基于性能效率测试的测量不确定度评定

王航伟 王文斌 魏铮

[摘 要] 在实验室的检测过程中，虽然使用的条件和技术标准不同，但质量与运行可靠性却是公共的要求。对于质量评价所涉及的测量不确定度评定 ，对于提高性能测试结果的精准度具有重要意义。文章以概率论、数理统计为基础，结合实验室的操作流程，设计出了符合本实验室的性能测试不确定度评定体系，解决了性能效率测试在不同的设备和环境下检测结果的一致性。

[关键词] 实验室；性能测试；不确定度评定

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 15. 032

[中图分类号] F273 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2018）15- 0085- 03

1 目 的

根据CNAS CL01，5.4.6.2实验室管理条例，检测实验室应具有并应用评定测量不确定度的程序，其中8.1条是要求检测实验室必须建立“测量不确定度评定程序”，即不管检测实验室是什么样的实验室都应该有自己的不确定度评定程序，以提高测量结果的可信度和产品检验数据的可靠性，并满足测量设备检定和校准的要求。

2 范 围

本程序适用于性能效率测试准确度等级的检测结果不确定度的评定。

3 职责

3.1 技术负责人

（1）根据检测项目的特点识别并提出评审要求，组织评定和评定结果的评审工作；

（2）组织测量不确定度的验证；

（3）维护本文件的有效性

实验室技术主管负责组织对测量设备检定或校准测量数据的采集、汇总和测量不确定度评定，并在检测报告中对不确定度结论予以说明。

3.2 质量负责人

质量负责人负责测量不确定度有关知识的培训和统一测量不确定度的评定方法，同时根据各检测项目的特点识别评定要求；

会同监督员对本部门的评定过程进行监督，同时对结果和使用进行审核。

3.3 测试工程师

学习和掌握“测量不确定度的评定”的基础知识和方法；

编写本项目测量不确定度的计算过程；

及时发现和反馈会导致测量不确定度发生较大变化的信息。

4 工作流程

实验室质量负责人组织有关人员进行关于测量不确定度的知识培训，使进行测量不确定度评定的有关人员理解有关测量不确定度评定和计算的知识、具体方法和步骤，从而具备测量不确定度评定和计算的技能。

4.1 测量结果的不确定度因素分析

从影响测量结果的因素考虑，测量结果的不确定度一般来源于被测对象、测量设备、测量人员、测量环境这四个方面。

4.1.1 被测对象带来的不确定度

被测量即受到测量的特定量，深刻全面理解被测量定义是正确测量的前提，如果测量对象说明本身不明确或不完善，则按照这样的定义所得出的测量值必然和真实值之间存在一定的偏差，如被测的Web网站，没有说明软件适用的浏览器类别，使用功能会有所影响，则可能导致测试结果有所差异。

4.1.2 测量设备带来的不确定度

测量设备的最大允差或测量器具的准确度等级均是测量不确定度评定必须考虑的因素。如在测试过程中设备的CPU配置不同或者服务器部署策略的差异，直接影响系统的处理时间，因此测量设备是不确定度考虑因素之一。

4.1.3 测量人员带来的不确定度

人员操作的误差是在评定不确定度时最容易被忽视的，该项取决于人员的经验、能力、知识及工作态度等。测试的不可穷尽性可能由于测量人员经验思维等因素的影响也会不同程度影响测量的结果。

4.1.4 测量环境带来的不确定度

由于对相关环境条件认识不足，致使测量中或分析中忽视了对某些环境条件的设定和调整，造成不确定度。测试过程中温度就是环境中的重要因素，温度的控制会影响测量设备的精准度，所有必须保证仪器设置在可控的温度范围内，超过一定的温度界限，停止测试工作以此把环境带来的不确定度降至最低。

4.2 性能效率测试不确定度测量

在实际检验检测过程中，摒除硬件差异的影响，对测量结果的不确定性主要源于性能效率测试，从影响程度可以分为单点效率測试和并发用户效率测试，其中单点效率测试易受网络等 方面的因素影响，导致事务响应时间数据有不同程度的差异，甚至出现预期之外的结果。

4.2.1 单点效率测试不确定度测量

为了保证从单点效率测试中得到更有效的数据，可以借鉴数学中的统计规律使检验检测结果具有更高的可靠性。具体步骤如下：

确定被测量X，建立数学模型，如在同一条件下进行n次独立重复测量，观测值为xi（i=1，2，…，n）

由下式得出样本算术平均值

重复测量次数最佳为2～5次。

为被测量X的估计值，即n次测量结果的算术平均值，也是n次测量结果的最佳估计值。

评定标准不确定度

由下式得出单值实验标准偏差

S=（2）

上式表示对同一被测量做n次测量，表示测量结果分散性的量s。

S可以作为评定标准不确定度的依据，不确定度导致数据是否可用的判定标准为：

t=S/≤0.2（3）

上述t表示不确定度系数，小于等于0.2说明测试记录数量可靠，否则必须重新测试。

4.2.2 并发用户效率测试不确定度测量

并发用户效率测试中可以直接依据性能测试工具Loadrunner自带的标准偏差Std.Deviation（标准偏差，简称STD）数值确定，STD越小，说明系统测试时的原始数据分布比较集中，基本接近平均值，即受网络或其他外界不确定因素很小，以此证明数据的精准性。并发用户效率测试结果如图1所示。

其中，Average為公式3中的，Std.Deviation为公式2中的S，计算所得偏差系数t为判定数据是否可用的阈值依然为[0，0.2]。

4.3 评定标准不确定度

报告测试结果及其不确定度时，应避免使用过多的有效数字位数。多数情况下，表示不确定度无须超过两位有效数字。不确定度的评定可以依据上述的标准偏差系数确定，根据判定不确定度系数判定数据是否可用的值域为[0，0.2]。若根据样本数据计算的结果小于等于0.2，则可以声明符合规范要求。反之大于规定限值的上限，则可以声明不符合规范要求。

4.4 测量不确定度记录

实验室遇下述情况之一时，应在检测报告中提供测试不确定度的信息：

（1）当不确定度与检测结果的有效性或应用有关时；

（2）当客户指令中有要求时；

（3）当不确定度影响到对规范限度的符合性时，即测试结果处于临界值附近时，不确定度区间宽度对判断符合性有重要影响。

测试结果及其不确定度的报告内容应根据客户的要求、规范及结果的用途而确定。测试记录中应说明计算结果及其不确定度的方法且检测报告中对不确定度的结果予以说明。其中包括：

（1）测试步骤和数据分析中的计算应当形成充分的文件，以确保必要时可重复计算；

（2）有充分的文件说明不确定度的计算过程。

5 总 结

综上所述，实验室在检测样品前选定了测量方案时，对测量过程确认有效前需要进行不确定度的评定。用不确定度结果证明设计的测量过程满足被测对象的测量要求。 因此，在性能检测过程中使用的测量计算机不同，测量环境条件不同，或测量方法有所改变等，就必须要做不确定度评定，这样才能让检测结果更客观、更精确。

主要参考文献

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[2]于振凡.抽样检验[M].北京：中国计量出版社，1998.

[3]李庆忠，李宇红.计量不确定度评估要点[J].计量技术，2003（1）.

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