[发明专利]一种基于场景模拟与物联网的实操学习考核方法与系统

权利要求书

1.一种基于场景模拟与物联网的实操学习考核方法，其特征在于该方法采用如下考核系统，所述系统包括：

应用层、数据分析层、数据存储层、数据感知层、现场设备层；

所述应用层包括：在线实操考核系统、题库设置模块、实操记录模块、实操判断模块、考核认证模块、可视化模块；

所述数据分析层包括：半监督评判基准模型；

所述数据存储层包括：数据库；

所述数据感知层包括：感应器、工业网关、PLC；

所述现场设备层包括：若干现场设备，所述若干现场设备构成一套工艺流程；

所述数据感知层获取现场设备层的现场设备运作数据并存储到数据存储层，数据分析层获取数据存储层存储的现场设备运作数据进行加工处理供应用层使用；

所述在线实操考核系统模拟场景并提供模拟练习和实操考核功能；

所述半监督评判基准模型判断操作是否合格；

所述在线实操考核系统包括模拟模块和操作判断模块，用于模拟练习和判断操作是否正确；

所述模拟模块包括模拟操作界面；

所述题库设置模块包括模拟题库设置单元；

所述模拟题库设置单元提供模拟练习过程的第一标准操作数据；

参加考核人员登陆模拟模块进行模拟操作，产生模拟操作数据，

所述操作判断模块调用半监督评判基准模型将模拟操作数据与第一标准操作数据进行比对，判断匹配度，输出结果；

所述在线实操考核系统还包括实操模块和实操判断模块，用于实操考核和考核结果判断；

所述数据分析层还包括算法库、模型库；

所述题库设置模块还包括标准题库设置单元；

所述标准题库设置单元提供实操考核操作过程的第二标准操作数据；

参加考核人员登陆实操模块进行操作，操作指令通过PLC传递给现场设备，数据感知层将现场设备运作数据上传至实操记录模块，实操记录模块记录的现场设备运作数据经过数据分析层的算法库、模型库的加工处理，得到相关实操数据；

所述实操判断模块调用半监督评判基准模型将相关实操数据与第二标准操作数据进行比对，输出判定结果；

若结果为合格，则由考核认证模块签发合格证书，若结果为不合格，则重新培训、补考；

所述第二标准操作数据包括：作业顺序、作业参数设定、作业结果的质量；

该方法包括如下步骤：

S1，参加考核人员登陆在线实操考核系统进行模拟操作，半监督评判基准模型将模拟操作数据与第一标准操作数据进行比对，判断操作是否合格；

S2，参加考核人员登陆在线实操考核系统进行考核操作，半监督评判基准模型将考核操作数据与第二标准操作数据进行比对，判断考核结果是否为合格；

步骤S1具体包括如下步骤：

S11，管理员登陆账号配置模拟场景的模拟操作界面和人员考核权限，并进行模拟题库设置，设置内容包含：步骤的次序、操作内容以及分值；

S12，参加考核人员登陆在线实操考核系统的模拟模块，在模拟操作界面，按照预先设定的标准操作要求进行操作；

S13，操作判断模块调用半监督评判基准模型将参加考核人员的模拟操作产生的模拟操作数据与第一标准操作数据进行比对，输出判断结果；

步骤S2具体包括如下步骤：

S21，管理员通过题库设置模块，对标准操作所对应的现场设备运作数据进行关联设置，对操作步骤、操作质量设定不同分值权重，建立各考核科目的标准操作题库；

S22，在半监督评判基准模型的特征矩阵中相应的特征分配对应的权重，实现对不同分值权重的设定；

S23，参加考核人员登录实操模块，选择考核的科目、时间段，然后进行操作，操作时各现场设备的相关运作数据传输至实操记录模块形成相关实操数据；

S24，相关实操数据经过数据分析层处理后，实操判断模块调用半监督评判基准模型将处理后的相关实操数据与第二标准操作数据进行比对，对作业顺序、作业参数设定、作业结果的质量进行判定，输出判定结果；

S25，依据判定结果，对参加考核人员进行考核结果认定，考核认证模块为合格的参加考核人员发放合格证书；

步骤S24具体包括如下步骤：

S241，在现场设备上安装相应的感应器，测量现场设备运作数据，并通过工业网关传输至数据存储层；

S242，数据存储层对存储的场设备运作数据进行即时整理、清洗、转换，并通过可视化模块进行展示，管理员查询现场设备的各项运作数据以及现场设备本身的各项输入设置参数；

S243，数据分析层的半监督评判基准模型对感应器所采集的现场设备运作的样本数据进行判断，评判操作是否合格；

S244，不同的标准操作题库相应建立不同的半监督评判基准模型，对实操考核操作产生的相关实操数据进行数据预处理以及特征提取后，基于半监督评判基准模型，评估实操考核操作与标准操作之间的差距以及区别，将标准操作的训练集合作为一个分布，基于半监督评判基准模型来判断实操考核操作与标准操作集合之间的距离，基于距离产生相应的分数，距离越远，分数越低；

S245，当分数低于设定的合格分数线时，即判别为不合格，同时半监督评判基准模型进行析因分析，找出存在异常的相关实操数据，从而找出参加考核人员在考核过程中的不当操作，并向参加考核人员给予反馈；

步骤S244中建立半监督评判基准模型具体包括如下步骤：

S2441，对现场设备进行标准操作，采集现场设备的运作数据作为训练数据集；

S2442，对采集的现场设备运作数据进行预处理，包括异常样本检测以及移除、统计特征提取；并对时域数据进行时频域转换，提取相应的时频域统计特征，包括样本均值、标准差、极值、峭度、峰度；

S2443，构建特征矩阵，每一行表示为一次标准操作的特征，每一列表示为每一个特征；

S2444，构建一类支持向量机的优化目标方程：

其中，

表示斜率；

表示松弛因子，其中表示样本索引；

表示截距；

表示惩罚权重调整因子；

表示样本量；

依据上述优化目标方程进行转换之后，创建确定函数：

其中，

表示：用于建立评价模型的目标函数，对于给定的输入，得到对应的评判结果；

表示：斜率的转置；

表示：转置；

：是映射函数，其中含义：第个样本；其中含义：样本索引；

表示截距；

表示样本量；

表示对偶变量，其中表示索引；

表示核函数，其中：输入变量，：第个样本，其中：样本索引；

S2445，基于半监督评判基准模型，参加考核人员操作完成后，操作产生的相关实操数据经过同样的数据预处理以及特征提取过程得到特征向量，基于确定函数，则可以直接判定参加考核人员操作是否合格。

2.根据权利要求1所述基于场景模拟与物联网的实操学习考核方法，其特征在于，

所述半监督评判基准模型的算法为主成分分析、自组织神经网络、支持向量机、逻辑回归其中一种。