陳東

(浙江省三門核電有限公司，浙江臺(tái)州 317112)

在檢測實(shí)驗(yàn)室，質(zhì)量控制圖［1］的作用是區(qū)分檢測過程中質(zhì)量異常，發(fā)現(xiàn)檢測過程中所出現(xiàn)的系統(tǒng)性變異，以便及時(shí)“報(bào)警”，使實(shí)驗(yàn)室采取糾正或預(yù)防措施，從而將過程恢復(fù)穩(wěn)定。但是繪制質(zhì)量控制圖的步驟非常繁瑣，需要進(jìn)行大量的中間計(jì)算，用戶還要對照判異準(zhǔn)則或者記住判異準(zhǔn)則才可以判斷整個(gè)分析過程是否屬于受控狀態(tài)，整個(gè)過程效率很低。市售的SPSS，Minitab軟件雖然功能強(qiáng)大但專業(yè)性太強(qiáng)，操作復(fù)雜且成本高。Excel是大眾辦公軟件，投資成本低。筆者采用Excel VBA［2］編制了質(zhì)量控制圖(均值-標(biāo)準(zhǔn)差控制圖［3］)自動(dòng)生成程序，該方法操作簡單、方便，質(zhì)控圖表直觀形象，提高了測量結(jié)果評定的效率。

1 系統(tǒng)介紹

采用Excel VBA語言將該質(zhì)量控制圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)帶有自動(dòng)統(tǒng)計(jì)程序的Excel工作簿，系統(tǒng)包含兩個(gè)數(shù)據(jù)錄入窗口(數(shù)據(jù)錄入窗口和原始數(shù)據(jù)錄入窗口)，兩個(gè)信息顯示窗口(質(zhì)控圖信息顯示窗口和歷史數(shù)據(jù)顯示窗口)，兩個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表格(G、T測試法原始數(shù)據(jù)表)，一個(gè)圖表顯示框(質(zhì)控圖顯示窗口)以及3個(gè)操作按鍵(曲線繪制，判斷，保存)，所有的數(shù)據(jù)處理程序通過Excel 2007中自帶VBA開發(fā)功能分別設(shè)置在這3個(gè)按鍵中，當(dāng)點(diǎn)擊按鍵時(shí)就發(fā)觸發(fā)相應(yīng)的運(yùn)行程序(按鍵均有操作提示)，判定系統(tǒng)主操作界面樣式見圖1。

依據(jù)質(zhì)量控制圖(均值-標(biāo)準(zhǔn)差控制圖［3］)的制作步驟，整個(gè)質(zhì)量控制圖的應(yīng)用包括4個(gè)步驟：(1)生成質(zhì)量控制圖；(2)判斷儀器新測量結(jié)果是否滿足質(zhì)量控制要求；(3)保存測量結(jié)果及其相關(guān)信息；(4)以圖表的形式顯示出各質(zhì)控點(diǎn)及控制線。

2 系統(tǒng)生成

設(shè)計(jì)質(zhì)量控制圖算法的關(guān)鍵包含3點(diǎn)：(1)排除原始數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)；(2)判斷中心數(shù)據(jù)的計(jì)算方法；(3)計(jì)算出生成質(zhì)量控制圖所需的上、下限，上、下警戒線以及中心線。

2.1 質(zhì)量控制曲線的生成方法

(1)使用Grubbs檢驗(yàn)法［4］判斷原始數(shù)據(jù)中是否存在異常數(shù)據(jù)需要舍棄，檢驗(yàn)方法按式(1)、式(2)進(jìn)行，程序流程圖見圖2。

圖1 判定系統(tǒng)主界面

式中：τn——該組數(shù)據(jù)中由最大值計(jì)算的t值；

xn——該組數(shù)據(jù)中的最大值；

Sx——該組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

x1——該組數(shù)據(jù)中由最小值計(jì)算的t值；

x1——該組數(shù)據(jù)中最小的值。

圖2 Grubbs檢驗(yàn)法算法流程圖

(2)判定合格后需要將剩余的數(shù)據(jù)用t檢驗(yàn)法［4］進(jìn)行計(jì)算來判斷質(zhì)控圖各關(guān)鍵參數(shù)的類型，t值按式(3)計(jì)算，程序流程圖見圖3。

式中：X——該組數(shù)據(jù)的平均值；

XSTD——理論值；

Sx——該組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

圖3 t檢驗(yàn)法算法流程圖

將收集的原始數(shù)據(jù)輸入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)框中，點(diǎn)擊“繪制曲線”按鍵。如果符合上述判定條件則會(huì)按照計(jì)算公式自動(dòng)計(jì)算出質(zhì)量控制表各關(guān)鍵參數(shù)并且顯示在質(zhì)控圖信息顯示窗口中，否則會(huì)報(bào)出相應(yīng)的錯(cuò)誤。

2.2 質(zhì)控結(jié)果判斷

由于判定規(guī)則［5］較多，針對每一類判定規(guī)則，都需要編制了一個(gè)判定模塊，具體判定規(guī)則以及算法如下。

(1)質(zhì)控校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果屢屢超出警戒線，接近控制限，屬于下述情況的均判斷有異常：連續(xù)3點(diǎn)中至少有2點(diǎn)；連續(xù)7點(diǎn)中至少有3點(diǎn)；連續(xù)10點(diǎn)中至少有4點(diǎn)。判定流程見圖4。

圖4 超出警戒線而接近控制限異常情況的判定算法

(2)連續(xù)11點(diǎn)中至少有10點(diǎn)在中心線兩側(cè)的其中一側(cè)；連續(xù)14點(diǎn)中至少有12點(diǎn)在中心線兩側(cè)的其中一側(cè)；連續(xù)17點(diǎn)中至少有14點(diǎn)在中心線兩側(cè)的其中一側(cè)；連續(xù)20點(diǎn)中至少有16點(diǎn)在中心線兩側(cè)的其中一側(cè)，則判斷有異常。判定流程見圖5。

圖5 中心線一側(cè)點(diǎn)異常情況判定算法

(3)連續(xù)上升或下降的點(diǎn)大于等于7個(gè)時(shí)，則判斷有異常，判定流程見圖6。

(4)在中心線一側(cè)連續(xù)出現(xiàn)的點(diǎn)大于等于7個(gè)時(shí)，則判斷有異常，判定流程見圖7。

(5)質(zhì)控校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)超出控制上、下限，則判斷有異常，判定流程見圖8。

圖6 連續(xù)上升、下降異常情況判定算法流程圖

圖7 中心線一側(cè)連續(xù)出現(xiàn)7個(gè)及以上點(diǎn)判定算法流程圖

如果錄入結(jié)果不符合要求，在點(diǎn)擊“判斷”鈕后則系統(tǒng)會(huì)將所有不符合內(nèi)容顯示在提示框內(nèi)，用戶可根據(jù)提示信息了解質(zhì)控不合格的原因。

圖8 超過上、下控制限的異常情況判定算法流程圖

2.3 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存

為了便于后續(xù)查閱歷史數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“保存”按鍵可將錄入數(shù)據(jù)結(jié)果及與數(shù)據(jù)相關(guān)的各類信息儲(chǔ)存在歷史數(shù)據(jù)顯示窗口中。為了防止使用人員保存時(shí)忘記填入與該質(zhì)控點(diǎn)相關(guān)的信息，點(diǎn)擊“保存”鍵后系統(tǒng)將判斷各關(guān)鍵錄入框是否已填寫內(nèi)容。

2.4 質(zhì)量控制圖的顯示［6］

本系統(tǒng)的另一大特色在于實(shí)時(shí)顯示質(zhì)量控制圖的樣式，使用者在保存錄入的數(shù)據(jù)后，無需進(jìn)行其它操作，即可直觀了解近期質(zhì)控點(diǎn)的變化趨勢。利用Excel強(qiáng)大的制圖功能可以分別從質(zhì)控圖信息顯示窗口和歷史數(shù)據(jù)顯示窗口選取數(shù)據(jù)，再利用格式美化功能，將各控制線顏色分別設(shè)置成醒目的黃或紅色，線型設(shè)置成虛線。而質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)可以設(shè)置為不連接的單點(diǎn)，并將結(jié)果顯示在質(zhì)控點(diǎn)的上方。

2.5 系統(tǒng)保護(hù)措施

系統(tǒng)保護(hù)［7］主要采取3項(xiàng)措施：

(1)為防止外來人員修改系統(tǒng)代碼，在VBAProject工程中設(shè)置密碼；

(2)在主界面中，對各項(xiàng)基本參數(shù)及保存數(shù)據(jù)設(shè)置密碼防止外來人員修改；

(3)在關(guān)閉工作薄之前，將安全級別設(shè)置為高，不允許工作薄使用宏［8］，能夠較有效地防止外來病毒對電腦系統(tǒng)造成破壞。下一次打開前，需重新設(shè)置安全級別，才能重新打開工作薄使用本系統(tǒng)。

3 結(jié)語

運(yùn)用常用的辦公軟件Excel軟件制作質(zhì)量控制圖，能夠快速、準(zhǔn)確地判斷出測量結(jié)果是否滿足要求，可大大提高實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制工作效率。本系統(tǒng)代碼已通過安全測試，其功能滿足設(shè)計(jì)要求，使用本系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果與人工統(tǒng)計(jì)的結(jié)果相符合。對于有內(nèi)部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的企業(yè)或者質(zhì)控要求與上述要求不一致的企業(yè)，也可以參考上述算法編制自己的質(zhì)控程序。

該系統(tǒng)的計(jì)算表格需要進(jìn)一步完善，可以進(jìn)一步開發(fā)出在判斷出質(zhì)量控制偏差后給出改善意見的功能。系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)不夠?qū)I(yè)化，程序代碼也有待于進(jìn)一步優(yōu)化，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

［1］孫金庫，陳澤恩，廖志海，等.化學(xué)分析中的質(zhì)量控制［J］. 化學(xué)分析計(jì)量，2009，18(2): 67-71.

［2］羅剛君.Excel VBA程序開發(fā)自學(xué)寶典［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［3］劉崇華，董夫銀.化學(xué)檢測實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013: 61-77.

［4］David S Hage，James D Carr. Analytical chemistry and quantitative analysis［M］. Upper saddle River NJ: Pearson Education，Inc，2011: 64-84.

［5］王兆軍，鄒長亮，李忠華.統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制圖理論與方法［M］.北京：科學(xué)出版社，1970.

［6］邱富容，徐志明，左天明，等. Excel軟件在巖礦化學(xué)分析質(zhì)量控制中的應(yīng)用［J］.中國測試，2010，36(5): 91-93.

［7］侯金生，陳強(qiáng).基于Excel VBA的化學(xué)分析不確定度評定系統(tǒng)［J］.化學(xué)分析計(jì)量，2013，22(1): 89-91，96.

［8］阿卜拉萊扎. Excel求生指南［M］.北京：人民郵電出版社，2007.