Bieżący monitoring i analiza trendów stają się jednym z wyzwań, którym należy aktualnie sprostać, przy okazji czerpiąc korzyści z informacji, jakie one niosą. W tym artykule skupimy się na jednym z obszarów, który powinien zostać objęty takim podejściem – będą to badania mikrobiologiczne środowiska. Kompleksowe i systemowe podejście do harmonogramowania badań oraz gromadzenia i analizy ich wyników, z jednej strony pozwala spełnić ustawowe wymagania, a z drugiej strony zminimalizować czas, niezbędny na bieżącą obsługę tego zadania.

Dane

Pierwszym, podstawowym elementem systemu monitorowania środowiska, niezależnie czy są to pomiary mikrobiologiczne czy np. pomiary temperatury, są wyniki pomiarów czyli dane, na podstawie których podejmowane będą dalsze decyzje. Większość zakładów produkcyjnych aktualnie opiera monitoring mikrobiologiczny na przechowywaniu wyników w postaci zapisów papierowych lub w kilku oddzielnych arkuszach kalkulacyjnych. Takie podejścia zazwyczaj pozwalają spełnić wymagania i uzyskują aprobaty podczas kontroli, natomiast mają kilka podstawowych wad, które czynią tę formę nieefektywną np.:

• brak jednego miejsca, w którym przechowywane są wszystkie dane historyczne i są one szybko dostępne na dowolne żądanie,
• brak jednolitego, związanego z danymi systemu planowania badań,
• brak możliwości weryfikacji istotnych zmian po uzyskaniu pomiaru – zazwyczaj ze względu na czasochłonność dane są analizowane raz w roku, co uniemożliwia bieżącą reakcję na wystąpienie trendu,
• brak możliwości bieżącej analizy trendu dla przechowywanych wyników,
• analizy danych w przekrojach np. zestawienie i analiza danych z pomieszczeń o tej samej klasie czystości z zadanego okresu czasu są bardzo czasochłonne.

Powyższe niedogodności mogą być rozwiązywane jedynie przez dedykowany do tego celu system skomputeryzowany. Dostępne aktualnie na rynku rozwiązanie MicroComplex zostało zaprojektowane właśnie po to, by łatwo można było zarządzać planami badań i wynikami mikrobiologicznymi z dowolnych punktów poboru prób.

Pierwszym krokiem w zarządzaniu danymi jest zdefiniowanie obszarów oraz miejsc poboru prób i co się z tym wiąże, zdefiniowanie harmonogramu badań. W rutynowej pracy okazuje się, że samo zarządzanie momentem wykonania badań tak, aby był zgodny z planem, jest tak samo ważne z punktu widzenia osób odpowiedzialnych, jak samo analizowanie i tworzenie raportów dla danych. Istotne jest również systemowe powiązanie poszczególnych punktów badań z odpowiednimi dla nich limitami, które powinny być monitorowane przez system.
Jedynie wyjście naprzeciw wszystkim potrzebom związanym z organizowaniem i realizacją monitoringu, czyni system efektywnym i zapewnia istotne zmniejszenie czasu potrzebnego na wypełnienie wymagań w tym obszarze, a także minimalizuje ryzyko popełnienia błędu.

Dodatkowymi elementami usprawniającymi samo zarządzanie danymi, są m.in.: możliwość importu danych z zewnętrznych aplikacji, możliwość śledzenia zmian, wprowadzonych przez użytkowników czy też możliwość przeglądania danych w różnych przekrojach. Odpowiednio przechowywane i zarządzane dane są punktem wyjścia do przeprowadzenia analizy trendów i utworzenia raportów.

Analiza

Nawet odpowiednio zgromadzone i zarządzane dane mikrobiologiczne są skomplikowane pod względem analizy trendów. Wynika to z faktu, że wyniki mikrobiologiczne bardzo często nie mają rozkładu normalnego tak jak dane dotyczące np. parametrów produktu. Co więcej brak normalności nie jest aż tak dużym wyzwaniem, jak skoncentrowana blisko wartości zero postać danych. W takim wypadku najbardziej popularne metody statystycznej analizy trendów nie mają zastosowania, niemniej ciągle istnieje możliwość zastosowania odpowiednich narzędzi, które pozwolą wykryć istnienie trendu.

Zauważmy, że analiza trendów sprowadza się do zidentyfikowania czy ciąg danych w czasie wykazuje losową zmienność, czy też układ danych sugeruje właśnie wystąpienie trendu. Wykryty trend można przydzielić do jednej z dwóch grup:

• przekroczenie określonego dla danych limitu, który będziemy nazywać limitem kontrolnym (rys. 1),
• wystąpienie w obrębie limitu nielosowego układu danych np. 6 kolejnych wartości w trendzie rosnącym lub wystąpienia innych testów konfiguracji adekwatnych dla układu danych (rys.2).

Jak widać, ogólne założenia analizy trendów nie są skomplikowane, ale problem leży w zastosowaniu odpowiedniego podejścia statystycznego, w zależności od postaci rozkładu danych.

Jakie przyjąć limity kontrolne, czyli różne ścieżki analizy danych w zależności od postaci ich rozkładu.

Niezależnie od rozkładu danych, powinniśmy wykorzystać informacje historyczne do wyznaczenia granic kontrolnych – czyli określenia „standardowego” zakresu zmienności analizowanego parametru, którego powinniśmy „pilnować”.

W przypadku, gdy dane mają rozkład normalny, przebieg parametru będziemy śledzić na karcie kontrolnej pojedynczych obserwacji, a w odpowiednio wyliczonych granicach kontrolnych mamy dostępny zestaw 8-miu testów konfiguracji danych i na ich podstawie możemy identyfikować trend.

W przypadku, gdy dane nie mają rozkładu normalnego, a dodatkowo charakteryzują się dużą ilością wyników o wartości 0, wówczas należy zastosować techniki odpowiednie do tzw. rozkładu skoncentrowanego, oceniające odległość od średniej arytmetycznej.

Jeżeli rozkład danych surowych nie jest rozkładem normalnym, wtedy poprawną metodą analizy może być ta oparta na danych przekształconych, których rozkład może być normalny lub na metodzie niezależnej od rozkładu (w oparciu o rozkład Weibulla lub metodę kwantyli).

I tutaj również powracamy do zagadnienia systemowego podejścia do procesu analizy danych. Jedynym rozwiązaniem, które jest w stanie zapewnić oszczędność czasu i zminimalizować ryzyko pomyłki, jest automatyzacja analizy danych, uwzględniająca rozmaite wariantowe ścieżki jej realizacji.

Rys. 3 Okno wyboru rodzaju analizy danych w środowisku MicroComplex

W rozwiązaniu MicroComplex po wprowadzeniu kolejnych wyników, system przeprowadza odpowiednie testy statystyczne i sugeruje poprawny statystycznie sposób analizy danych – po prostu prowadzi użytkownika poprawną ścieżką analizy. Oczywiście nie wszystkie przypadki analityczne będą jednoznaczne i czasami użytkownik będzie zmuszony do samodzielnej oceny sytuacji. Wówczas na podstawie szerokiego zakresu wyników testów, analiz i wykresów (rys. 4 i 5) wygenerowanych przez system, użytkownik będzie mógł sam określić sposób analizy dla danego, szczególnego układu danych (jednak nawet w takiej sytuacji, nie będzie mógł wybrać analizy, która nie jest poprawna dla danego układu danych!).

Limity dla każdego typu analizy mogą być przeliczone w oparciu o wszystkie dane lub tylko w oparciu o te, które nie wykazują OOT (aby pojedyncze „piki” nie zaburzały nam rozsądnych limitów kontrolnych). W zależności od typu rozkładu danych, a co za tym idzie analizy, dobierane są do karty kontrolnej odpowiednie testy konfiguracji. Na karcie kontrolnej (dla lepszej wizualizacji) na kolorowo zaznaczane są też strefy dla testów konfiguracji (rys. 6).

W związku z tym, wprowadzając dla danego punktu nowy pomiar, możemy uzyskać natychmiastową ocenę pod kątem występowania trendów.

Na koniec: raport

Ostatecznym etapem procesu analizy trendów jest stworzenie raportu, zawierającego dane surowe, opis sposobu analizy i jej wyniki oraz jasne podsumowanie analizy. Dzięki temu, że MicroComplex gromadzi wszystkie informacje dotyczące analizy trendów (dane, specyfikacje, sposób analizy), raport podsumowujący analizę można stworzyć w każdej chwili na żądanie. Przytoczę opinie naszych klientów, którzy przed wdrożeniem naszego rozwiązania realizowali monitoring mikrobiologiczny przy pomocy formularzy papierowych i arkuszy Excela: „Kiedy już uda nam się zgromadzić potrzebne dane i wykonać poprawną analizę statystyczną, przygotowanie raportu nie jest trudnym elementem procesu oceny trendów, ale również czasochłonnym i monotonnym”.

Dzięki zastosowaniu MicroComplex (www.datacomplex.pl) tworzenie raportu lub przekrojowego zestawienia ogranicza się praktycznie do wybrania odpowiedniego zakresu danych. Oznacza to tylko kilka minut pracy łącznie z analizą zawartości raportu i ewentualnie umieszczeniem dodatkowych komentarzy.

Autor: Michał Iwaniec, Dyrektor Techniczny DataComplex (www.datacomplex.pl)