安全生產(chǎn)培訓(xùn)與考試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

王 蓉，李成大，魏宏旭

(1．成都工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程系，成都 610031;2．成都國(guó)騰軟件資源有限公司 成都 610031)

為滿(mǎn)足安全培訓(xùn)工作適應(yīng)新形勢(shì)、新任務(wù)的要求，提高培訓(xùn)質(zhì)量和教學(xué)水平，積極推行“教考分離”制度(即由具備資質(zhì)的培訓(xùn)單位承擔(dān)安全培訓(xùn)任務(wù)，安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)只負(fù)責(zé)培訓(xùn)單位的資質(zhì)認(rèn)證和考核管理)，建立了分級(jí)負(fù)責(zé)管理、分工明確、培訓(xùn)與考核分離的安全生產(chǎn)培訓(xùn)考核體系。筆者通過(guò)對(duì)安全培訓(xùn)與考試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)流程管理規(guī)范化進(jìn)行研究，利用信息技術(shù)等現(xiàn)代化手段建立安全生產(chǎn)培訓(xùn)與考試系統(tǒng)，以提高各級(jí)培訓(xùn)中心安全生產(chǎn)培訓(xùn)的規(guī)范性，有效管控考試過(guò)程，驗(yàn)證培訓(xùn)質(zhì)量，從而提高安全生產(chǎn)人員安全生產(chǎn)技術(shù)能力，減少安全事故發(fā)生。

1 系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容

1)研究實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)培訓(xùn)與考試系統(tǒng)的業(yè)務(wù)組件化，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)的靈活性、易用性、可擴(kuò)展性、可配置性和高安全性，以便支持全省100多家培訓(xùn)中心的培訓(xùn)考試業(yè)務(wù)。各培訓(xùn)中心的網(wǎng)絡(luò)鏈接方式、數(shù)據(jù)傳輸方式各有不同，如何保證各種網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的高效傳輸，快速地進(jìn)行培訓(xùn)中心各業(yè)務(wù)的特性擴(kuò)展，保證開(kāi)發(fā)、實(shí)施的速度和質(zhì)量，保證組網(wǎng)設(shè)備的與數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)加密無(wú)關(guān)性，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn);同時(shí)，也要保證各培訓(xùn)中心在標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放的通訊協(xié)議基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的增加、刪除和修改。

2)研究基于模型的試卷組卷，提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性。安全生產(chǎn)培訓(xùn)與考試系統(tǒng)涉及多工種、多知識(shí)點(diǎn)的交叉和知識(shí)的更新，并且也需要考慮每份試卷的公平性，因此，要研究包括基于數(shù)據(jù)模型建立科學(xué)的試卷組卷方式及基于試題四大參數(shù)指標(biāo)的選題方式。

3)研究從數(shù)據(jù)直接生成界面，提升軟件系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及部署的高效性。培訓(xùn)中心的業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要選擇相應(yīng)的通訊協(xié)議，然后生成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，根據(jù)定義的數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)生成用戶(hù)交互界面，這種方法為靈活、快速、經(jīng)濟(jì)、實(shí)效地開(kāi)發(fā)培訓(xùn)考試業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了可靠保障。

4)研究從數(shù)據(jù)直接生成測(cè)試用例，提高應(yīng)用工程系統(tǒng)質(zhì)量，降低成本。培訓(xùn)中心可以根據(jù)定義數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)生成測(cè)試用例進(jìn)行測(cè)試;系統(tǒng)可以在進(jìn)行業(yè)務(wù)擴(kuò)展、覆蓋范圍增加或者開(kāi)發(fā)后期，將更多的精力集中在安全考試工種和各工種差異性的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)上，降低維護(hù)成本，有效縮短系統(tǒng)更新上線(xiàn)周期。系統(tǒng)將定義的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)，以及自動(dòng)生成經(jīng)測(cè)試的代碼，自動(dòng)翻譯成相關(guān)協(xié)議數(shù)據(jù)，并將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)配置到設(shè)備中，從而保障系統(tǒng)的質(zhì)量。

2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

安全生產(chǎn)培訓(xùn)與考試系統(tǒng)技術(shù)總體結(jié)構(gòu)分為4層，如圖1所示。1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。本系統(tǒng)中涉及的數(shù)據(jù)庫(kù)以SQL Server為主。此外包含非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(文本文件、Excel、PDF等)。2)商業(yè)邏輯層中間件。本系統(tǒng)Web服務(wù)器可選擇IIS服務(wù)器。邏輯層中間件(．Net Framework)負(fù)責(zé)處理Web客戶(hù)端請(qǐng)求，負(fù)責(zé)運(yùn)行業(yè)務(wù)模型C#．Net對(duì)象數(shù)據(jù)映射關(guān)系框架等ASP．Net應(yīng)用系統(tǒng)。3)標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)應(yīng)用層是培訓(xùn)考試系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)層，包含基礎(chǔ)支撐中間件，實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)考試系統(tǒng)的所有應(yīng)用接口。平臺(tái)系統(tǒng)管理內(nèi)容均放置在標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)應(yīng)用層，它同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)的并行計(jì)算的接口。4)標(biāo)準(zhǔn)信息門(mén)戶(hù)展現(xiàn)層可以實(shí)現(xiàn)自定義數(shù)據(jù)輸入Web界面、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、統(tǒng)計(jì)分析圖、網(wǎng)站框架設(shè)計(jì)、網(wǎng)站內(nèi)容發(fā)布、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出等功能，核心功能為:a)網(wǎng)頁(yè)框架模板配置;b)信息網(wǎng)站定制;c)數(shù)據(jù)信息錄入(數(shù)據(jù)維護(hù))定制;d)查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、圖形定制;e)同一網(wǎng)頁(yè)支持異構(gòu)數(shù)據(jù)查詢(xún);f)報(bào)表分組匯總;g)報(bào)表預(yù)覽及打印;h)支持多種數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)獲取接口。

3 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3．1 基于多元回歸模型的試卷組卷

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是安全生產(chǎn)人員通過(guò)培訓(xùn)考試全面了解和掌握安全操作規(guī)程、各類(lèi)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。而系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)的分布已有標(biāo)準(zhǔn)值參考，所以試卷考題的選定，以及考題與知識(shí)點(diǎn)分布是否相匹配就成為關(guān)鍵問(wèn)題。為使考題的組合方式更具科學(xué)性，需要從考題中發(fā)現(xiàn)考生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，并根據(jù)分析結(jié)果自動(dòng)選擇新考題的組合，因?yàn)槠渲猩婕白兞颗c統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系的問(wèn)題，所以筆者選擇多元回歸作為考題選定的數(shù)據(jù)模型。

根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)特征和分析要求，筆者采用“一對(duì)多”線(xiàn)性回歸分析建立數(shù)據(jù)模型。設(shè)隨機(jī)變量y與m個(gè)自變量x1，x2，…，xm存在線(xiàn)性關(guān)系:

圖1 安全生產(chǎn)培訓(xùn)與考試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(1)式稱(chēng)為回歸方程，式中 β0，β1，β2，…，βm為回歸系數(shù)，s為隨機(jī)誤差。

現(xiàn)在用β0+β1x1+β2x2+…+βmxm估計(jì)y的均值E(y)，即E(y)=β0+β1x1+β2x2+… +βmxm，且假定S～N(0，σ2)，y～N(β0+β1x1+… +βmxm，σ2)，(β0，β1，…，βm，σ2)是與x1，x2，…，xm無(wú)關(guān)的待定常數(shù)。

設(shè)有n組樣本觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù):

其中:xij表示xj在第i次的觀(guān)測(cè)值，于是有:

其中:β0，β1，β2，…，βm為(m+1)個(gè)待定參數(shù)，s1，s2，…，sn為n個(gè)相互獨(dú)立的且服從同一正態(tài)分布N(0，σ2)的隨機(jī)變量，(2)式稱(chēng)為多元(m元)線(xiàn)性回歸的數(shù)學(xué)模型。

(2)式亦可寫(xiě)成矩陣形式，設(shè)

則(2)式變?yōu)?y=X β+ε，稱(chēng)為多元線(xiàn)性回歸模型的矩陣形式。

系統(tǒng)通過(guò)近一年的運(yùn)行，已經(jīng)驗(yàn)證“一對(duì)多”線(xiàn)性回歸分析模型能滿(mǎn)足全省安全生產(chǎn)考試系統(tǒng)的組卷需求，也能適應(yīng)下一階段工種增加和知識(shí)點(diǎn)擴(kuò)展。

3．2 考試試卷模型系數(shù)的選取

系統(tǒng)試卷模型系數(shù)的選擇筆者采用回歸系統(tǒng)的最小二乘估計(jì)，用于設(shè)定試卷試題的4個(gè)參數(shù)(安全工種分類(lèi)、知識(shí)點(diǎn)、難度系數(shù)、考生通過(guò)率)的修定值。本系統(tǒng)分組對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行兩組合，設(shè):b0，b1，b2，…，bm分別為 β0，β1，β2，…，βm的最小二乘估計(jì)值，于是y的觀(guān)測(cè)值為:

其中:ek為sk誤差的估計(jì)值，稱(chēng)為殘差或剩余誤差。令^yk為yk的估計(jì)值，則有:

(5)式表示實(shí)際值yk與估計(jì)值^yk的偏離程度。欲使估計(jì)值^yk與實(shí)際值yk擬合地最好，則應(yīng)使殘差平方和達(dá)到最小，為此，可以應(yīng)用微分求極值原理確定b0，b1，bm。

系統(tǒng)在每次計(jì)算機(jī)自動(dòng)組卷選題時(shí)，會(huì)根據(jù)4個(gè)參數(shù)(安全工種分類(lèi)、知識(shí)點(diǎn)、難度系數(shù)、考生通過(guò)率)設(shè)定值，對(duì)試題進(jìn)行科學(xué)的選定。

3．3 自動(dòng)生成代碼、編譯并集成的自動(dòng)化過(guò)程

本系統(tǒng)后臺(tái)業(yè)務(wù)代碼采用自動(dòng)化生成，其核心組件為 ExamCode Parse Engine(代碼生成轉(zhuǎn)換引擎)，其主要特點(diǎn)如下:

1)可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)定制，高效生成標(biāo)準(zhǔn)的C#源代碼和相應(yīng)的測(cè)試用例，系統(tǒng)的自動(dòng)生成代碼特性在于可以根據(jù)客戶(hù)定制的培訓(xùn)考試業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)定義，系統(tǒng)將自動(dòng)生成界面和源代碼。

2)系統(tǒng)特性與數(shù)據(jù)分離:每個(gè)培訓(xùn)中心的業(yè)務(wù)內(nèi)容和特點(diǎn)，在系統(tǒng)中被原子化，可以單獨(dú)進(jìn)行封裝，所有產(chǎn)品的特性都可以通過(guò)接口進(jìn)行單獨(dú)的訪(fǎng)問(wèn)。

3)系統(tǒng)具有可拆卸性:系統(tǒng)由多個(gè)組件(數(shù)據(jù)庫(kù)組件、界面設(shè)計(jì)組件和代碼生成器)構(gòu)成，針對(duì)用戶(hù)需要，其每個(gè)組件都可單獨(dú)應(yīng)用，又可無(wú)縫集成運(yùn)用;每個(gè)組件均提供對(duì)外開(kāi)放的接口，用于和其他系統(tǒng)集成應(yīng)用。

4)由于采用多組件技術(shù)，系統(tǒng)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有主流數(shù)據(jù)庫(kù)適配支持:對(duì)于大數(shù)據(jù)量并行運(yùn)算，系統(tǒng)通過(guò)自己開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)數(shù)據(jù)適配器的設(shè)計(jì)方式提供了對(duì)Oracle、DB2、SQL Server、Access等數(shù)據(jù)庫(kù)的支持和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。

本系統(tǒng)中的自動(dòng)生成代碼、編譯并集成的自動(dòng)化過(guò)程其依靠的關(guān)鍵模塊分別為CPTool，GUITool，CPS frame構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 代碼生成轉(zhuǎn)換引擎

其中CPTool是一個(gè)可視化的定義和開(kāi)發(fā)界面，讓開(kāi)發(fā)人員能夠定義新的codeplug。作為需求管理器，CPTool管理了所有關(guān)于codeplug的信息，并輸出缺省的codeplug以及缺省的GUI布局，同時(shí)，CPTool還生成系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)象詞法分析信息文件(parse information files)，以便框架能夠?qū)ι傻腸odeplug進(jìn)行詞法分析。CPTool生成的配置文件以及依賴(lài)腳本將協(xié)助進(jìn)行依賴(lài)性檢測(cè)。

GUITool負(fù)責(zé)完成ExamCode圖形界面的開(kāi)發(fā)分析，并生成培訓(xùn)考試的圖形界面和調(diào)整圖形界面需要用到的配置文件(xml)。

CPS frame是本項(xiàng)目系統(tǒng)ExamCode Parse Engine的核心部分，它將實(shí)現(xiàn)代碼自動(dòng)化生成目標(biāo)的主要部分。在系統(tǒng)不斷發(fā)展的過(guò)程中或者業(yè)務(wù)需求者提出內(nèi)容修改時(shí)，CPS框架結(jié)構(gòu)并不發(fā)生任何變化，這正是本引擎的核心要義。

本系統(tǒng)的ExamCode Parse引擎已實(shí)現(xiàn)能夠處理最大22 Mbit的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，占用內(nèi)存最大不超過(guò)處理數(shù)據(jù)的15%等多項(xiàng)硬性指標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)已對(duì)納入的機(jī)構(gòu)和人員實(shí)現(xiàn)全域認(rèn)證，保證考試系統(tǒng)的安全性;系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋四川省安全生產(chǎn)的九大工種以及相關(guān)操作項(xiàng)，完成128個(gè)知識(shí)點(diǎn)的試題編制，通過(guò)基于模型的試卷組卷以及參數(shù)優(yōu)化，考試通過(guò)率在可管理的范圍內(nèi);系統(tǒng)建設(shè)的業(yè)務(wù)范圍已經(jīng)覆蓋培訓(xùn)中心全部業(yè)務(wù)流程，包括培訓(xùn)申請(qǐng)流程、考試申請(qǐng)流程、考試審批流程、考生考試流程、考試辦證流程、準(zhǔn)考證生成流程和試卷生成流程等。四川省建設(shè)培訓(xùn)與考試系統(tǒng)能滿(mǎn)足國(guó)家“教考分離”的管理要求，便于統(tǒng)一管理，統(tǒng)一建設(shè)，減少資金投入，能充分發(fā)揮各級(jí)安全管理部門(mén)的行政作用，便于系統(tǒng)在安全生產(chǎn)管理中的推廣應(yīng)用。

［1］趙慶雙，王臻，聞星火，等．實(shí)驗(yàn)室安全課網(wǎng)上學(xué)習(xí)與考試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009(1):128－130．

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