计算机仿真在电工特种作业培训中的应用(2021新版)

Safety is the goal, prevention is the means, and achieving or realizing the goal of safety is the basic connotation of safety prevention.

（安全管理）

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计算机仿真在电工特种作业培训

中的应用(2021新版)

计算机仿真在电工特种作业培训中的应用

(2021新版)

导语：做好准备和保护，以应付攻击或者避免受害，从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。显而易见，安全是目的，防范是手段，通过防范的手段达到或实现安全的目的，就是安全防范的基本内涵。

传统的培训方法大多是在实际系统中进行的。随着工业和科学技术的发展,系统的规模日益庞大、复杂,系统的造价日益昂贵,训练时因操作不当引起的破坏和危险性也大大增加。因此,提高系统运行的安全性事关重大，关键在于人员培训。为了解决培训问题,需要有这样的系统,它能模拟实际系统的工作状况及环境,又可避免采用实际系统时所带来的危险性及高昂代价,这就是培训仿真系统。根据特种作业事故的基本特点，人为因素是事故发生的主要原因。要保证电工特种作业安全,必须控制电工作业人员的不安全行为；要控制电工作业人员的不安全行为,必须提高他们的安全技术素质和安全操作技能，这主要靠培训来完成。目前，电工特种作业培训主要以授课演示加实物模拟平台训练的方法。由于电的危害性，在实物模拟平台上进行训练也存在许多危险；加之实物模拟平台数量有限，受时间、地点等限制，不能供人员反复使用。这些因素直接影响培训效率和质量。这就要求我们设计

出更为有效且具有重复性好、安全性高、经济性好、效率高等优点的电工特种作业仿真培训平台。

计算机仿真培训原理

仿真是以相似原理、系统技术、信息技术及应用领域有关专业技术为基础，以计算机系统与相关物理效应设备及仿真器为工具，利用模型对系统进行研究的多学科综合性技术。

计算机仿真培训原理图。计算机仿真培训系统的组成如图1所示，主要由三个模块组成，即前台多媒体培训仿真界面、信息响应和计算机后台分析计算模块。后台分析计算是计算机仿真培训系统的核心，它包括计算机仿真模型、仿真模块、仿真结果分析、资源库和多媒体计算机网络。用户在前台操作，通过响应模块将用户的操作信息传递给后台，在后台通过仿真模型的判断和运算，做出决策，并将决策信息由后台经过信息处理与响应模块传递到用户操作前台多媒体培训仿真界面，实现交互操作训练。

计算机仿真建模。从电气的工作情况看，电工作业应该是一种连续性作业方式。为此，可将电工作业看作是一个连续性的系统。由于连续系统讲究连续性这一特征，可以在该连续的系统中设置多个控制连续性的关键触发器，便于在计算机上实现电工特种作业培训，达到

预期效果。系统所要设置的关键触发器数量可通过仿真控制树建模确定（如图2所示）。其中，T表示仿真控制树的顶上事件；Ai表示仿真控制树上的分事件（i=1，2……）；Xi表示仿真控制树上的事件触发器（i=1，2……）。该仿真控制树的结构函数为：

T=X1*A1=X1*(X2+A2)=X1*(X2+X1*X3)=X1*X2+X1*X1*X3=X1*X2+X1*X3 解算得仿真控制树的最小割集为：

MSC1：{X1，X2}MSC2：{X1，X3}

通过计算该仿真控制树的最小割集，可以确定出在该系统中应该设置的触发器的个数n1=3（即信号量的个数）和仿真动画模块个数n2=3（即进程个数）。这样就可根据信号量和进程来设计仿真控制。

信息处理与响应。信息处理与响应采取的设计方法是信号量和进程。进程是资源分配的基本单位，也是独立运行的基本单位。一个进程的生命周期可以划分为一组状态，这些状态刻画了整个进程。在进程的运行过程中，由于系统的并发运行及相互制约的结果，使得进程的状态不断变化。通常，一个进程至少可划分为三种基本状态，即就绪状态、执行状态和阻塞状态。

进程并非固定处于某一个状态，其状态会随着自身的推进和外界

条件而发生变化（如图3所示）。进程状态变化图说明了系统中每个进程可能具备的状态以及这些状态发生变化的可能原因。

信号量是一个确定的二元组(s,q)，其中s是具有非负初值的整型变量，q是一个初始状态为空的队列。整型变量s表示系统中某类资源的数目，当其值大于0时，表示系统中当前可用资源的数目；当其值小于0时，其绝对值表示系统中因请求该类资源而被阻塞的进程数目。除信号量的初始值外，信号量的值仅能由操作改变。利用信号量的状态变化对进程和资源进行管理。

培训界面与系统面向对象设计技术。面向对象方法类似于人们对实际问题的自然的思维处理方式,它将客观世界（即问题领域）看成是由一些相互联系的事物（即对象）组成。每个对象都有自己的内部状态和运动规律,不同对象间的相互作用和相互联系构成了完整的客观

世界,问题的解由对象和对象之间的通讯来描述。利用对象概念来刻画客观世界,具有直观性和可理解性的优点。

消息是对象之间进行通信的一种数据结构,对象之间是通过传递

消息来进行描述的。将面向对象技术应用于仿真领域，从理论上突破了传统仿真手段的局限性,它由组成系统的对象及对象之间的相互作

用关系来对现实世界进行建模,实现了从问题领域的分析、设计到实现

的平滑过渡,与人们认识世界的自然思维过程相一致,增加了仿真研究的直观性,为复杂系统的仿真建模提供了一种有效的方法。因此,在电工安全培训仿真系统的设计中,我们采用了面向对象的技术。

电工特种作业仿真培训系统的组成

从电工培训内容上看，电工特种作业仿真培训系统可由工具、仪表、动力、照明和安全操作组成。其中，工具主要采取动画演示和讲解为主。而仪表、动力、照明和安全操作则主要采取仿真训练为主。

根据电工特种作业的具体要求，系统应该具有示范培训、训练培训和培训考核等功能，其组成如图4所示。示范培训系统主要包括电工元件演示模块、电工原理仿真演示模块、线路运行与调试演示模块和故障分析与排除演示模块；仿真培训系统主要包括电工安全操作技能培训模块和故障分析与排除培训模块；仿真考核系统主要包括电工安全操作技能考核模块和故障分析与排除考核模块。

作业人员首先通过示范培训系统对电工作业进行基础培训教育，在此基础上，理论联系实际，进入仿真培训系统学习，主要进行各种电工安全操作技能培训(如仪器选择和接线)和事故分析与排除培训。在作业人员熟练、安全、准确地掌握了培训内容的基础上，由培训负责单位安排作业人员进行培训考核，考核成绩直接进入作业人员的信