國產棉纖維測試儀數據可靠性分析

摘要：為科學有效評估國產棉纖維測試儀與進口儀器之間的檢測水平差異，分析國產儀器取代進口儀器的可行性，使用1臺國產儀器XJ128PRO與2臺進口儀器HVI1000進行棉纖維數據測試，利用統計學中的單因素方差分析（Bonferroni法多重比較）和非參數檢驗對數據進行分析。結果表明在馬克隆值、反射率和上半部平均長度檢測方面，國產儀器具有較強可靠性；而在黃色深度、長度整齊度指數、斷裂比強度檢測上，國產儀器存在進一步優(yōu)化空間。

關鍵詞：單因素方差分析；棉纖維測試儀；纖維檢驗；纖維品質；統計；數據分析

我國的紡織品在國際貿易中占重要地位。棉纖維作為紡織工業(yè)的重要原料，其品質數據不僅關系優(yōu)良品種的培育及其應用，而且影響全國棉纖維品質的調控[1]。如今，在棉纖維測試儀大量依賴進口的背景下，棉纖維測試結果都是以進口儀器測試數據為基準。在之前的研究中，筆者曾運用配對t檢驗評估了國產棉纖維測試儀與進口儀器之間的數據差異，得出了統計結論，也指出了研究存在的不足，即缺乏對不同進口儀器測試數據的差異性分析[2]。為彌補之前研究的不足，更加科學地評估國產棉纖維測試儀的檢測數據準確度，本研究使用1臺國產快速棉纖維性能測試儀（XJ128PRO）與2臺進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、長度整齊度指數以及斷裂比強度進行測試，加入2臺進口儀器之間的數據對比，運用專業(yè)統計軟件SPSS中的單因素方差分析方法分析統計學差異。

1 材料與方法

1.1 數據獲取

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

1.2 數據處理與分析方法

本研究使用SPSS軟件（版本號：22.0.0.0，64位）進行數據統計分析。首先，對每個指標的數據，以儀器為因素進行數據分組，進行Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗和Levenes方差齊性檢驗。然后，對于滿足方差分析適用條件的指標數據，直接采用單因素方差分析方法和Bonferroni法多重比較進行統計分析；對于不滿足方差分析適用條件的，由于學界對使用非參數檢驗方法（Kruskal-Wallis秩和檢驗）或是方差分析方法統計分析還存在爭議，所以為保證試驗結果的嚴謹性，本研究使用單因素方差分析和Kruskal-Wallis秩和檢驗2種方法分別進行統計分析，相互印證[4]。

2 結果與分析

2.1 適用條件分析

方差分析的適用條件如下：（1）獨立性。模型要求樣本數據之間相互獨立，顯然本研究數據是滿足該條件的。（2）正態(tài)性。使用最常用的Shapiro-Wilk檢驗（取α＝0.05）對各組檢驗數據進行正態(tài)性檢驗，結果見表1。其中，Rd和黃度（＋b）指標數據不滿足正態(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2種方法分別對Rd和＋b數據做統計分析。（3）方差齊性。模型要求每個指標內各分組間的方差是一致的。本研究使用Levenes方差齊性檢驗來檢驗方差齊性的假設，檢驗結果見表2。Levenes檢驗的概率均大于0.05，表示6個指標的數據均滿足方差齊性的假設。

2.2 方差分析與多重比較

第1種情況：數據不滿足正態(tài)假設，仍然使用方差分析方法分析數據。對表1中6個品質指標數據的單因素方差分析（取α＝0.05）[5]結果見表3。

從檢驗概率（P）可以看出，馬克隆值、Rd和上半部平均長度這3個指標的P值均大于給定的顯著性水平α＝0.05，因此接受原假設H0：μ1＝μ2＝μ3，認為在馬克隆值、Rd和上半部平均長度3個指標的檢測數據上，這3臺測試儀之間沒有顯著性差異，說明國產棉纖維測試儀XJ128PRO對以上3個指標的測試結果跟進口儀器測試數據十分接近。

另外，從＋b、長度整齊度指數以及斷裂比強度的檢驗結果來看，它們的P值均小于0.05，因此只能拒絕原假設H1：μ1、μ2、μ3，接受備擇假設，認為這3臺測試儀在＋b、長度整齊度指數以及斷裂比強度的檢測結果上存在統計學差異。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個指標數據進行多重比較（α＝0.05），結果見表4。

從表4結果可以看出：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；從長度整齊度指數來看，128號儀器與2臺進口儀器均沒有顯著性差異，但2臺進口儀器此指標數據差異顯著；對于斷裂比強度，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臺進口儀器之間也沒有顯著性差異。

2.3 非參數檢驗與成對比較

第2種情況：Rd、＋b數據沒有通過正態(tài)性檢驗，因此使用非參數檢驗方法——Kruskal-Wallis秩和檢驗（α＝0.05）對這2組樣本數據進行對比分析和成對比較，結果見表5、表6。

結果（表5）顯示：對于Rd數據，給出了接受原假設的結論，認為3臺測試儀器差異不顯著；而對于＋b的結論為拒絕原假設，認為3臺儀器存在顯著差異。再由成對比較結果（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臺進口儀器之間差異也顯著。可以看出，Kruskal-Wallis秩和檢驗與單因素方差分析和多重比較的結果相比較，得到的結論相同。因此，對非正態(tài)數據使用參數檢驗方法和非參數檢驗方法分析，得到了相同的統計結果，進一步說明了結論的可靠性。

3 結論與建議

運用單因素方差分析的方法分析發(fā)現，國產快速棉纖維性能測試儀（XJ128PRO）與2臺進口大容量棉花測試儀（HVI1000）在一些指標檢測結果上存在統計學差異。在馬克隆值、Rd和上半部平均長度上，XJ128PRO的檢驗結果已經達到了進口儀器的檢驗水平，具有較強的可靠性。從＋b檢驗結果來看，不僅XJ128PRO與43號進口儀器存在顯著差異，而且2臺進口儀器之間也具有統計學差異，因此XJ128PRO的＋b檢測結果與進口儀器出現差異似乎也可以接受。從長度整齊度指數的結果來看，XJ128PRO與2臺進口儀器均無顯著差異，而2臺進口儀器存在較大差異，XJ128PRO的檢測結果處于2臺進口儀器之間。從斷裂比強度來看，XJ128PRO與43號進口儀器存在顯著差異，而與44號進口儀器沒有顯著差異，2臺進口儀器之間也沒有顯著差異，且XJ128PRO與2臺進口儀器相比較，其平均值偏高。從出現顯著差異的3個指標數據來看，XJ128PRO的測試數據比較接近于44號進口儀器，而與43號進口儀器的差異較大，至于為什么會有這樣的結果，還需進一步的研究。此外，本研究也存在一些不足，比如存在不滿足正態(tài)性的樣本數據、樣本量不大、難以保證3臺儀器的運行狀態(tài)完全相同等，這些問題都是后期試驗中可以考慮的優(yōu)化方向。

建議國內儀器廠商對快速棉纖維性能測試儀的＋b、長度整齊度指數、斷裂比強度等指標，尤其是斷裂比強度的測試性能進一步優(yōu)化，以消除進口儀器與國產儀器之間的統計學差異，推進棉纖維測試儀的國產化進程。

參考文獻：

[1] 吳文寧. 大容量棉花纖維測試儀HVI應用的探討[J]. 江蘇紡織，2010（5）：59-60.

[2] 于忠蕭. 配對t檢驗在評估棉纖維測試儀中的應用[J]. 中國纖檢，2022（8）：81-85.

[3] 中國纖維檢驗局. HVI棉纖維物理性能試驗方法：GB/T 20392－2006[S]. 北京：中國標準出版社，2006

[4] 薛毅. 統計建模與R軟件[M]. 北京：清華大學出版社，2007.

[5] 張文彤，董偉. SPSS統計分析高級教程[M]. 北京：高等教育出版社，2013.

（責任編輯：楊子山 責任校對：付毓）