工業(yè)鍋爐司爐工仿真培訓(xùn)自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)的研究

1仿真培訓(xùn)自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)董將軍的操作培訓(xùn)是中國(guó)特種工作培訓(xùn)的重要組成部分。傳統(tǒng)的司爐工培訓(xùn)考核評(píng)估,不可避免地帶有主考官的主觀意愿,直接影響到考核的客觀性和公正性。對(duì)司爐工的培訓(xùn)考核,采用司爐工仿真培訓(xùn)自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng),可以大大提高考核的客觀性和公正性,減輕參加培訓(xùn)人員的身心壓力,提高考核效率。因此,對(duì)司爐工仿真培訓(xùn)自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)進(jìn)行研究,具有重要意義。2根據(jù)調(diào)查操作質(zhì)量分和操作過(guò)程分司爐工仿真培訓(xùn)考核的評(píng)分內(nèi)容主要包括以下三個(gè)方面:(1)操作評(píng)分,包括操作步驟分和操作質(zhì)量分。步驟分是根據(jù)學(xué)員的操作次序和操作時(shí)間是否合乎標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定得分情況;操作質(zhì)量分是根據(jù)學(xué)員實(shí)際操作與系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)的偏離狀態(tài)程度來(lái)確定評(píng)分。(2)故障處理能力評(píng)分。根據(jù)處理故障需要的時(shí)間以及能否正確處理故障來(lái)評(píng)分,同樣也包含了操作質(zhì)量分和操作步驟分。(3)過(guò)程曲線評(píng)分。在培訓(xùn)過(guò)程中考察參數(shù)變化趨勢(shì)與設(shè)計(jì)曲線的吻合程度,根據(jù)實(shí)際曲線和理想曲線偏差的程度來(lái)給學(xué)員的操作評(píng)分。3仿真系統(tǒng)的自動(dòng)評(píng)分自動(dòng)評(píng)分原理如圖1所示。自動(dòng)評(píng)分實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是設(shè)備單元和操作單元。一個(gè)作業(yè)過(guò)程可能包括成百上千個(gè)操作,這些操作根據(jù)運(yùn)行/操作設(shè)備的不同,有些操作是互相獨(dú)立的,有些操作是互相關(guān)聯(lián)的,也就是說(shuō)對(duì)于一個(gè)作業(yè)過(guò)程來(lái)說(shuō),所有的操作是操作單元有序性和無(wú)序性的統(tǒng)一。我們可以用以下兩個(gè)流程來(lái)描述一個(gè)作業(yè)過(guò)程,如圖2所示。作業(yè)過(guò)程的組成和子過(guò)程的組成結(jié)構(gòu)上相似,不同之處在于評(píng)定時(shí),必須是上個(gè)子過(guò)程結(jié)束標(biāo)志為真時(shí)才啟動(dòng)下一個(gè)子過(guò)程的評(píng)分流程。評(píng)分推理主要是通過(guò)評(píng)分規(guī)則實(shí)現(xiàn)的,采用的是正向推理機(jī)制。自動(dòng)評(píng)分是根據(jù)一系列的規(guī)則推理實(shí)現(xiàn)的,所謂的規(guī)則是許多條件判斷的組合。例如:IfAthenC或IfAandBthenC其中:A——系統(tǒng)的狀態(tài),C——扣分動(dòng)作AandB——符合條件,即當(dāng)系統(tǒng)處理狀態(tài)A時(shí)學(xué)員進(jìn)行了B操作,則相應(yīng)扣分動(dòng)作C。從上述可知,要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)評(píng)分,評(píng)分系統(tǒng)要能實(shí)時(shí)獲取作業(yè)仿真系統(tǒng)的狀態(tài)和學(xué)員的操作動(dòng)作,以及要有相應(yīng)的評(píng)分規(guī)則。作業(yè)仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)可以通過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)表提供的接口獲取,而學(xué)員的操作情況通過(guò)操作跟蹤來(lái)實(shí)現(xiàn)。評(píng)分規(guī)則主要對(duì)故障處理、操作過(guò)程和操作質(zhì)量三個(gè)方面設(shè)置,為了使評(píng)分子系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種培訓(xùn)過(guò)程,需要把評(píng)分程序和評(píng)分規(guī)則分開(kāi),將評(píng)分規(guī)則寫(xiě)成評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)文件。4模擬培訓(xùn)的自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)4.1操作步驟跟蹤部分自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)應(yīng)考慮的三個(gè)方面中,報(bào)警量和操作質(zhì)量的評(píng)分只需跟蹤作業(yè)仿真系統(tǒng)的狀態(tài)值,實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。關(guān)鍵問(wèn)題在于如何跟蹤學(xué)員的操作。操作步驟跟蹤的關(guān)鍵是判斷某操作步驟的開(kāi)始與否。為此,就必須知道某一步的開(kāi)始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志。這些標(biāo)志必須是計(jì)算機(jī)可以判斷和識(shí)別的。由于不同過(guò)程其操作步驟不同,因此不同過(guò)程的自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)的跟蹤操作步驟部分程序須單獨(dú)處理編寫(xiě),其他部分可以通用化。跟蹤操作步驟程序框圖見(jiàn)圖3。4.2操作評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)文件是由一系列為成績(jī)?cè)u(píng)定而設(shè)計(jì)的表格組成,包括:操作過(guò)程評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)文件、成績(jī)權(quán)重表、操作步驟評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)格式表、操作質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)格式表、事故發(fā)現(xiàn)處理評(píng)分格式表等,表格可根據(jù)實(shí)際培訓(xùn)的需要自行設(shè)計(jì)。4.3根據(jù)報(bào)警量的情況計(jì)算已進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)的時(shí)間和時(shí)間故障處理評(píng)分包括對(duì)故障處理步驟的評(píng)分和對(duì)報(bào)警量的評(píng)分,處理步驟的評(píng)分方式和操作過(guò)程評(píng)分相同。這里以報(bào)警量評(píng)分的處理為例:Score=Ci×NN=T/TmCi=ni×Ma/Tm×∑nj式中:Ci——報(bào)警量的扣分系數(shù);N——報(bào)警所持續(xù)時(shí)間段個(gè)數(shù);T——報(bào)警的持續(xù)時(shí)間;Tm——作為一個(gè)時(shí)間段;ni——第i個(gè)報(bào)警量的權(quán)重系數(shù);Ma——本次考核所有報(bào)警量應(yīng)得分的總和;nj——各報(bào)警量的權(quán)重系數(shù)。根據(jù)上面公式可計(jì)算得到某個(gè)報(bào)警量扣分系數(shù)Ci,當(dāng)某報(bào)警量進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)后,考核程序記錄下該報(bào)警量進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)的仿真時(shí)間,當(dāng)該報(bào)警量接觸報(bào)警時(shí),考核程序累計(jì)報(bào)警持續(xù)的時(shí)間,計(jì)算所持續(xù)的時(shí)間單位個(gè)數(shù)N,最后計(jì)算本次報(bào)警發(fā)生的扣分,并填入學(xué)員操作的成績(jī)單中,完成本次報(bào)警的記錄。(2)N——此次培訓(xùn)中共有N個(gè)子過(guò)程,K——一個(gè)過(guò)程單元中一共有多少個(gè)操作步驟。4.4按具體的操作得分(1)對(duì)于沒(méi)有達(dá)到設(shè)定數(shù)值的操作進(jìn)行扣分。Score=ni×CC=Ni×(Mp/∑j=1nNj)∑k=1mMkScore=ni×CC=Νi×(Μp/∑j=1nΝj)∑k=1mΜk式中:C——某操作的扣分系數(shù);ni——第i個(gè)操作的權(quán)重系數(shù);Mp——過(guò)程操作考核應(yīng)得分;Ni——考核項(xiàng)目中n個(gè)子過(guò)程中第i個(gè)子過(guò)程的權(quán)重系數(shù);∑j=1nNj∑j=1nΝj——為n個(gè)子過(guò)程權(quán)重系數(shù)的和;∑k=1mMk∑k=1mΜk——第i個(gè)子過(guò)程所有操作的權(quán)重系數(shù)的和;m——第i個(gè)子過(guò)程所包括的步驟數(shù)。(2)對(duì)于沒(méi)有按照?qǐng)?zhí)行順序的操作,如果某操作是正確的,就不能將其分?jǐn)?shù)完全扣除;對(duì)于沒(méi)有限制條件而進(jìn)行的操作,如果其操作是正確的,也不能將其分?jǐn)?shù)完全扣除。這二類扣分原則為:Score=k×ni×Ck——權(quán)值,對(duì)不按執(zhí)行順序的操作但操作正確的應(yīng)該扣分的程度。4.5學(xué)員操作分值的計(jì)算過(guò)程曲線是對(duì)某過(guò)程參量在某一時(shí)間段內(nèi)變化過(guò)程的記錄。過(guò)程曲線考核依據(jù)是過(guò)程量的設(shè)計(jì)曲線,其考核原理是按照仿真的運(yùn)行,實(shí)時(shí)檢查仿真模型中的過(guò)程參量操作數(shù)值與過(guò)程設(shè)計(jì)曲線的偏差和偏差程度,通過(guò)累計(jì)偏差計(jì)算學(xué)員操作的扣分?？鄯衷砣鐖D4所示。在圖中,由坐標(biāo)軸和曲線的幅度構(gòu)成一個(gè)矩形S,由兩條顏色較淡曲線表示的偏差允許范圍是一個(gè)多邊形Se,通過(guò)S和Se可求得偏差超出允許范圍之外的面積:A=S-Se如學(xué)員的操作曲線在該面積中,表示操作偏差超出允許范圍,需要扣分記錄。S1、S2、S3、S4稱為偏差面積。這樣扣分面積所占面積A的比例即是所扣分的比例。以上參數(shù)求出需要經(jīng)過(guò)一系列的常微分方程的求解,因此,必須已知一些參量,例如描述過(guò)程設(shè)計(jì)曲線的屬性參量、過(guò)程參量的實(shí)際數(shù)值等。5評(píng)估評(píng)分的計(jì)算5.1操作危害性評(píng)定法在同樣的操作水平下,扣分權(quán)數(shù)的大小直接影響到學(xué)員最終考試分?jǐn)?shù),關(guān)于扣分權(quán)數(shù)的合適選取,有兩種方法:一種是根據(jù)操作的危害性大小確定扣分權(quán)數(shù)(誤操作、次嚴(yán)重、嚴(yán)重依次遞增);另外一種是示范操作確定法,由培訓(xùn)中心或廠方挑選具有代表性的好、中、差三組運(yùn)行人員,且培訓(xùn)中心要求培訓(xùn)系統(tǒng)給出95、75、55分,從三組運(yùn)行人員分別進(jìn)行模擬培訓(xùn)考試,然后反復(fù)調(diào)整扣分權(quán)數(shù),直至滿足要求為止。5.2從學(xué)生實(shí)際成績(jī)和學(xué)考結(jié)果對(duì)比到學(xué)員考核成績(jī)根據(jù)前面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)和操作過(guò)程的分解和綜合,學(xué)員操作培訓(xùn)的成績(jī)組成也是按權(quán)重將每個(gè)子過(guò)程的成績(jī)相加,而復(fù)雜子過(guò)程的成績(jī)則按照下面子過(guò)程的組成情況進(jìn)行分?jǐn)?shù)相加,最小的子過(guò)程則根據(jù)每個(gè)操作的得分情況按權(quán)重相加,總成績(jī)則將各個(gè)項(xiàng)目的成績(jī)按權(quán)重相加。學(xué)員的考核成績(jī)結(jié)構(gòu)如圖5所示。S=∑i=1nwiSi(∑i=1nwi=1)Si=∑j=1mwijSij(∑j=1mwij=1)Sij=Sijqwijq+Sijpwijp+SijawijaS=∑i=1nwiSi(∑i=1nwi=1)Si=∑j=1mwijSij(∑j=1mwij=1)Sij=Sijqwijq+Sijpwijp+Sijawija6自動(dòng)評(píng)分功能仿真培訓(xùn)已經(jīng)成為我國(guó)特種作業(yè)人員操作培訓(xùn)考核的重要工具,高質(zhì)量的過(guò)