Kappa系数在卷烟外观检验一致性评价中的应用.pdf

实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 28 期Kappa 系数在卷烟外观检验一致性评价中的应用殷晓娟1，殷晓露2*，殷莉1，王琴1，马成佳1（1.四川中烟工业有限责任公司西昌卷烟厂，四川 西昌 615042；2.四川三联新材料有限公司，成都 610199）在卷烟成品质量的评价指标中，目测为检验中的重要手段。人眼目测检验精度有限且存在差异，检验员外观检验一致性评价亟需一种直观科学量化的数理评价指标及方法来评价检验员的准确性、稳定性和人员之间的一致性。目前，行业各级检验机构普遍采取的外观检验一致性评价评价手段为上级比对、内部培训、样品盲测等，缺少能够反映检验员外观检验之间一致性大小的量化指标。1960 年，Cohen 等人提出使用 Kappa 值1作为判断评价一致性程度指标，目前在医疗等行业得到广泛的应用，已经成为判断一致性2和信用度评价的一种常用统计学重要指标。Kappa 值的可能取值范围是从-1 到第一作者简介：殷晓娟（1989-），女，助理工程师。研究方向为卷烟工艺质量。*通信作者：殷晓露（1987-），女，助理工程师。研究方向为卷烟工艺质量。摘要：烟草行业对于卷烟成品的外观质量具有较高的要求，卷烟外观方面检验仍主要依靠人工目测，但是目前卷烟物理检验师考评外观检验一致性检验缺少直观量化的数理评价指标及方法，因此提出 Kappa 系数在卷烟外观检验一致性评价中的应用思路。以 GB 5606.32005 卷烟 第 3 部分：包装、卷制技术要求及贮运 中的 5 项箱装外观质量指标，7 项条状装外观质量指标，13 项盒装外观质量指标，13 项烟支外观质量指标为研究对象，设计 3 个方案，选择 5 名具有从业资质和工作经验的卷烟检验员进行外观检验一致性试验，并使用 Minitab 软件分析检验员的 Kappa 值，重点研究样品设计中外观质量指标有定量要求和无定量指标仅为定性描述的样品占比对 Kappa 值的影响。结果表明，样品方案中有定量要求的指标样品占比多时，方案越简单，检验员的 Kappa 系数越大，无定量要求仅为定性描述要求的指标样品占比多时，方案越难，检验员的 Kappa 系数越小。Kappa 系数一致性检验可直观量化检验员外观检验的重现性、再现性、准确性等指标，有利于质量风险管控。关键词：Kappa 系数；测量系统；属性一致性分析；卷烟外观；一致性检验；质量风险中图分类号院O212.1文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤28-00缘员-0源Abstract:The tobacco industry has higher requirements for the appearance quality of cigarette products,andcigaretteappearance inspectionmainly depends on manual visual inspection,but at present,cigarette physical inspectors lack intuitive andquantitative mathematical evaluation indexes and methods for external light inspection consistency inspection,so the applicationidea of Kappa coefficient in cigarette appearance inspection consistency evaluation is put forward.Taking 5 items of packageappearance quality index,7 items of strip package appearance quality index,13 items of box appearance quality index and 13items of cigarette appearance quality index in GB 5606.3-2005,Cigarettes,Part 3:Packaging,Rolling Technical Requirementsand Storage and Transportation as the research object,three schemes were designed,and 5 cigarette inspectors with professionalqualifications and working experience were selected for appearance inspection consistency test.Using Minitab software,this paperanalyzes the examiners Kappa value,focusing on the impact of the proportion of samples with quantitative requirements and noquantitative index only qualitative description on the Kappa value in sample design.The results show that when there are morequantitative index samples in the sample scheme,the simpler the scheme is,the larger the Kappa coefficient of the inspector is,and the more difficult the scheme is,the smaller the Kappa coefficient of the inspector is.The consistency test of Kappacoefficient can directly quantify the reproducibility,re-occurrence and accuracy of the inspectors vision,which is beneficial toquality risk control.Keywords:Kappa coefficient;measurement system;attribute consistency analysis;cigarette appearance;consistency test;quality riskDOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.28.01351-2023 年 28 期实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application1，Kappa 值小于 0.7 时表示测量系统不合格，在 0.70.9 时表示测量系统可接受，大于等于 0.9 时表示测量系统良好。在烟草领域，应用 Kappa 一致性检验进行卷烟成品检验员外观检验一致性评价的未见相关研究报告。本文提出 Kappa 系数在卷烟外观检验一致性评价中的应用思路，以 GB 5606.32005卷烟第 3 部分：包装、卷制技术要求及贮运 中的 5 项箱装外观质量指标，7 项条状装外观质量指标，13 项盒装外观质量指标，13 项烟支外观质量指标为研究对象，设计 3 种试验方案，每个式样方案准备 50 个样品，选择 5 名卷烟外观检验员进行目光检验试验，并使用 Minitab 软件分析检验员的 Kappa 值，重点研究样品设计中外观质量指标有定量要求和无定量指标仅为定性描述的样品占比对 Kappa 值的影响。1材料与方法1.1材料成品箱装卷烟、成品条装卷烟、成品盒装卷烟和成品烟支卷烟。1.2仪器和设备量程为 20 cm、精度为 0.1 mm 的钢尺 1 把；标准光源箱。1.3试验1.3.1样品制备按照 GB 5606.32005 卷烟 第 3 部分：包装、卷制技术要求及贮运 要求，制作 5 项箱装外观质量指标缺陷箱装卷烟；7 项条装外观质量指标缺陷烟条卷烟；13 项盒装外观质量指标缺陷盒装卷烟；13 项烟支外观质量指标缺陷烟支的各类样本，其标准值经过 5 位专家进行目测和仪器测量结合确定。1.3.2检验人员选择 5 名色彩视觉检测系统（色棋）考核合格，具备四级烟草物理检验师以上资质检验员。1.3.3试验方法从已经制备的样品中筛选满足试验设计要求的卷烟进行试验，方案 1 挑选按国标判定指标均有定量要求的样品 25 个以及合格样品 25 个；方案 2 挑选按国标判定既有定量要求又有定性要求的样品 25 个以及合格样品 25 个；方案 3 挑选按国标判定指标均无定量要求的样品 25 个以及合格样品 25 个。将样品进行隐秘标识后混合充分，在检测台上进行随机摆放，检验员按国标要求在标准光源下对测试样品外观质量进行检验判定，每个样本间隔 30 d 重复检验 1 次。1.3.4数据采集及分析针对每个方案每个样品，收集试验数据，使用Minitab 软件进行检验员的 Kappa 值分析。2结果与讨论2.1方案一致性评估样品方案中有定量要求的指标样品占比多时，方案越简单，检验员的 Kappa 系数越大，无定量要求仅为定性描述要求的指标样品占比多时，方案越难，检验员的 Kappa 系数越小。2.2检验员自身的一致性评估2.2.1一致性评估5 名检验员自身一致性评估见表 1。表 1各方案检验员自身一致性不同的样品方案中，定性描述的样品的检验员自身的一致性在 94%100%之间，随着样品判定的要求的可量化性增加，检验员自身的一致性呈现上升趋势。当样品判定标准采用定量描述时，4 位检验员自身一致性评估达到了 100%，只有 1 位检验员出现了偏差，定量描述对检验员自身判断的一致性有明显的改善。2.2.2Kappa 分析对 5 名检验员自身检验结果进行 Kappa 分析，分析结果见表 2。分析结果显示，不同的检验员在判定定性描述的样品时，Kappa 值最小 0.88，最大 1。当样品采用定量描述时，Kappa 值最小 0.96，最大 1。随着样品判定要求描述的变化，Kappa 值明显得到了提升，5 位检测员的自身一致性达到了良好的水平，表明定量描述的样品判定要求能够提高检验员对样品属性一致性的评估能力。方案 检验员 检验数/个 相符数/个 百分比（%）95%置信区间（%）定量 1 50 50 100(94.18,100.00)2 50 50 100(94.18,100.00)3 50 50 100(94.18,100.00)4 50 49 98(89.35,99.95)5 50 50 100(94.18,100.00)定性+定量 1 50 49 98(89.35,99.95)2 50 50 100(94.18,100.00)3 50 49 98(89.35,99.95)4 50 49 98(89.35,99.95)5 50 48 96(86.29,99.51)定性 1 50 48 96(86.29,99.51)2 50 50 100(94.18,100.00)3 50 48 96(86.29,99.51)4 50 47 94(83.45,98.75)5 50 48 96(86.29,99.51)52-实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 28 期2.3检验员与标准的一致性评估2.3.1一致性评估各方案下，5 名检验员与标准一致性性评估，分析结果见表 3。表 2各方案检验员自身评估一致性 Kappa 统计量表 3各方案检验员与标准一致性烟支外观检验需要检验员与标准样品进行一致性判定，当检测样品要求采用定性描述时，检验员与标准的一致性在 86%90%之间。当样品采用定量描述时，5名检验员与标准的一致性基本都达到了 98%以上，判定要求的定量化，大大提高了检验员对于样品判断的准确性，检验员的判定结果与判定标准的一致性得到了明显提升。2.3.2Kappa 分析对 5 名检验员标准检验结果进行 Kappa 分析，分析结果见表 4。表 4各方案检验员与标准评估一致性 Kappa 统计量结果显示，样品判定要求采用定性描述时，Kappa值最小 0.76，最大 0.80，整体的测量系统基本满足要求。当样品判定要求采用定量描述时，Kappa 值达到0.961，随着样品判定要求的描述由定性转变为定量时，测量系统能力进一步提升，5 名检测员与标准的一致性均达到了良好的水平。因此，在卷烟外观检测时，判定要求采用定量描述可以大幅提升测量系统的稳定性。方案 检验员 响应 Kappa Kappa标准误 Z P(与0)定量 1 合格 1 0.141 421 7.071 07 0 缺陷 1 0.141 421 7.071 07 0 2 合格 1 0.141 421 7.071 07 0 缺陷 1 0.141 421 7.071 07 0 3 合格 1 0.141 421 7.071 07 0 缺陷 1 0.141 421 7.071 07 0 4 合格 0.959 98 0.141 421 6.788 11 0 缺陷 0.959 98 0.141 421 6.788 11 0 5 合格 1 0.141 421 7.071 07 0 缺陷 1 0.141 421 7.071 07 0 定性+定量 1 合格 0.959 98 0.141 421 6.788 11 0 缺陷 0.959 98 0.141421 6.788 11 0 2 合格 1 0.141 421 7.071 07 0 缺陷 1 0.141 421 7.071 07 0 3 合格 0.959 98 0.141 421 6.788 11 0 缺陷 0.959 98 0.141 421 6.788 11 0 4 合格 0.959 98 0.141 421 6.788 11 0 缺陷 0.959 98 0.141 421 6.788 11 0 5 合格 0.919 48 0.141 421 6.501 74 0 缺陷 0.919 48 0.141 421 6.501 74 0 定性 1 合格 0.919 87 0.141 421 6.504 48 0 缺陷 0.919 87 0.141421 6.504 48 0 2 合格 1 0.141421 7.071 07 0 缺陷 1 0.141421 7.071 07 0 3 合格 0.919 87 0.141421 6.504 48 0 缺陷 0.919 87 0.141 421 6.504 48 0 4 合格 0.879 95 0.141 421 6.222 2 0 缺陷 0.879 95 0.141 421 6.222 2 0 5 合格 0.92 0.141 421 6.505 38 0 缺陷 0.92 0.141 421 6.505 38 0 方案 检验员 检验数/个 相符数/个 百分比（%）95%置信区间（%）定量 1 50 50 100(94.18,100.00)2 50 50 100(94.18,100.00)3 50 50 100(94.18,100.00)4 50 49 98(89.35,99.95)5 50 49 98(89.35,99.95)定性+定量 1 50 46 92(80.77,97.78)2 50 48 96(86.29,99.51)3 50 46 92(80.77,97.78)4 50 45 90(78.19,96.67)5 50 45 90(78.19,96.67)定性 1 50 44 88(75.69,95.47)2 50 45 90(78.19,96.67)3 50 44 88(75.69,95.47)4 50 43 86(73.26,94.18)5 50 43 86(73.26,94.18)方案 检验员 响应 Kappa Kappa 标准误 Z P(与0)定量 1 合格 1 0.1 10 0 缺陷 1 0.1 10 0 2 合格 1 0.1 10 0 缺陷 1 0.1 10 0 3 合格 1 0.1 10 0 缺陷 1 0.1 10 0 4 合格 0.979 99 0.1 9.799 9 0 缺陷 0.979 99 0.1 9.799 9 0 5 合格 0.959 98 0.1 9.599 8 0 缺陷 0.959 98 0.1 9.599 8 0 定性+定量 1 合格 0.859 976 0.1 8.599 76 0 缺陷 0.859 976 0.1 8.599 76 0 2 合格 0.92 0.1 9.2 0 缺陷 0.92 0.1 9.2 0 3 合格 0.859 976 0.1 8.599 76 0 缺陷 0.859 976 0.1 8.599 76 0 4 合格 0.819 96 0.1 8.199 6 0 缺陷 0.819 96 0.1 8.199 6 0 5 合格 0.839 744 0.1 8.397 44 0 缺陷 0.839 744 0.1 8.397 44 0 定性 1 合格 0.799 92 0.1 7.999 2 0 缺陷 0.799 92 0.1 7.999 2 0 2 合格 0.799 92 0.1 7.999 2 0 缺陷 0.799 92 0.1 7.999 2 0 3 合格 0.799 92 0.1 7.999 2 0 缺陷 0.799 92 0.1 7.999 2 0 4 合格 0.779 96 0.1 7.799 6 0 缺陷 0.779 96 0.1 7.799 6 0 5 合格 0.76 0.1 7.6 0 缺陷 0.76 0.1 7.6 0 53-2023 年 28 期实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application2.4检验员之间的一致性评估2.4.1一致性评估各方案下，5 名检验员之间一致性评估，分析结果见表 5。表 5各方案检验员之间一致性评估因检验员对于定性描述的外观缺陷的认知存在主观偏差，不同的检验员在对样品进行判定时，定性描述的样品判定一致性仅为 80%，而当样品判定采用定量描述时，检验员可以通过标准量具对样品进行测量，当对烟支样品缺陷进行判定时，减少了主观判断的影响，检验员之间的一致性达到了 95%以上。2.4.2Kappa 分析对 5 名检验员之间检验结果进行 Kappa 分析，分析结果见表 6。表 6各方案检验员之间评估一致性 Kappa 统计量从 Kappa 值来看，经过系统培训的检验员之间的一致性基本能够达到良好的水平，当样品判定要求采用定量描述时，检验员之间的一致性达到最优水平。通过检验员的自身一致性、检验员与标准的一致性、检验员之间的一致性对 3 种不同方案进行属性一致性评估，从分析结果来看，对于不同的烟支外观缺陷，Kappa 系数可以直观地对测量系统进行评价。但是，不同的样品方案的评价结果之间存在差异性，定量描述样品的判定指标能够提高外观检测的一致性，减少检测误差所带来的质量损失，有利于卷烟质量的风险管控。3结论1）在卷烟外观质量检验中，Kappa 系数一致性检验可以直观量化检验员的重现性、再现性、准确性，为管理者数字化考核、针对性培训检验员提供了有效途径和方法，有利于卷烟质量风险管控。2）随着定性型指标减少，定量型指标增加，检验员自身一致性、检验员与标准一致性均有一定程度提高，这为卷烟生产企业内控标准指标量化优化提供了支撑。3）使用 Kappa 系数对整个卷烟成品外观质量检验系统一致性进行评价，为检测系统稳定性提供了数据化依据。参考文献院1 郭轶斌，郭威，秦宇辰，等援基于 Kappa 系数的一致性检验及其软件实现J援中国卫生统计，2016，33（1）：169原170，174援2 唐万，胡俊，张晖，等援Kappa 系数：一种衡量评估者间一致性的常用方法J援上海精神医学，2015（1）：67-72援方案 检验数/个 相符数/个 百分比（%）95%置信区间（%）定量 50 48 96(86.29,99.51)定性+定量 50 42 84(70.89,92.83)定性 50 40 80(66.28,89.97)方案 响应 Kappa Kappa 标准误 Z P(与0)定量 合格 0.977 775 0.021 081 9 46.379 9 0 缺陷 0.977 775 0.021 081 9 46.379 9 0 定性+定量 合格 0.897 698 0.021 081 9 42.581 5 0 缺陷 0.897 698 0.021 081 9 42.581 5 0 定性 合格 0.901 256 0.021 081 9 42.750 3 0 缺陷 0.901 256 0.021 081 9 42.750 3 0 电机，使得电机能转动起来。如果每个流程部分都采用单独的模块，会导致整个小车过于臃肿，不美观，也不安全。将模块集中起来，单片机和驱动集成在 1 块板子上，节省大量位置和空间。3结论经过项目组全力攻关，智能巡检装置可以在 30毅坡面爬行，平衡性较好，六轮驱动，转向灵活，通过手机APP 控制功能和图传功能，希望本文实践为管道巡检的运用和维修中提供参考。参考文献院1 汤俊，满达虎，王丽芳，等.基于 STM32 控制的水下管道智能巡检机器人设计J.科技与创新，2023（4）：97-99.2 司明理，曾发镔，郑登锋.隧道内埋地油气管道巡检安全风险评价模型J.油气储运，2022，41（10）：1159-1167.3 张羽翀，胡云鹏，孙磊峰，等.无人机在油气管道巡检中的应用J.中国安防，2021（12）：105-108.渊上接 50 页冤54-