汽车起重机操作训练考核系统

李 末 蒋春朗 梁友国

大连益利亚科技发展有限公司 大连 116000

0 引言

随着数字化、智能化技术的不断进步，以及工业、基础建设等行业的不断发展，汽车起重机的应用越来越广泛且频繁。由于起重机属于特种作业设备，要求起重机械作业人员必须经过严格的安全技术理论学习和安全技术操作实践，考核合格之后方能获证上岗[1]。传统的培训主要以训练场地真机操作练习、课堂授课为主。操作实践练习由于起重机设备成本高、占地大等原因而存在学员多、机器少、人均实际上机时间非常有限等问题，且在操作过程中还存在一定危险性。为了降低购机成本，保证安全性，提高人均操作练习时间，本文研究开发将操作与理论训练、考核集成于同一系统中，通过使用该系统，起重机从业人员可进行模拟实操、理论考题的训练与考核，管理人员可使用系统对从业人员的练习情况及考核信息进行管理和分析。

1 系统框架

如图1所示，根据考核、训练及管理需求将系统分为5个层次。其中，用户层负责多角色管理；表现层负责用户体验，实现训练与考核；应用层负责业务逻辑，实现题库、成绩及系统数据管理；服务层为系统运行提供基础。

图1 起重机操作训练考核系统框架

系统在用户层根据权限将用户划分为管理员与普通用户，表现层为普通用户使用系统时可见功能模块，应用层为管理员使用系统时可见功能模块。系统将普通用户在表现层输入的信息传递给应用层，应用层将处理后的数据发送给服务层，并从服务层获取反馈信息，将这些反馈信息进行归类处理并存储在数据库中，同时将结果信息输出到表现层上供用户查看。管理员通过应用层提供的方法可对数据库中存储的数据进行增加、删除、修改、查询等操作，从而实现对普通用户及系统数据的管理。

2 考核题库及评分设计

考核题库分理论考题和操作考核，其中理论考题包括单选题、多选题、判断题3种题库，操作考核以起重机规范使用操作动作为要求进行设计。

2.1 理论考核

理论考核题库中的每道题都对应一个难易程度系数。在考核过程中，系统根据题型比例及难易题占比程度为每位用户随机抽取各类题库中对应个数的试题，并组合成一套完整的试卷。这样既可避免试卷重复，又可保证试卷难易程度基本相同，实现公平公正的考核。该试卷可表示为

式中：TN为对应题库中难度很大的题，TY为对应题库中难度一般的题，TZ为对应题库中难度简单的题，T单为抽取的单选题集合，T多为抽取的多选题集合，T判为抽取的判断题集合。

最终理论考题评分计算式为

式中：S理为理论考题得分，d理为每道单选题分值，d单为每道多选题分值，d多为每道判断题分值。

2.2 操作考核

操作考核题库中将起重机升降、变幅、回转等动作有机组合起来，形成连续动作指令使被吊物能从起吊位置移动至就位位置，在此过程中主要考核操作人员开机点火、操纵吊钩升降、臂架变幅、转台回转等操作是否正确，实现用户对起重机操作的熟练掌握。操作考核评分逻辑结构如图2所示。

图2 操作考核评分逻辑结构

操作考核得分分为动作、时间和碰撞3部分，动作是指用户通过操纵模拟设备按照系统规定方式完成指定动作；时间是指用户需在规定时间内完成系统规定的动作；碰撞是指用户在按照系统规定的方式完成吊装动作的过程中起重机、被吊物是否与周围环境发生碰撞。通过将动作、时间、碰撞的得分进行归一化处理后加权求和得到最终考核结果，即

2.3 数据库设计

根据系统及功能模块的需求，建立系统数据库，其中包括用户表、得分表、单选考题表、多选考题表、判断考题表、起重机作业工况表等。用户表用来存储用户信息数据，其结构如表1所示。得分表用于存储考生得分信息数据，其结构如表2所示。考题表用于存储各类考题信息，其结构如表3所示。起重机作业工况表用于存储起重机工况信息数据，其结构如表4所示。

表1 用户表

表2 得分表

表3 单选考题表

表4 起重机作业工况表

3 系统功能

管理员功能模块包括用户数据管理、考题题库管理、模拟系统管理、用户成绩查看等4个模块。用户数据管理对系统用户信息进行添加、修改、删除、查询，可实现对考核人员的信息管理（见图3）；考题题库管理可实现各题库考题的添加、修改、删除，查询等功能（见图4）。单选题、多选题、判断题题库可对题库中的试题信息进行修改和删除；模拟系统管理（见图5）是对模拟设备信息、作业环境场景、吊装设备及起重机机型工况等信息进行配置的模块；用户成绩查看模块（见图6）可查看系统中全部考核人员的所有成绩及考试信息文件，方便统计人员学习状况及薄弱环节，有针对性地加强练习，调整完善考题题库设置。

图3 用户数据管理图

图5 模拟系统管理

图6 用户成绩查

普通用户功能模块包括模拟考核、考题考核、操作训练、考题练习、成绩查看等5个模块。考题考核模块同一般的考试系统基本相同（见图7），用户需在规定时间内完成试卷内所有题目，答题结束后系统统计得分情况，并将成绩上传后存档；考题练习与考题考核模块的流程相同，区别在于操作训练后可看到得分，但不上传成绩；模拟考核模块中考核人员可通过操作手柄、开关等对模拟设备中的起重机进行操作，以完成系统给出的动作指令（见图8），考核流程、及操作分值如表5所示，待考核人员按步骤执行完动作指令后，系统将给出本次模拟考核的最后得分（见图9），并将成绩上传后存档；操作训练与模拟考核模块的过程相同，区别在于操作训练后能看到得分，但不上传成绩；成绩查看模块中考核人员可查看自己每次的考核成绩及考试信息文件。

图7 考题考核

图8 考题考核

图9 模拟考核得分界面示例

表5 考核流程表

4 结论

随着各类工程的建设规模不断增大，工程机械的使用规模也不断扩大，对起重机操作人员的需求与日俱增，这就要求在起重机从业人员培训过程中能快速高效地提供安全可靠的训练和考核机制。本文研究开发一种起重机操作训练考核系统，在提高操作训练安全性同时降低了培训费用，并通过分析成绩数据有针对性地加强从业相对薄弱的环节，进一步提升起重机操作人员的素质。