors  s uccee ded  in  obta ini ng   s at isfact or y  perf or m ance  of  bootstrap   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Biv ar iate  modi fi ed  hote ll ing ’ s   T 2   c ha rts  u si ng  bootstra p d ata   ( Firas  Ha ddad )   4723   con t ro l  c har ts.   Com par ison   was  al so   m ade  betwee n  the   perform ance  of   the  pro pose d  cha rts  an d  t hat  of    the S hewha rt ‐ ty pe  co ntr ol c ha rt s.   Ba sed  on  H otell ing ’s  T 2   sta ti sti c,  Mostajeran   et   al .  i n  [ 12 ]   dem on s trat ed  th e  a pp li cat ion   of     a  bootstra p  m ulti var ia te   con tr ol  char t  a nd   c om par ed  it   with  a  H otell ing ’ s   T 2   par am et ric   m ulti var ia te   con t ro l   char t,  a  m ulti v ariat e  sign   co nt ro l  char t,  a nd   a  m ulti var ia te   W il c oxon  co ntro l  cha rt.  A  sim ula ti on   stud y   was   e m plo ye d for t he pur po se .   This  stu dy  at tem pts  to  im pr ov e   the  perf orm ance  of  H ot el li ng ’s  2 T cha rt   and  the refor e ,   a  ne w   m et ho d  is  pr opose d.  I n  pa rtic ular,  m od ific at ion   on  the   s ensiti viti es  to wards  outl ie rs   is  to  be   car ried  ou t.   Fu rt her,  in  the   con str uctio n  of   the  new   m et hodo l og y,  t his  stud y  ap plies  the  rob us t  est im at or   of   locat i on   as   fo ll ows:   the   Hod ge s - Lehm ann  est im at or   an d  the   c ov ariance   m at rix  of   the   r obus t  scal e  est im a tor   .  Me anwhil e, in   resam pling  the  d at a  from  the n orm al l y dist ribu te d data, t he m et ho d o f boot strap  is  em plo ye d.     Accor dingly ,  t he  c oncept   of   Hod ges - Lehm ann  est im at or   and  the   pro per t ie s  of  t he  scal e  est im a tor  of     will   be  highli gh te d  in  the  ne xt  sect ion   (S ec ti on   2).  T his  is   fo ll owe d  by  the  desc riptio n  of   the  c onstr uc ti on  of  the  H otell ing ’s   2 T char ts.   T he n,   t he  e nsuin g  sect ion   (S ect io n  4)  will   descr i be  t he  fin dings   of  sim ulati on   in   a su m m ary fo r m . Th e fin al  se ct ion  c on cl ude s the  pa per .       2.   ROBUST  LO CA TI ON A N D  S C ALE ES TIMAT ORS     This  pap e r  de m on strat es  the   ap plica ti on   of  a  novel  r obus t   locat ion  est im at or   a nd  th ree  rob us t  scal e   est i m at or s.  Asi de   from   al lowin g  easy   im ple m entat ion   in  t he  cal culat io n  and  co ns tr uction  of  th e  H ote ll ing ’ s   2 T   char t,   these  m et ho ds   a ppe ar  to  be  a ppr opriat e  te ch nical ly   wh en   de al ing   with  m ul ti var ia te   da ta .     The follo wing  sect ion   highli ghts t he  prope rtie s   of eac h  est i m at or .     2.1.   R obust  lo cat i on  es tima t or: h od ge s - le h man n  est im at or   The  locat io n  e stim ation   f or   a   sa m ple  con ta i ning  n  obser va ti on s  wa s  first  introd uced   i n  Hod ges  an d  Lehm ann   ( 1963) .  This  est im at or   ta kes  a  m edian  of   the  a ver a ges  of   the   ) 1 ( 2 1 n n   po te ntial   obs erv at io n  pairs. As  pr ov i ded b y  B row n and Kil dea  (1 978) ,  the esti m a tor  is  de fine d  a s foll ow s:   “A  si m ple  Hodg e s - Le hm ann  est i m a tor  for  that  j j Y X   fo r  j   =  1,  2, … ,  n  w here  j Y   are  i.i .d   rando m   vecto r’ s   sym m et ric  about  zero,  with  de ns it y  functi on   G  a nd  c on ti nuous  bounde d  densi ty   g.   The  H - L  est i m at or   of   θ  is  the  m edian  of   n j i X X j i , 1 , 2   and   an  as ym pto ti cal ly  e qu i valent  est im at or   n ˆ   is    the m edian  of n j i X X j i , 1 , 2 .”    The  si gn ific a nc e  of  pro pe rtie s  of  this  l oc at ion   est im at o r  ha s  29%  br eakdo wn,  sym m et ric  about    the p a ram et er θ,  a bout  0.955 a sy m pto ti c relat ive eff ic ie ncy  and it  r e qu ir es  O  ( 2 n ) o per at io n at   m ini m u m .     2.2.    R obust  sc ale estim ator :  n S   In   Ro us see uw  and Cr oux  [ 13 ] ,   the e stim at or   n S   f or  t he  sam ple  n x , . . . , x 1   was  define d  a s foll ow s:     |} | { j i j i n x x m ed m ed c S   f or   j i n j i ; , . . . , 2 , 1 ,   (1)     Wh e re:  1 9 2 6 . 1 c   de note s  a  c orrecti on   facto r  i n  m aking  S n   un biased   f or  predete rm i ned  sam ples.  F or  S n ,   it s  pr im ary  pr oper ti es  are  as  fo ll ow s:  car ries  50%  m axi m u m   br ea kdow n,   58 %  eff ic ie nt  at   norm al   distribu ti on,   lim it ed  functi on  of   i nf lue nce ,   an d  enc om passes  an  a ff i ne  e qu i var ia nce  est i m at or .  Acc ordin gly,  the  work   by   Rou sse eu w  a nd Cr oux  [ 13 ]   presente d  m or e  sp eci fics  reg a r ding  S n .       3.   CONSTR U C TION  OF TH E ROB US T  H OTE LL ING ’ S  2 T   CHARTS   The  pr opos e d  robust  H otell ing’s  2 T   char ts  hav e  sim ple  con st ru ct io n.   T he  locat io n  m easur e  of   Hod ges - Lehm ann   e stim at or   is  e m plo ye d  in  place  of  the  pa ram et ric   m ean  vecto r,  wh il e  the  va riance  cov a riance  m atr ic es, that is ,  n S   is em plo ye d  in  place o f  t he v a riance c ovaria nc e m a trix S .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 9  :   4721   -   4727   4724   Give n  ip i x x ,..., 1   for  n i ,.., 2 , 1   entai ls  an  n  x  p   m at rix  wh e re  n   denotes  the  siz e  of   the  bootst rap   ind ivi du al   ob serv at io ns,  w hile  p   = 2  de no te s   the  a m ou nt  of  qual it y  char act erist ic s.  Acc ordin gly,     the cal culat io n of t he H otell ing ’s   2 T   char ts  f ollow s  the  steps  bel ow :   1.   Fo r  eac h  c olum n  within the   n  x  p   m at rix,  c om pu te  the  Hodg e s - Le hm ann estim at or .   2.   The n,  t he  r obust  v aria nce   c ov ariance m at rices are c om pu te d, f ollo ws  the  st eps  as  d e scribe d belo w:   Con si der i ng   t he  sym m et ric   char act e risti c  of   va riance  cov a riance  m at rix  of   ,   the  m ai n  diag on a l   enco m passes  t he  m at rix  of   sam ple  var ia nc e  co var ia nc e   sign i fied  by   = 2   wh e re  j= 1  a nd   2,  as  dem on strat ed  i n   [ 14 - 18 ] .  For  oth e r  el e m ents  of   this  m a trix,   they   enco m pass  the  cov a rian ce  between   ea ch  pair of  tw o var ia bles inclu ding  g j X X ,   w ho se  c om pu ta ti on   f ollow s  the ste ps   belo w:    a.   Ca lc ulate     ( ) , ( ) , = 1 , 2 ; = 1 , 2     ≠   b.   Fo r  r a nks ) X , (X g j c or r   betw een  j X   an d  g X , calc ulate  the s pea r m an  co rr el at io n  [ 19 ] ).   c.   Fo r  the  scale  e stim at or n S ,   re pea t st eps (i - ii) .   The  com pu ta ti on   of   sam ple  cov a riance  bet ween   t he  va riables  j X   an d  g X   f or   2 × 2   var ia nc e   cov a riance  m atr ix  of       is base d on the  f or m ulas sho wn b el ow:     ) , ( g j n X X S = ) ( j n X S ) ( g n X S ) X , (X g j c or r   (2)     3.     Finall y, the  ne w  c har ts  of the  prop os ed  Hote ll ing   2   are fo rm ed usin g  t he  e quat ion bel ow :     ) ( ) ( ) ( 1 n _ 2 HL X S HL X X T i n T i i S HL     ( 3)     Evaluate d  was   m ade  to  the  pro posed  rob us t   Ho te ll ing’s  2 T ch art  with  the  a ppli cat ion   of  si m ula te d  dataset s in 5 000  rep li cat ions.  As for th e sim ulati on ,  it  foll ows th e sett ings  as foll ows:   a.   T he ge ner al  li ke li ho od  of f al s e ala rm  is estab li sh e d  at  α =  0.05,    b.   T he n um ber  of  v a riables e nc om passes  p  =  2, an d,   c.   The  siz es  of sa m ple  n   = 20, 3 0,   40, 5 0  a nd 100.    Me anwhil e, th e cha rt is f or m ed  a nd assesse d  in  tw o ph a se s as foll ows:    a.   Ph ase   I  pro duces  5000  da ta set s  from   N p ( 0 ,  I p )   in  t w o  ci rc um st ances,  that  is ,  C ase  A   inclu de s  ind e pende nt  va riables,  w hile  Ca se  B  co nta ins  de pe ndent  var ia bles.  F urt her,  the   est i m a tors  of   H odge s   and  Le hm ann   ( HL )   a nd  the   r obus t   scal e  c ov a riance  m at rix  f or      for  t he  c onven ti onal   a nd  r obus t  c ha rts   are calc ulate d.    b.   Ph ase  I I  inclu des  the  creati on  of   fr es h  obs erv at io n  f or   ea ch  dataset   in  orde r  to  al low  the  pe rfor m ance     of assessm ent.    The  pe rfo rm ances  of   the  ne w  rob us t  char t  is  evaluate d  co nc ern i ng   it s  false   al ar m s  and   it s  li kelihood  of   detect ing   ou tl ie rs,   and   su c h  perform ances  are  eq uiv al e nt  to  the  f racti on  of   t he  am ou nt  of   values  of  r obus t   sta ti sti cs  fo r  new   obser vations   w hich  ar e  gr e at er  t han  the  uppe r  c on t ro l  li m it   ( UCL)  to  t he  a m ou nt     of r e plica ti on s  (50 00).   For all   processes  of c om pu ta ti on , th e y are e xecu te d wit h  MA TL A B versi on  2015 .       4.   RESU LT S     The  outc om es  gen e rated  by  the  co nventional  Ho te ll ing ’s  2 T and   t he  m od ifie d  robu st     Ho te ll ing’s  2 T ch arts,  c orres pondin gly  la beled   as   ̅ − 2   an d     −  2   are  s how n  in   Table s  1 - 2.  F or  Ca s e  A   wh ic h  co ntain s  ind e pe nd e nt   var ia bles  are ,  the  res ults  dem on strat e  the  supe rio rity   of   perform a nce  of     the  m od ifie d  H otell ing ’s  2 T   chart   ov er  t he  tra diti on al   H otell ing ’s  2 T   char t  pa rtic ularly   with  re sp ect   to  fals e   al arm s.  Ad diti on al ly ,  acco rd i ng   to  t he  outl ie rs’   detect ion ,   com par able  r esult  is  identifia ble.  In   this  r egard,     the m od ifie d H otell ing ’s   2 T   chart  f ully  supe rse des  t he  c onve nt ion al   H otell in g’ s   2 T .                Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Biv ar iate  modi fi ed  hote ll ing ’ s   T 2   c ha rts  u si ng  bootstra p d ata   ( Firas  Ha ddad )   4725   Table  1.   False   al arm  r at es  and outl ie rs’   detec ti ng   pro bab il it y for the   co nve ntion al   a nd t he  m od ifie d  ho te ll ing ‘s  T 2 co nt ro l c har ts,  wh ere:   p= 2  a nd α =0.05,  ε   de no te s  the  per ce ntage  of  ou tl ie rs  a nd  sev e ral v al ues  of no n - ce ntrali ty  p aram et ers  3  a nd 5 in  ca se   A (case  with i nd e pe nd e nt  vari ables)     n     µ   ̅ − 2    −  2   Cas e(A)   20   0   (0,0 )   (3.4 )   (3.0 4 )       0 .1   (3,3 )   (2.5 4 )   4 9 .7   (6.1 8 )   70         (5,5 )   (3.4 8 )   94   (5.0 2 )   9 8 .5       0 .2   (3,3 )   (2.7 4 )   4 .22   (4.1 4 )   4 0 .74         (5,5 )   (1.4 2 )   2 9 .66   (3.0 6 )   8 4 .48     30   0   (0,0 )   (2.1 6 )   (5.7 8 )       0 .1   (3,3 )   (1.6 6 )   4 2 .54   (2.6 4 )   8 7 .8         (5,5 )   (2.0 4 )   9 2 .02   (2.6 )   9 9 .96       0 .2   (3,3 )   (0.5 )   2 .08   (0.9 4 )   6 5 .5         (5,5 )   (0.2 6 )   1 5 .24   (0.7 8 )   96     40   0   (0,0 )   (2.8 4 )   (1.8 6 )       0 .1   (3,3 )   (1.6 6 )   4 0 .62   (0.4 6 )   5 7 .8         (5,5 )   (1.0 2 )   9 7 .3   (0.4 6 )   9 8 .84       0 .2   (3,3 )   (0.5 2 )   0 .82   (0.1 8 )   2 8 .9         (5,5 )   (0.1 2 )   1 6 .1   (0.8 0 )   8 4 .16     50   0   (0,0 )   (5.2 6 )   (7.8 4 )       0 .1   (3,3 )   (1.9 4 )   6 0 .06   (2.2 6 )   8 6 .26         (5,5 )   1 .02   9 9 .6   2 .18   9 9 .98       0 .2   (3,3 )   (0.5 4 )   4 .86   (1.0 4 )   6 7 .24         (5,5 )   (0.1 2 )   5 4 .7   0 .9   9 8 .1     100   0   (0,0 )   (12 .06 )   (16 .44 )       0 .1   (3,3 )   (1.0 4 )   7 6 .4   (8.7 )   9 6 .48         (5,5 )   (0.1 4 )   100   (8.5 8 )   100       0 .2   (3,3 )   (2.8 8 )   4 .3   (4.7 4 )   8 0 .8         (5,5 )   (0.0 8 )   8 7 .72   (4.5 6 )   9 9 .86       As  al s o  ca n  be   obse rv e d,  the   m od ifie d  H ote ll ing ’s   2 T char t  s hows   im pr ov e d  rates  of  fals e  al arm s   with  the  inc rea se  of   the  siz es  of   sam ples  ( n ) .   Fu rt her m or e,  for  the  al te rn at ive  char t,  t he  pro ba bili ti es  rat es  for  ou tl ie rs ’  detect ion   inc rea se  w it h  the  increas e  of   sam ple  si ze.  Howe ver,  f or   the  c on tr ol  char t  of  the  m od i fied   Ho te ll ing‘s  2 T ,  th e  changes  of  th e  rates  val ues  of   t he  outl ie rs’  detect ion   pro ba bili ty   app ears   to  be  sm al le r  as  oppose d  to  th e  changes  de m on strat ed  by   t he  cha rts  of  the  co nv e ntio nal  H otell ing ‘ s  2 T especial ly   wh e n    the  outl ie rs’   pe rcen ta ge  incr eases  from   0. 1  to  0.2  notwit hst and i ng   t he  s hifted  m ean  an d  the  siz e  of  s a m ple.    As  ca n  be  c on strue d  f ro m   the  gen e rated  re su lt ,  the  m od if ie d  cha rt  is  m or e  rob us t  in  r eact ing   to  c ha ng e s  in    the pr ocess of   pro du ct io n .   Fo r   Ca se  B  t ha t  con ta in s  de pende nt  va riab le s  as  sho wn  in   Ta ble  2,   t he   rates  of   false   al arm s  and   tho se  of   outl ie rs’   detect ion  of   the  r obus t   char ts  a pp ea r   to  be  s up e ri or   c om par ed  t o  the  e xact  ra te s  in     the  co nv e ntio na l  char t  w he n  there  a re  outl ie r s  no t withstan di ng   t he  n,    and     .  N otably,  the  f al se  al ar m s  rates   decr ease s  with   the  increase  of   the  sam ple  siz e  ( n ).   Also ,  the  pr ob a bi li ty  detect ion   rates  app ea r  to  be   increasin g nea r ly  1 00%.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 9  :   4721   -   4727   4726   Table  2 .   Ra te s  of f al se  al arm   and pr ob a bili ty of  detect ing   outl ie rs  f or the  trad it io nal and t he  m od ifie d  ho te ll ing ‘s  T 2 co nt ro l c har ts  w he n p=2 an d  α = 0.05,  ε   is t he perc entage  of  ou tl ie rs  a nd se ver al  v al ue s    of no n - ce ntrali ty  p aram et ers  3  a nd 5 in ca se  of  dep e ndent  var ia bles  case  ( B )     n     µ   ̅ − 2    −  2   Cas e(B)   20   0   (0,0 )   (0.0 8 )   (22 .2)       0 .1   (5,5 )   (0.5 )   88   (8.2 6 )   9 8 .78       0 .2   (5,5 )   (0.4 2 )   2 2 .7   (4.9 4 )   8 8 .1     30   0   (0,0 )   (0.0 6 )   (1.3 4 )       0 .1   (5,5 )   (0.2 4 )   7 6 .7   (0.6 )   9 8 .36       0 .2   (5,5 )   (0.1 4 )   8 .54   (0.2 6 )   8 5 .96     40   0   (0,0 )   (0)   (0.5 )       0 .1   (5,5 )   (0.0 2 )   9 0 .5   (0)   8 7 .36       0 .2   (5,5 )   (0)   8 .94   (0.0 )   3 9 .26     50   0   (0,0 )   (0)   (0.3 6 )       0 .1   (5,5 )   (0.0 4 )   9 5 .78   (0.0 6 )   9 6 .18       0 .2   (5,5 )   (0)   2 8 .02   (0.1 8 )   8 0 .16     100   0   (0,0 )   (0)   (5.1 2 )       0 .1   (5,5 )   (0.0 2 )   9 9 .88   (1.7 6 )   9 9 .98       0 .2   (5,5 )   (0)   7 1 .58   (0.5 8 )   9 8 .42       5.   EMPI RICAL  CASE    We  us e d  the  exam ple  fr om   Vargas,  Qu ee nsber ry  data  set s  in  order   to  c om par e  and   e va luate   resu lt s  of   t he  perfor m ance  of  bot h  the  c onve nti on al   a nd  m odifie d  co ntr ol  c har ts.   Thei r  da ta   com pr ise s  of  tw o   char act e risti cs,  rand om   var ia bles,  nam el y  1 X   and  2 X   on  30  dif fer e nt  pr oducts   ta ken  f ro m   the  pro duct io n  process .  In   V arg as ,  Q ueen s berry  data  set ’s  two  va riabl es  wer e  us e d.  The  ob se r vations   of  both  r andom   var ia bles  are  sh ow n  in  Tabl e  3   (App e ndix ) .  The  ta ble  al so   shows  the   values  of   the   new   H otell ing ’s  T 2  sta ti sti cs alon g   with t he  c onve ntion al   T 2  sta ti sti cs.    We  cal c ulate d  the  UC L   us in g  the  sim ulati on  f or  the  r obus t  and  the   co nven ti on al   T 2  c har ts   to  be  8.0 3  and   6.461 9  res pecti vely .  W e  set   the  value   of  al l  UCL   for  the  r obus t  cha rts  and   the  c onve ntion al   f or  α =0.0 5.   This  case  has   false  al ar m   p roba bili ty   wit h  30  obser vations.  The  fina l  resu lt s  sh ow   that  in  the  c ase  of  conve ntion al   c har t,   the  pro du ct ion   process   is  not  in   co ntr ol  at   tw o  obse rv at io ns ,   the   s econd  a nd  tw e ntiet h   ob s er vations,  wh e reas t he pr ocess  is  out  of   con t ro l  only  on  seco nd  ob se r va ti on  in  case  of  robust c har ts.         6.   CONCL US I O N   AND DIS C US SI ON   The  m od ifie d  rob us t  al te rn at ives  H otell ing‘s  2 char t  dem on strat es  s up e ri or it y  in  pe rform ance  as   oppose d  to  the   conve ntio nal  Ho te ll ing‘s  2 ch art  par ti c ularly   con ce r ning  fa lse   al arm s.  Al so ,  as  oppose d  t o    the  c onve ntio na l  H otell ing ‘ s  2 char t,   the   m odifie d  rob us t  al t ern at ives   H otell ing ‘s   2 char t  a pp ea r s   bette r   a t   ou tl ie rs dete ct ion.         REFERE NCE S   [1]   A.  Mos ta je r an,  N.  Ir anpa n ah,  and  R .   Nooro ss ana ,   "A   New   Bootstra p   Bas ed  Algori thm  for  Hotelling’s  T2   Multi var i ate  Co ntrol   Ch art , "   Jou rnal  of  S ci en ce s,   Islamic Re pub lic  of   Iran,  vo l. 27 ,   pp .   269 - 278 ,   2 016.   [2]   I.   Alm ara shdeh,   K.  E.   El d aw,   M.   AlSm adi ,   U.  Bada wi,   F.  Hadda d ,   O.  A.  Abdelkader,   G.  Jara d at ,   A.  Alkhal di ,   and   Y.  Qawqze h,   " Sear ch  Convenience   and  Acc es s  Conveni enc e :  The   Diffe r ence  Bet wee n  W ebsite  Shopping  and   Mobile   Shoppin g, " i n   Inte rnat io nal  Conf ere nce  on  Soft Computi ng  and  Pa tt ern   Re cogn it ion ,   20 18 ,   pp .   33 - 42 .   [3]   F.  B.   Alt,   Ed.,   Mult iv ariat e  quali ty   con trol ,   Ency c lope di a  of  Stat isti c al   Sci enc es   New  York,  John  W il e y     &  Sons ,   1985 .   [4]   D.  C.   Montgom er y ,   Ed . ,   Introduc ti on  to   Sta ti sti ca l  Quality  Con trol ,   John W i ley   an d  Sons   Inc ,   2005 .   [5]   J.  D.  W il l ia m s,  W .   H.  W oodal l ,   J.  B.   Bi rch ,   and  J.  H.  Sulli v an,  "D istri buti on  of   Hotel li ng’s  T2   S ta ti st ic s  Based   o n  the   Suc ce ss ive  Diffe ren c es  Est i m at or, "   Ame ri ca n  Stat ist ic a l  Ass oci ati on ,   vo l. 38, 2006.   [6]   P.  P hal adi ganon ,   S.  B.   Kim ,   V.  C.   Chen,   J. - G.  Bae k,   and  S. - K.   Park,   "Bootstrap - base d  T  2  m u lt iva r iate  cont r o l   cha rts, "   Comm unic ati ons   in  S tat i stic s — Simulat io n  and  Computat i on,   vol .   40 ,   pp .   6 45 - 662,   2011 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Biv ar iate  modi fi ed  hote ll ing ’ s   T 2   c ha rts  u si ng  bootstra p d ata   ( Firas  Ha ddad )   4727   [7]   A.  Mos ta je ran ,   N.  Ira npana h ,   a nd  R.   Nooros sa na,   "A n  eva lua t ion  of  the   m ult iva ri at e  dispersi on  cha rts  with   esti m at ed  p aram et ers  under   n on‐norm al ity , "  Appl ie d  S toc ha stic   Mode ls  in   Busine ss   and  Industry,   vol.   33,     pp.   694 - 716 ,   20 17.   [8]   L.   A.  Jon es  and   W .   H.  W oodal l ,   "The   p erf orm a nce   of  boo tstra p   cont rol   cha r ts,"   Journal  of  Qua li ty  Technol og y,    vol.   30 ,   pp .   362 - 375,   1998 .   [9]   S.  T.   A.  Ni aki  and  B.   Abbas i,   "Bootstrap  m et hod  appr oach  in  designi ng   m ult i - at tr ibute   cont rol  cha rts, "    The  Inte rn at iona l  Journal   of   Advance d  Manu fact uring Tec hnolog y,   vo l. 35, pp. 43 4 - 442,   2007 .   [10]   A.  Gand y   and   J.  T.  Kvalø y ,   " Guara nteed  con dit ional  per form anc e   of  con trol  cha r ts  via   boo tstra p  m et hods,"   Scandi nav ian  Jo urnal  of  S tat ist ics ,   vol. 40, pp. 64 7 - 668,   2013 .   [11]   I.   Edopka   and E. Ogbei de,   "Boot strap  appr oa ch  c ontrol   li m it   for  s ta ti st ical  qualit y   cont rol , "  Inte rna ti onal  Journal  of   Engi ne ering  Sc i enc e   Inv ent ion ,   vol.   2 ,   pp .   2319 - 6734,   2013 .   [12]   A.  Mos ta je r an,   N.  Ira npan ah,   a nd  R.   Nooros sana ,   "A n  exp la na tor y   stu d y   on  th e  non - par ametr i c  m ult iva r iate  T 2   cont rol   chart, "   J ournal  of  moder n  applied  stat isti cal   me thods,  vo l .   17 ,   p p .   12 ,   201 8.   [13]   P.  J.  Rouss ee uw   and  C .   Croux ,   " Alte rna ti ves  to  t he  Medi an  Abs olut e  D evi a ti on, "   Ame rican  S tat ist ic al  Association ,   vol.   88 ,   19 93 .   [14]   P.  J.  Rouss e euw,   Robust   esti m ati on  and  ide ntifyi n g  outl ie rs ,   e d:  McGraw - Hill ,   New  York,     pp.   16 . 1 - 16. 24 ,   1990 .   [15]   F.  Hadda d ,   S.  S y ed  Y ahay a ,   a nd  J.  L .   Alf aro ,   "Robus t  Hotell ing’s   Chart s  b a sed  on  High  Br ea kdown  Points   Esti m at ors,"  in  I coqsia ,  2010 ,   2 - 4  Novem ber ,   Pe nang  Mal a y s ia, 2010.   [16]   F.  Hadda d,   S.  S y ed  Yah a y a,   a nd  J.  L.   Alfa ro ,   "A lt ern ative  H ote lling ' s  T2  Ch art s  using  W insoriz ed  Modif ie d    One‐Step  M‐esti m at or, "  Quali ty  and  Reliability  E ngine ering   Inte r nati onal,  vol .   29 ,   pp .   583 - 593 ,   2 013.   [17]   F.  Hadda d   and  M.  K.  Alsm adi ,   "Im prove m ent   of  The  Hote ll in g’s  T2  Char ts  Us ing  Robust  Lo c at ion   W insoriz e d   One  Step  M - Estim at or  (W MO M) , "  Journal   of Ma the mati cs  ( ISSN  1016 - 2526) ,   vol. 50, pp. 97 - 112,   2018.   [18]   F.  Hadda d ,   J.   Alfa ro,   and  M.   K.  Alsm adi ,   "H ote ll ing ' s  T²   Chart s  Us ing   W insoriz ed   Modifie d   One  St ep    M - Esti m at or  Fo r  Indivi du al   No n  Norm al   Dat a,"  Journal  of   Theoretical  &   A ppli ed   Informati on  Technol og y,    vol.   72 ,   pp .   215 - 226,   2015 .   [19]   M.  B.   Abdulla h ,   "O n  robust  cor re la ti on   co eff i ci en t , "  stati st ic i an ,   vo l.   39 ,   pp .   455 - 46 0,   1990 .       Ap pendix     Table  3 .  T he  two va riables   X 1 an d  X 2   of  vargas  da ta  set with t he values  of T  2 s ta ti sti cs u sing     the con ven ti onal  a nd the  wi nsorize d  MOM  e stim at or   Prod u ct No   1 X   2 X   2 0 T   T 2 HL - Sn   1   0 .56 7   6 0 .55 8   0 .80 7   0 .76 3   2   0 .53 8   5 6 .30 3   1 2 .97 5   2 2 .03 4   3   0 .53   5 9 .52 4   0 .13 7 3   0 .33 1   4   0 .56 2   6 1 .10 2   1 .83 7 5   2 .20 8   5   0 .48 3   5 9 .83 4   1 .56 9 7   1 .74 2   6   0 .52 5   6 0 .22 8   0 .33   0 .35 1   7   0 .55 6   6 0 .75 6   0 .97 7   1 .08 3   8   0 .58 6   5 9 .82 3   0 .90 4   0 .95 5   9   0 .54 7   6 0 .15 3 0   0 .12 6 9   0 .07 2   10   0 .53 1   6 0 .64   0 .80 1   0 .96 8 7   11   0 .58 1   5 9 .78 5   0 .71 9 2   0 .78 5   12   0 .58 5   5 9 .67 5   0 .91 0   1 .06 7 6   13   0 .54   6 0 .48 9   0 .48 3   0 .52   14   0 .45 8   6 1 .06 7   5 .24 1 3   6 .58 5   15   0 .55 4   5 9 .78 8   0 .07 3   0 .11   16   0 .46 9   5 8 .64   3 .53 5 7   4 .63 6 5   17   0 .47 1   5 9 .57 4   2 .26 9 6   2 .53 9   18   0 .45 7   5 9 .71 8   3 .24 4 2   3 .54 9 7   19   0 .56 5   6 0 .90 1   1 .39 8   1 .56 2 9   20   0 .66 4   6 0 .18   6 .83 2 6   6 .90 6   21   0 .6   6 0 .49 3   1 .89 7 8   1 .76 7   22   0 .58 6   5 8 .37   3 .35 6 4   5 .66 7   23   0 .56 7   6 0 .21 6   0 .42 7 5 4 6   0 .33 2   24   0 .49 6   6 0 .21 4   1 .18 3 8   1 .34 3   25   0 .48 5   5 9 .5   1 .49 6 8   1 .75 3 7   26   0 .57 3   6 0 .05 2   0 .48 4 3 2   0 .41 3 7 6   27   0 .52   5 9 .50 1   0 .28 9 8 9   0 .50   28   0 .55 6   5 8 .47 6   2 .06 3 5   3 .86 1 9   29   0 .53 9   5 8 .66 6   1 .38 5 9 6   2 .69 3   30   0 .55 4   6 0 .23 9   0 .24 0 4 3   0 .16 9 7     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.