基于關(guān)鍵區(qū)域特征匹配的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患識(shí)別方法

唐 強(qiáng)

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

0 引言

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在的隱患主要包括設(shè)備隱患、操作隱患、環(huán)境隱患、管理隱患等。其中，設(shè)備隱患是指由設(shè)備老舊、安全裝置失效、維護(hù)不當(dāng)?shù)葐栴}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(guī)操作等問題造成的安全生產(chǎn)事故。環(huán)境隱患涉及地面濕滑、通風(fēng)不良、照明不足等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不良問題，會(huì)對(duì)安全生產(chǎn)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(xiàn)形式，也會(huì)導(dǎo)致非安全事故的發(fā)生[1]。為了消除生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的隱患問題，可以從加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和檢查、改善生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、建立健全安全管理制度、改善生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、配備安全設(shè)施等方面著手，在確保生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全的同時(shí)，避免生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生中斷。

對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各類隱患問題的識(shí)別，姚懋欣等提出了基于LSTM 特征提取的識(shí)別方法，在長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各類隱患問題的復(fù)位特征，再通過統(tǒng)一化訓(xùn)練的方式，確定各類隱患問題的表現(xiàn)形式[2]。段翔兮等人提出了基于KNN 算法的隱患識(shí)別方法，通過使用Vicon 軟件完成對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的捕捉，采用KNN 算法提取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各類隱患信息，并以此完成對(duì)各類生成設(shè)備運(yùn)行能力的分析。建模過程中，主機(jī)元件使用8 個(gè)定位點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全方位標(biāo)記，利用攝像頭捕捉生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行動(dòng)作，再以此來判斷是否存在隱患問題[3]。然而，在實(shí)際應(yīng)用過程中，基于LSTM 特征提取的識(shí)別方法、基于KNN 算法的隱患識(shí)別方法普遍存在著無法完全準(zhǔn)確地識(shí)別出設(shè)備老化、操作不規(guī)范、物料儲(chǔ)存不當(dāng)這三類隱患的問題。除此之外，還有學(xué)者提出了檢查表法，使用事先設(shè)計(jì)好的檢查表或者評(píng)估表進(jìn)行系統(tǒng)性的檢查和評(píng)估，根據(jù)指標(biāo)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(duì)于經(jīng)驗(yàn)法和檢查表法來說難以發(fā)現(xiàn)。

為避免上述情況的發(fā)生，本文設(shè)計(jì)一種基于關(guān)鍵區(qū)域特征匹配的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患識(shí)別方法。關(guān)鍵區(qū)域特征匹配是指利用技術(shù)性手段對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行特征識(shí)別與匹配，實(shí)現(xiàn)更有效的生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制[4]。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，關(guān)鍵區(qū)域主要包括原材料區(qū)、成品加工區(qū)、半成品加工區(qū)、成品檢驗(yàn)區(qū)與半成品檢驗(yàn)區(qū)，針對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行特征匹配處理，既可以避免出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率不達(dá)標(biāo)的問題，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類隱患問題表現(xiàn)能力的準(zhǔn)確判定。

1 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患信息處理

基于關(guān)鍵區(qū)域特征匹配的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患信息處理就是在關(guān)鍵區(qū)域特征匹配算法的基礎(chǔ)上，定義具體的隱患信息分類標(biāo)準(zhǔn)，本章節(jié)針對(duì)上述內(nèi)容展開深入研究。

1.1 關(guān)鍵區(qū)域特征匹配

1.1.1 隱患信息的關(guān)鍵區(qū)域特征獲取

獲取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患信息的關(guān)鍵區(qū)域特征的步驟如下：

1）劃分關(guān)鍵區(qū)域：明確生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)關(guān)鍵區(qū)域的劃分標(biāo)準(zhǔn)，主要包括原材料存放區(qū)、成品存放區(qū)與生產(chǎn)加工區(qū)。

2）收集關(guān)鍵區(qū)域的生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)：可以用來描述生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患問題的關(guān)鍵區(qū)域特征數(shù)據(jù)涉及設(shè)備信息、操作信息、監(jiān)管信息等，可以通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、監(jiān)測(cè)反饋等方式進(jìn)行收集。

3）關(guān)鍵區(qū)域特征信息整理：對(duì)員工反饋及收集所得的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵區(qū)域特征數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性整理與分析，找出各項(xiàng)潛在的隱患信息[5]。

4）關(guān)鍵區(qū)域隱患信息的監(jiān)測(cè)與反饋：完成隱患信息的收集與獲取后，還應(yīng)針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，以確保后續(xù)識(shí)別流程的準(zhǔn)確實(shí)施。

設(shè)定M1，M2，…，Mn表示n個(gè)不同的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵區(qū)域定義參量，β表示隱患信息取樣系數(shù)，表示生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵區(qū)域特征的數(shù)值定義項(xiàng)，采用上述物理量，可將隱患信息的關(guān)鍵區(qū)域特征表達(dá)式定義為：

式中：χ表示生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵區(qū)域特征信息的整理參數(shù)；α表示生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)劃分向量。為實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患問題的準(zhǔn)確識(shí)別，獲取關(guān)鍵區(qū)域特征時(shí)，應(yīng)避免對(duì)不同類型的信息參量進(jìn)行混合運(yùn)算。

1.1.2 信息區(qū)域特征的匹配運(yùn)算

針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患信息區(qū)域特征的匹配運(yùn)算就是利用關(guān)鍵區(qū)域特征獲取條件，確定當(dāng)前獲取隱患信息所屬的具體特征區(qū)域?；陉P(guān)鍵區(qū)域特征匹配算法運(yùn)算信息參量的主要目的，就是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患問題的精準(zhǔn)識(shí)別，因此在實(shí)施關(guān)鍵區(qū)域特征數(shù)據(jù)的匹配與比對(duì)處理時(shí)，應(yīng)關(guān)注存在異常情況的區(qū)域內(nèi)，是否能夠提取出多種不同類型的潛在隱患數(shù)據(jù)[6?7]。

用V表示關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)的隱患信息標(biāo)記向量，表達(dá)式如下：

式中：ΔX表示生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患信息的單位累積量；c表示關(guān)鍵區(qū)域之間的特征信息參量匹配系數(shù)；x表示關(guān)聯(lián)性度量值。

聯(lián)立式（1）、式（2），可得到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息區(qū)域特征的匹配表達(dá)式為：

1.2 隱患信息分類標(biāo)準(zhǔn)定義

基于關(guān)鍵區(qū)域特征匹配條件定義生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患信息分類標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及人員行為類隱患、設(shè)備設(shè)施類隱患與物料儲(chǔ)存類隱患。人員行為類隱患包括錯(cuò)誤操作、個(gè)體身體異常、疲勞操作等情況，可以理解為由人員操作不當(dāng)或違反安全操作規(guī)程所引發(fā)的事故隱患[8]。設(shè)備設(shè)施類隱患包括設(shè)備布置不當(dāng)、設(shè)備安裝不合理、設(shè)備破損以及設(shè)備故障等行為情況，是指由設(shè)備設(shè)施老化或不及時(shí)維修所引發(fā)的生產(chǎn)安全型事故隱患。物料儲(chǔ)存類隱患的表現(xiàn)形式較為單一，主要是指由易燃物料儲(chǔ)存不當(dāng)和有害物質(zhì)泄漏造成的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患問題，具有一定的危險(xiǎn)性[9]。

隱患信息分類標(biāo)準(zhǔn)的定義可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的不同進(jìn)行細(xì)化與調(diào)整。在制定分類標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須考慮現(xiàn)場(chǎng)可能存在的各類風(fēng)險(xiǎn)性因素，并結(jié)合具體生產(chǎn)情況進(jìn)行劃分。

2 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患識(shí)別方法設(shè)計(jì)

根據(jù)關(guān)鍵區(qū)域特征匹配原則設(shè)計(jì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患的識(shí)別方法，還應(yīng)排查具體隱患問題，并通過評(píng)估隱患等級(jí)的方式求解識(shí)別閾值參量。

2.1 隱患問題排査

排查生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患問題的目的在于盡可能早地發(fā)現(xiàn)各類潛在隱患。首先，應(yīng)根據(jù)關(guān)鍵區(qū)域特征匹配原則確定具體排查范圍，并以此為基礎(chǔ)，定義具體的隱患排查實(shí)施項(xiàng)目；然后，對(duì)上述項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的隱患問題進(jìn)行一一排查；最后，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全運(yùn)營情況及實(shí)際生產(chǎn)背景，落實(shí)隱患排查工作的每一個(gè)項(xiàng)目，如果排查過程中被測(cè)項(xiàng)目存在較大的安全隱患，則必須立刻停產(chǎn)，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的整改與整頓[10]。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患問題排査標(biāo)準(zhǔn)的表達(dá)式為：

式中：a表示生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患問題排查任務(wù)的立項(xiàng)系數(shù)；ha表示基于參數(shù)a的隱患整改向量；ga表示基于參數(shù)a的隱患排查實(shí)施向量；η表示排查效率。對(duì)于生產(chǎn)單位而言，如果整改隱患問題所需消耗的時(shí)間較長，則應(yīng)在完成排查后，申請(qǐng)相關(guān)部門進(jìn)行檢查，在確保達(dá)到生成標(biāo)準(zhǔn)后，才可以恢復(fù)施工。

2.2 隱患等級(jí)評(píng)估

對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患等級(jí)的評(píng)估，通常根據(jù)隱患問題排査結(jié)果確定具體的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，以便于生產(chǎn)單位制定更為可行的識(shí)別方案。一般來說，識(shí)別生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患等級(jí)遵循三級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。一級(jí)隱患會(huì)嚴(yán)重威脅人員的生命安全與財(cái)產(chǎn)安全，有可能引發(fā)重大生產(chǎn)事故，如常見的生產(chǎn)工藝操作漏洞、安全防護(hù)設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞或缺失、危險(xiǎn)化學(xué)品存儲(chǔ)與管理不合規(guī)等。二級(jí)隱患會(huì)對(duì)人員的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成一定程度的威脅，有可能引發(fā)一般性的生產(chǎn)事故，如部分設(shè)備安全防護(hù)措施不足、操作流程不完善等。三級(jí)隱患對(duì)人員的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全影響相對(duì)較小，只會(huì)造成輕微的生產(chǎn)事故，如生產(chǎn)設(shè)備維護(hù)不及時(shí)、危險(xiǎn)物質(zhì)標(biāo)識(shí)不清晰等。

設(shè)A1表示一級(jí)隱患定義項(xiàng)，A2表示二級(jí)隱患定義項(xiàng)，A3表示三級(jí)隱患定義項(xiàng)，表示標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估向量，表示單位識(shí)別周期內(nèi)的隱患信息取樣均值，f表示基于關(guān)鍵區(qū)域特征匹配所定義的隱患信息評(píng)估權(quán)限值。聯(lián)立上述物理量，可將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的隱患等級(jí)評(píng)估條件表示為：

評(píng)估生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患等級(jí)時(shí)，需要列舉出所有可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)性因素，以確保對(duì)隱患問題進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。

2.3 隱患識(shí)別閾值計(jì)算

計(jì)算隱患識(shí)別閾值時(shí)，需參考隱患問題排査、隱患等級(jí)評(píng)估結(jié)果。閾值可以理解為閾度標(biāo)準(zhǔn)，在排查生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患問題的過程中，若針對(duì)每一生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行篩查，則會(huì)使得生產(chǎn)單位所承擔(dān)的施工任務(wù)量大大增加，不但需要完成預(yù)先設(shè)定的生產(chǎn)任務(wù)，還必須針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)檢查。若以隱患識(shí)別閾值為標(biāo)準(zhǔn)，定義具體的識(shí)別方案，能夠適當(dāng)緩解生產(chǎn)單位所需承擔(dān)的施工壓力，從而在保障順利完成生產(chǎn)任務(wù)的同時(shí)，識(shí)別出所有潛在的隱患與風(fēng)險(xiǎn)問題。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患的準(zhǔn)確識(shí)別，基于關(guān)鍵區(qū)域特征匹配條件定義識(shí)別信息時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體施工情況定義相應(yīng)的整改措施和計(jì)劃。

3 實(shí)驗(yàn)分析與研究

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，隱患問題是導(dǎo)致不安全生產(chǎn)事故的主要原因。本次實(shí)驗(yàn)選擇設(shè)備老化、操作不規(guī)范、物料儲(chǔ)存不當(dāng)三類隱患問題作為識(shí)別對(duì)象，其在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的具體表現(xiàn)形式如圖1 所示。

圖1 設(shè)備隱患表現(xiàn)

圖1 中的隱患分別為設(shè)備老化隱患、操作不規(guī)范隱患和物料儲(chǔ)存不當(dāng)隱患。設(shè)備老化是指生產(chǎn)設(shè)備的超齡服役。在施工過程中，如果不能識(shí)別出設(shè)備老化問題并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)更換，不但會(huì)影響生產(chǎn)進(jìn)度，還會(huì)導(dǎo)致不安全事件。操作不規(guī)范是指參與生產(chǎn)任務(wù)的操作人員沒有掌握機(jī)器設(shè)備的正確使用方法，長期不規(guī)范操作既影響機(jī)器使用壽命，還有可能對(duì)操作者造成傷害。物料儲(chǔ)存不當(dāng)是指將參與生產(chǎn)任務(wù)的設(shè)備及原材料擺放在不當(dāng)位置，影響后續(xù)生產(chǎn)任務(wù)的實(shí)施。

分別應(yīng)用基于關(guān)鍵區(qū)域特征匹配的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患識(shí)別方法（第1 組）、基于LSTM 特征提取的識(shí)別方法（第2 組）、基于KNN 算法的隱患識(shí)別方法（第3 組）三組不同技術(shù)手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別將三種方法的執(zhí)行程序輸入Visual 操作軟件中，根據(jù)判斷框所輸出的結(jié)果，來確定當(dāng)前應(yīng)用方法是否能夠?qū)ιa(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。圖2 為第1 組隱患識(shí)別具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖2 第1 組隱患識(shí)別結(jié)果

分析圖2 可知，第1 組方法作用下，Visual 操作軟件對(duì)于設(shè)備老化類隱患、操作不規(guī)范類隱患、物料儲(chǔ)存不當(dāng)類隱患的判定結(jié)果均為符合識(shí)別條件。第2 組隱患識(shí)別結(jié)果如圖3 所示。

圖3 第2 組隱患識(shí)別結(jié)果

分析圖3 可知，第2 組方法作用下，Visual 操作軟件對(duì)于設(shè)備老化類隱患、物料儲(chǔ)存不當(dāng)類隱患的判定結(jié)果為符合識(shí)別條件，對(duì)于操作不規(guī)范類隱患的判定結(jié)果為不符合識(shí)別條件。第3 組隱患識(shí)別結(jié)果如圖4 所示。

圖4 第3 組隱患識(shí)別結(jié)果

分析圖4 可知，第3 組方法作用下，Visual 操作軟件對(duì)于設(shè)備老化類隱患、操作不規(guī)范類隱患、物料儲(chǔ)存不當(dāng)類隱患的判定結(jié)果均為不符合識(shí)別條件。

綜上可知，基于關(guān)鍵區(qū)域特征匹配的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患識(shí)別方法可以識(shí)別出設(shè)備老化、操作不規(guī)范、物料儲(chǔ)存不當(dāng)這三類隱患問題，在后續(xù)生產(chǎn)過程中，不會(huì)造成不安全事件。該方法能夠?qū)ιa(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患進(jìn)行有效識(shí)別，符合安全生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用需求。

4 結(jié)語

基于關(guān)鍵區(qū)域特征匹配的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隱患識(shí)別方法通過提取關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)的方式，將必要隱患信息篩選出來，并采取相應(yīng)措施對(duì)其進(jìn)行處理，以確保生產(chǎn)過程的安全性、穩(wěn)定性與高效性。在實(shí)際應(yīng)用過程中，相關(guān)企業(yè)單位可以對(duì)該方法進(jìn)行優(yōu)化，以使其適應(yīng)多種不同的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。與此同時(shí)，企業(yè)也需要提高員工的安全意識(shí)與技能水平，并以此為基礎(chǔ)，推導(dǎo)生產(chǎn)項(xiàng)目的順利進(jìn)行。