工業(yè)鍋爐司爐工仿真培訓(xùn)自動評分系統(tǒng)的研究

工業(yè)鍋爐司爐工仿真培訓(xùn)自動評分系統(tǒng)的研究

1仿真培訓(xùn)自動評分系統(tǒng)董將軍的操作培訓(xùn)是中國特種工作培訓(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。對司爐工的培訓(xùn)考核,采用司爐工仿真培訓(xùn)自動評分系統(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,對司爐工仿真培訓(xùn)自動評分系統(tǒng)進行研究,具有重要意義。2根據(jù)調(diào)查操作質(zhì)量分和操作過程分司爐工仿真培訓(xùn)考核的評分內(nèi)容主要包括以下三個方面:(1)操作評分,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間是否合乎標(biāo)準(zhǔn)來確定得分情況;操作質(zhì)量分是根據(jù)學(xué)員實際操作與系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)的偏離狀態(tài)程度來確定評分。(2)故障處理能力評分。根據(jù)處理故障需要的時間以及能否正確處理故障來評分,同樣也包含了操作質(zhì)量分和操作步驟分。(3)過程曲線評分。在培訓(xùn)過程中考察參數(shù)變化趨勢與設(shè)計曲線的吻合程度,根據(jù)實際曲線和理想曲線偏差的程度來給學(xué)員的操作評分。3仿真系統(tǒng)的自動評分自動評分原理如圖1所示。自動評分實現(xiàn)的基礎(chǔ)是設(shè)備單元和操作單元。一個作業(yè)過程可能包括成百上千個操作,這些操作根據(jù)運行/操作設(shè)備的不同,有些操作是互相獨立的,有些操作是互相關(guān)聯(lián)的,也就是說對于一個作業(yè)過程來說,所有的操作是操作單元有序性和無序性的統(tǒng)一。我們可以用以下兩個流程來描述一個作業(yè)過程,如圖2所示。作業(yè)過程的組成和子過程的組成結(jié)構(gòu)上相似,不同之處在于評定時,必須是上個子過程結(jié)束標(biāo)志為真時才啟動下一個子過程的評分流程。評分推理主要是通過評分規(guī)則實現(xiàn)的,采用的是正向推理機制。自動評分是根據(jù)一系列的規(guī)則推理實現(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——扣分動作AandB——符合條件,即當(dāng)系統(tǒng)處理狀態(tài)A時學(xué)員進行了B操作,則相應(yīng)扣分動作C。從上述可知,要實現(xiàn)自動評分,評分系統(tǒng)要能實時獲取作業(yè)仿真系統(tǒng)的狀態(tài)和學(xué)員的操作動作,以及要有相應(yīng)的評分規(guī)則。作業(yè)仿真系統(tǒng)的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)可以通過系統(tǒng)狀態(tài)表提供的接口獲取,而學(xué)員的操作情況通過操作跟蹤來實現(xiàn)。評分規(guī)則主要對故障處理、操作過程和操作質(zhì)量三個方面設(shè)置,為了使評分子系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種培訓(xùn)過程,需要把評分程序和評分規(guī)則分開,將評分規(guī)則寫成評分標(biāo)準(zhǔn)文件。4模擬培訓(xùn)的自動評分系統(tǒng)的實現(xiàn)4.1操作步驟跟蹤部分自動評分系統(tǒng)應(yīng)考慮的三個方面中,報警量和操作質(zhì)量的評分只需跟蹤作業(yè)仿真系統(tǒng)的狀態(tài)值,實現(xiàn)比較簡單。關(guān)鍵問題在于如何跟蹤學(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始與否。為此,就必須知道某一步的開始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志。這些標(biāo)志必須是計算機可以判斷和識別的。由于不同過程其操作步驟不同,因此不同過程的自動評分系統(tǒng)的跟蹤操作步驟部分程序須單獨處理編寫,其他部分可以通用化。跟蹤操作步驟程序框圖見圖3。4.2操作評分標(biāo)準(zhǔn)評分標(biāo)準(zhǔn)文件是由一系列為成績評定而設(shè)計的表格組成,包括:操作過程評分標(biāo)準(zhǔn)文件、成績權(quán)重表、操作步驟評分標(biāo)準(zhǔn)格式表、操作質(zhì)量評分標(biāo)準(zhǔn)格式表、事故發(fā)現(xiàn)處理評分格式表等,表格可根據(jù)實際培訓(xùn)的需要自行設(shè)計。4.3根據(jù)報警量的情況計算已進入報警狀態(tài)的時間和時間故障處理評分包括對故障處理步驟的評分和對報警量的評分,處理步驟的評分方式和操作過程評分相同。這里以報警量評分的處理為例:Score=Ci×NN=T/TmCi=ni×Ma/Tm×∑nj式中:Ci——報警量的扣分系數(shù);N——報警所持續(xù)時間段個數(shù);T——報警的持續(xù)時間;Tm——作為一個時間段;ni——第i個報警量的權(quán)重系數(shù);Ma——本次考核所有報警量應(yīng)得分的總和;nj——各報警量的權(quán)重系數(shù)。根據(jù)上面公式可計算得到某個報警量扣分系數(shù)Ci,當(dāng)某報警量進入報警狀態(tài)后,考核程序記錄下該報警量進入報警狀態(tài)的仿真時間,當(dāng)該報警量接觸報警時,考核程序累計報警持續(xù)的時間,計算所持續(xù)的時間單位個數(shù)N,最后計算本次報警發(fā)生的扣分,并填入學(xué)員操作的成績單中,完成本次報警的記錄。(2)N——此次培訓(xùn)中共有N個子過程,K——一個過程單元中一共有多少個操作步驟。4.4按具體的操作得分(1)對于沒有達到設(shè)定數(shù)值的操作進行扣分。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個操作的權(quán)重系數(shù);Mp——過程操作考核應(yīng)得分;Ni——考核項目中n個子過程中第i個子過程的權(quán)重系數(shù);∑j=1nNj∑j=1nΝj——為n個子過程權(quán)重系數(shù)的和;∑k=1mMk∑k=1mΜk——第i個子過程所有操作的權(quán)重系數(shù)的和;m——第i個子過程所包括的步驟數(shù)。(2)對于沒有按照執(zhí)行順序的操作,如果某操作是正確的,就不能將其分數(shù)完全扣除;對于沒有限制條件而進行的操作,如果其操作是正確的,也不能將其分數(shù)完全扣除。這二類扣分原則為:Score=k×ni×Ck——權(quán)值,對不按執(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)員操作分值的計算過程曲線是對某過程參量在某一時間段內(nèi)變化過程的記錄。過程曲線考核依據(jù)是過程量的設(shè)計曲線,其考核原理是按照仿真的運行,實時檢查仿真模型中的過程參量操作數(shù)值與過程設(shè)計曲線的偏差和偏差程度,通過累計偏差計算學(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)成一個矩形S,由兩條顏色較淡曲線表示的偏差允許范圍是一個多邊形Se,通過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,例如描述過程設(shè)計曲線的屬性參量、過程參量的實際數(shù)值等。5評估評分的計算5.1操作危害性評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)員最終考試分數(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、次嚴重、嚴重依次遞增);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,從三組運行人員分別進行模擬培訓(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)生實際成績和學(xué)考結(jié)果對比到學(xué)員考核成績根據(jù)前面對復(fù)雜系統(tǒng)和操作過程的分解和綜合,學(xué)員操作培訓(xùn)的成績組成也是按權(quán)重將每個子過程的成績相加,而復(fù)雜子過程的成績則按照下面子過程的組成情況進行分數(shù)相加,最小的子過程則根據(jù)每個操作的得分情況按權(quán)重相加,總成績則將各個項目的成績按權(quán)重相加。學(xué)員的考核成績結(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自動評分功能仿真培訓(xùn)已經(jīng)成為我國特種作業(yè)人員操作培訓(xùn)考核的重要工具,高質(zhì)量的過