基于面向對象的LNG 企業安全實訓平臺

王海偉 ，黃鴻恩，袁 斌，王 強，陳本峰，陳 超，黃 萍

（1.中海福建天然氣有限責任公司，福建 福州 350008；2.福州大學環境與資源學院，福建 福州 350116）

液化天然氣（LNG）接收站，本身系統復雜且龐大，以致安全培訓的難度相當大。采用面向對象技術來設計液化天然氣接收站的安全培訓系統，這種技術方法突破了傳統安全培訓方法的缺陷，主要是根據液化天然氣接收站組成系統的培訓類別以及相互作用關系來構建安全實物培訓平臺，對啟示創新企業安全培訓模式具有重要的意義。

1 LNG 企業安全培訓

1.1 LNG 企業傳統安全培訓存在的問題

目前，LNG 企業的傳統安全培訓存在質量不高、效果不佳、員工安全意識未能有效提高、安全技能沒有充分習得、難以達到安全生產的要求等問題，需要進一步解決處理［1］。采用傳統方法進行的安全培訓，主要存在以下幾個方面的缺陷：①缺乏靈活性：陳舊單一的機械式安全教育培訓模式，員工不感興趣；②缺乏層次性：不注重教學程序，安全培訓缺乏條理性、系統性；③缺乏實踐性：無法實現理論與實際的有效結合，員工學習到的知識易與實際操作脫節。因此，在LNG 企業對安全培訓方法與模式進行創新，有效提高企業的安全培訓效果是極其關鍵的［2］。

1.2 LNG 企業安全實訓平臺概述

LNG 企業安全實物培訓平臺（簡稱LNG 企業安全實訓平臺），是一種體驗式的安全教育方法，它與在傳統培訓方法下的受訓人員被動接受模式不同，該實訓平臺可以把受訓人員的思維與行動有效地結合起來；同時，作業場所以實物模擬的方式呈現，受訓人員通過運用計算機輔助培訓，可對作業的原理和過程加深理解；此外，在培訓中有效地把聽、看、做結合在一起，使受訓人員體驗現場感受，認識到工作中存在的相關風險，了解其控制措施，熟悉有關程序，更深入地領會公司安全管控的重點領域及可能引發的事故后果，從而使其形成風險思考的習慣，并在未來工作中有效地避免事故的發生［3］。

2 面向對象方法

面向對象（Object Oriented，OO）是一種方法學，在該方法學中，對象是抽象及延伸現實世界模型，由各種對象組成客觀世界。面向對象方法就是面向對象思想分析與解決問題的方法，是以對象為中心。每一個對象具有它自己的運動規律和內部狀態，即有動態行為和靜態屬性。這些數據施加的操作是行為代表，對象的數據是屬性表示，屬性和操作封裝在一起，形成了對象統一［4］。

2.1 面向對象方法的特點

面向對象的核心思路是：以對象為中心，具有封裝性、繼承性和多態性三個特點。封裝性指的是把數據和操作封裝到對象中，以便實現數據的抽象，這是面向對象技術最基本的特點；繼承性是指通過類之間的繼承關系，父對象的所有屬性和方法，子對象繼承，傳遞封裝在對象里的數據，以使得可以共享公共特性，提高重用性；多態性指的是允許將父對象設置成為和一個或更多的子對象相等的技術，賦值之后，父對象就可以根據當前賦值給它的子對象的特性以不同的方式運作［5］。

2.2 面向對象方法對安全培訓的作用

面向對象的概念和應用，已經擴展到應用平臺、交互式界面、分布式系統、人工智能等領域，完全超越了程序設計和軟件開發領域。采用面向對象方法來構建安全培訓系統，建立安全實訓平臺，具有良好的可移植性和可擴展性等明顯優勢。系統的分析和以視圖思維的人，用一致的方式、設計的角度來認識世界的客觀性，從而使培訓更直觀易懂。傳統的設計方法是自上而下，而面向對象則是采取自下而上與自上而下相結合的演繹過程，體現了并行處理的理念，表達知識獲取和推理的過程和自上而下的感應［6］。因此，面向對象方法能夠用于實現構建安全實訓平臺。

2.3 面向對象方法在安全培訓中的應用

采用面向對象方法來建立安全培訓系統，包括主要的兩個方面：面向對象分析（Object-Oriented Analysis，OOA）和面向對象設計（Object-Oriented Design，OOD）。傳統設計方法，主要是對需要設計的功能進行設計，后期的修改維護特別是大型系統的后期維護就較為困難，而采用面向對象設計，可使安全實訓平臺有利于復用、擴充，也有利于軟件質量的提高和加速安全實訓平臺構建過程。面向對象分析，強調在安全培訓領域內發現和描述對象（或概念），其關鍵的是識別出安全培訓域內的對象，并分析它們相互間的關系，最終建立起問題域的簡潔、精確、可理解的正確模型［7］。

面向對象分析和面向對象設計的關系：從面向對象分析到面向對象設計不是轉換，而是調整和增補，即增補了安全培訓平臺的構建及其部署部分、人機交互部分、控制驅動部分、數據管理部分。

3 面向對象的LNG 企業安全實訓平臺分析

面向對象分析是在一個系統的開發過程中進行了系統業務調查以后，識別出問題域中的對象，再按照面向對象的思想來分析問題，其分析重點是在使用面向對象的觀點的基礎上解決現實系統的問題，最后建立的正確模型要求簡潔、精確、可理解［8］。LNG 企業安全實訓平臺的面向對象分析主要由確定對象、識別結構、識別主題、定義屬性和定義方法五個步驟組成，如圖1所示。

3.1 確定對象

對象是類的一個實例，類描述了對象的特征，該對象具有什么樣的屬性，怎樣使用對象完成一些任務，它對事件進行怎樣的響應等。設計LNG 企業安全實訓平臺的基礎是對象的確定，其具體含義即是從用例中提取實體對象和實體類。提取實體對象的方法是依據用例描述中出現的名詞短語來提取實體對象，提取過程中必須對原始的名詞和名詞短語進行篩選。當得到實體對象后，對實體對象進行歸納，抽象出實體類。

本次分析的用例是每項培訓或培訓過程。由于安全實訓涉及面多、工種繁多、器具各異、覆蓋面廣，且有千差萬別的表現形式，經過分析，確定對象類的模板為培訓內容的分類，分為十四類，分別為動土作業培訓、電氣安全培訓、受限空間作業培訓、危化品培訓、應急管理培訓、吊裝作業培訓、勞動保護用品培訓、高處作業培訓、安全標志培訓、腳手架培訓、熱工作業培訓、消防安全培訓、工藝安全培訓和工器具安全培訓。

3.2 識別結構

結構是指問題域的復雜性和連接關系，表示系統的復雜性。結構包括組裝結構和類成員結構，組裝結構反映了整體和局部的關系，而類成員結構則反映了泛化和特化的關系。LNG 企業安全實訓對象之間關系的梳理運用了結構識別的方法來進行，例如顯示器陣列中的每一個顯示器都具有視頻類的屬性及服務，都是視頻類的一個特例，每一個顯示器與視頻類之間反映的是泛化與特化的關系，構成了分類結構；視頻類、音頻類、操控類、考核類等對象組成了整個培訓系統，它們反映的是整體和局部的關系，形成一個組裝結構。

3.3 識別主題

面向對象分析系統通過主題來表現總體概貌，將眾多的對象和結構作主題的識別，并進一步歸納組合到更高層次的模塊及子系統中。為了降低系統的復雜程度，把LNG 企業安全培訓系統劃分成幾個不同的主題，也就是在概念上把系統包含的內容劃分為若干個范疇，必須按照不同主題內的對象相互間交互和依賴最少的原則來確定主題，例如安全標識主題、現場操作主題、安全考核主題等。

3.4 定義屬性

屬性的確定需要明確兩點：一點是問題域，另一點是目標系統的任務。屬性就是數據元素，可用來描述對象或分類結構的實例，因此僅需考慮與所分析的LNG 企業安全培訓直接關聯的屬性，超出需要解決的問題范圍的屬性不在考慮范圍內。在分析過程中首要任務是找出最重要的屬性，之后再逐漸增添其余屬性［9］。例如安全標識培訓的主要任務是讓工作人員掌握各種標識的意義，那么安全標識培訓最重要的屬性就是識別標識。

3.5 定義方法

在收到信息后必須進行的對信息的處理辦法就是定義方法。方法不僅要在系統中定義，而且要在對象的存儲中指定。對于每個對象和結構來說，那些用來處理信息的方法（增加、修改、刪除和選擇）本身是不在系統中給出的，雖然它們要在對象的存儲中定義，也可稱為隱含的，而有些則是顯示的。例如消防安全培訓，運用實際演練指導的方法讓學員直觀地學習。

在此基礎上，形成了LNG 企業安全培訓平臺面向對象分析的流程，見圖2。

4 面向對象的LNG 企業安全實訓平臺設計

4.1 面向對象的系統設計

一個層層遞進的系統擴大與補充的過程是由面向對象分析到面向對象設計，實現系統功能必要組成成分的增加，問題域部分、人機交互部分、控制驅動部分、數據管理部分構建及其部署部分的增補［10］。面向對象分析階段的結果最終被拓展為技術解決方案以及關于LNG 企業安全培訓系統技術構造模式的建立都是設計建模所要完成的。

4.1.1 問題域部分的設計

問題域部分的設計要求是把OOA 的結果當作輸入，依據實現條件，對其進行修改與補足，即問題域部分就是將OOA 結果依據時限條件進行修改與補足。針對問題域的概念、表示法及一部分策略，應該繼續運用OOA 的方法來進行設計，不僅要依據實現條件設計OOD，且因為發現了新錯誤或需求在改變，還要修改OOA 的結果，這樣完善、調整安全實訓平臺中各系統的屬性就是問題域部分的設計，作為實現的前提。對OOA 進行修改與補足是重點，這部分工作不是著重細化，但應在OOD 完成其在OOA 未完成的細節定義。

4.1.2 人機交互部分的設計

人機交互部分應視為系統中一個獨立的組成部分來分析和設計，因為其是OOD 模型的外圍組成部分之一，更有利于消除和弱化模擬作業系統的變化影響問題域部分，考慮活動者的行為描述、系統的行為描述以及信息輸入和顯示輸出的有效進行，因此人機交互部分在安全實訓平臺中是必不可少的。人機交互部分包括實訓平臺中的操作系統以及視頻系統，它直觀地呈現了培訓者的操作行為，通過屏幕界面和控制按鈕的操作，可以直接反映需要傳達的信息以及系統的功能。

4.1.3 控制驅動部分的設計

在OOD 部分對控制驅動部分來建模，描述實現系統應具備的設計決策，以達到描述問題域固有的并發行為的目的。其中控制驅動部分用以表示與定義并發系統中的各個控制流。以主動對象表達各個控制流（進程、線程）與全部的主動類構成控制流驅動部分。并發系統控制線程內部的情況與順序系統控制線程的情況在安全實訓平臺的操控系統中相比較，前者比后者更為復雜，例如信息有N 種用途、信息的接受者或許有很多個等，如果系統的并發需求所需要的多控制流要多項任務同時執行，則每一個任務就是一項控制流，如系統對操作的統籌計算和培訓人員操作控制培訓設備。

4.1.4 數據管理部分的設計

為了存儲問題域的長久對象，封閉包裝這些對象的搜索與儲存機制，以及為了減少影響數據管理方案的途徑，需要設計數據管理部分，負責在指定的數據管控系統中儲存和搜索對象的組成部分。建造數據庫系統，用于儲存、管理、處理和維修保護數據的軟件系統是很有必要的，它是由數據庫、數據庫管理系統和一些相關軟件組成。安全實訓平臺還配有對永久性和臨時性數據的訪問及管控的功能，這些數據記下了培訓的過程，可以作為系統的維修保護及改善的依據［11］。

4.1.5 構建及其部署部分的設計

在面向對象的系統設計階段后期，思考怎樣對系統的構件進行說明、構建和組織，以及構件怎樣分布在節點上，其中有系統中每個對象的組成和分布，每個對象的屬性、方式和結構，是時下相對流行的做法［12］。比如在電氣安全培訓項目中，應該包括客戶端、認證服務器、培訓人員資料服務器，設計完這三個構件之間的相互關系，培訓任務也就完成。

根據以上思路和方法，形成了面向對象的LNG安全實訓平臺系統構架，如圖3所示。

4.2 系統的實現

中海福建天然氣公司已經成功建設了基于面向對象的安全實訓平臺，其核心是以安全培訓教材為依據，結合員工實際工作環境，利用實物、模擬空間來完成安全培訓。該平臺在LNG 企業培訓中起到高效、安全快捷的作用，并配備了考核系統，使受訓人員對于安全知識的掌握更加牢固。例如動土作業中的學員設備系統屬于人機交互部分，采用教學用吊機模擬現場操作，使得受訓人員能快速掌握安全培訓內容，熟悉作業過程中的各種危險因素。如圖4所示，為了讓受訓人員在現場中熟悉掌握吊機的各項功能屬性，運用組建好的教學用模擬吊機讓受訓人員提前熟悉操作環境及操作方法，取得了良好的安全培訓效果。

其中，設備系統用于提供安全培訓的具體內容，為受訓人員提供現場安全操作并了解LNG 操作過程中可能遇到的危險；操控系統提供了任務管理和數據管理，可以進行故障設置、初始工況設置、評價和考核、培訓操作記錄數據庫管理等操作。再結合視頻教程讓受訓人員對于LNG 企業的安全要求和事故案例有更深入的理解，可以增強以后工作時的安全意識，提高職工的安全操作技能。

5 結論

本文應用面向對象技術，創新性地提出了基于面向對象方法的LNG 企業安全實物培訓平臺，主要內容是從組織結構上，對作業現場進行模擬，并且將不同對象進行分類后賦予其不同的屬性及操作。該實訓平臺具有可操作性強，各種類型的器材、設備、模擬工作場所均能真實地反映作業現場情況等優點，目前中海福建天然氣公司將此平臺應用于實際，根據反饋情況，其效果良好、實用性強。此外，LNG 企業安全實訓平臺應用面向對象技術的構建設計過程，將建設效率極大地提高，并且強化了安全培訓的內容變化時系統的應變能力；同時面向對象技術良好的繼承性、派生性、封裝性促進了安全培訓系統穩定性的提高，且系統中各培訓功能的可重用性好、可維護性高。

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