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Einfache und multiple lineare Regression

Ermitteln Sie aus den vorhandenen Daten, welche Prozessfaktoren die Zielgröße beeinflussen, wie stark jeder wirkt, welche Kombination das beste Ergebnis liefert und mit welcher Fehlerspanne. Fügen Sie aus Excel eine Spalte für die Zielgröße (das Ergebnis) und eine für jeden Faktor ein, eine Zeile je Versuch oder Los; die Seite erstellt die Gleichung, zeigt, welche Faktoren wirklich zählen, und simuliert „Was, wenn ich die Temperatur ändere?“.

Werkzeug zur Vorauslegung und Abschätzung: Die Ergebnisse ersetzen weder Planung, Berechnung oder Gutachten einer fachkundigen Person noch die Prüfung nach den geltenden Normen.

PrüfungRevision 03.11.2026
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Vorhersagen und optimieren

Die Optimierung sucht innerhalb des beobachteten Bereichs jedes Faktors; außerhalb davon wurde das Modell nicht geprüft.

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—Wie viel das Modell erklärt
—

Diagramm des angepassten Modells

Mit 1 Prädiktor: angepasste Linie mit Konfidenzband (KI) und Vorhersageband (PI) und Gleichung. Mit mehreren: beobachtet × angepasst. Tippen Sie auf einen Punkt, um ihn nur aus diesem Diagramm auszuschließen und zu sehen, wie sich Gerade und R² ändern.

So lesen Sie es: Mit 1 Prädiktor liegt X auf der horizontalen und Y auf der vertikalen Achse; die Linie ist das Modell, das schmale Band (KI) zeigt, wo der wahre Mittelwert liegt, das breite (PI), wo die nächste einzelne Messung liegen wird. Mit mehreren Prädiktoren ist jeder Punkt eine Zeile der Tabelle: vorhergesagter Wert horizontal, gemessener vertikal. Punkte nahe der Diagonale = gutes Modell; Punkte weit davon sind Fälle, die das Modell nicht erklärt.

Tippen Sie auf das Diagramm, um die Werte zu sehen.

„Was-wäre-wenn“-Simulator: Vorhersageprofil

Bewegen Sie jeden Faktor und sehen Sie die vorhergesagte Zielgröße mit KI und PI. Jede Kurve zeigt die Wirkung eines Faktors bei festen übrigen Faktoren; das grüne Dreieck markiert das Optimum.

So lesen Sie es: Oben die vorhergesagte Zielgröße für die gewählten Werte, mit KI (Mittelwert) und PI (Einzelteil). In jedem Minidiagramm ist die horizontale Achse ein Faktor, und die Kurve zeigt die Zielgröße, wenn nur er sich ändert; die rote Linie ist der aktuelle Reglerwert. Steile Kurve = Faktor mit großer Wirkung; flache Kurve = geringe Wirkung.

Kontur und Wirkungsfläche

Vorhergesagte Zielgröße für zwei stetige Faktoren; die übrigen bleiben auf den Werten des Simulators.

So lesen Sie es: Es ist eine Karte: Die beiden Achsen sind zwei Faktoren, und die Farbe (bzw. die Höhe in der Fläche) ist die vorhergesagte Zielgröße. Gleiche Farben bilden Bänder mit gleichem Ergebnis; der dunkelste oder höchste Bereich ist die beste Einstellung. Schräge Bänder zeigen, dass sich die beiden Faktoren ausgleichen; schließen sich die Kurven zu einem „Auge“, liegt ein Optimum im geprüften Bereich.

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Standardisierte Effekte

Pareto der Effekte (|t| jedes Terms) mit der Linie des kritischen t oder Normalwahrscheinlichkeitsplot der Effekte.

So lesen Sie es: Jeder Balken ist ein Term des Modells (Faktor, Wechselwirkung oder Quadrat), vom stärksten zum schwächsten; die Länge ist die Effektgröße in Fehlereinheiten. Balken, die die senkrechte Linie (kritisches t) überschreiten, sind echte Effekte; die davor bleibenden können Rauschen sein und sind Kandidaten zum Entfernen aus dem Modell.

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Wie viel jeder Faktor beiträgt

Zuwachs des R², wenn der Faktor als letzter ins Modell kommt (inkrementeller Einfluss).

So lesen Sie es: Jeder Balken zeigt, wie viele Punkte R² das Modell verlöre, wenn man diesen Faktor entfernte. Langer Balken = unverzichtbarer Faktor; Balken nahe null = Faktor mit geringem Beitrag, weil ein anderer bereits dieselbe Information trägt. Nutzen Sie ihn, um zu entscheiden, wo in die Prozesslenkung investiert wird.

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Haupteffekte und Wechselwirkungen

Angepasste Mittelwerte jedes Faktors (die übrigen auf dem Mittelwert) und Wechselwirkungskurven mit dem anderen Faktor niedrig und hoch.

Wechselwirkungen

So lesen Sie es: Bei den Haupteffekten zeigt jedes Feld die mittlere Zielgröße, wenn ein Faktor vom geprüften Minimum zum Maximum geht: Je steiler die Linie, desto stärker der Faktor. Bei den Wechselwirkungen sind die beiden Linien der andere Faktor niedrig und hoch: parallel = jeder Faktor wirkt für sich; auseinanderlaufend oder gekreuzt = die beste Einstellung des einen hängt vom anderen ab.

Residuen: 4 in 1

Normalwahrscheinlichkeit, gegen angepasste Werte (mit LOWESS), Histogramm und gegen Reihenfolge. Rote Punkte: |standardisiertes Residuum| > 2, mit Zeilennummer.

So lesen Sie es: Das Residuum ist der Fehler des Modells in jeder Zeile. Ein verlässliches Modell hinterlässt Fehler ohne Muster: Punkte auf der Geraden im Normalwahrscheinlichkeitsplot; eine Wolke konstanter Breite um null gegen die angepassten Werte (Trichter = wachsende Varianz, Krümmung = ein Term fehlt); glockenförmiges Histogramm; und kein Trend gegen die Reihenfolge (Trend = etwas hat sich mit der Zeit geändert).

Residuen gegen jeden Prädiktor

Suchen Sie Krümmung oder Trichter bezogen auf jeden Faktor.

So lesen Sie es: Ein Feld je Prädiktor: Die horizontale Achse ist der Faktor, die vertikale der Fehler des Modells. Formlose Wolke um null = der Faktor ist gut abgebildet. U- oder ∩-Kurve = der quadratische Term dieses Faktors fehlt; Trichter = die Streuung ändert sich mit dem Faktor (log-Transformation erwägen).

Ausreißer und einflussreiche Punkte

Hebelwirkung × standardisiertes Residuum; die Blasengröße ist die Cook-Distanz.

So lesen Sie es: Jede Blase ist eine Zeile der Tabelle. Horizontale Achse: Hebelwirkung (wie ungewöhnlich die X-Kombination ist; rechts = isolierter Punkt). Vertikale Achse: standardisiertes Residuum (wie weit das gemessene Y vom vorhergesagten abweicht; außerhalb ±2 = Überraschung). Große Blase = Punkt, der allein die Gleichung verändert: Prüfen Sie, ob die Messung korrekt ist, bevor Sie dem Modell vertrauen.

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Regressionsgleichung

Koeffizienten

VIF mit zentrierten stetigen Prädiktoren berechnet.

So lesen Sie es: Koef = um wie viel sich die Zielgröße ändert, wenn der Faktor um 1 Einheit steigt (bei festen übrigen); SE = Unsicherheit des Koeffizienten; t = Koef ÷ SE; p-Wert < 0,05 = Effekt nachgewiesen; VIF über 5 bis 10 = der Faktor ist mit einem anderen vermengt und der Koeffizient instabil.

Modellzusammenfassung

So lesen Sie es: S = typischer Fehler einer Vorhersage, in der Einheit der Zielgröße; R² = % der erklärten Streuung; R²(kor) berücksichtigt nutzlose Terme; R²(prog) schätzt die Trefferquote bei neuen Daten: weit unter R² = das Modell hat die Daten auswendig gelernt (zu viele Terme).

Varianzanalyse

Korrigierte SQ jedes Terms (Typ III). Die fehlende Anpassung erscheint, wenn es wiederholte Versuche bei denselben X gibt.

Modellauswahl

Anpassungen und Diagnose ungewöhnlicher Beobachtungen

R: großes standardisiertes Residuum; X: hohe Hebelwirkung.

Vorhersage neuer Werte

Zielgrößenoptimierung

Beste Faktorkombination innerhalb des Datenbereichs, mit der Erwünschtheit d (Derringer und Suich).

Nächster Schritt

Übernehmen Sie die Ergebnisse dieser Seite in einen anderen Rechner, mit bereits ausgefüllten Feldern.

Der Berechnungsbericht fasst Eingaben, Ergebnisse, Gleichungen, Annahmen und Quellen dieser Seite zusammen, mit Feldern für Projekt, Bearbeiter und Revision. Der Gesamtbericht enthält zusätzlich die Diagramme und Interpretationen in Farbe. Wählen Sie im Druckdialog „Als PDF speichern“.

Methode, Annahmen und Quellen

Verwendete Gleichungen

y = Xb + e; b = (XᵀX)⁻¹Xᵀy per QR-Zerlegung; S = √[SQF ÷ (n − p)]
SE(bⱼ) = S√[(XᵀX)⁻¹]ⱼⱼ; T = bⱼ ÷ SE(bⱼ); VIFⱼ = 1 ÷ (1 − R²ⱼ)
R² = 1 − SQF/SQT; R²kor = 1 − MQF ÷ [SQT/(n − 1)]; PRESS = Σ[eᵢ ÷ (1 − hᵢ)]²; R²prog = 1 − PRESS/SQT
KI des Mittelwerts: ŷ ± t·S√(x₀ᵀ(XᵀX)⁻¹x₀); PI: ŷ ± t·S√(1 + x₀ᵀ(XᵀX)⁻¹x₀), t mit n − p FG
rᵢ = eᵢ ÷ [S√(1 − hᵢ)]; Dᵢ (Cook) = rᵢ²hᵢ ÷ [p(1 − hᵢ)]; DW = Σ(eᵢ − eᵢ₋₁)² ÷ Σeᵢ²
Term: F = [(SQF ohne den Term − SQF) ÷ FG] ÷ MQF; schrittweise: Aufnahme bei p < α, Entfernung bei p > α (Hierarchie erhalten)

Annahmen und Grenzen

  • Unabhängige Residuen mit Mittelwert null und konstanter Varianz; die Normalverteilung ist bei kleinen Stichproben (unter 15 Zeilen) wichtig.
  • Das Modell gilt nur innerhalb des beobachteten Bereichs der Faktoren. Ein statistischer Zusammenhang beweist keine Ursache: Bestätigen Sie den Effekt mit einem geplanten Versuch.
  • Die Optimierung ist eine numerische Suche (Raster + Verfeinerung) und liefert eine gute Kombination, nicht unbedingt das globale Optimum. Punkte durch Antippen auszuschließen ist nur ein visueller Test.

Normen und technische Dokumente

  • Montgomery, D. C.; Peck, E. A.; Vining, G. G. Introduction to Linear Regression Analysis, 5th ed. Wiley, 2012
  • Kutner, M. H.; Nachtsheim, C. J.; Neter, J.; Li, W. Applied Linear Statistical Models, 5th ed. McGraw-Hill, 2005
  • Draper, N. R.; Smith, H. Applied Regression Analysis, 3rd ed. Wiley, 1998
  • Cook, R. D. Detection of influential observation in linear regression. Technometrics 19(1), 1977, p. 15–18
  • Durbin, J.; Watson, G. S. Testing for serial correlation in least squares regression II. Biometrika 38, 1951, p. 159–178
  • Derringer, G.; Suich, R. Simultaneous optimization of several response variables. Journal of Quality Technology 12(4), 1980, p. 214–219
  • Minitab. Assistant white papers: Simple Regression; Multiple Regression (Kriterien der Prüfkarte)
  • Brownlee, K. A. Statistical Theory and Methodology in Science and Engineering, 2nd ed. Wiley, 1965 (Stack-loss-Daten)
  • NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods, Abschnitt 4 (Process Modeling)

Geltende Vorschriften

  • Beachten Sie die in Ihrem Land geltenden Vorschriften zu Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz, Druckgeräten, elektrischen Anlagen und Umweltschutz, die für diese Anlage gelten.

Häufige Fragen

Worin unterscheiden sich R² und korrigiertes R²?

Das R² steigt immer, wenn ein Term hinzukommt, auch wenn er nutzlos ist. Das korrigierte R² berücksichtigt die Anzahl der Terme und steigt nur, wenn der Term das Modell wirklich verbessert. Vergleichen Sie Modelle anhand des korrigierten R² und beachten Sie auch das prognostizierte R²: Liegt es weit darunter, hat das Modell die Daten auswendig gelernt.

Was ist das Vorhersageintervall und wann verwendet man es?

Es ist der Bereich, in den eine einzelne neue Messung fallen sollte. Das Konfidenzintervall gilt nur für den Mittelwert. Um zu wissen, ob ein Teil oder Los die Spezifikation erfüllen wird, verwenden Sie das Vorhersageintervall, das breiter ist.

Wie viele Daten brauche ich für eine multiple Regression?

Der Minitab-Assistent empfiehlt etwa 40 Zeilen für bis zu 3 Terme, 45 für bis zu 6 und 50 für 7 oder 8. Mit weniger kann das R² von Stichprobe zu Stichprobe stark schwanken. Die Seite zeigt die empfohlene Anzahl für Ihr Modell in der Prüfkarte.

Was mache ich mit ungewöhnlichen Beobachtungen?

Untersuchen Sie die Ursache: Tippfehler, Messmittel, Sonderereignis oder abnormaler Zustand. Löschen Sie einen Punkt nicht nur, weil er ungewöhnlich ist. Tippen Sie ihn im Diagramm an, um zu sehen, wie stark sich die Gleichung ohne ihn ändert.

Wie verwende ich Simulator und Optimierer?

Ziehen Sie die Regler jedes Faktors und sehen Sie die vorhergesagte Zielgröße mit KI und PI; die Kurven zeigen die Wirkung jedes Faktors bei festen übrigen Faktoren. Der Optimierer sucht innerhalb des Datenbereichs die Kombination, die maximiert, minimiert oder das Ziel erreicht. Bestätigen Sie das Optimum mit einem Versuchslos.

Wann verwendet man quadratische Terme und Wechselwirkungen?

Verwenden Sie einen quadratischen Term, wenn die Zielgröße innerhalb des Bereichs ein Maximum oder Minimum hat (Krümmung im Residuenplot), und eine Wechselwirkung, wenn die Wirkung eines Faktors von der Stufe eines anderen abhängt (nicht parallele Linien). Die schrittweise Auswahl hilft, nur die relevanten Terme zu behalten.

Stimmen die Ergebnisse mit denen einer Statistiksoftware überein?

Ja. Koeffizienten, Standardfehler, p-Werte, VIF, ANOVA, prognostiziertes R², Durbin-Watson und Intervalle wurden mit veröffentlichten Beispielen (Minitab, Brownlee und zertifizierten NIST-Daten) und mit statsmodels geprüft.