導(dǎo)語：數(shù)據(jù)分析在卷煙產(chǎn)品質(zhì)量檢測的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：卷煙產(chǎn)品日常檢測中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包含著豐富的、有用的信息，但信息往往并不是直觀地一目了然，需要應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的各種方法對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析處理，從而認(rèn)識(shí)事物的內(nèi)在規(guī)律，發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際的決策。例如，①數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)量，可以了解到抽檢樣品的質(zhì)量穩(wěn)定性和符合性；②在此次試驗(yàn)當(dāng)中使用的分析方法不同會(huì)在一定程度上影響到最終的結(jié)果；③科學(xué)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以有效減少試驗(yàn)次數(shù)，短時(shí)間得到預(yù)期的試驗(yàn)效果，進(jìn)而優(yōu)化試驗(yàn)方案；④穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)方法可以相對客觀地評價(jià)參加能力驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在所有試驗(yàn)參與者中所處的水平。

關(guān)鍵詞：數(shù)理統(tǒng)計(jì)；數(shù)據(jù)分析；卷煙產(chǎn)品；質(zhì)量檢測

數(shù)理統(tǒng)計(jì)是用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析的方法來解決實(shí)際問題的學(xué)科，屬于數(shù)學(xué)研究領(lǐng)域的一類分支，能夠通過對事物的觀察來找到現(xiàn)象發(fā)生背后的規(guī)律，然后利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來做出預(yù)測。數(shù)理統(tǒng)計(jì)已經(jīng)變成了多個(gè)不同學(xué)科發(fā)展過程中的重要內(nèi)容，通過選擇合適的統(tǒng)計(jì)分析方法，能夠?qū)υ囼?yàn)得到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，從這些數(shù)據(jù)當(dāng)中提取出規(guī)律，然后作為后續(xù)工作的指導(dǎo)意見。通過數(shù)據(jù)分析能夠獲取產(chǎn)品的詳細(xì)信息，并且在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格把控多個(gè)不同的環(huán)節(jié)。在數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)科應(yīng)用到實(shí)際生活的過程中，需要人們根據(jù)實(shí)際的需求來采取合適的統(tǒng)計(jì)分析方法。有關(guān)于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的理論基礎(chǔ)早在20世紀(jì)就已經(jīng)初步形成，但是一直到計(jì)算機(jī)誕生之后才被廣泛地應(yīng)用于多個(gè)不同學(xué)科。在檢測方面，試驗(yàn)分析是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，若是缺乏試驗(yàn)分析，就無法對所做的研究進(jìn)行仔細(xì)分析，也很難從海量的數(shù)據(jù)里面找到相應(yīng)的規(guī)律，無法提供給決策足夠的參考信息[1-5]。對數(shù)理統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)分析在卷煙產(chǎn)品質(zhì)量日常檢測實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用作介紹性交流，以期實(shí)驗(yàn)室檢測人員對數(shù)理統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)分析方法的重視和運(yùn)用。

1數(shù)據(jù)的整理

在對產(chǎn)品進(jìn)行檢測的過程中，機(jī)器會(huì)輸出各類不同的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅囊括了產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)，同時(shí)也可以從中找出規(guī)律，幫助更好地發(fā)現(xiàn)問題。但是，這些初步輸出的數(shù)據(jù)是需要分析之后才能為研究者所用。在海量的數(shù)據(jù)當(dāng)中去除那些無效的信息，而將有效的信息進(jìn)行梳理分析，這樣才能夠最終獲得想要的內(nèi)容，做出更為準(zhǔn)確的決策。例如，煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測站日常的檢測工作中，以卷煙成品檢測對煙支圓周指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)分析為例，如果檢測200支卷煙，就會(huì)得到200個(gè)圓周數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)肯定有波動(dòng)，但肯定也有規(guī)律可循。（1）樣本均值（x）極差（R）、標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）等值越大，那么波動(dòng)也會(huì)越大；該數(shù)值可以較為準(zhǔn)確地反映出數(shù)據(jù)的波動(dòng)大小。簡單的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)就可以知道數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，還可以通過劃分范圍來歸納統(tǒng)計(jì)，如劃分出卷煙品牌、某機(jī)臺(tái)生產(chǎn)的煙支、某種機(jī)型生產(chǎn)的煙支，再相互比較圓周的差異變化。（2）需要了解更為完整的波動(dòng)規(guī)律，則需進(jìn)一步歸納出頻數(shù)分布和正態(tài)分布函數(shù)：此公式表示樣本落入（a，b）區(qū)間內(nèi)的概率等于（a，b）橫坐標(biāo)和曲線所包含的面積，其中σ越大，曲線越寬，說明數(shù)據(jù)越離散，反之則越集中。（3）均值的置信區(qū)間μ=x±ts姨n姨姨，表示95%的范圍均值x為真值μ的機(jī)會(huì)。（4）顯著性檢驗(yàn)，也稱為假設(shè)檢驗(yàn)，對于H0，假設(shè)x=μ，觀測值和已知值沒有差別，當(dāng)H0被拒絕，其對立的H1則被接受。這2個(gè)不同的均值一般是利用t檢驗(yàn)來進(jìn)行對比的，如果是多個(gè)樣本均值，那么是需要用F檢驗(yàn)來完成，某事件頻率的比較則用x2檢驗(yàn)。這些檢驗(yàn)方法較常用且有效。如日常檢測分析煙草原料中總糖含量（%），檢測結(jié)果為：近紅外光譜快速檢測法得到的數(shù)據(jù)為x2=23.8，S2=0.28；化學(xué)流動(dòng)分析檢測法得到的數(shù)據(jù)為x1=22.4，S1=0.21；2種方法均進(jìn)行了10組檢測，即n1=n2=10；S2=0.0613；自由度為18，若p=0.05，查表得t0.05=2.1，則t>t0.05，由于t>t臨界，則拒絕H0。假設(shè)檢驗(yàn)表明2種方法比較有顯著差異，需要重新校正近紅外模型。而F<F臨界=4.026，表示這兩類不同的檢測之間不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的標(biāo)準(zhǔn)誤差。（5）異常值的檢驗(yàn)[5]，在梳理分析數(shù)據(jù)的時(shí)候，常常會(huì)碰到這樣的情況，就是在一組數(shù)據(jù)里面會(huì)發(fā)現(xiàn)個(gè)別跟均值相差較大的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般被分析者叫做是異常值，通常是因?yàn)樵谠囼?yàn)過程中的錯(cuò)誤操作而造成的。在處理異常值的時(shí)候要謹(jǐn)慎，需要找到該數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，如果是正常操作那么也需要納入最后的統(tǒng)計(jì)當(dāng)中，能夠來統(tǒng)計(jì)分析異常值的檢驗(yàn)方法有很多，最為常用的有格拉布斯檢驗(yàn)法及奈爾檢驗(yàn)法等，分別適用于未知偏差及已知偏差2種不同的情況。以狄克遜單側(cè)情形檢驗(yàn)為例：將n個(gè)測定值按小到大的順序排列x（1）≤x（2）≤…≤x（n-1）≤x（n）可能的異常值：x（1）或x（n）。若統(tǒng)計(jì)量f0>f（α，n），則應(yīng)剔除x（1）或x（n）。從上面的算式當(dāng)中，可以知道每次檢測只能夠處理一個(gè)異常值。在刪除異常值之后，其最終的測定數(shù)量也需要進(jìn)行再一次確定，一直統(tǒng)計(jì)處理到?jīng)]有。具體的臨界值等信息可以參考表1。狄克遜檢驗(yàn)臨界值（單側(cè)部分）和統(tǒng)計(jì)量計(jì)算公式見表1。

2通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)找出對結(jié)果有直接影響或影響較大的因素

主要有2種方法：方差分析和回歸分析。

2.1方差分析

一般被叫做變異系數(shù)分析，通常是需要將觀察值所產(chǎn)生的變異進(jìn)行分類。利用單因素方差來對某個(gè)因素所造成的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如幾種不同卷煙加工工藝作用同一卷煙規(guī)格樣品，每種工藝方式作用4個(gè)卷煙樣品，對樣本的主流煙氣焦油量考查表示如下：變異原因變異表現(xiàn)通過考查數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)卷煙加工工藝對組間變異影響較為顯著，進(jìn)而考查哪種工藝對降低焦油量作用明顯。還有雙因素和正交方差分析，可以從多個(gè)影響因素中篩選出更為顯著的主要因素，考查影響因素之間有無交互作用。例如，按照煙草行業(yè)企標(biāo)《YC/T161—2002煙草及煙草制品總氮的測定連續(xù)流動(dòng)法》規(guī)定的方法來進(jìn)行總氮的測定，其化學(xué)原理為：首先，將煙草或煙草制品在濃硫酸和相關(guān)催化劑的輔助下，經(jīng)過消化分解，待檢測物中的氮全部會(huì)轉(zhuǎn)換成氨，然后加入次氯酸鈉，在堿性環(huán)境下，氨被氧化為氯化胺，接著跟加入的水楊酸鈉進(jìn)行反應(yīng)，最終產(chǎn)生靛藍(lán)染料，接著進(jìn)行比色測定，可以看出濃度會(huì)跟吸光度表現(xiàn)出正比關(guān)系，就可以得到氮含量。在此測定的過程中，會(huì)有多種不同的因素影響濃度值結(jié)果，如催化劑的使用量、消化程度及硫酸用量等，這些因素不可避免地會(huì)影響到測定結(jié)果。觀察這些因素所引起的誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以得到影響較大的因素。

2.2回歸分析

可以通過該分析方法來明確各類因素之間存在的關(guān)系，并且以回歸方程的方式來進(jìn)行預(yù)測，最終得到因變量所產(chǎn)生的變化，有些是可確定的函數(shù)關(guān)系，有些是不確定的相關(guān)關(guān)系。按照因變量跟自變量的數(shù)量可以將回歸分析分為一元分析及多元分析兩類。按照函數(shù)表達(dá)式的不同可以分為線性分析和非線性分析兩類。在許多儀器檢測定量分析中，經(jīng)常要使用到回歸分析，物質(zhì)的濃度（或含量）與吸光度、峰高、峰面積、譜線的強(qiáng)度等具有相關(guān)關(guān)系，根據(jù)不同濃度x產(chǎn)生對應(yīng)的y值，建立線性回歸方程y=a+bx，并通過：當(dāng)r=1，意味全部測試點(diǎn)落在直線上，r2表示由x說明y的誤差在總誤差中的比例，r2越接近1，則線性擬合回歸的越好。

3試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

化學(xué)分析中經(jīng)常需要進(jìn)行方法的選擇與優(yōu)化如反應(yīng)條件的優(yōu)化；在色譜分析當(dāng)中篩選色譜柱、柱箱溫度的選擇與調(diào)整、設(shè)備操作參數(shù)的設(shè)置等，這些條件都需要試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。如何得到既能使分析過程穩(wěn)定、結(jié)果準(zhǔn)確，又能節(jié)約資源、人力、物力，并且無污染的方法呢？首先，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的就是要使試驗(yàn)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，要求指標(biāo)具有可比性，把有影響因素的定性指標(biāo)定量后以具體數(shù)值表示，統(tǒng)稱目標(biāo)函數(shù)據(jù)。一般將能夠影響試驗(yàn)結(jié)果的因素叫做因子，并且將因子在試驗(yàn)過程當(dāng)中的狀態(tài)叫做因子水平。例如，在進(jìn)行不同溫度影響膠黏度的試驗(yàn)當(dāng)中，溫度的高低就是因子的不同水平，將其設(shè)置為3個(gè)梯度，分別為25，50，80℃，則溫度因素有3個(gè)水平。如果所選因素的水平發(fā)生變化時(shí)，沒有引起觀測指標(biāo)的變化，則表明所選因素沒有影響，應(yīng)從試驗(yàn)中剔除，重新進(jìn)行因素的選擇。以表2為例：膠黏劑中乙酸乙烯脂含量試驗(yàn)（按卷煙膠的固含量降序排序）見表2。由表2中數(shù)據(jù)可以看出，膠黏劑中固含量的大小與乙酸乙烯脂的含量大小沒有顯著的線性關(guān)系，與pH值和黏度也沒有顯著相關(guān)關(guān)系。影響膠黏劑中乙酸乙烯脂含量的因素需要重新選擇其他因素來考查，比如膠黏劑生產(chǎn)合成過程中的反應(yīng)條件，合成中使用的化學(xué)試劑及用量等。根據(jù)試驗(yàn)方式的差異，可以將試驗(yàn)分為同時(shí)及序貫2種不同的類型。前者主要是指在試驗(yàn)的過程中對考查因素進(jìn)行同時(shí)設(shè)計(jì)，這樣可以得到各個(gè)因素水平的最終數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析，試驗(yàn)不分前后，也不會(huì)相互影響。一般有正交試驗(yàn)、配方試驗(yàn)等類型。而后者屬于一種單純形優(yōu)化法。

4實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證結(jié)果的評價(jià)

認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室按照國家認(rèn)可委的《能力驗(yàn)證規(guī)則》要求需定期參加能力驗(yàn)證試驗(yàn)[6]。適合的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的選擇決定了能力驗(yàn)證評價(jià)的公正力。通過認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室檢測人員應(yīng)該掌握能力驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理方法和評價(jià)規(guī)則，以便讀懂試驗(yàn)組織者公布的結(jié)果報(bào)告。如果用常用的平均值作為參考值的比較方法，其缺點(diǎn)是當(dāng)出現(xiàn)個(gè)別特別大或特別小的離群值時(shí)就會(huì)歪曲測量結(jié)果。在沒有參考值可以利用的情況下，為了避免離群值的不良影響，在檢測實(shí)驗(yàn)室的能力驗(yàn)證中，通常采用一些受離群值影響較小的比較穩(wěn)健的統(tǒng)計(jì)量代替易受影響統(tǒng)計(jì)量。在實(shí)際能力驗(yàn)證結(jié)果評價(jià)時(shí)，一般采用中位值代替平均值，用標(biāo)準(zhǔn)四分位數(shù)間距代替標(biāo)準(zhǔn)偏差等[6]。由于中位數(shù)相當(dāng)于平均值，作為參考值。標(biāo)準(zhǔn)IQR相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)偏差，則Z比分?jǐn)?shù)的最大允許值相當(dāng)于包含因子k。因此對參加能力驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)室的Z比分?jǐn)?shù)為：Z≤2為滿意結(jié)果，結(jié)果在95%的置信區(qū)間內(nèi)；2<Z<3為可疑結(jié)果（或稱有問題結(jié)果），結(jié)果出現(xiàn)的可能性小于5%，概率較小，故可疑；Z≥3為離群結(jié)果（或稱不滿意結(jié)果），結(jié)果出現(xiàn)的可能小于1%，一般不會(huì)發(fā)生，如果發(fā)生，則說明離群。

5結(jié)語

通過以上實(shí)例，檢測人員可以了解認(rèn)識(shí)，面對日常檢測工作產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，如何應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲取可以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際的有用信息：①數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)量，如均值（x）、極差（R）、標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）；頻數(shù)分布和正態(tài)分布函數(shù)；假設(shè)檢驗(yàn)，異常值的檢驗(yàn)等可以了解到抽檢樣品的質(zhì)量穩(wěn)定性和符合性。②方差分析和回歸分析等方法可以確定檢測試驗(yàn)結(jié)果的影響因素。③科學(xué)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以有效地減少試驗(yàn)次數(shù)，短時(shí)間內(nèi)得到預(yù)期的試驗(yàn)效果，進(jìn)而優(yōu)化試驗(yàn)方案，從而指導(dǎo)產(chǎn)品維護(hù)、提質(zhì)和產(chǎn)品開發(fā)。④穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)方法可以相對客觀地評價(jià)參加能力驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果，在所有試驗(yàn)參與者中所處的水平。列舉了卷煙產(chǎn)品檢測中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的常用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)方法。應(yīng)用的關(guān)鍵為要掌握方法的原理，及其分析處理的類型，在解決實(shí)際碰到的問題時(shí)能夠迅速地判斷所需的方法。其他數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析處理方法，如多元統(tǒng)計(jì)分析、化學(xué)計(jì)量學(xué)等，雖然原理相對復(fù)雜，但隨著各種統(tǒng)計(jì)商業(yè)軟件的開發(fā)與應(yīng)用，要實(shí)現(xiàn)各種方法相應(yīng)的功能已不是難事。常用的數(shù)據(jù)分析軟件有SPSS，SAS，Design-Expert，Matlab，Origin，以及最常用的Excel等，只要熟練掌握其中1~2種軟件的使用方法，相信完全可以滿足日常檢測數(shù)據(jù)分析處理需求。

作者：關(guān)斌 常宇 張常記 李強(qiáng) 葉茵 徐淑浩 李慕顏 單位：紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司紅河卷煙廠 四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司什邡卷煙廠