灰色系統(tǒng)理論在粉塵爆炸預(yù)防與控制中的應(yīng)用

許美琪 王亞茹 徐偉 蔣浩 張磊

摘 要：本文以粉塵爆炸為研究對象，運(yùn)用了灰色系統(tǒng)理論，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析、灰色聚類評估和灰色系統(tǒng)預(yù)測，采用新的研究方法分析探討，給出了粉塵爆炸預(yù)防與控制的具體方法。

關(guān)鍵詞：粉塵爆炸;灰色理論;灰色關(guān)聯(lián)分析;預(yù)防與控制

中圖分類號：TD71 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2021）21-0037-03

Application of Grey System Theory in Dust Explosion Prevention and Control

XU Meiqi? ? WANG Yaru? ? XU Wei? ? JIANG Hao? ? ZHANG Lei

（School of Chemical Engineering of Anhui University of Science and Technology， Huainan Anhui 232001）

Abstract： Based on dust explosion as the research object， this paper uses the grey system theory to carry out the grey correlation analysis， grey clustering evaluation and grey system prediction. In addition， new research methods are adopted to analyze and discuss， and specific methods for dust explosion prevention and control are given.

Key words： dust explosion; grey theory; grey correlation analysis; prevention and control

如今的工業(yè)社會中，粉體物質(zhì)存在于生產(chǎn)生活的各個(gè)環(huán)節(jié)中，由于其具有可燃爆炸性，給生產(chǎn)生活帶來了極大的危害。因此，分析粉塵爆炸的特點(diǎn)顯得十分必要。本文運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論，結(jié)合粉塵爆炸的起因、原理和發(fā)展過程，找到對粉塵爆炸預(yù)防和控制的合理方法，將破壞程度降到最低，充分保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，并對有粉塵源存在的企業(yè)防護(hù)和安全生產(chǎn)提出指導(dǎo)性建議。

1 灰色系統(tǒng)理論

1.1 灰色系統(tǒng)理論簡介

灰色系統(tǒng)理論是以“已知部分信息，未知部分信息”的“小樣本”“貧信息”作為分析研究的對象，通過對已經(jīng)掌握的信息進(jìn)行開發(fā)和利用，提取其中有價(jià)值的部分，再進(jìn)行模擬、預(yù)算、評估，從而對系統(tǒng)做正確描述和有效監(jiān)控。如表1所示，按照對生活中系統(tǒng)內(nèi)部信息的了解程度，我們可以將其分為“黑、灰、白”三類，其中“灰”色部分就是灰色系統(tǒng)理論中的核心部分。

灰色系統(tǒng)理論以灰色朦朧集合為基礎(chǔ)，選用覆蓋信息和灰色序列生成的方法，模擬小群體樣本信息的現(xiàn)實(shí)規(guī)律，達(dá)到表達(dá)灰色信息本質(zhì)的作用，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有信息形成的準(zhǔn)確認(rèn)知。如今，該理論已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)中，主要應(yīng)用包括灰色關(guān)聯(lián)分析、灰色聚類評估、灰色系統(tǒng)預(yù)測等[1-2]。

1.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

對一個(gè)抽象難以描述的系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的方法難以全方面地分析，對這樣復(fù)雜的系統(tǒng)只需要在各種因素中進(jìn)行研究并分清主次。這是由于主要因素既能促進(jìn)增強(qiáng)系統(tǒng)，也能抑制阻礙系統(tǒng)，影響程度較大。

如圖1所示是灰色關(guān)聯(lián)分析圖，其中X1是最符合系統(tǒng)特征X0的影響因素?；疑P(guān)聯(lián)分析是將系統(tǒng)特征作為參考因素，再將影響因素進(jìn)行對比，最后通過關(guān)聯(lián)度計(jì)算來確定影響因素彼此之間的聯(lián)系程度和優(yōu)勢大小[3-4]，有助于對抽象系統(tǒng)做出綜合評價(jià)，可以有效地解決問題。

1.3 灰色聚類評估

灰色聚類評估是指在灰色系統(tǒng)理論中，采用白化權(quán)函數(shù)方法對一些觀察對象進(jìn)行不同指標(biāo)的觀察，并進(jìn)行灰類類別歸納總結(jié)。再根據(jù)評估對象所屬的灰類類別，半定量、半定性地描述整個(gè)綜合系統(tǒng)，進(jìn)而對系統(tǒng)有初步了解[5]。如圖2所示是典型的白化權(quán)函數(shù)圖，其中[fkj]是[j]指標(biāo)[k]子類的白化權(quán)函數(shù)，數(shù)值從0到1變化;[xkj1]，[xkj2]，[xkj3]，[xkj4]稱為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其中[xi]是系統(tǒng)的影響因素，[xik]為該因素在[k]序號的觀測數(shù)據(jù)。

1.4 灰色系統(tǒng)預(yù)測

預(yù)測是指通過對事物的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和形成規(guī)律來推測未來的可能變化。針對某一具體的問題，其預(yù)測模型是多種多樣的，需要充分地分析才能判定該模型的正確性。而灰色系統(tǒng)預(yù)測是將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立灰色模型觀測系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律，進(jìn)而對系統(tǒng)的未來狀態(tài)給出科學(xué)合理的預(yù)測。

灰色系統(tǒng)是一種基于GM（1，1）模型的預(yù)測方法，基本思想是將需要預(yù)測的數(shù)據(jù)整合成隨時(shí)間而變化的灰色量函數(shù)。在實(shí)際預(yù)測模型建立前，必須先將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將灰色數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨珨?shù)據(jù)，在表現(xiàn)出一定的規(guī)律性后再建立相對應(yīng)的灰色模型，從而做出分析預(yù)測?？梢詫⒒疑到y(tǒng)預(yù)測分成數(shù)列預(yù)測、區(qū)間預(yù)測、災(zāi)變預(yù)測、波形預(yù)測和系統(tǒng)預(yù)測[6-7]。

2 灰色系統(tǒng)理論在粉塵爆炸中的應(yīng)用

2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析應(yīng)用于粉塵爆炸

本文以某省一個(gè)金屬制品公司的汽車輪轂拋光車間在生產(chǎn)過程中的安全因素關(guān)系為例，對各影響因素進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。2014年8月2日，該公司發(fā)生了一起重大的粉塵爆炸事故，導(dǎo)致75人傷亡。涉及其生產(chǎn)過程安全的相關(guān)因素有通風(fēng)狀態(tài)、空氣相對濕度、人工檢查情況、意外點(diǎn)火源的防護(hù)、小型火災(zāi)的處理能力、機(jī)器設(shè)備的老化情況以及各個(gè)設(shè)施的防爆隔爆能力。當(dāng)這些相關(guān)因素出現(xiàn)故障時(shí)，爆炸事故就有可能發(fā)生。該廠的生產(chǎn)車間示意圖如圖3所示。