灰色系统理论在粉尘爆炸预防与控制中的应用

许美琪 王亚茹 徐伟 蒋浩 张磊

摘 要：本文以粉尘爆炸为研究对象，运用了灰色系统理论，进行灰色关联分析、灰色聚类评估和灰色系统预测，采用新的研究方法分析探讨，给出了粉尘爆炸预防与控制的具体方法。

关键词：粉尘爆炸;灰色理论;灰色关联分析;预防与控制

中图分类号：TD71    文献标识码：A     文章编号：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

如今的工业社会中，粉体物质存在于生产生活的各个环节中，由于其具有可燃爆炸性，给生产生活带来了极大的危害。因此，分析粉尘爆炸的特点显得十分必要。本文运用灰色系统理论，结合粉尘爆炸的起因、原理和发展过程，找到对粉尘爆炸预防和控制的合理方法，将破坏程度降到最低，充分保障人们的生命财产安全，并对有粉尘源存在的企业防护和安全生产提出指导性建议。

1 灰色系统理论

1.1 灰色系统理论简介

灰色系统理论是以“已知部分信息，未知部分信息”的“小样本”“贫信息”作为分析研究的对象，通过对已经掌握的信息进行开发和利用，提取其中有价值的部分，再进行模拟、预算、评估，从而对系统做正确描述和有效监控。如表1所示，按照对生活中系统内部信息的了解程度，我们可以将其分为“黑、灰、白”三类，其中“灰”色部分就是灰色系统理论中的核心部分。

灰色系统理论以灰色朦胧集合为基础，选用覆盖信息和灰色序列生成的方法，模拟小群体样本信息的现实规律，达到表达灰色信息本质的作用，从而实现对现有信息形成的准确认知。如今，该理论已经广泛地应用于各行各业中，主要应用包括灰色关联分析、灰色聚类评估、灰色系统预测等[1-2]。

1.2 灰色关联分析

对一个抽象难以描述的系统，采用传统的方法难以全方面地分析，对这样复杂的系统只需要在各种因素中进行研究并分清主次。这是由于主要因素既能促进增强系统，也能抑制阻碍系统，影响程度较大。

如图1所示是灰色关联分析图，其中X1是最符合系统特征X0的影响因素。灰色关联分析是将系统特征作为参考因素，再将影响因素进行对比，最后通过关联度计算来确定影响因素彼此之间的联系程度和优势大小[3-4]，有助于对抽象系统做出综合评价，可以有效地解决问题。

1.3 灰色聚类评估

灰色聚类评估是指在灰色系统理论中，采用白化权函数方法对一些观察对象进行不同指标的观察，并进行灰类类别归纳总结。再根据评估对象所属的灰类类别，半定量、半定性地描述整个综合系统，进而对系统有初步了解[5]。如图2所示是典型的白化权函数图，其中[fkj]是[j]指标[k]子类的白化权函数，数值从0到1变化;[xkj1]，[xkj2]，[xkj3]，[xkj4]称为转折点，其中[xi]是系统的影响因素，[xik]为该因素在[k]序号的观测数据。

1.4 灰色系统预测

预测是指通过对事物的发展状态和形成规律来推测未来的可能变化。针对某一具体的问题，其预测模型是多种多样的，需要充分地分析才能判定该模型的正确性。而灰色系统预测是将原始数据进行处理，建立灰色模型观测系统的发展规律，进而对系统的未来状态给出科学合理的预测。

灰色系统是一种基于GM（1，1）模型的预测方法，基本思想是将需要预测的数据整合成随时间而变化的灰色量函数。在实际预测模型建立前，必须先将原始数据进行处理，将灰色数据转变为白色数据，在表现出一定的规律性后再建立相对应的灰色模型，从而做出分析预测。可以将灰色系统预测分成数列预测、区间预测、灾变预测、波形预测和系统预测[6-7]。

2 灰色系统理论在粉尘爆炸中的应用

2.1 灰色关联分析应用于粉尘爆炸

本文以某省一个金属制品公司的汽车轮毂抛光车间在生产过程中的安全因素关系为例，对各影响因素進行灰色关联分析。2014年8月2日，该公司发生了一起重大的粉尘爆炸事故，导致75人伤亡。涉及其生产过程安全的相关因素有通风状态、空气相对湿度、人工检查情况、意外点火源的防护、小型火灾的处理能力、机器设备的老化情况以及各个设施的防爆隔爆能力。当这些相关因素出现故障时，爆炸事故就有可能发生。该厂的生产车间示意图如图3所示。