ExcelVBA在化学分析质量控制中的应用

陈东

(浙江省三门核电有限公司，浙江台州 317112)

在检测实验室，质量控制图［1］的作用是区分检测过程中质量异常，发现检测过程中所出现的系统性变异，以便及时“报警”，使实验室采取纠正或预防措施，从而将过程恢复稳定。但是绘制质量控制图的步骤非常繁琐，需要进行大量的中间计算，用户还要对照判异准则或者记住判异准则才可以判断整个分析过程是否属于受控状态，整个过程效率很低。市售的SPSS，Minitab软件虽然功能强大但专业性太强，操作复杂且成本高。Excel是大众办公软件，投资成本低。笔者采用Excel VBA［2］编制了质量控制图(均值-标准差控制图［3］)自动生成程序，该方法操作简单、方便，质控图表直观形象，提高了测量结果评定的效率。

1 系统介绍

采用Excel VBA语言将该质量控制图系统设计为一个带有自动统计程序的Excel工作簿，系统包含两个数据录入窗口(数据录入窗口和原始数据录入窗口)，两个信息显示窗口(质控图信息显示窗口和历史数据显示窗口)，两个基础数据表格(G、T测试法原始数据表)，一个图表显示框(质控图显示窗口)以及3个操作按键(曲线绘制，判断，保存)，所有的数据处理程序通过Excel 2007中自带VBA开发功能分别设置在这3个按键中，当点击按键时就发触发相应的运行程序(按键均有操作提示)，判定系统主操作界面样式见图1。

依据质量控制图(均值-标准差控制图［3］)的制作步骤，整个质量控制图的应用包括4个步骤：(1)生成质量控制图；(2)判断仪器新测量结果是否满足质量控制要求；(3)保存测量结果及其相关信息；(4)以图表的形式显示出各质控点及控制线。

2 系统生成

设计质量控制图算法的关键包含3点：(1)排除原始数据中的异常数据；(2)判断中心数据的计算方法；(3)计算出生成质量控制图所需的上、下限，上、下警戒线以及中心线。

2.1 质量控制曲线的生成方法

(1)使用Grubbs检验法［4］判断原始数据中是否存在异常数据需要舍弃，检验方法按式(1)、式(2)进行，程序流程图见图2。

图1 判定系统主界面

式中：τn——该组数据中由最大值计算的t值；

xn——该组数据中的最大值；

Sx——该组数据的标准偏差。

x1——该组数据中由最小值计算的t值；

x1——该组数据中最小的值。

图2 Grubbs检验法算法流程图

(2)判定合格后需要将剩余的数据用t检验法［4］进行计算来判断质控图各关键参数的类型，t值按式(3)计算，程序流程图见图3。

式中：X——该组数据的平均值；

XSTD——理论值；

Sx——该组数据的标准偏差。

图3 t检验法算法流程图

将收集的原始数据输入到相应的数据框中，点击“绘制曲线”按键。如果符合上述判定条件则会按照计算公式自动计算出质量控制表各关键参数并且显示在质控图信息显示窗口中，否则会报出相应的错误。

2.2 质控结果判断

由于判定规则［5］较多，针对每一类判定规则，都需要编制了一个判定模块，具体判定规则以及算法如下。

(1)质控校验标准的结果屡屡超出警戒线，接近控制限，属于下述情况的均判断有异常：连续3点中至少有2点；连续7点中至少有3点；连续10点中至少有4点。判定流程见图4。

图4 超出警戒线而接近控制限异常情况的判定算法

(2)连续11点中至少有10点在中心线两侧的其中一侧；连续14点中至少有12点在中心线两侧的其中一侧；连续17点中至少有14点在中心线两侧的其中一侧；连续20点中至少有16点在中心线两侧的其中一侧，则判断有异常。判定流程见图5。

图5 中心线一侧点异常情况判定算法

(3)连续上升或下降的点大于等于7个时，则判断有异常，判定流程见图6。

(4)在中心线一侧连续出现的点大于等于7个时，则判断有异常，判定流程见图7。

(5)质控校验标准超出控制上、下限，则判断有异常，判定流程见图8。

图6 连续上升、下降异常情况判定算法流程图

图7 中心线一侧连续出现7个及以上点判定算法流程图

如果录入结果不符合要求，在点击“判断”钮后则系统会将所有不符合内容显示在提示框内，用户可根据提示信息了解质控不合格的原因。

图8 超过上、下控制限的异常情况判定算法流程图

2.3 数据储存

为了便于后续查阅历史数据，点击“保存”按键可将录入数据结果及与数据相关的各类信息储存在历史数据显示窗口中。为了防止使用人员保存时忘记填入与该质控点相关的信息，点击“保存”键后系统将判断各关键录入框是否已填写内容。

2.4 质量控制图的显示［6］

本系统的另一大特色在于实时显示质量控制图的样式，使用者在保存录入的数据后，无需进行其它操作，即可直观了解近期质控点的变化趋势。利用Excel强大的制图功能可以分别从质控图信息显示窗口和历史数据显示窗口选取数据，再利用格式美化功能，将各控制线颜色分别设置成醒目的黄或红色，线型设置成虚线。而质控数据可以设置为不连接的单点，并将结果显示在质控点的上方。

2.5 系统保护措施

系统保护［7］主要采取3项措施：

(1)为防止外来人员修改系统代码，在VBAProject工程中设置密码；

(2)在主界面中，对各项基本参数及保存数据设置密码防止外来人员修改；

(3)在关闭工作薄之前，将安全级别设置为高，不允许工作薄使用宏［8］，能够较有效地防止外来病毒对电脑系统造成破坏。下一次打开前，需重新设置安全级别，才能重新打开工作薄使用本系统。

3 结语

运用常用的办公软件Excel软件制作质量控制图，能够快速、准确地判断出测量结果是否满足要求，可大大提高实验室质量控制工作效率。本系统代码已通过安全测试，其功能满足设计要求，使用本系统的统计结果与人工统计的结果相符合。对于有内部数据管理系统的企业或者质控要求与上述要求不一致的企业，也可以参考上述算法编制自己的质控程序。

该系统的计算表格需要进一步完善，可以进一步开发出在判断出质量控制偏差后给出改善意见的功能。系统的界面设计不够专业化，程序代码也有待于进一步优化，以进一步提高系统的运行速度。

［1］孙金库，陈泽恩，廖志海，等.化学分析中的质量控制［J］. 化学分析计量，2009，18(2): 67-71.

［2］罗刚君.Excel VBA程序开发自学宝典［M］.北京：电子工业出版社，2011.

［3］刘崇华，董夫银.化学检测实验室质量控制技术［M］.北京：化学工业出版社，2013: 61-77.

［4］David S Hage，James D Carr. Analytical chemistry and quantitative analysis［M］. Upper saddle River NJ: Pearson Education，Inc，2011: 64-84.

［5］王兆军，邹长亮，李忠华.统计质量控制图理论与方法［M］.北京：科学出版社，1970.

［6］邱富容，徐志明，左天明，等. Excel软件在岩矿化学分析质量控制中的应用［J］.中国测试，2010，36(5): 91-93.

［7］侯金生，陈强.基于Excel VBA的化学分析不确定度评定系统［J］.化学分析计量，2013，22(1): 89-91，96.

［8］阿卜拉莱扎. Excel求生指南［M］.北京：人民邮电出版社，2007.