可用于估计不确定度的5个重复性测试伟德之道

估计不确定度的测量重现性伟德之道

简介

重复性检验是测量不确定度估计的一个重要组成部分。伟德之道它是a型不确定性成分伟德之道包括在每个不确定性预算中伟德之道

然而,许多实验室忽视了可重复性的测试,并将其纳入他们的分析。

当与客户和朋友交谈时,我得到了许多他们为什么不测试可重复性的理由和借口;

•“我们没时间了。”
•“我们不知道怎么做。”
•“我们是一个单人实验室。”
•“我们只有一个衡量标准。”

我今天在这里是要告诉你们,即使只有一个人的实验室,也可以测试可重复性。

在本指南中,您将了解执行自己的可重复性测试所需的所有知识,以及更多内容。

如果您在计算测量中的不确定度,您需要知道测量结伟德之道果的可重复性。

这不仅对质量控制很重要。你可以从测试可重复性中学到很多东西,这是值得努力的。


背景

关于将a型不确定度纳入测量不确定度的估计中,有很多讨论和意见。伟德之道

大多数实验室将可重复性测试数据纳入不确定性预算。伟德之道然而,许多人忽视了可重复性测试数据。

为什么?

我不确定,但我想弄清楚。

最近,我参加了A2LA年会计量咨询委员会;而且,当我听到有人问为什么不确定性分析应该考虑“再现性”时,我感到很震惊。伟德之道

在发表声明后,此人继续告诉大家,这是没有必要和可行的,因为实验室只有一个工作站和一名技术人员。

说实话,我很震惊!

做出这一声明的人是来自一家声誉良好的公司的聪明人,我很困惑为什么这个人不能概念化再现性测试的基本原理。

不幸的是,这样的人并不孤单。许多人质疑使用再现性测试来估计不确定性。伟德之道在过去的几年里,我有许多读者、领导和客户也对重复性测试有疑问。

有了这些信息,我只能假设;

1.他们不懂重复性测试,
2.他们没有尝试过重复性测试,并且(或)
3.他们还没有研究可重复性测试

因此,我决定写一个指南,将教你你需要知道的关于收集a型不确定性数据的重复性测试的一切。伟德之道

此外,我将向您展示5种方法,您可以测试测量重复性,以计算测量中的不确定度,即使您是一个只有一个工作台的单人实验室。伟德之道

因此,如果你对收集A型不确定性数据感兴趣,请继续阅读,因为我将涵盖以下七个主题;伟德之道

1.再现性是什么
2.为什么再现性很重要
3.再现性测试要求
4.重复性试验的类型
5.如何进行可重复性测试
6.如何分析重复性测试结果
7.如何评价重复性试验结果


再现性是什么

根据国际计量词汇(VIM),再现性是“测量的再现性条件下的测量精度”。

再现性的定义

在阅读定义时,我相信您注意到了术语“测量精度”和“测量的再现性条件”。

你不讨厌术语用自己的词来定义吗?我也是。这是令人沮丧的。

因此,让我们试着简化定义,这样你就不需要博士学位来理解这个概念。

首先,让我们定义测量精度。VIM将其定义为“指征之间的一致程度”。

从本质上说,这是从一组重复测量中计算出来的扩散或标准偏差,很可能是从重复性测试中计算出来的。

测量精度的定义

接下来,让我们定义测量的再现性条件。VIM将其定义为“测量条件,来自一组条件,这些条件包括不同的位置、操作人员、测量系统,以及相同或类似对象上的重复测量。”

因此,测量的再现性条件是另一种测量条件已被改变的重复性试验。

测量定义的再现性条件

既然我们已经分解了可重复性的定义,它可以被解释为测量条件改变后的多次重复性试验结果的标准差

目标是确定一个重复性测试的结果与另一个重复性测试的一致程度,以确定在不同条件下执行的结果的可重复性。

从根本上说,您需要在每次更改一个变量后重新创建度量结果,并评估它对结果的影响。

希望你现在对再现性这个术语有了更好的理解。

在下一节中,您将了解为什么估计测量中的不确定度很重要。伟德之道


为什么再现性很重要

可重复性很重要,因为它表明你的实验室有能力在各种条件下复制测量结果。

此外,可重复性测试为您提供了对可能影响测量结果和估计不确定度的不同因素进行实验的能力。伟德之道

当您知道哪些因素会显著影响您的测量结果时,您就可以采取措施来控制您的测量过程并减少测量中的不确定度。伟德之道

例如,如果你的实验室要对每个技术人员进行重复性测试,其中一个操作人员的测量结果与抽样组有显著差异,你可以调查原因并采取适当的行动(例如,为他们提供培训以提高他们的技能)。

在另一个例子中,假设您的实验室正在使用可重复性测试评估各种测试或校准方法。如果一种方法产生的结果与其他方法显著不同,您可以采取措施修改该方法或取消其在测试和校准中的使用。

如您所见,可重复性测试是质量控制和优化实验室流程的有力工具。这就是为什么它很重要。

但是,只有当您实际分析数据并使用它来改进您的度量过程时,它才有好处。所以,除了估计不确定度,重复性测试可以用于;伟德之道

•监督工作质量,
•验证方法、程序、培训等
•发现测量系统的问题,和
•增加对测量结果的信心。

如果您的目标是提供质量更好、不确定性更小的测量结果,那么开始执行可重复性测试,并使用结果改进您的过程。伟德之道


重复性试验的要求

目前,ISO/IEC 17025或任何其他规范文件都不要求重复性测试;除非你是通过A2LA认证.然而,有强烈的建议使用可重复性测试。

在本节中,了解如何在各种策略和需求文档中引用可重复性。

ISO/IEC 17025国际标准

ISO/ iec17025标准第5.4.5.3节,可再现性被列为可能从验证方法中获得的值。

此外,在第5.4.5.3节的注释3中,可重复性被列为一个例子或组成部分,其中值的不确定度可以被列出。伟德之道

可重复性iso 17025要求

ILAC好政策

ILAC P14政策第5.4条建议在你们对CMC不确定度的估计中应包括再现性。伟德之道

“应将重复性对不确定度的合理贡献包括在内,如有的话,应将重复性对不确定度的贡献列伟德之道入CMC的不确定部分。”

重复性ILAC P14要求

JCGM 100:2008测量不确定度估计指南伟德之道

在附录B第2.16节测量不确定度估计指南(GUM)伟德之道,对再现性进行了定义,并提供了可为再现性测试更改的条件或变量列表。

重现性JCGM 100gum要求

Astm e177 & Astm e456

ASTM E177标准的表1,精度和偏差术语使用惯例,可重复性被列为精度的一个条件。此外,下表提供了可以更改的条件或变量列表,以确定可重复性。

重现性astm e177要求

正如你所看到的,估计不确定度并不严格要求再现性;伟德之道但是,它肯定被认为是一个重要的贡献者,建议在你的不确定性预算中考虑。伟德之道

A2LA R205

北美只有一个认证机构A2LA将可重复性作为CMC不确定度声明估计的一项要求。伟德之道

A2LA R205第6.7.1条具体要求:校准实验室认可计划中,重复性被列为每一次CMC不确定度计算中应考虑的关键组成部分。伟德之道

再现性a2la r205要求

在我看来,可重复性是测量不确定度的一个重要因素,应该包括在不确定度预算中。伟德之道

它是a型不确定性的组成部分,和伟德之道可重复性一样重要。

此外,这是一个你可以很容易地在实验室进行的测试。收集和分析数据只需要额外花费几分钟的时间。


重复性试验的类型

说到重复性测试,你可以测试很多不同的条件。然而,大多数计量学家(我与之交谈过或调查过的)只比较操作人员(即一个技术人员的结果与另一个技术人员的结果比较)。

虽然我同意比较运算符很重要,但是还有很多附加条件可以测试。为什么只测试一个条件?

除非你亲自测试,否则你永远无法确定一个条件比另一个条件更重要。

在本节中,您将了解可以在实验室中进行的五种可重复性测试,以收集A型不确定度数据。伟德之道然后,您应该有足够的信息来帮助您决定在您的实验室中进行测试的最佳条件。

我们将在本指南中介绍的五个条件是:

1.算子与算子
2.设备与设备
3.环境与环境
4.方法与方法
5.一天和一天

算子与算子

收集A型不确定度数据最常见的重复性测试是通过算子寻找测量结果的方差。伟德之道

通过比较两个或更多的技术人员、工程师等,您可以了解到测量过程中的许多不一致之处。

您所需要做的就是让两名技术人员独立执行相同的测量过程。

首先,让技术人员A执行一个简单的重复性测试并记录他们的结果。

有了这些信息,计算平均值和标准差。

接下来,让技术人员B执行相同的重复性测试并记录结果。

同样,计算平均值和标准差。

现在,计算技术人员A和技术人员B的平均值的标准差。

结果将是操作员对操作员的可重复性。

如果计算结果大于您所希望的或大于您所期望的,请考虑对技术人员进行培训并重复实验。

继续这个过程,直到你得到一个满意的结果。

要执行操作符vs操作符再现性测试,请使用以下说明;

1.用操作员a进行重复性测试。
2.记录你的结果,
3.计算均值,标准差和自由度,
4.用操作员B进行重复性测试,
5.记录你的结果,
6.计算均值,标准差和自由度,
7.计算步骤3和步骤6中记录的两个均值的标准差。

一天和一天

另一种测试测量过程重复性的常用方法是测试每天测量结果的方差。

对于只有一个技术人员、一个工作台或两者都有的实验室,这种方法非常适合收集A型不确定度数伟德之道据。

您唯一需要更改的是执行测试的日期或时间。

例如,你可以比较;

•上午vs下午,
•周一vs周二,或者
•周一vs周五。

您可以比较任何您想要的场景,只要唯一变化的变量是一天或一天中的某个时间。

首先,让技术人员在第一天进行重复性测试。

根据他们的结果,计算平均值和标准差。

接下来,让技术人员在第二天进行完全相同的重复性测试。

同样,计算他们的结果的平均值和标准差。

现在,计算从第1天和第2天计算的平均值的标准差。结果就是你每天的重复性。

要执行逐日重复性测试,请使用以下说明;

1.a天进行重复性测试。
2.记录你的结果,
3.计算均值,标准差和自由度,
4.在第二天进行重复性测试,
5.记录你的结果,
6.计算均值,标准差和自由度,
7.计算步骤3和步骤6中记录的两个均值的标准差。

方法与方法

重现性测试方法不是a型不确定度的常用测试方法。伟德之道然而,如果您正在寻求减少测量不确定度,这是一个非常有益的重复性测试。伟德之道

您所选择的方法可以显著影响您的测量不确定度,因此,方法vs方法再现性可以用来确定两种测量方法之间的方差。伟德之道

从结果中,您可以确定哪个测量过程在测量结果中产生的不确定度更小。伟德之道

若要进行方法与方法重复性试验,请使用以下说明;

1.使用方法a执行重复性测试。
2.记录你的结果,
3.计算均值,标准差和自由度,
4.使用方法B进行重复性测试,
5.记录你的结果,
6.计算均值,标准差和自由度,
7.计算步骤3和步骤6中记录的两个均值的标准差。

设备与设备

如果你在一个中型或大型的实验室工作,你可能有多个工作台和重复的测量设备。

因此,由于使用不同的工作台或测量设备,您的测量结果很可能存在差异。看看选择不同的设备会如何影响您的测量结果,不是很有趣吗?

如果你回答“是”,我建议你在你的实验室里尝试这种重复性测试。你可能会对结果感到惊讶。

每一种测量仪器或设备都会有不同的表现,即使它们可能有相同的制造和型号。

即使你的设备是在同一天,在同一条生产线上生产的,它的性能也会略有不同。

这就是为什么对A型不确定度数据考虑设备vs设备重现性测试是很重要的。伟德之道您的测量结果将受到所选设备的影响的概率或可能性是相当高的!

它很好地替代了运算符对运算符再现性测试。

要执行设备vs设备再现性测试,请使用以下说明;

1.使用设备a进行重复性测试。
2.记录你的结果,
3.计算均值,标准差和自由度,
4.使用设备B进行重复性测试,
5.记录你的结果,
6.计算均值,标准差和自由度,
7.计算步骤3和步骤6中记录的两个均值的标准差。

环境与环境

如今,在实验室之外进行工作越来越普遍。如果您的化验室在现场或客户现场进行校准或测试,您的测量结果极有可能受到执行测试和校准的环境的影响。

因此,执行环境vs环境再现性测试可能是一个好主意。

要执行环境vs环境再现性测试,只需使用以下说明;

1.在环境a中进行重复性测试。
2.记录你的结果,
3.计算均值,标准差和自由度,
4.在环境B中执行重复性测试,
5.记录你的结果,
6.计算均值,标准差和自由度,
7.计算步骤3和步骤6中记录的两个均值的标准差。


现在,环境与环境重现性测试并不局限于实验室与现场。

一些实验室有不同的房间,每个房间都有自己独特的环境,即使他们正在进行类似的测试和校准。

在这些组织中,测试两种环境条件之间测量结果的差异可能是一个好主意。

例如,我有活塞压力表需要校准。虽然我将它们发送给相同的制造商进行校准,但活塞压力表可能在不同的环境中进行校准。

在过去,我收到的校准报告列出了不同的环境条件。一个活塞压力表将校准在20°C,另一个校准在23°C。

它简直要把我逼疯了,因为它给我增加了额外的工作,要根据我的实验室环境更正结果,或者比较以前的校准结果。

在另一个例子中,想象一下在你的实验室用20°C校准仪器,而在客户现场用28°C校准仪器。这会影响您的测量结果吗?

也许?然而,除非你自己测试过,有数据支持你的说法,否则你永远不会知道。


如何进行可重复性测试

进行重复性测试是非常简单和直接的。不过,概述一下这个过程也无妨。

在本节中,您将逐步学习如何执行重复性测试。您所需要做的就是遵循下面的说明。

1.建立一个目标
2.确定要测试或测量的内容
3.选择要更改的变量或条件
4.使用变量a执行测试
5.使用变量B执行测试
6.分析结果

1.建立一个目标

当决定进行重复性试验时,建立一个目标是很重要的。

问问你自己,“为什么我要进行重复性测试?”

人们进行重复性测试的一些常见原因是;

•收集A类不确定度数据,伟德之道
验证新的校准或测试方法,
•评估实验室结果的质量和一致性,
•调查导致测量不确定度或误差的因素。伟德之道

有很多原因可能会导致你进行重复性试验。然而,你需要确定目的或目标。

没有确定目标,你可能会设计错误的实验。这可能会导致你收集到错误的数据,迫使你重复实验。

所以,首先要确定自己的目标。

2.确定你要测量的东西

既然您知道了执行再现性测试的原因,现在是确定将要测量的内容的时候了。

例如,可能测量直流电压在你的实验室是一个关键的功能。因此,您需要进行可重复性测试,以验证您的测量结果是可重复的。

选择您希望测试的测量功能和参数。然后,定义您将如何执行度量。

要完成这一步,您需要选择;

•何时执行测试(时间),
•您将在哪里执行测试(环境),
•您将如何执行测试(方法),
•您将使用什么进行测试(设备),
•您将执行测试的人员(操作员)。

3.选择要更改的变量或条件

现在你已经建立了重复性测试的参数,是时候选择你想在实验中改变什么条件了。

如果你有多个有资格进行测试或校准的人员,考虑选择操作人员作为你的条件。

这是再现性测试中选择的最常见变量。它将为您提供查看由不同的人执行测试和校准时测量结果的可重复性的能力。

如果您在实验室和现场进行测试和校准,请考虑更改重复性测试的环境。

因此,一个实验在实验室进行,另一个在实地进行。

它还会让你看到你的测量结果在实验室之外的可重复性。

如果你们的人员可以选择不同的方法来进行测试或校准,请考虑更改重复性测试的方法。

它会告诉你选择一种方法和另一种方法的差异有多大。

如果您有重复的标准或多个工作台来执行类似的测试或校准,请考虑选择设备作为您的变量。

这种重复性测试将为您提供在选择一种测试设备与另一种测试设备时,确定测量结果是否可重复的能力。

如果测试其他变量的选项不多,请尝试选择时间作为变量。特别是,如果你是一个只有一个操作员和一个工作台的实验室。

这很容易通过执行日复一日的重复性测试来完成。它将允许您看到在一段时间内您的测量结果中有多少差异。

4.在条件a下执行重复性测试

类似于A/B测试,您将执行再现性测试来评估条件A与条件B的结果。

只需执行条件a的重复性测试,在短时间内收集20个或更多的重复样本,并记录结果。

在执行测试之后,计算样本数据集的平均值(即平均值)、标准差和自由度。

我发现在微软Excel电子表格中记录我的结果很容易。一旦数据进入电子表格,我就可以轻松地分析数据并将其存储在我的电脑上。

之后,我可以使用电子表格收集更多的数据,并将结果与之前的实验进行比较。

此外,如果您计划开发和使用控制图,这是一个很好的实践,可以添加到您的流程中。

5.在条件B下执行重复性测试

在完成条件A的实验后,进行新的重复性测试。然而,这一次将您的条件更改为选项B。

就是这样。

这真的很简单。除了条件之外,您不希望改变实验中测量过程的任何其他内容。

记住,目标是查看每个条件如何影响度量结果。

在条件B下,执行一个新的重复性测试,在短时间内收集20个或更多的重复样本,并记录结果。

然后,计算样本数据集的平均值(即平均值)、标准差和自由度。

然后,进入下一步,分析结果并确定测试变量引入的不确定度。伟德之道

6.分析结果以计算可重复性

使用从再现性测试中收集的数据,可以对结果进行分析,以计算重现性引起的不确定度。伟德之道

首先,计算条件A测试的平均值(即平均)结果。

接下来,计算条件B测试的平均值(即平均值)结果。

如果你在你的实验中测试了两个以上的条件,在你的分析中包括额外的平均值(即平均值)测量结果。

现在,计算前面步骤中两个或多个平均值的标准差。这将是再现性不确定性的值。伟德之道

重述过程;

1.计算条件A下结果的平均值或平均值,
2.计算条件B下结果的平均值或平均值,
3.计算A和B结果的标准差。

虽然这看起来工作量很大,但实际上并不是这样。事实上,这通常是一个简单的执行过程,不需要很多时间。

当我在实验室进行重复性和再现性测试时,我通常会抽出30分钟(工作日的开始或结束)来进行这些实验。

大多数情况下,包括数据分析在内的整个过程通常不超过15分钟。

所以要成功地将这个过程融入你的实验室,做以下几点;

1.确定哪些需要测试,
2.决定测试的频率,
3.设定一个时间表,
4.实现,
5.重复

一旦您承诺将此任务添加到您的日历中,并坚持一个例行程序,完成可重复性和可再现性测试就会变得容易得多。在你知道它之前,你将获得大量的a型不确定性数据。伟德之道


如何分析测试结果

尽管我们在前一节简要介绍了分析测试结果。让我们进一步详细说明这个过程,并添加一些图像来帮助您学习如何分析数据。

首先,你会想要记录你的结果,并把它们输入电子表格程序。我更喜欢用微软Excel或谷歌Sheets。

这比使用统计软件如SPSS, Minitab, JMP等更容易和更快。

1.计算条件A下结果的平均值或平均值

在将所有测试结果输入Microsoft Excel之后,您将希望开始分析条件A的测试结果。

使用Excel中的“Average”函数,计算平均值或平均值。简单地说,在空单元格中输入以下等式并按回车键;

=平均(Cell1:细胞#)

如果操作正确,它应该是这样的;

再现性条件一

2.计算条件B下结果的平均值或平均值

现在您已经计算了条件A的结果的平均值,对于条件B和您可能测试过的任何附加条件(例如C、D、E等)重复该过程。

同样,使用Excel中的“Average”函数,计算平均值或平均值。简单地说,在空单元格中输入以下等式并按回车键;

=平均(Cell1:细胞#)

如果操作正确,它应该是这样的;

再现性条件B

3.计算A和B结果的标准差。

最后,您需要计算为每个条件计算的平均值的标准差。结果将为你的a型不确定度提供一个可重复性的值。伟德之道

使用Excel中的“STDEV”函数,计算您为每个条件计算的平均值的标准差。简单地说,在空单元格中输入以下等式并按回车键;

=方差(Cell1:细胞#)

如果操作正确,它应该是这样的;

计算测量的重现性

如您所见,计算再现性并不困难。这只是您需要遵循的一个过程,以充分分析您的测试结果。最棒的是你可以在几分钟内完成这项任务。

所以,没有借口。在测量不确定度的估计中加入可重复性。伟德之道


如何评估测试结果

可重复性测试数据可用于不确定度分析以外的许多领域。伟德之道它可以向您展示如何改进度量过程的质量。

你只需要评估测试结果来发现问题和机会。

不要让这个过程过于复杂,你应该评估你的结果;

1.错误的数据,
2.平均值(即平均值)和(或)的显著差异
3.标准偏差的显著差异

通过对这三种情况的测试结果进行评估,您可以快速采取措施改进度量过程。

错误的数据

在测试结果中搜索错误是非常直接的。然而,很多人并不这么做。

如果您只留出5到10分钟的时间来检查数据中的错误,您就可以避免以后出现的问题。

然而,你必须小心。有时错误很容易发现。其他时候则不然。你必须使用客观的证据和你的判断来发现数据中的错误。

如果你不确定,有时最好是重复一个实验来验证。

平均值或平均值的显著差异

如果您在评估数据时注意到报告的平均值或平均值有显著差异,您可能需要进行调查。

评估再现性平均

大多数情况下,平均值相差较大可能表明存在问题;

•操作人员可能缺乏执行测量过程的技能,
•某一方法可能不适合所进行的测试,
•测量设备可能不能正常工作,
•环境条件可能不稳定,或者
•测试位置可能会引入额外的错误。

然而,结果的差异可能表明改进度量过程的潜在机会。例如;

•一个操作员可能比他的同事更熟练,
•一种方法可以使测量不确定度最小化,伟德之道
•测量设备可能更精确,
•环境条件可能更适合所进行的测试,
•一个地点可能对所进行的测试更有利。

确保从多个角度看结果。既要乐观又要悲观。

在你评估结果并进行调查之前,你不知道到底发生了什么或为什么会发生。

即使很难,也不要认为所有的显著差异都是不好的。你可能会错过提升的机会。

标准偏差的显著差异

如果您在评估数据时注意到报告的标准差有显著差异,您可能需要进行调查。

评估再现性标准差

很多时候,很容易假定存在问题或这是一个随机错误。然而,你真的应该花时间进一步评估你的结果,以发现它发生的原因。

当你看到更大的标准差时,可能有问题。例如;

•操作人员可能缺乏执行测量过程的技能,
•某一方法可能不适合所进行的测试,
•测量设备可能不能正常工作,
•环境条件可能不稳定,或者
•测试位置可能会引入额外的错误。

另一方面,较小的标准偏差可能表明有改进的机会。例如;

•一个操作员可能比他的同事更熟练,
•一种方法可以最小化更多的不确定性来源,伟德之道
•测量设备可能更精确,
•环境条件可能更适合所进行的测试,
•一个更适合进行测试的地点。

同样,在你评估结果并进行调查之前,你不会知道到底发生了什么或为什么会发生。

大多数情况下,您会发现显著的差异表明存在问题。然而,每隔一段时间,您就会发现改进度量过程的机会。

无论哪种情况,这都是一个改进的机会。因此,采取行动来改进您的测量过程和测量结果的可重复性。

您所需要做的就是投入精力和时间来评估您的测试结果。


结论

可重复性测试是一个重要的组成部分,应该添加到您的不确定性预算中。伟德之道它是a型不确定源,通常伴随着可伟德之道重复性数据,并显示您在再现测量结果方面有多好。

这就是为什么它应该被包含在几乎所有的不确定性预算中。伟德之道

在本指南中,您应该已经了解了所有关于重现性测试的知识,包括即使您的实验室资源有限(如人员、设备等),也可以通过五种方法进行重现性实验。

最重要的是,你应该学会;

•什么是再现性,
•为什么它很重要,以及
•如何计算

现在,我想让你试一试。

在实验室进行重复性测试。然后,发表评论,告诉我你做了什么类型的实验和为什么。

这只是一个挤出时间和做工作的问题。所以,一定要进行你自己的重复性测试,并在下面留言告诉我你进行的实验类型和原因。

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关于作者

理查德·霍根

理查德•霍根(Richard Hogan)是总部位于美国的咨询和数据分析公司ISO budget, l.l.c.的首席执行官。伟德国际注册送25服务包括测量咨询、数据分析、不确定度预算和控制图。伟德之道Richard是一名系统工程师,在计量行业拥有实验室管理和质量控制经验。他擅长不确定性分析、工业统计和过程优伟德之道化。理查德拥有弗吉尼亚州诺福克市老道明大学工程学硕士学位。请与理查德联系LinkedIn

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