PPE智能選型軟件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張琪誠 尹小貝 康與濤 賈清天

(上海海事大學(xué) 海洋科學(xué)與工程學(xué)院，上海201306)

0 引言

個(gè)體防護(hù)裝備(Personal Protective Equipment，PPE)是人在生產(chǎn)和生活中為防御物理、化學(xué)、生物等有害因素對(duì)人體的傷害，確保安全與健康的重要裝備。在安全生產(chǎn)工作中，佩戴個(gè)體防護(hù)裝備是防御外來傷害、保證個(gè)體安全和健康的重要手段[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國當(dāng)前有毒、有害企業(yè)超過1 600萬家，受到職業(yè)病危害的人數(shù)超過2億[2]。每年我國用于勞動(dòng)保護(hù)支出的費(fèi)用在600～800億之間，其中個(gè)體防護(hù)裝備占到60%[3]。可以看出，企業(yè)對(duì)于個(gè)體防護(hù)裝備的需求量非常龐大。同時(shí)，由于PPE的種類眾多復(fù)雜，國內(nèi)相關(guān)的法律法規(guī)對(duì)于PPE的選型也有許多要求，這就給企業(yè)和用戶的PPE選型帶來了諸多不便。如果選擇了不合適的PPE進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)將無法保證作業(yè)人員的個(gè)體安全和健康，會(huì)給企業(yè)和作業(yè)人員的生命安全及財(cái)產(chǎn)帶來巨大的損失。

在選型系統(tǒng)方面的研究主要是針對(duì)系統(tǒng)選型過程進(jìn)行的改進(jìn)和創(chuàng)新，現(xiàn)在的選型方式主要采取與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)匹配的方法，將期望選型的目標(biāo)數(shù)據(jù)參數(shù)與建立好的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)相匹配以達(dá)到選型的目的。侯騰龍、李霞軍、王季鑫[4]在埋刮板運(yùn)輸機(jī)選型系統(tǒng)研究中，建立了包含埋刮板運(yùn)輸機(jī)的型號(hào)及其各性能參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，當(dāng)用戶選型時(shí)，輸入相應(yīng)的性能參數(shù)，就可以得到選型結(jié)果。這樣的選型方式可行，但在選型過程中，要輸入選型目標(biāo)大量的數(shù)據(jù)參數(shù)和信息，若是對(duì)選型目標(biāo)沒有全面的認(rèn)識(shí)難以完成選型，缺乏合理的選型規(guī)則來幫助決策。將選型規(guī)則進(jìn)行智能化也是選型系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)，李琳[5]等在工業(yè)機(jī)器人選型智能系統(tǒng)的研究中通過采取人工智能技術(shù)，建立了知識(shí)庫，將搜集到的選型知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)歸納作為選型規(guī)則加入到數(shù)據(jù)庫中，用戶只需輸入一般描述性的選型信息，系統(tǒng)就能借助選型規(guī)則幫助實(shí)現(xiàn)選型。這種選型方法非常智能化，是選型系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，但是由于人工智能技術(shù)尚且處于起步階段，如何建立完善的知識(shí)庫系統(tǒng)還有待進(jìn)一步的研究，不能滿足現(xiàn)在迫切的選型需求。因此，本文在已有的PPE信息數(shù)據(jù)元集標(biāo)準(zhǔn)化[6]的基礎(chǔ)上，建立PPE智能選型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了PPE選型規(guī)則，解決了用戶對(duì)于所需PPE了解模糊而難以完成選型的困難，同時(shí)具備通過大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)從而優(yōu)化選型結(jié)果的功能，實(shí)現(xiàn)了選型系統(tǒng)的智能化。

1 需求分析

作為一個(gè)功能完善的PPE智能選型軟件應(yīng)當(dāng)盡可能多的收錄各行業(yè)及工種的PPE產(chǎn)品信息，擁有較為全面的PPE品類，為各行業(yè)的PPE用戶提供決策支持，界面設(shè)計(jì)友好，操作便捷，同時(shí)具備良好的擴(kuò)充性，對(duì)于新上市的PPE品類能及時(shí)的更新。

為了能夠快捷的在PPE選型數(shù)據(jù)庫中找到對(duì)應(yīng)的PPE，首先需要對(duì)PPE進(jìn)行系統(tǒng)的分類。如今市面上的PPE種類眾多且發(fā)展迅速，而我國采用的PPE分類標(biāo)準(zhǔn)建立于2000年以前，對(duì)于2000年后生產(chǎn)出的新式PPE無法做到準(zhǔn)確分類，因此需要重新制定一個(gè)PPE分類的標(biāo)準(zhǔn)，本文針對(duì)工種和作業(yè)環(huán)境的不同對(duì)PPE實(shí)現(xiàn)了重新分類。

為了給PPE用戶提供決策支持，本軟件應(yīng)當(dāng)具備完善的選型規(guī)則。選型規(guī)則主要是通過將PPE用戶的信息和相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)選型。由于國家、行業(yè)和地方關(guān)于PPE配備的法律法規(guī)眾多，產(chǎn)生的PPE選型標(biāo)準(zhǔn)也復(fù)雜多樣，因此需要確定出合理合法的選型規(guī)則來協(xié)助用戶完成準(zhǔn)確選型。

作為一個(gè)智能選型軟件，還應(yīng)當(dāng)具備長(zhǎng)期學(xué)習(xí)和優(yōu)化選型結(jié)果的功能?？紤]到用戶對(duì)于PPE的要求各不相同，選型結(jié)果可能不能完全達(dá)到用戶的預(yù)期，軟件對(duì)于選型結(jié)果還具備一定的優(yōu)化功能。軟件通過內(nèi)部的選型系統(tǒng)管理模塊記錄下所有用戶的選型過程，通過對(duì)大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，分析出各類用戶對(duì)于PPE選型的偏好，給后續(xù)用戶提供其相應(yīng)類別用戶的PPE推薦選型，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化選型的效率和結(jié)果。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

2.1 概念模型

概念模型是在管理信息系統(tǒng)眾多模型中起著橋梁和紐帶作用的模型，根據(jù)已有的PPE選型信息的數(shù)據(jù)元集和數(shù)據(jù)元確定PPE選型信息的實(shí)體和屬性以及實(shí)體與實(shí)體之間的關(guān)系，采用實(shí)體—聯(lián)系模型(Entity Relationship Model，ER模型)的方法建立PPE信息的概念模型，為整個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)提供一個(gè)完整的組織結(jié)構(gòu)框架。

PPE智能選型系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫概念模型，如圖1。

圖1 選型規(guī)則管理概念模型Fig.1 Conceptual model of selection rule management

圖1選型規(guī)則管理模型是2種不同選型規(guī)則得到的PPE類別選型，左圖是通過用戶的地區(qū)和行業(yè)相關(guān)聯(lián)得到地區(qū)、行業(yè)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合用戶的工種信息與PPE類別表相匹配，得到工種PPE類別規(guī)則表。右圖是通過用戶的地區(qū)和行業(yè)相關(guān)聯(lián)得到地區(qū)、行業(yè)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合用戶的作業(yè)類別與PPE類別表相匹配，得到作業(yè)類別PPE類別規(guī)則表。

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

圖2選型管理模型是用來記錄用戶的選型過程和選型結(jié)果從而對(duì)后續(xù)類似的選型智能優(yōu)化。用戶在通過選型規(guī)則完成PPE類別選型時(shí)，選型管理會(huì)記錄選型的全過程，其中包括用戶修改PPE選型結(jié)果的過程。如果用戶對(duì)PPE 的選型結(jié)果不滿意，修改為其他類別PPE時(shí)，這一過程也會(huì)被記錄。PPE智能選型軟件記錄下這些過程從而幫助后續(xù)擁有類似選型條件的用戶，對(duì)他們的選型結(jié)果進(jìn)行智能添加和優(yōu)化。

2.2 邏輯模型

邏輯設(shè)計(jì)決定了數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用的調(diào)優(yōu)關(guān)系、整體性能，其中包含確定所需的實(shí)體和關(guān)系，完成規(guī)范化工作等。不合適的邏輯設(shè)計(jì)可能會(huì)引起數(shù)據(jù)庫操作異常、性能低下等后果，甚至影響數(shù)據(jù)庫的安全性和穩(wěn)定性。

數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)需要完成ER圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換，就是把實(shí)體的屬性以及實(shí)體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。隨后通過規(guī)范化理論指導(dǎo)、優(yōu)化數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能。優(yōu)化數(shù)據(jù)模型主要通過實(shí)體類型的合并、冗余屬性2種方法。

根據(jù)以上系統(tǒng)的需求分析和概念模型，最終得到系統(tǒng)的邏輯模型，見表1-3。

表1 工種類型Tab.1 Job type

表2 作業(yè)類別Tab.2 Job category

表3 作業(yè)類別選型規(guī)則Tab.3 Selection rules for job categories

3 數(shù)據(jù)庫的建立

3.1 數(shù)據(jù)來源

為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和權(quán)威性，與PPE選型相關(guān)的數(shù)據(jù)均來自于國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布的正在實(shí)行的標(biāo)準(zhǔn)，并且個(gè)體防護(hù)裝備的選型符合與個(gè)體防護(hù)裝備選型相關(guān)的法律法規(guī)。個(gè)體防護(hù)裝備的選型依據(jù)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)主要有：《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》《中華人民共和國職業(yè)病防治法》《企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化基本規(guī)范》《勞動(dòng)防護(hù)用品監(jiān)督管理規(guī)定》《用人單位勞動(dòng)防護(hù)用品管理規(guī)范》及各省市勞動(dòng)防護(hù)用品配備標(biāo)準(zhǔn)等。

3.2 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)錄入

根據(jù)個(gè)體防護(hù)裝備選型數(shù)據(jù)庫的概念模型在ACCESS中創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。依據(jù)現(xiàn)有的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)體防護(hù)裝備選型數(shù)據(jù)庫全面地收錄了與個(gè)體防護(hù)裝備選型相關(guān)的數(shù)據(jù)。包括：34條省級(jí)行政區(qū)域記錄；58條行業(yè)信息記錄；352條法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)記錄；106條作業(yè)類別信息記錄；7 787條工種信息記錄；775條PPE類別信息記錄；597條作業(yè)類別選型(可以使用)記錄；84條作業(yè)類別選型(建議使用)記錄；256 545條工種選型記錄。

4 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

模塊化是一種處理復(fù)雜系統(tǒng)的方法，其原理是將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)按照一定的聯(lián)系規(guī)則分解為可進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)的行為[7]。把系統(tǒng)進(jìn)行模塊化可以使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加清晰、設(shè)計(jì)更加方便，并且利于以后的調(diào)整和測(cè)試。根據(jù)上述的需求分析，按功能可以把系統(tǒng)劃分為5個(gè)模塊：用戶模塊、人事信息模塊、PPE信息模塊、選型規(guī)則模塊以及選型系統(tǒng)管理模塊。系統(tǒng)整體的功能模塊，如圖3。

圖3 系統(tǒng)功能模塊圖Fig.3 System function block diagram

(1)用戶模塊。包括用戶注冊(cè)、用戶登錄和用戶信息管理的功能。用戶指的管理員和普通用戶，要使用軟件首先需要注冊(cè)為普通用戶，而管理員為軟件信息的管理者，其主要任務(wù)是對(duì)用戶信息以及用戶權(quán)限進(jìn)行管理。

(2)人事信息模塊。該模塊主要由用戶個(gè)人來輸入，輸入內(nèi)容包括地區(qū)、行業(yè)、集團(tuán)/企業(yè)、公司/工廠、部門/車間、崗位、工作位置、員工。輸入的人事信息將會(huì)和PPE選型規(guī)則中的相關(guān)信息對(duì)應(yīng)和匹配，最終由智能選型系統(tǒng)從PPE信息模塊中選出合適的PPE。

(3)PPE信息模塊。包括PPE類別、PPE品名、PPE商戶。該模塊主要是由PPE商戶對(duì)個(gè)體防護(hù)裝備的類別進(jìn)行系統(tǒng)的劃分，規(guī)范個(gè)體防護(hù)裝備的名稱，并對(duì)個(gè)體防護(hù)裝備的商戶信息進(jìn)行了收錄。其主要任務(wù)是規(guī)范了PPE的類別和名稱，幫助智能選型系統(tǒng)更快更準(zhǔn)確的找到相應(yīng)的PPE，同時(shí)也使得數(shù)量龐大的PPE更加易于管理。

(4)PPE選型規(guī)則模塊。包括了工種、作業(yè)類別、法律法規(guī)管理、PPE類別、PPE選型規(guī)則表、法律法規(guī)(工種、作業(yè)類別)。該模塊主要是由系統(tǒng)管理人員來制定選型規(guī)則信息，可以根據(jù)個(gè)體防護(hù)裝備選型依據(jù)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)內(nèi)部勞動(dòng)管理的需要，按照生產(chǎn)勞動(dòng)的性質(zhì)、工藝技術(shù)的特征，或者服務(wù)活動(dòng)的特點(diǎn)而劃分的工作種類；按照工作環(huán)境中主要危險(xiǎn)特征及工作條件特點(diǎn)而劃分的作業(yè)種類；依據(jù)勞動(dòng)者的工種或工作環(huán)境結(jié)合當(dāng)?shù)丶跋嚓P(guān)行業(yè)的法律、法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等對(duì)于用戶所需的PPE進(jìn)行篩選，給選型系統(tǒng)提供選型的規(guī)則和辦法。

(5)選型系統(tǒng)管理模塊。該模塊主要是根據(jù)人事信息模塊給出的具體人事信息和PPE選型規(guī)則模塊給出的PPE選型規(guī)則相對(duì)應(yīng)，經(jīng)過處理和分析，并結(jié)合以往用戶的選型記錄，給出最終的PPE選型結(jié)果。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

通過PPE智能選型系統(tǒng)的需求分析和對(duì)PPE選型數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，本文采用瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，B-S)模式對(duì)于PPE智能選型系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在 B-S模式中數(shù)據(jù)請(qǐng)求、加工、結(jié)果返回及動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁生成、對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問和應(yīng)用程序的執(zhí)行等工作全部在服務(wù)器端完成，用戶只需要通過瀏覽器就可以使用，不僅使用戶界面得到統(tǒng)一，而且易于對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)[8]，如圖4。

在完成用戶注冊(cè)后即可進(jìn)入到PPE智能選型系統(tǒng)的主界面，選型方式分為工種選型、作業(yè)類別選型2種，完成相應(yīng)的選項(xiàng)即可得到法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定使用的PPE以及建議使用的PPE類型。后期隨著越來越多的用戶完成選型，系統(tǒng)會(huì)通過分析這些大數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，給出PPE的推薦選型。

PPE智能選型系統(tǒng)分為普通用戶版和管理員版，普通用戶只能使用軟件的智能選型功能，而管理員負(fù)責(zé)軟件的維護(hù)和改進(jìn)，選型規(guī)則的調(diào)整和改進(jìn)也是由管理員來完成。圖5為管理員版本下的工種選型規(guī)則管理。

圖4 PPE智能選型系統(tǒng)的主界面Fig.4 Main interface of PPE intelligent selection system

圖5 工種選型規(guī)則界面Fig.5 Job type selection rule interface

6 結(jié)論

PPE智能選型系統(tǒng)是給勞動(dòng)者和企業(yè)提供簡(jiǎn)單且快速的PPE選型參考的工具，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)對(duì)于保障作業(yè)人員的個(gè)體安全和健康有著至關(guān)重要的作用。本文運(yùn)用SQL Server數(shù)據(jù)庫技術(shù)，根據(jù)PPE選型信息的數(shù)據(jù)元集和數(shù)據(jù)元建立PPE選型數(shù)據(jù)庫，通過對(duì)PPE用戶的需求分析，對(duì)PPE選型規(guī)則、系統(tǒng)功能模塊化、軟件實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行研究，最后得到以下結(jié)論：

(1)本文通過建立工種、法律法規(guī)和PPE類別以及作業(yè)類別、法律法規(guī)和PPE類別的三元關(guān)系確定了2套PPE選型規(guī)則，解決了勞動(dòng)者對(duì)于所需PPE了解模糊而難以完成選型的困難，為PPE智能選型軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)打下基礎(chǔ)。

(2)為了更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，將復(fù)雜的選型系統(tǒng)按功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加清晰、用戶操作更加便利，同時(shí)也有利于后期的管理。

(3)在選型系統(tǒng)管理模塊中增加了記錄用戶選型過程的功能，在后續(xù)同類別用戶選型過程中，用以向其展示以往用戶的選型偏好，以達(dá)到選型結(jié)果的智能優(yōu)化，體現(xiàn)了選型系統(tǒng)在智能化技術(shù)上的應(yīng)用和創(chuàng)新。

(4)采用了B-S模式對(duì)PPE智能選型軟件進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，用戶僅需通過瀏覽器就能完成選型操作，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了選型軟件的使用場(chǎng)景，便于推廣使用。該軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)將會(huì)為后續(xù)建立個(gè)體防護(hù)裝備信息數(shù)據(jù)、實(shí)施自愿型個(gè)體防護(hù)裝備監(jiān)管提供可能，以及進(jìn)一步為國家有關(guān)部門實(shí)施強(qiáng)制型監(jiān)管提供一定的參考。為規(guī)范個(gè)體防護(hù)裝備的選型、使用與報(bào)廢環(huán)節(jié)的監(jiān)管奠定基礎(chǔ)。