PPE智能选型软件数据库系统设计与实现

张琪诚 尹小贝 康与涛 贾清天

(上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海201306)

0 引言

个体防护装备(Personal Protective Equipment，PPE)是人在生产和生活中为防御物理、化学、生物等有害因素对人体的伤害，确保安全与健康的重要装备。在安全生产工作中，佩戴个体防护装备是防御外来伤害、保证个体安全和健康的重要手段[1]。据统计，我国当前有毒、有害企业超过1 600万家，受到职业病危害的人数超过2亿[2]。每年我国用于劳动保护支出的费用在600～800亿之间，其中个体防护装备占到60%[3]。可以看出，企业对于个体防护装备的需求量非常庞大。同时，由于PPE的种类众多复杂，国内相关的法律法规对于PPE的选型也有许多要求，这就给企业和用户的PPE选型带来了诸多不便。如果选择了不合适的PPE进行生产作业将无法保证作业人员的个体安全和健康，会给企业和作业人员的生命安全及财产带来巨大的损失。

在选型系统方面的研究主要是针对系统选型过程进行的改进和创新，现在的选型方式主要采取与数据库的数据匹配的方法，将期望选型的目标数据参数与建立好的数据库中的数据相匹配以达到选型的目的。侯腾龙、李霞军、王季鑫[4]在埋刮板运输机选型系统研究中，建立了包含埋刮板运输机的型号及其各性能参数的数据库，当用户选型时，输入相应的性能参数，就可以得到选型结果。这样的选型方式可行，但在选型过程中，要输入选型目标大量的数据参数和信息，若是对选型目标没有全面的认识难以完成选型，缺乏合理的选型规则来帮助决策。将选型规则进行智能化也是选型系统研究的热点，李琳[5]等在工业机器人选型智能系统的研究中通过采取人工智能技术，建立了知识库，将搜集到的选型知识、经验归纳作为选型规则加入到数据库中，用户只需输入一般描述性的选型信息，系统就能借助选型规则帮助实现选型。这种选型方法非常智能化，是选型系统发展的趋势，但是由于人工智能技术尚且处于起步阶段，如何建立完善的知识库系统还有待进一步的研究，不能满足现在迫切的选型需求。因此，本文在已有的PPE信息数据元集标准化[6]的基础上，建立PPE智能选型数据库系统，设计了PPE选型规则，解决了用户对于所需PPE了解模糊而难以完成选型的困难，同时具备通过大数据学习从而优化选型结果的功能，实现了选型系统的智能化。

1 需求分析

作为一个功能完善的PPE智能选型软件应当尽可能多的收录各行业及工种的PPE产品信息，拥有较为全面的PPE品类，为各行业的PPE用户提供决策支持，界面设计友好，操作便捷，同时具备良好的扩充性，对于新上市的PPE品类能及时的更新。

为了能够快捷的在PPE选型数据库中找到对应的PPE，首先需要对PPE进行系统的分类。如今市面上的PPE种类众多且发展迅速，而我国采用的PPE分类标准建立于2000年以前，对于2000年后生产出的新式PPE无法做到准确分类，因此需要重新制定一个PPE分类的标准，本文针对工种和作业环境的不同对PPE实现了重新分类。

为了给PPE用户提供决策支持，本软件应当具备完善的选型规则。选型规则主要是通过将PPE用户的信息和相关法规、标准相关联，从而实现选型。由于国家、行业和地方关于PPE配备的法律法规众多，产生的PPE选型标准也复杂多样，因此需要确定出合理合法的选型规则来协助用户完成准确选型。

作为一个智能选型软件，还应当具备长期学习和优化选型结果的功能。考虑到用户对于PPE的要求各不相同，选型结果可能不能完全达到用户的预期，软件对于选型结果还具备一定的优化功能。软件通过内部的选型系统管理模块记录下所有用户的选型过程，通过对大数据的学习，分析出各类用户对于PPE选型的偏好，给后续用户提供其相应类别用户的PPE推荐选型，从而实现优化选型的效率和结果。

2 数据库设计

2.1 概念模型

概念模型是在管理信息系统众多模型中起着桥梁和纽带作用的模型，根据已有的PPE选型信息的数据元集和数据元确定PPE选型信息的实体和属性以及实体与实体之间的关系，采用实体—联系模型(Entity Relationship Model，ER模型)的方法建立PPE信息的概念模型，为整个数据标准提供一个完整的组织结构框架。

PPE智能选型系统数据库概念模型，如图1。

图1 选型规则管理概念模型Fig.1 Conceptual model of selection rule management

图1选型规则管理模型是2种不同选型规则得到的PPE类别选型，左图是通过用户的地区和行业相关联得到地区、行业的法规标准，同时结合用户的工种信息与PPE类别表相匹配，得到工种PPE类别规则表。右图是通过用户的地区和行业相关联得到地区、行业的法规标准，同时结合用户的作业类别与PPE类别表相匹配，得到作业类别PPE类别规则表。

图2 PPE选型管理概念模型Fig.2 Conceptual model of PPE type selection management

图2选型管理模型是用来记录用户的选型过程和选型结果从而对后续类似的选型智能优化。用户在通过选型规则完成PPE类别选型时，选型管理会记录选型的全过程，其中包括用户修改PPE选型结果的过程。如果用户对PPE 的选型结果不满意，修改为其他类别PPE时，这一过程也会被记录。PPE智能选型软件记录下这些过程从而帮助后续拥有类似选型条件的用户，对他们的选型结果进行智能添加和优化。

2.2 逻辑模型

逻辑设计决定了数据库及其应用的调优关系、整体性能，其中包含确定所需的实体和关系，完成规范化工作等。不合适的逻辑设计可能会引起数据库操作异常、性能低下等后果，甚至影响数据库的安全性和稳定性。

数据库逻辑设计需要完成ER图向关系模型的转换，就是把实体的属性以及实体之间的联系转换成关系模式。随后通过规范化理论指导、优化数据模型的结构，进一步提高数据库应用系统的性能。优化数据模型主要通过实体类型的合并、冗余属性2种方法。

根据以上系统的需求分析和概念模型，最终得到系统的逻辑模型，见表1-3。

表1 工种类型Tab.1 Job type

表2 作业类别Tab.2 Job category

表3 作业类别选型规则Tab.3 Selection rules for job categories

3 数据库的建立

3.1 数据来源

为了保证数据的准确性和权威性，与PPE选型相关的数据均来自于国家标准化管理委员会颁布的正在实行的标准，并且个体防护装备的选型符合与个体防护装备选型相关的法律法规。个体防护装备的选型依据的法规标准主要有：《中华人民共和国安全生产法》《中华人民共和国职业病防治法》《企业安全生产标准化基本规范》《劳动防护用品监督管理规定》《用人单位劳动防护用品管理规范》及各省市劳动防护用品配备标准等。

3.2 数据库数据录入

根据个体防护装备选型数据库的概念模型在ACCESS中创建数据库。依据现有的法规标准，个体防护装备选型数据库全面地收录了与个体防护装备选型相关的数据。包括：34条省级行政区域记录；58条行业信息记录；352条法规标准记录；106条作业类别信息记录；7 787条工种信息记录；775条PPE类别信息记录；597条作业类别选型(可以使用)记录；84条作业类别选型(建议使用)记录；256 545条工种选型记录。

4 系统功能模块设计

模块化是一种处理复杂系统的方法，其原理是将一个复杂的系统按照一定的联系规则分解为可进行独立设计的子系统的行为[7]。把系统进行模块化可以使系统的结构更加清晰、设计更加方便，并且利于以后的调整和测试。根据上述的需求分析，按功能可以把系统划分为5个模块：用户模块、人事信息模块、PPE信息模块、选型规则模块以及选型系统管理模块。系统整体的功能模块，如图3。

图3 系统功能模块图Fig.3 System function block diagram

(1)用户模块。包括用户注册、用户登录和用户信息管理的功能。用户指的管理员和普通用户，要使用软件首先需要注册为普通用户，而管理员为软件信息的管理者，其主要任务是对用户信息以及用户权限进行管理。

(2)人事信息模块。该模块主要由用户个人来输入，输入内容包括地区、行业、集团/企业、公司/工厂、部门/车间、岗位、工作位置、员工。输入的人事信息将会和PPE选型规则中的相关信息对应和匹配，最终由智能选型系统从PPE信息模块中选出合适的PPE。

(3)PPE信息模块。包括PPE类别、PPE品名、PPE商户。该模块主要是由PPE商户对个体防护装备的类别进行系统的划分，规范个体防护装备的名称，并对个体防护装备的商户信息进行了收录。其主要任务是规范了PPE的类别和名称，帮助智能选型系统更快更准确的找到相应的PPE，同时也使得数量庞大的PPE更加易于管理。

(4)PPE选型规则模块。包括了工种、作业类别、法律法规管理、PPE类别、PPE选型规则表、法律法规(工种、作业类别)。该模块主要是由系统管理人员来制定选型规则信息，可以根据个体防护装备选型依据的法规标准及企业内部劳动管理的需要，按照生产劳动的性质、工艺技术的特征，或者服务活动的特点而划分的工作种类；按照工作环境中主要危险特征及工作条件特点而划分的作业种类；依据劳动者的工种或工作环境结合当地及相关行业的法律、法规、规范、标准等对于用户所需的PPE进行筛选，给选型系统提供选型的规则和办法。

(5)选型系统管理模块。该模块主要是根据人事信息模块给出的具体人事信息和PPE选型规则模块给出的PPE选型规则相对应，经过处理和分析，并结合以往用户的选型记录，给出最终的PPE选型结果。

5 系统实现

通过PPE智能选型系统的需求分析和对PPE选型数据库的设计，本文采用浏览器/服务器(Browser/Server，B-S)模式对于PPE智能选型系统进行实现。在 B-S模式中数据请求、加工、结果返回及动态网页生成、对数据库的访问和应用程序的执行等工作全部在服务器端完成，用户只需要通过浏览器就可以使用，不仅使用户界面得到统一，而且易于对系统的维护和升级[8]，如图4。

在完成用户注册后即可进入到PPE智能选型系统的主界面，选型方式分为工种选型、作业类别选型2种，完成相应的选项即可得到法规标准所规定使用的PPE以及建议使用的PPE类型。后期随着越来越多的用户完成选型，系统会通过分析这些大数据进行学习，给出PPE的推荐选型。

PPE智能选型系统分为普通用户版和管理员版，普通用户只能使用软件的智能选型功能，而管理员负责软件的维护和改进，选型规则的调整和改进也是由管理员来完成。图5为管理员版本下的工种选型规则管理。

图4 PPE智能选型系统的主界面Fig.4 Main interface of PPE intelligent selection system

图5 工种选型规则界面Fig.5 Job type selection rule interface

6 结论

PPE智能选型系统是给劳动者和企业提供简单且快速的PPE选型参考的工具，该系统的实现对于保障作业人员的个体安全和健康有着至关重要的作用。本文运用SQL Server数据库技术，根据PPE选型信息的数据元集和数据元建立PPE选型数据库，通过对PPE用户的需求分析，对PPE选型规则、系统功能模块化、软件实现等方面进行研究，最后得到以下结论：

(1)本文通过建立工种、法律法规和PPE类别以及作业类别、法律法规和PPE类别的三元关系确定了2套PPE选型规则，解决了劳动者对于所需PPE了解模糊而难以完成选型的困难，为PPE智能选型软件的设计开发打下基础。

(2)为了更好的实现系统功能，将复杂的选型系统按功能进行模块化设计，使系统的结构更加清晰、用户操作更加便利，同时也有利于后期的管理。

(3)在选型系统管理模块中增加了记录用户选型过程的功能，在后续同类别用户选型过程中，用以向其展示以往用户的选型偏好，以达到选型结果的智能优化，体现了选型系统在智能化技术上的应用和创新。

(4)采用了B-S模式对PPE智能选型软件进行了实现，用户仅需通过浏览器就能完成选型操作，进一步简化了选型软件的使用场景，便于推广使用。该软件的设计和实现将会为后续建立个体防护装备信息数据、实施自愿型个体防护装备监管提供可能，以及进一步为国家有关部门实施强制型监管提供一定的参考。为规范个体防护装备的选型、使用与报废环节的监管奠定基础。