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      人造板測量不確定度評定的幾個問題及與抽樣檢驗的關(guān)系
      2012-09-12 16:40:49 閱讀 3163次 分享 0次
         《測量不確定度表示指南》(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, 簡稱GUM),也譯作《測量不確定度表述導(dǎo)則》,代表了當前國際上統(tǒng)一的約定方法和形式,能以充分完整的信息表述測量不確定度,提供測量結(jié)果,作為進行國際比對的基礎(chǔ),從而使不同國家和地區(qū)、不同學(xué)科和行業(yè)在表述測量結(jié)果及其不確定度時,便于相互理解和比較。我國國家計量技術(shù)規(guī)范JJF 1059—1999《測量不確定度評定與表示》原則上采用了GUM的基本內(nèi)容,而且還增加了一些GUM中所沒有的重要部分,但也略去了不少有實用價值和參考意義的內(nèi)容。

          近年來,人造板行業(yè)和學(xué)科領(lǐng)域?qū)Α稖y量不確定度評定與表示》的關(guān)注程度在逐年加強。最早是質(zhì)檢機構(gòu),現(xiàn)在是高校和科研單位都有相應(yīng)的論文在行業(yè)媒體上發(fā)表。由于GUM和JJF 1059—1999的內(nèi)容確實太過抽象,如果沒有經(jīng)過統(tǒng)計學(xué)和計量學(xué)方面長期系統(tǒng)的專業(yè)學(xué)習(xí),產(chǎn)生一些不同的理解和觀點也是十分正常的。就是在一些專著中,往往也在介紹和回答一些不同觀點的爭論,甚至在GUM的附件中也有多處介紹不同的觀點,這對讀者全面和正確理解有關(guān)測量不確定度的知識十分有用,正是出于這樣的目的,筆者在此略陳管見。

          在人造板的性能檢測中,不可能對整張成品大板作為被測對象進行測量(外觀和尺寸檢測等除外),通常是在批量產(chǎn)品中隨機抽取多張樣品,每張樣品還要切割成許多個試件;然后對試件進行測量。樣品和試件是否需要進行預(yù)處理和在怎樣的條件下處理?在某些項目的測量中可能是十分重要的,這在產(chǎn)品標準中應(yīng)該會做出詳細的規(guī)定。于是,在對人造板進行測量時,由于測量的目的不同,對測量結(jié)果的評定程序自然也就不一樣。業(yè)內(nèi)人士都非常清楚,與其他材料相比,人造板的板內(nèi)各部位差異和樣品間的差異,都明顯大,即使是用當今最先進的制造技術(shù),也只能減小這種差異,而不能消除這種差異。于是,在定義被測量的測量結(jié)果時,必須注明是對單個試件測量結(jié)果的評定,或是對一張樣品的測量結(jié)果的評定,還是對一批成品板材的測量結(jié)果的評定。這樣,也就把測量不確定度評定與表示和人造板的抽樣檢驗結(jié)合起來了。以上意見大概不會有明顯的分歧,但在不確定度分量評定時,可能存在一些分歧。

          為了表達筆者的觀點,不得不引用幾段權(quán)威性的表述和知名專家的意見。在GUM的附件F中,F(xiàn) 1.1.2:“如被測量是某種材料的特性(不是給定樣品的特性),如觀測結(jié)果來自同一樣品,而取樣又是測量程序的一部分,則這些觀測值不具有獨立性,必須把不同樣品間可能存在的差異導(dǎo)致的方差分量與單個樣品的重復(fù)性條件下的測量結(jié)果方差相加。”在李慎安先生編著的《測量不確定度表達百問》的3.11中:“重復(fù)性條件下或復(fù)現(xiàn)性條件下……如果被測量的變化是隨機的,那么,這個變化造成的分散性與測量方法導(dǎo)致的分散性將構(gòu)成一個總的分散性,通過貝塞爾公式的實驗標準偏差給出。單獨評定被測量之值隨機變化導(dǎo)致的標準偏差是困難的,必須通過測量,而測量方法也有其標準偏差。如果我們對這一測量條件下的測量方法的標準偏差已較準確的評定出了(自由度較大),設(shè)為S1,那么用這一方法測量這個帶有隨機變化的被測量,通過多次重復(fù)觀測,按貝塞爾公式計算出的實驗標準偏差設(shè)為S1.2,S1.2肯定大于S1,而被測量之值的隨機變化導(dǎo)致的標準偏差S2可按下式計算:S2=         。這就是表示樣本不確定度的實驗標準偏差。”以上兩段引文的內(nèi)容,其本質(zhì)是一致的。

          以人造板靜曲強度的測量為例,可以這樣說:如對一張樣品的12個試件測量靜曲強度時,必須把12個試件之間存在的靜曲強度之間的隨機變化(也即差異)導(dǎo)致的方差與單個試件的重復(fù)性條件下靜曲強度的測量結(jié)果的方差相加才行。但是,這12個試件測量的靜曲強度的數(shù)據(jù)列的分散性實際上已經(jīng)是二者之和的反映,如要將二者分離,就按上述的S2=              式計算。問題在于,單個試件在重復(fù)性條件下的靜曲強度的測量結(jié)果的方差,其實是不可能得到的,因為是破壞性測量,所以無法實現(xiàn)再次和多次測量。因而只能用不確定度的B類評定來獲得其信息,這也就是我們多次強調(diào)要求的:每個檢測實驗室在自己的質(zhì)量手冊中應(yīng)該給出的測量方法導(dǎo)致的測量不確定度,而因試件或樣品間的隨機變化導(dǎo)致的測量不確定度,各實驗室實際上是無法給出的。此外,通過大量的實踐早就證實,以B類評定給出的人造板靜曲強度因測量方法導(dǎo)致的不確定度分量,遠遠小于因試件的隨機變化導(dǎo)致的不確定度分量。有一種觀點認為,12個試件的靜曲強度數(shù)據(jù)列的分散性主要是由測量方法導(dǎo)致的,那就完全誤解了。
      已經(jīng)頒布的人造板產(chǎn)品的國際標準、歐洲標準EN 326和我國的行業(yè)標準《人造板抽樣檢驗指導(dǎo)通則》,對人造板樣品間及一張樣品的諸多試件之間的被測量的隨機變化,均與上述的標準不確定度的A類評定完全一致 :以貝賽爾公式計算出實驗標準偏差S1.2,并按95%的置信概率和不同的自由度查得單側(cè)t分布值,將測量結(jié)果的算術(shù)平均值加(或減)t·S1.2值,再與標準規(guī)定的限量值比對,以確定是否符合標準要求??梢姡嗽彀宓某闃訖z驗及合格評定與GUM及JJF 1059—1999 《測量不確定度評定與表示》是完全一致的。


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         《測量不確定度表示指南》(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, 簡稱GUM),也譯作《測量不確定度表述導(dǎo)則》,代表了當前國際上統(tǒng)一的約定方法和形式,能以充分完整的信息表述測量不確定度,提供測量結(jié)果,作為進行國際比對的基礎(chǔ),從而使不同國家和地區(qū)、不同學(xué)科和行業(yè)在表述測量結(jié)果及其不確定度時,便于相互理解和比較。我國國家計量技術(shù)規(guī)范JJF 1059—1999《測量不確定度評定與表示》原則上采用了GUM的基本內(nèi)容,而且還增加了一些GUM中所沒有的重要部分,但也略去了不少有實用價值和參考意義的內(nèi)容。

          近年來,人造板行業(yè)和學(xué)科領(lǐng)域?qū)Α稖y量不確定度評定與表示》的關(guān)注程度在逐年加強。最早是質(zhì)檢機構(gòu),現(xiàn)在是高校和科研單位都有相應(yīng)的論文在行業(yè)媒體上發(fā)表。由于GUM和JJF 1059—1999的內(nèi)容確實太過抽象,如果沒有經(jīng)過統(tǒng)計學(xué)和計量學(xué)方面長期系統(tǒng)的專業(yè)學(xué)習(xí),產(chǎn)生一些不同的理解和觀點也是十分正常的。就是在一些專著中,往往也在介紹和回答一些不同觀點的爭論,甚至在GUM的附件中也有多處介紹不同的觀點,這對讀者全面和正確理解有關(guān)測量不確定度的知識十分有用,正是出于這樣的目的,筆者在此略陳管見。

          在人造板的性能檢測中,不可能對整張成品大板作為被測對象進行測量(外觀和尺寸檢測等除外),通常是在批量產(chǎn)品中隨機抽取多張樣品,每張樣品還要切割成許多個試件;然后對試件進行測量。樣品和試件是否需要進行預(yù)處理和在怎樣的條件下處理?在某些項目的測量中可能是十分重要的,這在產(chǎn)品標準中應(yīng)該會做出詳細的規(guī)定。于是,在對人造板進行測量時,由于測量的目的不同,對測量結(jié)果的評定程序自然也就不一樣。業(yè)內(nèi)人士都非常清楚,與其他材料相比,人造板的板內(nèi)各部位差異和樣品間的差異,都明顯大,即使是用當今最先進的制造技術(shù),也只能減小這種差異,而不能消除這種差異。于是,在定義被測量的測量結(jié)果時,必須注明是對單個試件測量結(jié)果的評定,或是對一張樣品的測量結(jié)果的評定,還是對一批成品板材的測量結(jié)果的評定。這樣,也就把測量不確定度評定與表示和人造板的抽樣檢驗結(jié)合起來了。以上意見大概不會有明顯的分歧,但在不確定度分量評定時,可能存在一些分歧。

          為了表達筆者的觀點,不得不引用幾段權(quán)威性的表述和知名專家的意見。在GUM的附件F中,F(xiàn) 1.1.2:“如被測量是某種材料的特性(不是給定樣品的特性),如觀測結(jié)果來自同一樣品,而取樣又是測量程序的一部分,則這些觀測值不具有獨立性,必須把不同樣品間可能存在的差異導(dǎo)致的方差分量與單個樣品的重復(fù)性條件下的測量結(jié)果方差相加?!痹诶钌靼蚕壬幹摹稖y量不確定度表達百問》的3.11中:“重復(fù)性條件下或復(fù)現(xiàn)性條件下……如果被測量的變化是隨機的,那么,這個變化造成的分散性與測量方法導(dǎo)致的分散性將構(gòu)成一個總的分散性,通過貝塞爾公式的實驗標準偏差給出。單獨評定被測量之值隨機變化導(dǎo)致的標準偏差是困難的,必須通過測量,而測量方法也有其標準偏差。如果我們對這一測量條件下的測量方法的標準偏差已較準確的評定出了(自由度較大),設(shè)為S1,那么用這一方法測量這個帶有隨機變化的被測量,通過多次重復(fù)觀測,按貝塞爾公式計算出的實驗標準偏差設(shè)為S1.2,S1.2肯定大于S1,而被測量之值的隨機變化導(dǎo)致的標準偏差S2可按下式計算:S2=         。這就是表示樣本不確定度的實驗標準偏差?!币陨蟽啥我牡膬?nèi)容,其本質(zhì)是一致的。

          以人造板靜曲強度的測量為例,可以這樣說:如對一張樣品的12個試件測量靜曲強度時,必須把12個試件之間存在的靜曲強度之間的隨機變化(也即差異)導(dǎo)致的方差與單個試件的重復(fù)性條件下靜曲強度的測量結(jié)果的方差相加才行。但是,這12個試件測量的靜曲強度的數(shù)據(jù)列的分散性實際上已經(jīng)是二者之和的反映,如要將二者分離,就按上述的S2=              式計算。問題在于,單個試件在重復(fù)性條件下的靜曲強度的測量結(jié)果的方差,其實是不可能得到的,因為是破壞性測量,所以無法實現(xiàn)再次和多次測量。因而只能用不確定度的B類評定來獲得其信息,這也就是我們多次強調(diào)要求的:每個檢測實驗室在自己的質(zhì)量手冊中應(yīng)該給出的測量方法導(dǎo)致的測量不確定度,而因試件或樣品間的隨機變化導(dǎo)致的測量不確定度,各實驗室實際上是無法給出的。此外,通過大量的實踐早就證實,以B類評定給出的人造板靜曲強度因測量方法導(dǎo)致的不確定度分量,遠遠小于因試件的隨機變化導(dǎo)致的不確定度分量。有一種觀點認為,12個試件的靜曲強度數(shù)據(jù)列的分散性主要是由測量方法導(dǎo)致的,那就完全誤解了。
      已經(jīng)頒布的人造板產(chǎn)品的國際標準、歐洲標準EN 326和我國的行業(yè)標準《人造板抽樣檢驗指導(dǎo)通則》,對人造板樣品間及一張樣品的諸多試件之間的被測量的隨機變化,均與上述的標準不確定度的A類評定完全一致 :以貝賽爾公式計算出實驗標準偏差S1.2,并按95%的置信概率和不同的自由度查得單側(cè)t分布值,將測量結(jié)果的算術(shù)平均值加(或減)t·S1.2值,再與標準規(guī)定的限量值比對,以確定是否符合標準要求。可見,人造板的抽樣檢驗及合格評定與GUM及JJF 1059—1999 《測量不確定度評定與表示》是完全一致的。


      責(zé)任編輯:宋健
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