基于面向对象的LNG 企业安全实训平台

王海伟 ，黄鸿恩，袁 斌，王 强，陈本峰，陈 超，黄 萍

（1.中海福建天然气有限责任公司，福建 福州 350008；2.福州大学环境与资源学院，福建 福州 350116）

液化天然气（LNG）接收站，本身系统复杂且庞大，以致安全培训的难度相当大。采用面向对象技术来设计液化天然气接收站的安全培训系统，这种技术方法突破了传统安全培训方法的缺陷，主要是根据液化天然气接收站组成系统的培训类别以及相互作用关系来构建安全实物培训平台，对启示创新企业安全培训模式具有重要的意义。

1 LNG 企业安全培训

1.1 LNG 企业传统安全培训存在的问题

目前，LNG 企业的传统安全培训存在质量不高、效果不佳、员工安全意识未能有效提高、安全技能没有充分习得、难以达到安全生产的要求等问题，需要进一步解决处理［1］。采用传统方法进行的安全培训，主要存在以下几个方面的缺陷：①缺乏灵活性：陈旧单一的机械式安全教育培训模式，员工不感兴趣；②缺乏层次性：不注重教学程序，安全培训缺乏条理性、系统性；③缺乏实践性：无法实现理论与实际的有效结合，员工学习到的知识易与实际操作脱节。因此，在LNG 企业对安全培训方法与模式进行创新，有效提高企业的安全培训效果是极其关键的［2］。

1.2 LNG 企业安全实训平台概述

LNG 企业安全实物培训平台（简称LNG 企业安全实训平台），是一种体验式的安全教育方法，它与在传统培训方法下的受训人员被动接受模式不同，该实训平台可以把受训人员的思维与行动有效地结合起来；同时，作业场所以实物模拟的方式呈现，受训人员通过运用计算机辅助培训，可对作业的原理和过程加深理解；此外，在培训中有效地把听、看、做结合在一起，使受训人员体验现场感受，认识到工作中存在的相关风险，了解其控制措施，熟悉有关程序，更深入地领会公司安全管控的重点领域及可能引发的事故后果，从而使其形成风险思考的习惯，并在未来工作中有效地避免事故的发生［3］。

2 面向对象方法

面向对象（Object Oriented，OO）是一种方法学，在该方法学中，对象是抽象及延伸现实世界模型，由各种对象组成客观世界。面向对象方法就是面向对象思想分析与解决问题的方法，是以对象为中心。每一个对象具有它自己的运动规律和内部状态，即有动态行为和静态属性。这些数据施加的操作是行为代表，对象的数据是属性表示，属性和操作封装在一起，形成了对象统一［4］。

2.1 面向对象方法的特点

面向对象的核心思路是：以对象为中心，具有封装性、继承性和多态性三个特点。封装性指的是把数据和操作封装到对象中，以便实现数据的抽象，这是面向对象技术最基本的特点；继承性是指通过类之间的继承关系，父对象的所有属性和方法，子对象继承，传递封装在对象里的数据，以使得可以共享公共特性，提高重用性；多态性指的是允许将父对象设置成为和一个或更多的子对象相等的技术，赋值之后，父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作［5］。

2.2 面向对象方法对安全培训的作用

面向对象的概念和应用，已经扩展到应用平台、交互式界面、分布式系统、人工智能等领域，完全超越了程序设计和软件开发领域。采用面向对象方法来构建安全培训系统，建立安全实训平台，具有良好的可移植性和可扩展性等明显优势。系统的分析和以视图思维的人，用一致的方式、设计的角度来认识世界的客观性，从而使培训更直观易懂。传统的设计方法是自上而下，而面向对象则是采取自下而上与自上而下相结合的演绎过程，体现了并行处理的理念，表达知识获取和推理的过程和自上而下的感应［6］。因此，面向对象方法能够用于实现构建安全实训平台。

2.3 面向对象方法在安全培训中的应用

采用面向对象方法来建立安全培训系统，包括主要的两个方面：面向对象分析（Object-Oriented Analysis，OOA）和面向对象设计（Object-Oriented Design，OOD）。传统设计方法，主要是对需要设计的功能进行设计，后期的修改维护特别是大型系统的后期维护就较为困难，而采用面向对象设计，可使安全实训平台有利于复用、扩充，也有利于软件质量的提高和加速安全实训平台构建过程。面向对象分析，强调在安全培训领域内发现和描述对象（或概念），其关键的是识别出安全培训域内的对象，并分析它们相互间的关系，最终建立起问题域的简洁、精确、可理解的正确模型［7］。

面向对象分析和面向对象设计的关系：从面向对象分析到面向对象设计不是转换，而是调整和增补，即增补了安全培训平台的构建及其部署部分、人机交互部分、控制驱动部分、数据管理部分。

3 面向对象的LNG 企业安全实训平台分析

面向对象分析是在一个系统的开发过程中进行了系统业务调查以后，识别出问题域中的对象，再按照面向对象的思想来分析问题，其分析重点是在使用面向对象的观点的基础上解决现实系统的问题，最后建立的正确模型要求简洁、精确、可理解［8］。LNG 企业安全实训平台的面向对象分析主要由确定对象、识别结构、识别主题、定义属性和定义方法五个步骤组成，如图1所示。

3.1 确定对象

对象是类的一个实例，类描述了对象的特征，该对象具有什么样的属性，怎样使用对象完成一些任务，它对事件进行怎样的响应等。设计LNG 企业安全实训平台的基础是对象的确定，其具体含义即是从用例中提取实体对象和实体类。提取实体对象的方法是依据用例描述中出现的名词短语来提取实体对象，提取过程中必须对原始的名词和名词短语进行筛选。当得到实体对象后，对实体对象进行归纳，抽象出实体类。

本次分析的用例是每项培训或培训过程。由于安全实训涉及面多、工种繁多、器具各异、覆盖面广，且有千差万别的表现形式，经过分析，确定对象类的模板为培训内容的分类，分为十四类，分别为动土作业培训、电气安全培训、受限空间作业培训、危化品培训、应急管理培训、吊装作业培训、劳动保护用品培训、高处作业培训、安全标志培训、脚手架培训、热工作业培训、消防安全培训、工艺安全培训和工器具安全培训。

3.2 识别结构

结构是指问题域的复杂性和连接关系，表示系统的复杂性。结构包括组装结构和类成员结构，组装结构反映了整体和局部的关系，而类成员结构则反映了泛化和特化的关系。LNG 企业安全实训对象之间关系的梳理运用了结构识别的方法来进行，例如显示器阵列中的每一个显示器都具有视频类的属性及服务，都是视频类的一个特例，每一个显示器与视频类之间反映的是泛化与特化的关系，构成了分类结构；视频类、音频类、操控类、考核类等对象组成了整个培训系统，它们反映的是整体和局部的关系，形成一个组装结构。

3.3 识别主题

面向对象分析系统通过主题来表现总体概貌，将众多的对象和结构作主题的识别，并进一步归纳组合到更高层次的模块及子系统中。为了降低系统的复杂程度，把LNG 企业安全培训系统划分成几个不同的主题，也就是在概念上把系统包含的内容划分为若干个范畴，必须按照不同主题内的对象相互间交互和依赖最少的原则来确定主题，例如安全标识主题、现场操作主题、安全考核主题等。

3.4 定义属性

属性的确定需要明确两点：一点是问题域，另一点是目标系统的任务。属性就是数据元素，可用来描述对象或分类结构的实例，因此仅需考虑与所分析的LNG 企业安全培训直接关联的属性，超出需要解决的问题范围的属性不在考虑范围内。在分析过程中首要任务是找出最重要的属性，之后再逐渐增添其余属性［9］。例如安全标识培训的主要任务是让工作人员掌握各种标识的意义，那么安全标识培训最重要的属性就是识别标识。

3.5 定义方法

在收到信息后必须进行的对信息的处理办法就是定义方法。方法不仅要在系统中定义，而且要在对象的存储中指定。对于每个对象和结构来说，那些用来处理信息的方法（增加、修改、删除和选择）本身是不在系统中给出的，虽然它们要在对象的存储中定义，也可称为隐含的，而有些则是显示的。例如消防安全培训，运用实际演练指导的方法让学员直观地学习。

在此基础上，形成了LNG 企业安全培训平台面向对象分析的流程，见图2。

4 面向对象的LNG 企业安全实训平台设计

4.1 面向对象的系统设计

一个层层递进的系统扩大与补充的过程是由面向对象分析到面向对象设计，实现系统功能必要组成成分的增加，问题域部分、人机交互部分、控制驱动部分、数据管理部分构建及其部署部分的增补［10］。面向对象分析阶段的结果最终被拓展为技术解决方案以及关于LNG 企业安全培训系统技术构造模式的建立都是设计建模所要完成的。

4.1.1 问题域部分的设计

问题域部分的设计要求是把OOA 的结果当作输入，依据实现条件，对其进行修改与补足，即问题域部分就是将OOA 结果依据时限条件进行修改与补足。针对问题域的概念、表示法及一部分策略，应该继续运用OOA 的方法来进行设计，不仅要依据实现条件设计OOD，且因为发现了新错误或需求在改变，还要修改OOA 的结果，这样完善、调整安全实训平台中各系统的属性就是问题域部分的设计，作为实现的前提。对OOA 进行修改与补足是重点，这部分工作不是着重细化，但应在OOD 完成其在OOA 未完成的细节定义。

4.1.2 人机交互部分的设计

人机交互部分应视为系统中一个独立的组成部分来分析和设计，因为其是OOD 模型的外围组成部分之一，更有利于消除和弱化模拟作业系统的变化影响问题域部分，考虑活动者的行为描述、系统的行为描述以及信息输入和显示输出的有效进行，因此人机交互部分在安全实训平台中是必不可少的。人机交互部分包括实训平台中的操作系统以及视频系统，它直观地呈现了培训者的操作行为，通过屏幕界面和控制按钮的操作，可以直接反映需要传达的信息以及系统的功能。

4.1.3 控制驱动部分的设计

在OOD 部分对控制驱动部分来建模，描述实现系统应具备的设计决策，以达到描述问题域固有的并发行为的目的。其中控制驱动部分用以表示与定义并发系统中的各个控制流。以主动对象表达各个控制流（进程、线程）与全部的主动类构成控制流驱动部分。并发系统控制线程内部的情况与顺序系统控制线程的情况在安全实训平台的操控系统中相比较，前者比后者更为复杂，例如信息有N 种用途、信息的接受者或许有很多个等，如果系统的并发需求所需要的多控制流要多项任务同时执行，则每一个任务就是一项控制流，如系统对操作的统筹计算和培训人员操作控制培训设备。

4.1.4 数据管理部分的设计

为了存储问题域的长久对象，封闭包装这些对象的搜索与储存机制，以及为了减少影响数据管理方案的途径，需要设计数据管理部分，负责在指定的数据管控系统中储存和搜索对象的组成部分。建造数据库系统，用于储存、管理、处理和维修保护数据的软件系统是很有必要的，它是由数据库、数据库管理系统和一些相关软件组成。安全实训平台还配有对永久性和临时性数据的访问及管控的功能，这些数据记下了培训的过程，可以作为系统的维修保护及改善的依据［11］。

4.1.5 构建及其部署部分的设计

在面向对象的系统设计阶段后期，思考怎样对系统的构件进行说明、构建和组织，以及构件怎样分布在节点上，其中有系统中每个对象的组成和分布，每个对象的属性、方式和结构，是时下相对流行的做法［12］。比如在电气安全培训项目中，应该包括客户端、认证服务器、培训人员资料服务器，设计完这三个构件之间的相互关系，培训任务也就完成。

根据以上思路和方法，形成了面向对象的LNG安全实训平台系统构架，如图3所示。

4.2 系统的实现

中海福建天然气公司已经成功建设了基于面向对象的安全实训平台，其核心是以安全培训教材为依据，结合员工实际工作环境，利用实物、模拟空间来完成安全培训。该平台在LNG 企业培训中起到高效、安全快捷的作用，并配备了考核系统，使受训人员对于安全知识的掌握更加牢固。例如动土作业中的学员设备系统属于人机交互部分，采用教学用吊机模拟现场操作，使得受训人员能快速掌握安全培训内容，熟悉作业过程中的各种危险因素。如图4所示，为了让受训人员在现场中熟悉掌握吊机的各项功能属性，运用组建好的教学用模拟吊机让受训人员提前熟悉操作环境及操作方法，取得了良好的安全培训效果。

其中，设备系统用于提供安全培训的具体内容，为受训人员提供现场安全操作并了解LNG 操作过程中可能遇到的危险；操控系统提供了任务管理和数据管理，可以进行故障设置、初始工况设置、评价和考核、培训操作记录数据库管理等操作。再结合视频教程让受训人员对于LNG 企业的安全要求和事故案例有更深入的理解，可以增强以后工作时的安全意识，提高职工的安全操作技能。

5 结论

本文应用面向对象技术，创新性地提出了基于面向对象方法的LNG 企业安全实物培训平台，主要内容是从组织结构上，对作业现场进行模拟，并且将不同对象进行分类后赋予其不同的属性及操作。该实训平台具有可操作性强，各种类型的器材、设备、模拟工作场所均能真实地反映作业现场情况等优点，目前中海福建天然气公司将此平台应用于实际，根据反馈情况，其效果良好、实用性强。此外，LNG 企业安全实训平台应用面向对象技术的构建设计过程，将建设效率极大地提高，并且强化了安全培训的内容变化时系统的应变能力；同时面向对象技术良好的继承性、派生性、封装性促进了安全培训系统稳定性的提高，且系统中各培训功能的可重用性好、可维护性高。

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