破壞性測試中做 Kappa 分析

Kappa分析（Kappa Analysis）是一種用于評估分類一致性或信度的統(tǒng)計(jì)方法，尤其適用于兩名或多名評估者（raters）對同一組對象進(jìn)行分類時(shí)，判斷其一致性是否超出隨機(jī)預(yù)期。它由Jacob Cohen在1960年提出，常用于醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域。

核心概念

目的：

衡量評估者之間的一致性（Inter-rater reliability）。

排除單純由隨機(jī)因素導(dǎo)致的一致性，提供更嚴(yán)格的評估。

Kappa系數(shù)（κ）：

κ < 0：無一致性。

0-0.20：輕微。

0.21-0.40：一般。

0.41-0.60：中等。

0.61-0.80：高度一致。

0.81-1：幾乎完全一致。

κ = 1：完全一致。

κ = 0：一致性等于隨機(jī)預(yù)期。

κ < 0：一致性比隨機(jī)預(yù)期還差（罕見）。

取值范圍：-1 到 1。

一般標(biāo)準(zhǔn)（Landis & Koch, 1977）：

破壞性測試中做 Kappa 分析，主要是為了評估不同檢驗(yàn)人員之間在判斷結(jié)果上的一致性，尤其適用于計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù)（如合格/不合格）。由于樣品在測試過程中會(huì)被破壞，無法重復(fù)測量，因此方法上有一些特別的設(shè)計(jì)。以下是常見的做法：

Kappa 分析在破壞性測試中的基本流程

1. 樣本準(zhǔn)備
- 通常選取約 50 個(gè)樣本，確保覆蓋合格與不合格的情況。
- 樣本應(yīng)來自同一批次，確保其一致性。
- 每個(gè)樣本只能測一次，因此需多人對不同樣本進(jìn)行盲測。

2. 評價(jià)人員安排
- 通常安排 3 位檢驗(yàn)員，每人獨(dú)立判斷所有樣本。
- 每個(gè)檢驗(yàn)員對每個(gè)樣本只做一次判斷（因?yàn)闃颖緯?huì)被破壞）。

3. 數(shù)據(jù)記錄與分析
- 記錄每位檢驗(yàn)員對每個(gè)樣本的判斷結(jié)果（如 OK/NG）。
- 使用統(tǒng)計(jì)軟件（如 Minitab）進(jìn)行 Kappa 分析，計(jì)算一致性指標(biāo)。

4. Kappa 值解釋
- Kappa > 0.75：一致性良好
- 0.4 < Kappa ≤ 0.75：中等一致性
- Kappa ≤ 0.4：一致性較差，需要改進(jìn)

Po

：觀察到的實(shí)際一致性比例。

Pe：隨機(jī)預(yù)期下的一致性比例（通過邊際分布計(jì)算）。

附加指標(biāo)（可選）

- 誤判率：將合格品誤判為不合格的比例
- 漏判率：將不合格品誤判為合格的比例
- 有效性：判斷結(jié)果與基準(zhǔn)一致的比例（建議 ≥90%）

用焊接強(qiáng)度作為例子，我們可以設(shè)計(jì)一套適用于破壞性測試的 Kappa 分析方案。這里的關(guān)鍵在于，雖然每個(gè)試樣只能被測一次，我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^合理的抽樣和評價(jià)人員分配來進(jìn)行一致性分析。

焊接強(qiáng)度破壞性測試中的 Kappa 分析步驟

1. 樣本準(zhǔn)備
- 準(zhǔn)備約 50～60 個(gè)焊接樣本，覆蓋強(qiáng)度差異較明顯的區(qū)間（包括“合格”與“不合格”邊緣案例）。
- 樣品來自相同材料和工藝條件，以排除其他變量干擾。

2. 判定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定
- 明確合格判定的強(qiáng)度閾值（例如 ≥180N 被判定為合格）。
- 如使用“拉力破斷”法，可設(shè)置“斷裂載荷”作為主要判斷依據(jù)。

3. 評價(jià)方式（采用照片或視頻）
- 由于測試具有破壞性，可在施加拉力前拍攝高分辨圖像或錄像焊點(diǎn)。
- 測試完成后，采集殘余結(jié)構(gòu)和斷面圖像。
- 讓多位檢驗(yàn)員僅根據(jù)圖像對焊點(diǎn)是否“合格/不合格”作出判斷。

4. 數(shù)據(jù)收集與分析
- 建立一個(gè)判斷矩陣：列出每個(gè)檢驗(yàn)員對所有樣本的判斷。
- 使用統(tǒng)計(jì)工具（如 Minitab、Excel 插件、Python 等）計(jì)算 Cohen’s Kappa 或 Fleiss’ Kappa（如檢驗(yàn)員超過 2 人）。

5. 結(jié)果解釋與改進(jìn)建議
- 若 Kappa < 0.4，應(yīng)優(yōu)化培訓(xùn)、判定標(biāo)準(zhǔn)、圖像清晰度等環(huán)節(jié)。
- 可進(jìn)行再次盲測驗(yàn)證改進(jìn)效果。

小貼士

- 圖像必須具備足夠判讀性，包括：焊點(diǎn)大小、氣孔/裂紋情況、變形區(qū)域等。
- 若有機(jī)器讀數(shù)（如測試設(shè)備輸出數(shù)值），也可對比“主觀判斷”與“數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)”的符合性。