基于關鍵區域特征匹配的生產現場隱患識別方法

唐 強

（1.華南理工大學，廣東 廣州 510006；2.廣東省能源集團深圳市廣前電力有限公司，廣東 深圳 518054）

0 引言

生產現場存在的隱患主要包括設備隱患、操作隱患、環境隱患、管理隱患等。其中，設備隱患是指由設備老舊、安全裝置失效、維護不當等問題造成的安全性生成事故。操作隱患是指由操作人員技能不足、疏忽大意、違規操作等問題造成的安全生產事故。環境隱患涉及地面濕滑、通風不良、照明不足等生產現場環境不良問題，會對安全生產造成影響。管理隱患可以理解為安全管理不到位，包括安全制度不健全、安全檢查不到位、安全教育不足等表現形式，也會導致非安全事故的發生[1]。為了消除生產現場的隱患問題，可以從加強設備維護和檢查、改善生產現場環境、建立健全安全管理制度、改善生產現場環境、配備安全設施等方面著手，在確保生產現場安全的同時，避免生產任務發生中斷。

對于生產現場各類隱患問題的識別，姚懋欣等提出了基于LSTM 特征提取的識別方法，在長短時記憶網絡的基礎上，提取生產現場各類隱患問題的復位特征，再通過統一化訓練的方式，確定各類隱患問題的表現形式[2]。段翔兮等人提出了基于KNN 算法的隱患識別方法，通過使用Vicon 軟件完成對生產設備運行狀態的捕捉，采用KNN 算法提取生產現場的各類隱患信息，并以此完成對各類生成設備運行能力的分析。建模過程中，主機元件使用8 個定位點對生產現場進行全方位標記，利用攝像頭捕捉生產設備的運行動作，再以此來判斷是否存在隱患問題[3]。然而，在實際應用過程中，基于LSTM 特征提取的識別方法、基于KNN 算法的隱患識別方法普遍存在著無法完全準確地識別出設備老化、操作不規范、物料儲存不當這三類隱患的問題。除此之外，還有學者提出了檢查表法，使用事先設計好的檢查表或者評估表進行系統性的檢查和評估，根據指標判斷是否存在隱患。但是某些隱患可能只在特定條件下可見，對于經驗法和檢查表法來說難以發現。

為避免上述情況的發生，本文設計一種基于關鍵區域特征匹配的生產現場隱患識別方法。關鍵區域特征匹配是指利用技術性手段對生產現場的關鍵區域進行特征識別與匹配，實現更有效的生產管理和質量控制[4]。在生產現場，關鍵區域主要包括原材料區、成品加工區、半成品加工區、成品檢驗區與半成品檢驗區，針對這些區域進行特征匹配處理，既可以避免出現產品質量與生產效率不達標的問題，也能夠實現對各類隱患問題表現能力的準確判定。

1 生產現場隱患信息處理

基于關鍵區域特征匹配的生產現場隱患信息處理就是在關鍵區域特征匹配算法的基礎上，定義具體的隱患信息分類標準，本章節針對上述內容展開深入研究。

1.1 關鍵區域特征匹配

1.1.1 隱患信息的關鍵區域特征獲取

獲取生產現場隱患信息的關鍵區域特征的步驟如下：

1）劃分關鍵區域：明確生產現場各個關鍵區域的劃分標準，主要包括原材料存放區、成品存放區與生產加工區。

2）收集關鍵區域的生產特征數據：可以用來描述生產現場隱患問題的關鍵區域特征數據涉及設備信息、操作信息、監管信息等，可以通過現場調查、監測反饋等方式進行收集。

3）關鍵區域特征信息整理：對員工反饋及收集所得的生產現場關鍵區域特征數據進行針對性整理與分析，找出各項潛在的隱患信息[5]。

4）關鍵區域隱患信息的監測與反饋：完成隱患信息的收集與獲取后，還應針對生產現場關鍵區域進行持續監測，以確保后續識別流程的準確實施。

設定M1，M2，…，Mn表示n個不同的生產現場關鍵區域定義參量，β表示隱患信息取樣系數，表示生產現場關鍵區域特征的數值定義項，采用上述物理量，可將隱患信息的關鍵區域特征表達式定義為：

式中：χ表示生產現場關鍵區域特征信息的整理參數；α表示生產現場關鍵區域的標準劃分向量。為實現對生產現場隱患問題的準確識別，獲取關鍵區域特征時，應避免對不同類型的信息參量進行混合運算。

1.1.2 信息區域特征的匹配運算

針對生產現場隱患信息區域特征的匹配運算就是利用關鍵區域特征獲取條件，確定當前獲取隱患信息所屬的具體特征區域。基于關鍵區域特征匹配算法運算信息參量的主要目的，就是實現對生產現場隱患問題的精準識別，因此在實施關鍵區域特征數據的匹配與比對處理時，應關注存在異常情況的區域內，是否能夠提取出多種不同類型的潛在隱患數據[6?7]。

用V表示關鍵區域內的隱患信息標記向量，表達式如下：

式中：ΔX表示生產現場隱患信息的單位累積量；c表示關鍵區域之間的特征信息參量匹配系數；x表示關聯性度量值。

聯立式（1）、式（2），可得到生產現場信息區域特征的匹配表達式為：

1.2 隱患信息分類標準定義

基于關鍵區域特征匹配條件定義生產現場隱患信息分類標準，主要涉及人員行為類隱患、設備設施類隱患與物料儲存類隱患。人員行為類隱患包括錯誤操作、個體身體異常、疲勞操作等情況，可以理解為由人員操作不當或違反安全操作規程所引發的事故隱患[8]。設備設施類隱患包括設備布置不當、設備安裝不合理、設備破損以及設備故障等行為情況，是指由設備設施老化或不及時維修所引發的生產安全型事故隱患。物料儲存類隱患的表現形式較為單一，主要是指由易燃物料儲存不當和有害物質泄漏造成的生產現場隱患問題，具有一定的危險性[9]。

隱患信息分類標準的定義可以根據生產現場的不同進行細化與調整。在制定分類標準時，必須考慮現場可能存在的各類風險性因素，并結合具體生產情況進行劃分。

2 生產現場隱患識別方法設計

根據關鍵區域特征匹配原則設計生產現場隱患的識別方法，還應排查具體隱患問題，并通過評估隱患等級的方式求解識別閾值參量。

2.1 隱患問題排査

排查生產現場隱患問題的目的在于盡可能早地發現各類潛在隱患。首先，應根據關鍵區域特征匹配原則確定具體排查范圍，并以此為基礎，定義具體的隱患排查實施項目；然后，對上述項目所對應的隱患問題進行一一排查；最后，根據生產現場的安全運營情況及實際生產背景，落實隱患排查工作的每一個項目，如果排查過程中被測項目存在較大的安全隱患，則必須立刻停產，并對其進行相應的整改與整頓[10]。

生產現場隱患問題排査標準的表達式為：

式中：a表示生產現場隱患問題排查任務的立項系數；ha表示基于參數a的隱患整改向量；ga表示基于參數a的隱患排查實施向量；η表示排查效率。對于生產單位而言，如果整改隱患問題所需消耗的時間較長，則應在完成排查后，申請相關部門進行檢查，在確保達到生成標準后，才可以恢復施工。

2.2 隱患等級評估

對于生產現場隱患等級的評估，通常根據隱患問題排査結果確定具體的評估標準，以便于生產單位制定更為可行的識別方案。一般來說，識別生產現場隱患等級遵循三級評估標準。一級隱患會嚴重威脅人員的生命安全與財產安全，有可能引發重大生產事故，如常見的生產工藝操作漏洞、安全防護設備嚴重損壞或缺失、危險化學品存儲與管理不合規等。二級隱患會對人員的生命安全和財產安全造成一定程度的威脅，有可能引發一般性的生產事故，如部分設備安全防護措施不足、操作流程不完善等。三級隱患對人員的生命安全和財產安全影響相對較小，只會造成輕微的生產事故，如生產設備維護不及時、危險物質標識不清晰等。

設A1表示一級隱患定義項，A2表示二級隱患定義項，A3表示三級隱患定義項，表示標準評估向量，表示單位識別周期內的隱患信息取樣均值，f表示基于關鍵區域特征匹配所定義的隱患信息評估權限值。聯立上述物理量，可將生產現場的隱患等級評估條件表示為：

評估生產現場隱患等級時，需要列舉出所有可能出現的風險性因素，以確保對隱患問題進行準確識別。

2.3 隱患識別閾值計算

計算隱患識別閾值時，需參考隱患問題排査、隱患等級評估結果。閾值可以理解為閾度標準，在排查生產現場隱患問題的過程中，若針對每一生產環節進行篩查，則會使得生產單位所承擔的施工任務量大大增加，不但需要完成預先設定的生產任務，還必須針對現場各個環節進行仔細檢查。若以隱患識別閾值為標準，定義具體的識別方案，能夠適當緩解生產單位所需承擔的施工壓力，從而在保障順利完成生產任務的同時，識別出所有潛在的隱患與風險問題。

為實現對生產現場隱患的準確識別，基于關鍵區域特征匹配條件定義識別信息時，應根據具體施工情況定義相應的整改措施和計劃。

3 實驗分析與研究

在生產現場，隱患問題是導致不安全生產事故的主要原因。本次實驗選擇設備老化、操作不規范、物料儲存不當三類隱患問題作為識別對象，其在生產現場中的具體表現形式如圖1 所示。

圖1 設備隱患表現

圖1 中的隱患分別為設備老化隱患、操作不規范隱患和物料儲存不當隱患。設備老化是指生產設備的超齡服役。在施工過程中，如果不能識別出設備老化問題并對其進行及時更換，不但會影響生產進度，還會導致不安全事件。操作不規范是指參與生產任務的操作人員沒有掌握機器設備的正確使用方法，長期不規范操作既影響機器使用壽命，還有可能對操作者造成傷害。物料儲存不當是指將參與生產任務的設備及原材料擺放在不當位置，影響后續生產任務的實施。

分別應用基于關鍵區域特征匹配的生產現場隱患識別方法（第1 組）、基于LSTM 特征提取的識別方法（第2 組）、基于KNN 算法的隱患識別方法（第3 組）三組不同技術手段進行實驗，分別將三種方法的執行程序輸入Visual 操作軟件中，根據判斷框所輸出的結果，來確定當前應用方法是否能夠對生產現場隱患進行準確識別。圖2 為第1 組隱患識別具體實驗結果。

圖2 第1 組隱患識別結果

分析圖2 可知，第1 組方法作用下，Visual 操作軟件對于設備老化類隱患、操作不規范類隱患、物料儲存不當類隱患的判定結果均為符合識別條件。第2 組隱患識別結果如圖3 所示。

圖3 第2 組隱患識別結果

分析圖3 可知，第2 組方法作用下，Visual 操作軟件對于設備老化類隱患、物料儲存不當類隱患的判定結果為符合識別條件，對于操作不規范類隱患的判定結果為不符合識別條件。第3 組隱患識別結果如圖4 所示。

圖4 第3 組隱患識別結果

分析圖4 可知，第3 組方法作用下，Visual 操作軟件對于設備老化類隱患、操作不規范類隱患、物料儲存不當類隱患的判定結果均為不符合識別條件。

綜上可知，基于關鍵區域特征匹配的生產現場隱患識別方法可以識別出設備老化、操作不規范、物料儲存不當這三類隱患問題，在后續生產過程中，不會造成不安全事件。該方法能夠對生產現場隱患進行有效識別，符合安全生產的實際應用需求。

4 結語

基于關鍵區域特征匹配的生產現場隱患識別方法通過提取關鍵特征數據的方式，將必要隱患信息篩選出來，并采取相應措施對其進行處理，以確保生產過程的安全性、穩定性與高效性。在實際應用過程中，相關企業單位可以對該方法進行優化，以使其適應多種不同的生產現場環境。與此同時，企業也需要提高員工的安全意識與技能水平，并以此為基礎，推導生產項目的順利進行。