陈宁劼 严孙钦 任霖光

(中国检验认证集团福建有限公司 福建福州 350001)

1 前言

木片作为造纸和人造板主要原料，随着国内经济的发展，亦同如铁矿石等其他大宗商品一样供不应求。为了避免进出口贸易双方的品质纠纷，研究木片规格和水分的特性分布，制定贸易双方认可的取样规则显得尤为重要。本研究在系统等量间隔取样历史数据的基础上研究木片品质分布规律，从而为研究进出口木片取样标准中概率抽样方案的可操作性提供依据。

2 取样统计学概述

2.1 抽样方案简介

国际上木片的取样方案主要有系统抽样方案，以及美国纸浆与造纸工业技术协会TAPPI T257标准提出的经验抽样方案和概率抽样方案［1］3种。

系统抽样方案是一种国内外常见的传统取样方案。它是将总体中的抽样单元，按某种次序排列，在规定的范围内随机抽取一个或一组初始单元，然后按一套规则确定其它样本单元的取样方案［2］。系统抽样也常被认为是代表性抽样，因为“每个单元的抽取应是等概率的”［3］。

概率抽样方案一般需要估计检验批标准差，在平均质量和真实值之间确定最大允差。统计学家奈曼认为应用随机抽样比代表性抽样更加便于操作。由概率抽样得到的样本通常可以获得总体目标量的无偏估计，而且估计量的方差也可从样本进行估计［4］。奈曼的这个结论从根本上保证了概率抽样样本对总体的代表性问题。冯士雍认为合理设定辅助变量，可以使概率抽样在对总体目标量进行估计时，估计量是无偏或近似无偏的，同时方差又足够小，得出的“好”样本可以比系统抽样更客观，从而替代它［3］。在TAPPI T257中规定了两种概率抽样方式，第一种是假设货物为均匀批，预估批的标准差和允差，求得份样数。第二种假设货物为不均匀批，在预估精度条件下控制最低选取和测试的成本，从而确定份样数和批数，最后转换为系统抽样，按计算的份样数和批数等间隔取样。

经验取样方案需要接受检验批之间和检验批之内差异相对不重要或缺乏差异的显著假设［1］，即等间隔标识检验批，预估需要抽取的批数，再使用随机数表抽取检验批的样品。它是系统抽样方案的简化，并极大节约了检验人力和物力。但使用的前提应该建立在工厂内部质量控制水平稳定或在装卸现场抽样全过程目视检验感性认识与就近历史批质量波动水平理性认识相结合的基础上。

2.2 历史统计分析结果

2.2.1 验证木片主要指标正态性的意义

建立木片取样标准的终极目标是能同时满足取制样经济性、误判风险和精度的要求。可行的一种方式是对系统抽样方案，经验抽样方案，以及概率抽样方案进行两两比较，以系统抽样方案为参比方法，用t检验双侧5%水平评定偏差［2］。在保证精度符合要求的基础上，以期通过比较分析，寻找出更为经济高效的取样方案。而t检验的前提是货物总体服从正态分布。

其次，允差是基于标准差基础上设定的，是对期望均值上限下限的设定。如果总体服从或近似服从正态分布，则可以直接设定一个限值作为上下限，而不必考虑由于指标的偏态性或其他分布引起的调整。因此为了探索允差设定的范围，便于在实际工作中排除或复查超出允差的异常数据，必须验证总体的正态性。

2.2.2 统计量参数

验证统计量符合正态分布有关的参数主要有Kolmogorov－Smirnov Z检验的P值(正态双侧近似概率)、偏度和峰度。Kolmogorov－Smirnov Z指的是观测累计分布是否是已知的分布。其中双侧检验的P值概率＞0.05表明与假设的分布差异不显著，该分布假设成立。峰度表征概率密度分布曲线在平均值处峰值高低的特征数。标准正态分布的峰度规定为3，SPSS软件将正态分布做了减3处理，即为0。大于0表示比正态分布陡峭，小于0表示比正态分布平坦。偏度大于0表示分布正偏性即右偏态，小于0表示分布负偏性即左偏态。变异系数指的是标准差与平均数的比值。各检验项目均值为以重量百分比表示的所有批的重量加权平均值。

2.3 取样方案及其统计数据

本研究随机选取福州口岸2010年2月－2011年10月卸货的木片的含水率数据和不合格材料检验数据，木片取样方案为系统抽样方案，使用SPSS13软件进行统计分析。

对于散货船木片，在卸船转运过程中，每200吨等量间隔连续抽取至少5.0kg湿重的木片作为一批样品。样本批数为货物总重量除以间隔抽取的200t。

集装箱卸货采用吊机倾倒集装箱卸货，对货物堆等距离间隔取样方式。每个集装箱装载货物湿重可近似看成相等，即将每个集装箱货物堆作为1个批次进行取样。在集装箱倒出的货物堆中，每个集装箱货物堆按一定间隔，随机确定12个取样点，每个取样点取样约400g，合计每个集装箱批次的样品量约 4.8kg。

对样本批进行规格和水分实验，统计数据如表1－表6所示。

表1 含水率统计数据

表2 树皮统计数据

表3 朽木统计数据

表4 过大片(40mm或45mm)统计数据

表5 规格合格片统计数据

表6 过小片统计数据

3 数据分析

(1)由表1－表6可知，规格合格片和含水率的变异系数最小。朽木(表3)的偏度或峰度大于1，正态双侧近似概率小于0.05，拒绝正态分布假设，而朽木频率分布图形为直线，即近似服从均匀分布，且变异系数最大。

(2)从表1－表6综合分析可知，含水率正态双侧近似概率都大于＞0.05，且偏度和峰度都接近于0，说明含水率完全服从正态分布。而树皮、规格合格片、过大片和过小片正态双侧近似概率都大于＞0.05，但是由于不同木片生产厂家的设备的加工水平和质量控制水平的不同，个别检验项目的个别批次偏度和峰度绝对值明显大于1，但频率分布图形仍旧近似服从正态分布的规律。如果偏度和峰度绝对值都大于1或其中一项明显大于1，那么正态双侧近似概率小于0.7，即越远离正态分布，如果偏度和峰度绝对值越接近0，那么正态双侧近似概率越接近1，即越接近正态分布。

(3)如表1所示，木片含水率越小，越接近平衡含水率，那么变异系数越小，越接近正态分布。那是因为新切割的木片含水率一般较高，一般在45%－53%之间。随着堆存时间的延长，假设1个月内木片堆场未有降水，木片堆表层和里层的木片受日照程度不一，与外层空气接触程度不一，因此水分挥发速度也是不一致的，这就造成了不同层次木片含水率高低极差很大的情况。而长时间堆放堆场的木片，可以近似等于内外层木片与外界空气接触足够长时间，水分下降到20%左右接近平衡含水率的水平，因此基本可以排除自身不同部位含水率的较大差异以及外界水汽对木片含水率的干扰。

(4)强降雨对水分总体的正态性造成影响。卸货过程中的强降雨，对木片含水率概率分布的正态性影响很大。以表1第一列2010年2月散货船卸货样品数据为例，均值54%，由于降雨在最后6个等间隔的小批卸货过程中出现间歇性强降雨，造成含水率突然增加到62%，对标准差和偏度造成明显的影响。

4 结论

(1)等间隔或近似等间隔随机抽样。概率抽样方案以及经验抽样方案的实质均为等间隔或近似等间隔随机抽样。

传统的系统抽样方案或是固定取样间隔数或是按不同的品质波动范围分别固定了取样的份样数;概率抽样方案摆脱了传统标准固定的框架，可根据生产厂的生产水平，外部环境因素(对水分或其他化学项目)的影响，检验时间和测试成本，综合制定取样方案;经验抽样方案源于等间隔标识批的系统抽样理论，并在同一木片生产厂的历史批质量数据的统计基础上，形成关于生产厂质量水平和不同气候条件下取样的经验，做出对现有到货批加严或放宽抽样的方案。

因此经验抽样方案和概率抽样方案的建立基础均为系统抽样方案，而两者的区别在于风险控制的水平不同:对于已知方差，生产稳定的木片批，在气候条件稳定条件下的装卸货取样属于低风险检验，可考虑采用经验抽样或均匀批的概率抽样方案，而对于未知方差，未知质量水平变异系数的批，可采用系统抽样方案和不均匀批概率抽样方案。

(2)含水率允差设定。根据表1含水率统计数据和上述分析，平均含水率在28%以下，允差可为2倍标准差即±1.8%，即水分样有95%的概率在±1.8%之内;平均含水率在28%以上，允差可为±4%，即水分样有95%的概率在±4%之内。

(3)标准差。如果采用概率抽样方案，概率抽样方案的份样数由标准差最大的测试项目决定。从表1－表6标准差数据分析而知，含水率或规格合格片是标准差最大的项目。

(4)恶劣气候。实施检验时遭遇强降雨气候，检验方应当通知码头关闭舱门，停止卸货，或终止取样，并将终止原因和可能引起的检验偏离告知贸易双方。

［1］ TAPPI T257 CM－2002 Sampling and preparing wood for analysis［S］.

［2］ GB/T 2007.4－2008散装矿产品取样、制样通则偏差、精密度校核试验方法［S］.

［3］ 冯士雍.关于样本对总体代表性问题的认识与讨论－兼论抽样调查中辅助变量的作用［J］.统计研究，2001，9:30－33.

［4］ J Neyman.On the Two Different Aspects of the Representative Method:The Method of Stratified Sampling and the Method of Purposive Selection［J］.Jour Roy Stat Soc，1934，97:558 －606.