張 丹，李 晶，張瀾君，劉勇生

(天津出入境檢驗(yàn)檢疫局 工業(yè)產(chǎn)品安全技術(shù)中心，天津 300308)

比對(duì)試驗(yàn)中Z比分?jǐn)?shù)法的應(yīng)用比較

張 丹，李 晶，張瀾君，劉勇生

(天津出入境檢驗(yàn)檢疫局 工業(yè)產(chǎn)品安全技術(shù)中心，天津 300308)

以棉花大容量纖維測試儀比對(duì)試驗(yàn)為例，通過分析、比較傳統(tǒng)Z比分?jǐn)?shù)法與最新的Z比分?jǐn)?shù)法，得出最新的Z比分?jǐn)?shù)法更能科學(xué)合理地評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室檢測能力。

Z比分?jǐn)?shù)法；棉花大容量纖維；比較

實(shí)驗(yàn)室比對(duì)試驗(yàn)是按照預(yù)先規(guī)定的條件由兩個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)相同或類似物品進(jìn)行檢測的組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)的活動(dòng)[1]。Z比分?jǐn)?shù)法是實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)試驗(yàn)最常用的統(tǒng)計(jì)方法，是一種穩(wěn)健的統(tǒng)計(jì)技術(shù)。穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)自20世紀(jì)60年代興起，20世紀(jì)80年代初基本定型，20世紀(jì)末得到廣泛的應(yīng)用和普及[2]。該技術(shù)采用的是中位值和標(biāo)準(zhǔn)化四分位距，有效地減少了極端結(jié)果對(duì)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的影響。Z比分?jǐn)?shù)法是穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)中的一種，使用中位數(shù)對(duì)樣本總體均值進(jìn)行估計(jì)，用標(biāo)準(zhǔn)化四分位距對(duì)樣本數(shù)據(jù)的分散度進(jìn)行度量，通過Z比分?jǐn)?shù)的大小對(duì)實(shí)驗(yàn)室的檢測能力狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。我們引入棉花大容量纖維測試儀比對(duì)試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過比較傳統(tǒng)和最新的Z比分?jǐn)?shù)法的實(shí)際使用情況，分析出更適合比對(duì)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法。

1 傳統(tǒng)Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)方法

1.1 公式

中位值——衡量檢測結(jié)果數(shù)據(jù)集中心位置的度量，中位值將所有數(shù)據(jù)分為兩個(gè)相等的部分，一部分的值都大于或等于它，而另一部分的值都小于或等于它。

標(biāo)準(zhǔn)化四分位距(NormIQR)——數(shù)據(jù)集的第3四分位數(shù)與第1四分位數(shù)之差稱為四分位距(IQR),IQR乘以因子0.7413得到標(biāo)準(zhǔn)化四分位距，它是穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)處理數(shù)據(jù)分散程度的度量[3]。

1.2 判定原則

|Z|≤2，為滿意，表明測量結(jié)果的質(zhì)量得到保證；

2<|Z|<3，有問題，表明測量結(jié)果的質(zhì)量接近臨界，須查找原因并采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

|Z|≥3，不滿意，表明測量結(jié)果的質(zhì)量失控，必須查找原因并迅速采取糾正措施。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

在傳統(tǒng)的棉花HVI大容量纖維測試儀比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)中，Z比分?jǐn)?shù)是分別對(duì)A樣品和B樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)，即先計(jì)算A樣品的中位值、標(biāo)準(zhǔn)化四分位距和Z比分?jǐn)?shù)，再根據(jù)A樣品的Z比分?jǐn)?shù)值對(duì)A樣品評(píng)價(jià)；同理，計(jì)算B樣品的中位值、標(biāo)準(zhǔn)化四分位距和Z比分?jǐn)?shù)，再根據(jù)B樣品的Z比分?jǐn)?shù)值對(duì)B樣品評(píng)價(jià)。我們以某一年的反射率測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)為例進(jìn)行說明，見表1。

表1 某一年反射率測試結(jié)果

注：N為參與統(tǒng)計(jì)分析的檢測結(jié)果總數(shù)。

由表1我們得到的結(jié)論是：對(duì)于A樣品來說，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、13、14號(hào)實(shí)驗(yàn)室達(dá)到滿意，而11和12號(hào)實(shí)驗(yàn)室為不滿意，質(zhì)量失控；對(duì)于B樣品來說，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、13、14號(hào)實(shí)驗(yàn)室達(dá)到滿意，而12號(hào)實(shí)驗(yàn)室為不滿意，質(zhì)量失控。

2 最新的Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)方法

2.1 概念

最新的Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)法引入了標(biāo)準(zhǔn)化和S、標(biāo)準(zhǔn)化差D、實(shí)驗(yàn)室間Z比分?jǐn)?shù)(ZB)和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)Z比分?jǐn)?shù)(ZW)的概念。ZB的大小代表某實(shí)驗(yàn)室的S值與中位值(S)的偏差程度，符號(hào)“+”與“-”代表中位值(S)的偏離方向，該值考察實(shí)驗(yàn)室間的差異，反映實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)誤差；ZW的大小代表某實(shí)驗(yàn)室的D值與中位值(D)的偏差程度，符號(hào)“+”與“-”代表中位值(D)的偏離方向，該值考察實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的差異，反映實(shí)驗(yàn)室的隨機(jī)誤差。

系統(tǒng)誤差是指“在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差”；隨機(jī)誤差是指“測量結(jié)果與在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值之差”[4]。

2.2 計(jì)算

首先按式1和式2計(jì)算每個(gè)參加者結(jié)果對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)化和(用S表示)和標(biāo)準(zhǔn)化差(用D表示)，即：

(1)

(2)

(保留D的+或-號(hào))

通過計(jì)算每個(gè)參加者結(jié)果對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)化和以及標(biāo)準(zhǔn)化差，可以得出所有參加者的S和D的中位值和標(biāo)準(zhǔn)化四分位距，即med(S)、NIQR(S)、med(D)、NIQR(D)。

根據(jù)所有參加者的S和D的中位值和NIQR，可以計(jì)算兩個(gè)Z比分?jǐn)?shù)，即實(shí)驗(yàn)室間Z比分?jǐn)?shù)(ZB)、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)Z比分?jǐn)?shù)(ZW),即：

ZB和ZW的判定準(zhǔn)則同Z比分?jǐn)?shù)[5]。

2.3 統(tǒng)計(jì)方法分析

我們?nèi)匀挥脗鹘y(tǒng)的Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)方法中的測試結(jié)果為例進(jìn)行說明，見表2。

通過測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)，我們得到的結(jié)論是：1、3、4、5、7、8、9、10、11、13號(hào)實(shí)驗(yàn)室達(dá)到滿意；12號(hào)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)室間系統(tǒng)誤差為不滿意，說明其存在由于某種不可忽視的原因而造成的固定不變的或按某種規(guī)律變化著的誤差，比如檢測方法或抽樣存在問題，必須及時(shí)予以修正；2、6、14號(hào)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)隨機(jī)誤差為不滿意，說明其存在著人們無法控制的隨機(jī)因素造成的誤差，比如環(huán)境變化、設(shè)備使用或人員操作存在問題，必須查找原因并迅速采取糾正措施。

表2 傳統(tǒng)Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)法測試結(jié)果

注：N為參與統(tǒng)計(jì)分析的檢測結(jié)果總數(shù)。

根據(jù)結(jié)果分析，實(shí)驗(yàn)室可以迅速查找出現(xiàn)問題的原因，并逐一分析，找出問題的根源，及時(shí)采取相應(yīng)的糾正措施。

3 兩種統(tǒng)計(jì)方法比較

3.1 相同點(diǎn)

在14個(gè)實(shí)驗(yàn)室A/B兩組數(shù)據(jù)中，出現(xiàn)了一組極端值，即12號(hào)實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果(A樣：71.5；B樣：73.7)。為使其不會(huì)對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果造成影響，兩種統(tǒng)計(jì)方法都采用了穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)，即使估計(jì)量不隨統(tǒng)計(jì)資料中少數(shù)異常值的出現(xiàn)，而發(fā)生較大的失真現(xiàn)象。通過中位值和標(biāo)準(zhǔn)化四分位距的使用，能夠?qū)㈦x群值的影響控制在一定的度，確保最終的結(jié)果不會(huì)有太大偏差，有效地控制離群值對(duì)結(jié)果的影響，控制偏差，提高了結(jié)果統(tǒng)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

3.2 不同點(diǎn)

(1)統(tǒng)計(jì)對(duì)象不同。傳統(tǒng)的Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)法是對(duì)A樣和B樣分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，而最新的Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)法是對(duì)A和B樣的標(biāo)準(zhǔn)化和與標(biāo)準(zhǔn)化差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。也就是說，傳統(tǒng)的Z比分?jǐn)?shù)反映的只是A樣品中各個(gè)實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果的偏離程度和B樣品中各個(gè)實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果的偏離程度；而最新的Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)法反映的是實(shí)驗(yàn)室間在同一量的多次測量過程中，保持恒定或可以預(yù)知的方式變化的測量誤差，以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)由于在測定過程中一系列有關(guān)因素微小的隨機(jī)波動(dòng)而形成的具有相互抵償性的誤差。

(2)評(píng)價(jià)結(jié)果的作用不同。傳統(tǒng)的Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)法，只是簡單地分析出哪個(gè)樣品出現(xiàn)了問題，但問題是如何產(chǎn)生的，以及如何消除問題很難得出；最新的Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)法，不僅能夠幫助實(shí)驗(yàn)室快速地找到問題的根源，而且能夠及時(shí)對(duì)結(jié)果的偏離采取糾正措施。實(shí)驗(yàn)室誤差的來源主要有裝置誤差、環(huán)境誤差、人員誤差、方法誤差和抽樣誤差，ZB和ZW的數(shù)值可以幫助我們輕松地找到問題所在。消除誤差的方法主要有事先防范和事后把關(guān)，保持實(shí)驗(yàn)條件的相對(duì)穩(wěn)定，試驗(yàn)人員操作手法穩(wěn)定，抽樣要有代表性，樣品要充分混合，試驗(yàn)結(jié)果要進(jìn)行精密度檢查。這些方法可以幫助我們及時(shí)對(duì)癥下藥。

4 結(jié)語

Z比分?jǐn)?shù)法是當(dāng)前國際上實(shí)驗(yàn)室比對(duì)試驗(yàn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)的常用方法，是穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)中用于評(píng)價(jià)單個(gè)樣本在整個(gè)樣本中離散程度的統(tǒng)計(jì)方法。Z比分?jǐn)?shù)法是棉花HVI大容量纖維測試儀比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)的主要技術(shù)手段，但在實(shí)際使用中，不同Z比分?jǐn)?shù)法的使用，會(huì)直接影響到結(jié)果的評(píng)價(jià)，并最終影響實(shí)驗(yàn)室檢測能力的評(píng)價(jià)和提升。

傳統(tǒng)的Z比分?jǐn)?shù)法只是孤立地對(duì)單個(gè)樣本進(jìn)行分析，忽略了A、B這對(duì)樣品之間的相互聯(lián)系、相互作用，最終的統(tǒng)計(jì)結(jié)果也只能評(píng)價(jià)各個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)于單個(gè)樣本的檢測能力，不能全面地測評(píng)出實(shí)驗(yàn)室的整體水平與能力。而最新的Z比分?jǐn)?shù)法通過標(biāo)準(zhǔn)化和與標(biāo)準(zhǔn)化差，將A、B這對(duì)樣品聯(lián)系起來，從橫、縱兩個(gè)方向，從實(shí)驗(yàn)室間和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，使實(shí)驗(yàn)室檢測能力的評(píng)價(jià)體系變得全面、立體。該方法能夠分析出檢測過程中某些經(jīng)常性原因引起的，對(duì)檢測結(jié)果影響比較固定的系統(tǒng)誤差，以及一時(shí)難以察覺的，可能是由于測定過程中外界的偶然波動(dòng)、儀器設(shè)備及檢測分析人員某些微小變化等所引起的隨機(jī)誤差，從而使結(jié)果偏離的實(shí)驗(yàn)室快速確定問題所在，進(jìn)而立即采取合理有效的措施消除和糾正偏差。而這些是傳統(tǒng)Z比分?jǐn)?shù)所不能做到的。通過分析比較傳統(tǒng)和最新的Z比分?jǐn)?shù)法，我們認(rèn)為，最新的Z比分?jǐn)?shù)法更能科學(xué)合理地評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室的檢測能力，幫助實(shí)驗(yàn)室提高自身的檢測能力。

[1]GB/T15483.1-1999，利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)的能力驗(yàn)證第一部分：能力驗(yàn)證計(jì)劃的建立和運(yùn)作[S].

[2] 封躍鵬.穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)及其在實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理中心的應(yīng)用[J].化學(xué)分析計(jì)量，2007,16(2)：55-57.

[3] 謝 軍.國家認(rèn)監(jiān)委實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證技術(shù)報(bào)告匯編[M].北京：中國質(zhì)檢出版社，2011.

[4] 何永政.質(zhì)量檢驗(yàn)不確定度與應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].北京：中國計(jì)量出版社，2011.

[5]CNAS-GL02：2014，能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南[S].

Application Comparison of Z Score Method in Contrast Experiment

ZHANG Dan, LI Jing, ZHANG Lan-jun, LIU Yong-sheng

(Technical Center for Safety of Product of TJCIQ, Tianjin 300308, China)

By analysis and comparing the traditional Z score method and the latest Z score method as cotton large capacity fiber tester experiment for example, it was concluded that the latest Z score method could be more scientific and reasonable to evaluate the detection capability of a laboratory.

Z score; cotton large capacity fiber; comparison

2016-08-15；

2016-08-19

張 丹(1983-)，女，助理工程師，學(xué)士，主要研究方向?yàn)榧徔椩蠙z驗(yàn)。

TS

B

1673-0356(2016)10-0044-03