國產(chǎn)棉纖維測試儀數(shù)據(jù)可靠性分析

摘要：為科學(xué)有效評估國產(chǎn)棉纖維測試儀與進(jìn)口儀器之間的檢測水平差異，分析國產(chǎn)儀器取代進(jìn)口儀器的可行性，使用1臺國產(chǎn)儀器XJ128PRO與2臺進(jìn)口儀器HVI1000進(jìn)行棉纖維數(shù)據(jù)測試，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的單因素方差分析（Bonferroni法多重比較）和非參數(shù)檢驗(yàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明在馬克隆值、反射率和上半部平均長度檢測方面，國產(chǎn)儀器具有較強(qiáng)可靠性；而在黃色深度、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度檢測上，國產(chǎn)儀器存在進(jìn)一步優(yōu)化空間。

關(guān)鍵詞：單因素方差分析；棉纖維測試儀；纖維檢驗(yàn)；纖維品質(zhì)；統(tǒng)計(jì)；數(shù)據(jù)分析

我國的紡織品在國際貿(mào)易中占重要地位。棉纖維作為紡織工業(yè)的重要原料，其品質(zhì)數(shù)據(jù)不僅關(guān)系優(yōu)良品種的培育及其應(yīng)用，而且影響全國棉纖維品質(zhì)的調(diào)控[1]。如今，在棉纖維測試儀大量依賴進(jìn)口的背景下，棉纖維測試結(jié)果都是以進(jìn)口儀器測試數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。在之前的研究中，筆者曾運(yùn)用配對t檢驗(yàn)評估了國產(chǎn)棉纖維測試儀與進(jìn)口儀器之間的數(shù)據(jù)差異，得出了統(tǒng)計(jì)結(jié)論，也指出了研究存在的不足，即缺乏對不同進(jìn)口儀器測試數(shù)據(jù)的差異性分析[2]。為彌補(bǔ)之前研究的不足，更加科學(xué)地評估國產(chǎn)棉纖維測試儀的檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，本研究使用1臺國產(chǎn)快速棉纖維性能測試儀（XJ128PRO）與2臺進(jìn)口大容量棉花測試儀（HVI1000）對棉花樣品的馬克隆值、反射率（Rd）、黃色深度（簡稱為“黃度”、＋b）、上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)以及斷裂比強(qiáng)度進(jìn)行測試，加入2臺進(jìn)口儀器之間的數(shù)據(jù)對比，運(yùn)用專業(yè)統(tǒng)計(jì)軟件SPSS中的單因素方差分析方法分析統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)獲取

現(xiàn)有中儲棉德州公司直屬庫棉花儀器化公檢業(yè)務(wù)樣品1 978套，隨機(jī)抽取其中的45套，每套樣品多點(diǎn)取樣約200 g，混勻后隨機(jī)分成3組，每組15個樣品。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20392－2006《HVI棉纖維物理性能試驗(yàn)方法》[3]的規(guī)定，測試前，所有棉樣保持最少48 h環(huán)境平衡，3臺儀器均進(jìn)行調(diào)試并通過校準(zhǔn)和驗(yàn)收測試。儀器必須在標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕環(huán)境[（20±2） ℃和相對濕度（65±3）%）]下進(jìn)行操作。第1組樣品使用1臺進(jìn)口儀器（記為43號）測試，第2組樣品在另一臺進(jìn)口儀器（記為44號）上測試，第3組樣品在1臺國產(chǎn)儀器（記為128號）上進(jìn)行測試。2臺進(jìn)口儀器均來自烏斯特公司，型號為HVI1000；1臺國產(chǎn)儀器來自陜西長嶺紡電科技有限公司，型號為XJ128PRO。試驗(yàn)由1名經(jīng)驗(yàn)豐富的檢驗(yàn)員進(jìn)行3次測試，根據(jù)各指標(biāo)正常范圍去除顯著異常值后取平均得到最終測試數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析方法

本研究使用SPSS軟件（版本號：22.0.0.0，64位）進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。首先，對每個指標(biāo)的數(shù)據(jù)，以儀器為因素進(jìn)行數(shù)據(jù)分組，進(jìn)行Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗(yàn)和Levenes方差齊性檢驗(yàn)。然后，對于滿足方差分析適用條件的指標(biāo)數(shù)據(jù)，直接采用單因素方差分析方法和Bonferroni法多重比較進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對于不滿足方差分析適用條件的，由于學(xué)界對使用非參數(shù)檢驗(yàn)方法（Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)）或是方差分析方法統(tǒng)計(jì)分析還存在爭議，所以為保證試驗(yàn)結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性，本研究使用單因素方差分析和Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)2種方法分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，相互印證[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 適用條件分析

方差分析的適用條件如下：（1）獨(dú)立性。模型要求樣本數(shù)據(jù)之間相互獨(dú)立，顯然本研究數(shù)據(jù)是滿足該條件的。（2）正態(tài)性。使用最常用的Shapiro-Wilk檢驗(yàn)（取α＝0.05）對各組檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，結(jié)果見表1。其中，Rd和黃度（＋b）指標(biāo)數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)性分布的要求，概率（P值）小于0.05，使用單因素方差分析和Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)2種方法分別對Rd和＋b數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)分析。（3）方差齊性。模型要求每個指標(biāo)內(nèi)各分組間的方差是一致的。本研究使用Levenes方差齊性檢驗(yàn)來檢驗(yàn)方差齊性的假設(shè)，檢驗(yàn)結(jié)果見表2。Levenes檢驗(yàn)的概率均大于0.05，表示6個指標(biāo)的數(shù)據(jù)均滿足方差齊性的假設(shè)。

2.2 方差分析與多重比較

第1種情況：數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)假設(shè)，仍然使用方差分析方法分析數(shù)據(jù)。對表1中6個品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)的單因素方差分析（取α＝0.05）[5]結(jié)果見表3。

從檢驗(yàn)概率（P）可以看出，馬克隆值、Rd和上半部平均長度這3個指標(biāo)的P值均大于給定的顯著性水平α＝0.05，因此接受原假設(shè)H0：μ1＝μ2＝μ3，認(rèn)為在馬克隆值、Rd和上半部平均長度3個指標(biāo)的檢測數(shù)據(jù)上，這3臺測試儀之間沒有顯著性差異，說明國產(chǎn)棉纖維測試儀XJ128PRO對以上3個指標(biāo)的測試結(jié)果跟進(jìn)口儀器測試數(shù)據(jù)十分接近。

另外，從＋b、長度整齊度指數(shù)以及斷裂比強(qiáng)度的檢驗(yàn)結(jié)果來看，它們的P值均小于0.05，因此只能拒絕原假設(shè)H1：μ1、μ2、μ3，接受備擇假設(shè)，認(rèn)為這3臺測試儀在＋b、長度整齊度指數(shù)以及斷裂比強(qiáng)度的檢測結(jié)果上存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。為確定到底哪2臺儀器之間存在差異，使用比較常用的Bonferroni法對以上3個指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較（α＝0.05），結(jié)果見表4。

從表4結(jié)果可以看出：對于＋b，128號儀器與43號儀器存在顯著性差異，2臺進(jìn)口儀器之間也有顯著差異，但128號儀器與44號儀器沒有顯著性差異；從長度整齊度指數(shù)來看，128號儀器與2臺進(jìn)口儀器均沒有顯著性差異，但2臺進(jìn)口儀器此指標(biāo)數(shù)據(jù)差異顯著；對于斷裂比強(qiáng)度，128號儀器與43號儀器存在顯著性差異，但與44號儀器沒有顯著性差異，同時2臺進(jìn)口儀器之間也沒有顯著性差異。

2.3 非參數(shù)檢驗(yàn)與成對比較

第2種情況：Rd、＋b數(shù)據(jù)沒有通過正態(tài)性檢驗(yàn)，因此使用非參數(shù)檢驗(yàn)方法——Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)（α＝0.05）對這2組樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析和成對比較，結(jié)果見表5、表6。

結(jié)果（表5）顯示：對于Rd數(shù)據(jù)，給出了接受原假設(shè)的結(jié)論，認(rèn)為3臺測試儀器差異不顯著；而對于＋b的結(jié)論為拒絕原假設(shè)，認(rèn)為3臺儀器存在顯著差異。再由成對比較結(jié)果（表6）可以看出，對于＋b，128號儀器與44號儀器無顯著差異，而與43號儀器存在顯著差異，并且2臺進(jìn)口儀器之間差異也顯著?？梢钥闯?，Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)與單因素方差分析和多重比較的結(jié)果相比較，得到的結(jié)論相同。因此，對非正態(tài)數(shù)據(jù)使用參數(shù)檢驗(yàn)方法和非參數(shù)檢驗(yàn)方法分析，得到了相同的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，進(jìn)一步說明了結(jié)論的可靠性。

3 結(jié)論與建議

運(yùn)用單因素方差分析的方法分析發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)快速棉纖維性能測試儀（XJ128PRO）與2臺進(jìn)口大容量棉花測試儀（HVI1000）在一些指標(biāo)檢測結(jié)果上存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。在馬克隆值、Rd和上半部平均長度上，XJ128PRO的檢驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)達(dá)到了進(jìn)口儀器的檢驗(yàn)水平，具有較強(qiáng)的可靠性。從＋b檢驗(yàn)結(jié)果來看，不僅XJ128PRO與43號進(jìn)口儀器存在顯著差異，而且2臺進(jìn)口儀器之間也具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，因此XJ128PRO的＋b檢測結(jié)果與進(jìn)口儀器出現(xiàn)差異似乎也可以接受。從長度整齊度指數(shù)的結(jié)果來看，XJ128PRO與2臺進(jìn)口儀器均無顯著差異，而2臺進(jìn)口儀器存在較大差異，XJ128PRO的檢測結(jié)果處于2臺進(jìn)口儀器之間。從斷裂比強(qiáng)度來看，XJ128PRO與43號進(jìn)口儀器存在顯著差異，而與44號進(jìn)口儀器沒有顯著差異，2臺進(jìn)口儀器之間也沒有顯著差異，且XJ128PRO與2臺進(jìn)口儀器相比較，其平均值偏高。從出現(xiàn)顯著差異的3個指標(biāo)數(shù)據(jù)來看，XJ128PRO的測試數(shù)據(jù)比較接近于44號進(jìn)口儀器，而與43號進(jìn)口儀器的差異較大，至于為什么會有這樣的結(jié)果，還需進(jìn)一步的研究。此外，本研究也存在一些不足，比如存在不滿足正態(tài)性的樣本數(shù)據(jù)、樣本量不大、難以保證3臺儀器的運(yùn)行狀態(tài)完全相同等，這些問題都是后期試驗(yàn)中可以考慮的優(yōu)化方向。

建議國內(nèi)儀器廠商對快速棉纖維性能測試儀的＋b、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度等指標(biāo)，尤其是斷裂比強(qiáng)度的測試性能進(jìn)一步優(yōu)化，以消除進(jìn)口儀器與國產(chǎn)儀器之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，推進(jìn)棉纖維測試儀的國產(chǎn)化進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 中國纖維檢驗(yàn)局. HVI棉纖維物理性能試驗(yàn)方法：GB/T 20392－2006[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006

[4] 薛毅. 統(tǒng)計(jì)建模與R軟件[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[5] 張文彤，董偉. SPSS統(tǒng)計(jì)分析高級教程[M]. 北京：高等教育出版社，2013.

（責(zé)任編輯：楊子山 責(zé)任校對：付毓）