汽車起重機操作訓練考核系統

李 末 蔣春朗 梁友國

大連益利亞科技發展有限公司 大連 116000

0 引言

隨著數字化、智能化技術的不斷進步，以及工業、基礎建設等行業的不斷發展，汽車起重機的應用越來越廣泛且頻繁。由于起重機屬于特種作業設備，要求起重機械作業人員必須經過嚴格的安全技術理論學習和安全技術操作實踐，考核合格之后方能獲證上崗[1]。傳統的培訓主要以訓練場地真機操作練習、課堂授課為主。操作實踐練習由于起重機設備成本高、占地大等原因而存在學員多、機器少、人均實際上機時間非常有限等問題，且在操作過程中還存在一定危險性。為了降低購機成本，保證安全性，提高人均操作練習時間，本文研究開發將操作與理論訓練、考核集成于同一系統中，通過使用該系統，起重機從業人員可進行模擬實操、理論考題的訓練與考核，管理人員可使用系統對從業人員的練習情況及考核信息進行管理和分析。

1 系統框架

如圖1所示，根據考核、訓練及管理需求將系統分為5個層次。其中，用戶層負責多角色管理；表現層負責用戶體驗，實現訓練與考核；應用層負責業務邏輯，實現題庫、成績及系統數據管理；服務層為系統運行提供基礎。

圖1 起重機操作訓練考核系統框架

系統在用戶層根據權限將用戶劃分為管理員與普通用戶，表現層為普通用戶使用系統時可見功能模塊，應用層為管理員使用系統時可見功能模塊。系統將普通用戶在表現層輸入的信息傳遞給應用層，應用層將處理后的數據發送給服務層，并從服務層獲取反饋信息，將這些反饋信息進行歸類處理并存儲在數據庫中，同時將結果信息輸出到表現層上供用戶查看。管理員通過應用層提供的方法可對數據庫中存儲的數據進行增加、刪除、修改、查詢等操作，從而實現對普通用戶及系統數據的管理。

2 考核題庫及評分設計

考核題庫分理論考題和操作考核，其中理論考題包括單選題、多選題、判斷題3種題庫，操作考核以起重機規范使用操作動作為要求進行設計。

2.1 理論考核

理論考核題庫中的每道題都對應一個難易程度系數。在考核過程中，系統根據題型比例及難易題占比程度為每位用戶隨機抽取各類題庫中對應個數的試題，并組合成一套完整的試卷。這樣既可避免試卷重復，又可保證試卷難易程度基本相同，實現公平公正的考核。該試卷可表示為

式中：TN為對應題庫中難度很大的題，TY為對應題庫中難度一般的題，TZ為對應題庫中難度簡單的題，T單為抽取的單選題集合，T多為抽取的多選題集合，T判為抽取的判斷題集合。

最終理論考題評分計算式為

式中：S理為理論考題得分，d理為每道單選題分值，d單為每道多選題分值，d多為每道判斷題分值。

2.2 操作考核

操作考核題庫中將起重機升降、變幅、回轉等動作有機組合起來，形成連續動作指令使被吊物能從起吊位置移動至就位位置，在此過程中主要考核操作人員開機點火、操縱吊鉤升降、臂架變幅、轉臺回轉等操作是否正確，實現用戶對起重機操作的熟練掌握。操作考核評分邏輯結構如圖2所示。

圖2 操作考核評分邏輯結構

操作考核得分分為動作、時間和碰撞3部分，動作是指用戶通過操縱模擬設備按照系統規定方式完成指定動作；時間是指用戶需在規定時間內完成系統規定的動作；碰撞是指用戶在按照系統規定的方式完成吊裝動作的過程中起重機、被吊物是否與周圍環境發生碰撞。通過將動作、時間、碰撞的得分進行歸一化處理后加權求和得到最終考核結果，即

2.3 數據庫設計

根據系統及功能模塊的需求，建立系統數據庫，其中包括用戶表、得分表、單選考題表、多選考題表、判斷考題表、起重機作業工況表等。用戶表用來存儲用戶信息數據，其結構如表1所示。得分表用于存儲考生得分信息數據，其結構如表2所示。考題表用于存儲各類考題信息，其結構如表3所示。起重機作業工況表用于存儲起重機工況信息數據，其結構如表4所示。

表1 用戶表

表2 得分表

表3 單選考題表

表4 起重機作業工況表

3 系統功能

管理員功能模塊包括用戶數據管理、考題題庫管理、模擬系統管理、用戶成績查看等4個模塊。用戶數據管理對系統用戶信息進行添加、修改、刪除、查詢，可實現對考核人員的信息管理（見圖3）；考題題庫管理可實現各題庫考題的添加、修改、刪除，查詢等功能（見圖4）。單選題、多選題、判斷題題庫可對題庫中的試題信息進行修改和刪除；模擬系統管理（見圖5）是對模擬設備信息、作業環境場景、吊裝設備及起重機機型工況等信息進行配置的模塊；用戶成績查看模塊（見圖6）可查看系統中全部考核人員的所有成績及考試信息文件，方便統計人員學習狀況及薄弱環節，有針對性地加強練習，調整完善考題題庫設置。

圖3 用戶數據管理圖

圖5 模擬系統管理

圖6 用戶成績查

普通用戶功能模塊包括模擬考核、考題考核、操作訓練、考題練習、成績查看等5個模塊。考題考核模塊同一般的考試系統基本相同（見圖7），用戶需在規定時間內完成試卷內所有題目，答題結束后系統統計得分情況，并將成績上傳后存檔；考題練習與考題考核模塊的流程相同，區別在于操作訓練后可看到得分，但不上傳成績；模擬考核模塊中考核人員可通過操作手柄、開關等對模擬設備中的起重機進行操作，以完成系統給出的動作指令（見圖8），考核流程、及操作分值如表5所示，待考核人員按步驟執行完動作指令后，系統將給出本次模擬考核的最后得分（見圖9），并將成績上傳后存檔；操作訓練與模擬考核模塊的過程相同，區別在于操作訓練后能看到得分，但不上傳成績；成績查看模塊中考核人員可查看自己每次的考核成績及考試信息文件。

圖7 考題考核

圖8 考題考核

圖9 模擬考核得分界面示例

表5 考核流程表

4 結論

隨著各類工程的建設規模不斷增大，工程機械的使用規模也不斷擴大，對起重機操作人員的需求與日俱增，這就要求在起重機從業人員培訓過程中能快速高效地提供安全可靠的訓練和考核機制。本文研究開發一種起重機操作訓練考核系統，在提高操作訓練安全性同時降低了培訓費用，并通過分析成績數據有針對性地加強從業相對薄弱的環節，進一步提升起重機操作人員的素質。