电子技术在数理统计和质控中的应用

　　摘要：结合信阳市供水集团有限公司讨论电子技术在数理统计中的应用。
　　关键词：电子、计算机、数理统计、质控
　　一、 概述
　　电子设备、打印机、计算机和大型分析仪器工作站联接成网络，自动采集数据并进行数理统计和报表输出。人工进行数据统计分析等管理工作时，难度很大。采用电子技术做成的水质综合管理系统很好的解决了这个问题。
　　数理统计是一门研究在自然界和人类社会广泛存在的随机现象性的科学，随机现象所特有的规律性称为统计规律性。这种现象需要通过对同类现象进行大量的观测才能发现。数理统计的目的主要在于：（1）准确地简化和显示数据。（2）充分利用试验和调查所得的有用资料、数据，合理地给出所需量的最佳估计。（3）经过对所获数据误差的来源及其相对大小的分析，为合理的安排试验和进一步改善同类试验和调查，提供宝贵的经验性资料。
　　二、 信阳市供水集团有限公司部分
　　（一） 数据处理的重要性和电子技术引进
　　在自来水的生产过程中和水质检验中，信阳供水集团有限公司坚持每日收集大量数据，并对这些数据进行观测和分析，作为下一步工作（合理安排试验和进一步改善同类试验和调查提供经验性资料）的基础。
　　对于日益庞大的数据处理工作，单由人工来完成非常麻烦，而且延长结果报出，以容易出现差错。为此，公司引进电子数据处理系统，以便及时准确地得出分析结果，科学有效地安排下一步工作，为全市人民吃上放心水提供保障。
　　（二） 本数据处理系统的处理范围
　　1、网络服务器与自来水生产设备及自控系统PLC联接，采集生产过程中产生的数据。
　　(a)取水源头数据，如开关机时间、每小时水压、流量、电压等；
　　(b)加药间数据，如加药时间、加药量、电压等；
　　(c)加氯间数据，如加氯时间、加氯量、电压等；
　　(d)过滤系统数据，如V型滤池反冲洗时间、次数等；
　　(e)送水泵房数据，如开关水泵时间、次数、水压、电压、流量等。
　　2、网络服务器与网络打印机联接，将数据做成报表。
　　3、网络服务器与技术设备科电脑联接，将报表送到技术设备科进行分析处理，并接收处理结果和调度指令。
　　4、网络服务器与调度室联接，发送调度指令。
　　5、网络服务器与水质检验系统联接，采集化验结果，打印报表。
　　(a)放大器、AD转换器、气象色谱仪、放射性测量仪、液相色谱仪、原子吸收仪、原子荧光仪、离子计、分光光度计、浊度仪、PH计；
　　(b)细菌室工作站；
　　(c)理化室工作站；
　　(d)质控室工作站；
　　(e)站长工作站。
　　（三）电子计算机在数理统计及质控中的应用
　　1、电子计算机与仪器的联接
　　（1）总体规划
　　（a）局域网络系统
　　以WindowsNT作为网络运行环境，网络拓扑结构为使用集线器的星形结构，各工作站通过网络试配器与网络相联，采用一般微机作为文件服务器。
　　（b）综合管理系统
　　本系统对化验项目数据的管理符合化验室目前日常工作的要求。对所有的化验项目具有人工录入、修改、贮存、输出、综合报表的整理打印及有关数据的统计分析和查询功能，并具有收集从指定的分析仪器输送来的数据的功能，功能符合用户提出的系统要求。
　　（c）分析仪器联网
　　利用现有分析仪器的通用计算机，配用网络接口卡作为网络工作站与局域网实现物理连接。
　　对已有利用通用计算机进行数据处理的分析仪器，在不改变原有功能的基础上，选用适当方法，将测定结果送入综合管理系统；对国产的分析仪器进行微机化改造，建立通用的数据处理工作站，实现对分析测试数据的自动采集、处理并将测定结果送入综合管理系统。
　　（2）软件设计
　　本系统软件设计共包括两大部分：一是将分析仪器的测定结果转换为本系统可接受的数据类型的数据转换处理软件（简称数据接收软件）；二是水质检测数据管理自动化软件（简称综合管理软件）
　　（a）综合管理软件
　　综合管理软件的设计具有数据录入、检索查询、报表打印、参数修改及水样管理等模块。使用VisualFoxPro6.0语言编程，在Windows9x、Windowsme、Windows2000、WindowsNT等操作系统下运行，并可进行检测数据的自动收集、整理及具有数据库的自我维护等功能。
　　（b）数据录入包括仪器分析工件站检测结果数据的自动收集/人工录入和其它自动化或化学分析结果的人工录入。
　　（c）报表打印包括打印原始记录和打印结果报告。
　　（d）数据查询可实现按地点或项目的查询及分析。即根据某一地点，查询给定时间内的某一项或全部项目的分析结果，或根据某一项目，查询给定时间内的某一地点或全部地点的分析结果；显示及打印相应的变化曲线图。
　　（e）数据接收软件
　　（f）对本身已有微机工作站的分析仪器，使用VisualFoxPro、VisualBasic等语言将分析测定结果进行改造，使其适合本系统使用，加入计算机网络。
　　（g）对国产分析仪器进行微机改造的工作站，分析操作过程实现屏幕汉字提示、数据处理具有自动绘制曲线、自动判别及剔除粗差点的功能。可自动计算测定结果并将有关数据送入综合管理系统。
　　为此，将国产分光光度计等分析仪器进行微机化改造，设立数据处理工作站，使其适合本系统使用，加入计算机网络。
　　
　　2、电子计算机进行数理统计及质控
　　(1)多次测定值统计处理
　　用于计算多次测定值的平均值、极值、标准偏差和相对标准偏差，是判断测量精密度好坏的重要指标。
　　输入对某一项目的测定次数和各次测定结果，系统自动算出上述各项参数，可随时将统计结果打印、储存和读取。
　　(2)测量的准确度评估
　　准确度、精密度和检出限是评价一个测量方法和一个测量结果的重要指标。准确度是表明测量值与真值的接近程度，越接近表明准确度越高。它用来衡量检测结果的可靠性，因此准确度是系统误差和随机误差的综合反映。
　　而本程序是通过标准物质评估法或回收率评估法来评估测定结果的准确度（置信度为95％），输入测定的结果和规定的控制标准（如：标准物质的保证值和不确定度），系统即判断出测定的结果是否合格。
　　(3)粗差值判断及剔除
　　异常值是指样本中的个别值，其数值明显偏离它（或它们）所在样本的其余观测值。异常值可能仅仅是数据中固有的随机误差的极端表现，也可能是偶然偏离所规定的试验方法的后果，或是在计算或记录这个数据时出现的失误。因此本程序采用荻克松（DIXON）或格鲁布斯准则来判断异常值是粗差值或是偏离值，若是粗差值应该剔除，若是偏离值则查明原因后决定取舍（测定次数必须不少于二次）
　　输入多次测定的结果，系统即自动判断测量的最大值或最小值是否应剔出，同时可以用另一种方法继续判断，当某一数值接近临界值时，系统会提醒使用者是否剔除。
　　(4)质控图及其分析
　　质量控制图是一种直观、有效的质量控制手段，可以连续观察分析质量的变化情况，及早发现质量的变化趋势，以采取必要的措施，尽量避免数据出现失控。
　　本程序采用了常用的平均值-减差控制图和回收率控制图进行质量控，输入测定次数和各次的测定结果，系统能自动判断质控图是否合格并绘出质控图，可以对新加入的质控点进行分析、判断并可以重新制作质控图，质控图及结果可以储存、打印和读取。
　　(5)线性回归分析
　　本程序可求〔Xi,Yi〕(i=1,2,3……n)的线性回归方程Y=a+bX及绘制相应曲线，并可自动删除粗差点，还具有Xi,Yi数据作对数变换、指数交换（即将非线性变换为线性）的功能。
　　本程序具有判断是否合格、判断两条曲线之间有无显著性差异和对两条曲线进行自动拟合的功能。
　　(6)统计推断和统计假设检验
　　统计推断是从一个样本或一系列样本所得到的统计量去推断总体的结果，统计推断包括假设检验和参数估计两个内容。用统计的方法判断由试验误差或真正的差异造成差别的可能性有多大，这种统计方法叫做假设检验。本程序可对样本进行总体正态分布性检验及画出其频数分布图，还可以进行各种假设检验，主要包括：(a)频数分布图;(b)T-检验法;(c)F-检验法;(d)X2-检验法;(e)秩和检验法;(f)多个总体的方差检验。
　　(7)统计图形的绘制
　　调查或试验资料经整理、加工、计算后，用一定的表格形式表达出来就成为统计表，利用各种图形把统计资料的内容陈列出来就成为统计图，它具有明显的直观性，是分析研究资料的一种重要手段。本程序可以绘制散点图、条形图、扇形图和折线图。
　　(8)非线性拟合与插值
　　本程序可求〔Xi,Yi〕(i=1,2,3……n)的最小二乘二次或三次多相式拟合及绘制相应的拟合曲线，还具有对Xi,Yi数据求三次自然样条插值或一元三节点插值的功能。
　　(9)正交试验及结果分析
　　本程序提供二至四因素三水平九次试验的正交设计〔L9(3,4)〕及其结果分析，对于因素数多于四或水平数大于三的情况，可分批试验。
　　
　　三、 综上所述，先进的电子技术应用于数理统计和质控中，不仅可以替代大量人工的采集观测数据工作，并且比人工工作更加快速、精确、合理。把有限的技术工作人员从数据收集工作中解放出来，让他们全心投入到分析处理和实验研究工作中来，好钢用在刀刃上，既减轻技术工作人员的负担又提高了工作效率。
　　参考文献《水质分析理论及技能》国家城市供水水质监测网郑州监测站主编朱培珊