作者：国工智能数据大脑项目组—白兴娅

　　实验室管理系统(LIMS)是实现先进实验室管理的一项重要工具，但目前市面上的实验室管理系统更倾向于作为一个信息化工具，且这种基础信息系统内信息处理的逻辑相对简单，并不能主动发现问题。而国工智能实验室管理系统融合了国工智能数据大脑平台，平台内提供上百种统计学相关算法及机器学习算法；通过这些算法对企业数据进行分类分析、聚类分析、关联分析、预测分析，挖掘数据潜在价值，探索人力无法探知的规律，提高企业产品附加值及行业竞争力，助力企业快速发展。本次案例就单因素方差与实验室LIMS系统相融合进行探讨及应用举例。

　　实验室系统中的单因素方差分析(one-way ANOVA)指对单因素试验结果进行分析，是检验单个因素对试验结果有无显著性影响的方法，通过对两个样本平均数比较的引伸，检验多个平均数之间的差异，从而确定因素对试验结果有无显著性影响。也称为F检验，通过对数据变异的分析来推断两个或多个样本均数所代表的总体均数是否有差别的一种统计推断方法。简单的来说，就是用来检验同一个影响因素的不同水平对因量是否有影响的一种方法。

　　案例与数据

　　某企业质检实验室需要检验A、B、C三种催化剂的催化活性是否有显著性差异，在相同的温度，压力等条件下分别用A、B、C三种催化剂催化反应的进行，得到6次试验产物D的收率的结果如表1所示，试分析在相同样品情况下，A、B、C三种催化剂的催化活性是否存在显著性差异。

表1 三种催化剂所得产物D产量(kg)

　　

　　要检验三种催化剂的催化活性是否存在显著差异，等同于检验三者产量的均值是否相等。

　　给定原假设H0：三者产量均值相等，备择假设H1：三者的产量均不相等；对于影响产量的因素仅催化剂种类一项，因此可以采用单因素方差分析进行多总体样本均值检验。

　　国工数据大脑分析过程

　　使用国工数据大脑组件会定时对国工实验室系统数据进行读取，直接访问数据库获取数据集。

图1 RDBMS读取组件

　　

　　使用集成好算法的单因素方差分析组件进行数据的单因素分析处理，对组件参数进行设置，因素字段配置为factor，结果值配置为检验结果result，显著性水平设置为0.05，单击运行，从调试面板中查看分析结果。

图2单因素方差分析组件及参数配置

　　

　　分析结果

图3分析结果

　　

　　从图3的分析结果中可以看出，运用单因素方差分析得出的F值小于临界值F；F值是两个均方的比值[效应项/误差项]，不可能出现负值，F值越大(与给定显著水平的临界值F值相比较)，说明数据之间效果(差异)越明显，误差项越小说明(效果)差异越小。

　　因此在0.05的显著性水平下可以得出，F值=1.26小于临界值F=3.63，即三种催化剂催化活性无显著性差异。

　　根据模型分析得出的三种催化剂催化活性无显著性差异的结论，在生产过程中产品出现质量问题时，可优先排除催化剂的影响因素，从其他方面查找产品缺陷原因；或在采购催化剂时以催化剂市场价格为主要选择指标，购买价格较低的催化剂，以节省企业采购成本。

　　与实验室LIMS系统相融合

　　国工数据大脑平台可直接获取实验室LIMS系统中的实验数据，直接将实验数据对接到创建好的单因素方差分析模型中，根据得出的分析结果自动对报告进行判定，代替人工判定；并将存在显著性差异的报告重点推送给相关领导引起重视。根据领导对存在显著性差异报告的处理，可自动触发二次检验流程等操作。

图4 算法自动触发LIMS系统报告判定

　　

　　参数说明：

　　①因素：影响研究对象的某一指标、变量。

　　②单因素试验：考虑的因素只有一个的试验叫单因素试验。

　　③显著性水平：估计总体参数落在某一区间内，可能犯错误的概率为显著性水平。

　　适用范围：

　　有一个类别因子和一个连续响应并且想要确定两个或多个组的总体均值是否存在差异时。

　　国工数据大脑系统(MAI-CLI)是一个集数据调度，数据清洗，数据计算、数据可视化的数据分析平台。系统以简单易用拖动操作方式进行人机交互，屏蔽了数据分析预测业务的复杂性，大大降低了数据分析工作的技术门槛。

　　以计算流的方式构建整个数据分析业务。平台实现了对分散的数据进行统一调度，实现实验室设备、工业传感器、信息化系统接口多源数据整合。

　　平台提供上百个功能组件，包含方差、回归、聚类、分类、时间序列等算法组件，支持SPC、DOE、CPK、MSA等分析理念，平台拥有定时分析功能，可以同时监控上万的质量监控点。能实现自动化六西格玛实施落地。

　　(数据大脑组件列表)

　　应用场景

　　计划经理可以用来预测未来销售情况，并自动跟踪执行。

　　质量经理可以用来做SPC分析、取样差异、方差分析。

　　研发经理可以做配方优化预测、实验辅助设计、工艺分析、数据仿真。

　　设备经理可以用来做设备预测性维护、报警。

　　平台已经完成边缘计算封装，可以与设备进行互动。

　　同时所有算法对软件开发商开放调用，可以用来做底层算法平台。

　　(数据大脑同时提供算法商城服务，任何伙伴都可以使用多编程语言开发算法，由国工智能进行测试回购。)

　　

　　数据大脑优势明显

　　数据大脑人工智能计算平台背后拥有强大的数据分析团队，您提需求我们解决。

　　

　　国工智能是一家专业为流程制造业提供智能制造解决方案及落地服务的新一代信息技术企业，研发了基于人工智能的数据大脑分析平台(MAI)、智能制造管理平台(MES)、物联网数据采集平台(SCADA)、实验室管理系统(LIMS)、双体系设备管理系统(EMS)，均在行业内成功应用。

 

　　国工智能在化工、医药、食品、饲料、新材料等行业深耕已久，客户遍布全国，已成功为海大集团、华润三九药业、康缘药业、丰原集团、道恩集团、九目化学、蓝帆医疗、新时代健康产业集团、安然纳米集团等客户提供智能制造落地服务。

      国工智能秉承“利于国，精于工”的企业发展理念，以高端IT技术服务于传统制造企业，推动国家制造业转型升级，以工匠精神为中国智造赋能！努力成为科技创新和产业革命的引领者，为中国实体经济崛起、实现中国制造2025贡献力量！