灰色系統理論在粉塵爆炸預防與控制中的應用

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，運用了灰色系統理論，進行灰色關聯分析、灰色聚類評估和灰色系統預測，采用新的研究方法分析探討，給出了粉塵爆炸預防與控制的具體方法。

關鍵詞：粉塵爆炸;灰色理論;灰色關聯分析;預防與控制

中圖分類號：TD71 ? ?文獻標識碼：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

如今的工業社會中，粉體物質存在于生產生活的各個環節中，由于其具有可燃爆炸性，給生產生活帶來了極大的危害。因此，分析粉塵爆炸的特點顯得十分必要。本文運用灰色系統理論，結合粉塵爆炸的起因、原理和發展過程，找到對粉塵爆炸預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產安全，并對有粉塵源存在的企業防護和安全生產提出指導性建議。

1 灰色系統理論

1.1 灰色系統理論簡介

灰色系統理論是以“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，通過對已經掌握的信息進行開發和利用，提取其中有價值的部分，再進行模擬、預算、評估，從而對系統做正確描述和有效監控。如表1所示，按照對生活中系統內部信息的了解程度，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理論中的核心部分。

灰色系統理論以灰色朦朧集合為基礎，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實規律，達到表達灰色信息本質的作用，從而實現對現有信息形成的準確認知。如今，該理論已經廣泛地應用于各行各業中，主要應用包括灰色關聯分析、灰色聚類評估、灰色系統預測等[1-2]。

1.2 灰色關聯分析

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

如圖1所示是灰色關聯分析圖，其中X1是最符合系統特征X0的影響因素。灰色關聯分析是將系統特征作為參考因素，再將影響因素進行對比，最后通過關聯度計算來確定影響因素彼此之間的聯系程度和優勢大小[3-4]，有助于對抽象系統做出綜合評價，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理論中，采用白化權函數方法對一些觀察對象進行不同指標的觀察，并進行灰類類別歸納總結。再根據評估對象所屬的灰類類別，半定量、半定性地描述整個綜合系統，進而對系統有初步了解[5]。如圖2所示是典型的白化權函數圖，其中[fkj]是[j]指標[k]子類的白化權函數，數值從0到1變化;[xkj1]，[xkj2]，[xkj3]，[xkj4]稱為轉折點，其中[xi]是系統的影響因素，[xik]為該因素在[k]序號的觀測數據。

1.4 灰色系統預測

預測是指通過對事物的發展狀態和形成規律來推測未來的可能變化。針對某一具體的問題，其預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。而灰色系統預測是將原始數據進行處理，建立灰色模型觀測系統的發展規律，進而對系統的未來狀態給出科學合理的預測。

灰色系統是一種基于GM（1，1）模型的預測方法，基本思想是將需要預測的數據整合成隨時間而變化的灰色量函數。在實際預測模型建立前，必須先將原始數據進行處理，將灰色數據轉變為白色數據，在表現出一定的規律性后再建立相對應的灰色模型，從而做出分析預測。可以將灰色系統預測分成數列預測、區間預測、災變預測、波形預測和系統預測[6-7]。

2 灰色系統理論在粉塵爆炸中的應用

2.1 灰色關聯分析應用于粉塵爆炸

本文以某省一個金屬制品公司的汽車輪轂拋光車間在生產過程中的安全因素關系為例，對各影響因素進行灰色關聯分析。2014年8月2日，該公司發生了一起重大的粉塵爆炸事故，導致75人傷亡。涉及其生產過程安全的相關因素有通風狀態、空氣相對濕度、人工檢查情況、意外點火源的防護、小型火災的處理能力、機器設備的老化情況以及各個設施的防爆隔爆能力。當這些相關因素出現故障時，爆炸事故就有可能發生。該廠的生產車間示意圖如圖3所示。