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1、中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,Safety Engineering,主讲人：朱红青 电话： 62339035 Email: zhq,安全系统工程-本科教程,中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院,目录,概述 系统安全分析 事故树分析 系统安全评价 安全决策 灰色理论与安全系统,1,3,2,4,5,6,事故致因理论,灰色理论在安全系统工程里的地位及与其他内容的关联,灰色理论概述 灰含义和灰现象 灰系统 安全系统的灰色性 灰色理论和安全系统 灰色关联分析与安全系统 灰色建模与安全系统 灰色预测与安全系统 灰色决策与安全系统 灰色控制与安全系统,第六章 灰色理论与安全系统,1,2,第一节
2、灰色理论概述,灰含义和灰现象,黑箱：内部信息缺乏的客体。 用颜色深浅表示信息的多少。 “黑”指信息缺乏；“白”指信息完全；“灰”则指信息部分已知、部分未知，即信息不完全 “灰”的基本含义。 不同条件下，“灰”意义的引申。 从信息学（灰）：信息不完全和非惟一性,第一节 灰色理论概述,灰含义和灰现象,“黑”指信息缺乏；“白”指信息完全；“灰”则指信息部分已知、部分未知，即信息不完全 “灰”的基本含义。 不同条件下，“灰”意义的引申。 从信息学（灰）：信息不完全和非惟一性 “非惟一性”：预测结果是灰色区间，不是惟一值。有时区间的定值单值可信。 “非惟一性”：从决策角度体现灰靶思想。灰靶是目标非惟一和
3、目标可约束的统一，是目标可接近、信息可补充、方案可完善、关系可协调、思维可多向、认识可深化、途径可优化的表现。,第一节 灰色理论概述,灰色系统,工程领域：技术、社会、经济、农业、环境、生态、军事等，出现信息不完全的情况，如系统因素或参数、因素关系、系统结构和系统作用原理不完全清楚。 白色系统：信息完全明确。如：对于一个公司，人员、资金、损耗、销售等信息完全明确，可知其盈利、库存、资金周转。例如有电源的电阻，已知电阻值，电压和电流之间关系明确。 黑色系统：信息完全不明确。如遥远星球，虽然知道其存在，但体积、质量、与地球的距离等信息不知。 灰色系统：信息部分明确、部分不明确。,第一节 灰色理论概述
4、,灰色系统,工程领域：技术、社会、经济、农业、环境、生态、军事等，出现信息不完全的情况，如系统因素或参数、因素关系、系统结构和系统作用原理不完全清楚。 白色系统：信息完全明确。如：对于一个公司，人员、资金、损耗、销售等信息完全明确，可知其盈利、库存、资金周转。例如有电源的电阻，已知电阻值，电压和电流之间关系明确。 黑色系统：信息完全不明确。如遥远星球，虽然知道其存在，但体积、质量、与地球的距离等信息不知。 灰色系统：信息部分明确、部分不明确。,第一节 灰色理论概述,灰色系统分类,根据是否具有物理原型，可将灰色系统区分为本征性灰色系统和非本征性灰色系统。 主观的本征性灰色系统 社会、经济：农业、
5、生态等客观的抽象系统，不具有物理原型，可称为。这类系统虽然可以量化、模型化、实体化，或者说，可用白色参数、白色元素、白色结构等方式表示，但仅仅按人们的某种观念、某种逻辑思维、某种推导得到的相似系统、同构系统，并非真正的原系统，且同一对象，描述的模型是非惟一的。 非本征性灰色系统 具有客观实体的实际的物理系统，若有些信息暂时还不确定，尚未获知。,第一节 灰色理论概述,安全系统的灰色特征,安全系统具有典型的灰色特征。从安全的角度考察，特征： (1)表征系统安全的参数是灰数 统计数据、监测数据的灰性； 事故伤亡率、职业病人数、事故与职业病造成的经济损失等数据，由于统计数据不完善，加上漏报、瞒报等人为
6、干扰以及其他各种原因，而成为有 一定误差的灰数，严重时甚至会失真。 外界干扰、仪器误差等原因，使尘、毒浓度，噪声与振动强度等实测数据在形式上是白数，实质上是灰数。 上述数据，均可视为真实值在实际应用的灰数。,第一节 灰色理论概述,安全系统的灰色特征,(2)影响系统安全的因素是灰元。 各种影响因素中，有些不完全了解，有些难以量化，已经量化的又随机变化。 如某企业：影响企业安全生产的因素中，包括工人生理和心理特征、机器可靠性和人机适应性、环境中的噪声与振动等，于安全的关系难以确定。已知的影响因素难以量化，如企业领导对安全的重视程度、工人的安全意识、安全机构的业务能力等。已经量化的许多因素也是灰色的
7、，如机器的可靠性值、环境参数等均在变化，并且在很多情况下这种变化是随机的。,第一节 灰色理论概述,安全系统的灰色特征,(2)影响系统安全的因素是灰元。 各种影响因素中，有些不完全了解，有些难以量化，已经量化的又随机变化。 如某企业：影响企业安全生产的因素中，包括工人生理和心理特征、机器可靠性和人机适应性、环境中的噪声与振动等，于安全的关系难以确定。已知的影响因素难以量化，如企业领导对安全的重视程度、工人的安全意识、安全机构的业务能力等。已经量化的许多因素也是灰色的，如机器的可靠性值、环境参数等均在变化，并且在很多情况下这种变化是随机的。,第一节 灰色理论概述,安全系统的灰色特征,(3)构成系统
8、安全的各种关系是灰关系。 各种因素和系统安全主行为的关系是灰的。 因素与因素之间的关系同样是灰的。 人、机、环境关系的是灰关系。 系统和系统环境的关系是灰的。,第二节 灰色理论和安全系统,灰色系统理论内容,因素相互影响分析的关联度分析法； 基于白化权函数的灰色统计与灰色聚类法； 数据处理的累加生成与累减生成法； 建立微分方程模型的灰色建模法，如数列预测、灾变预测、季节灾变预测、拓扑预测、系统预测的灰色预测法 灰色决策法：从对付某个事件各对策中挑选效果最好的对策； 灰色提前控制法：以系统行为预测为基础。,第二节 灰色理论和安全系统,灰色关联分析与安全系统,灰色关联分析：系统因素分析和系统行为分析
9、。 系统因素分析：对影响系统主行为的作用因素进行分析； 系统行为分析：对不同系统行为进行量化对比。 如对人机环境，影响其安全性的因素包括人生理与心理特征、操作技能、健康状况等，包括机器可靠性、维修保养情况、新旧程度等、温度与湿度、噪声与振动等环境因素。 分析主要因素和次要因素系统安全因素分析。,第二节 灰色理论和安全系统,灰色建模与安全系统,数学模型定量地表达了系统因素(变量)之间的数学关系。但用一般方法只能建立差分方程模型，这种模型难以做解析处理，难以描述全过程。所以美国教授夏天长指出：“对于生命科学、经济学、生物医学等方面，希望建立微分方程模型”。灰色系统理论由于提出了生成数、离散函数的收
10、敛、极限与光滑度、灰导数、灰微分方程等新观点、新方法，解决了微分方程建模问题。,第二节 灰色理论和安全系统,灰色预测与安全系统,灰色预测：用灰色模型GM(1，1)进行的预测。按其功能与特征，灰色预测可分为五类：数列预测、灾变预测、季节灾变预测、拓扑预测、系统预测。 对系统行为特征量发展变化的大小所作的预测称数列预测。系统的发展变化，在时间上是连续的，在空间上是有序的。数列预测利用系统的时间序列或空间序列对系统进行定时或定空预测。行为特征值的采集既可以是等间隔的，也可以是非等间隔的。实际上，数列预测研究的是行为特征量随时间或空间的变化。,第二节 灰色理论和安全系统,灰色决策与安全系统,所谓决策，
11、是指选定一个合适的对策，去对付某个事件的发生，以取得最佳效果。灰色系统理论提出了灰色决策，是因为决策模型的建立，都是按灰思想处置的，按灰色模型尤其是按GM(1，1)模型得到的。显然，决策包括了四个要素： 需要处理的事件；处理该事件的对策；用某对策处理该事件的效果；评价效果的标准，即目标。 灰色决策包括灰色局势决策、灰色层次决策与灰色规划。,第二节 灰色理论和安全系统,灰色控制与安全系统,决策的执行称为控制。所谓灰色控制是指本征性灰色系统的控制，或系统中含灰参数的控制，或用GM(1，1)模型构成的预测控制。灰色控制的基本方法是通过系统行为数据列，寻找系统行为发展变化的规律，按照已掌握的规律，预测
12、系统未来的行为，根据未来行为的预测值采取控制决策进行控制。,灰色关联度分析方法,（1）确立原始矩阵,灰色关联度分析方法,（2）归一化，无量纲化,（3）选取最优样本,（4）计算绝对差值矩阵,第五步：求出绝对差值矩阵中的最小值（=0）和最大值（= 0.972034 ）,关联系数矩阵,计算关联度,第二节 灰色理论和安全系统,实际应用,事故伤亡率是衡量系统安全度的重要指标之一。国家有关部门在制定安全目标值时，必须考虑事故伤亡率的现状和未来的变化趋势。因此，伤亡率的科学预测就显得极有意义，它可以为国家的宏观决策和控制提供重要的理论依据，使决策合理，控制正确。,第二节 灰色理论和安全系统,结果处理,预测结
13、果,第二节 灰色理论和安全系统,实际应用,第一步，建立GM(1，1)预测模型-动态模型与响应函数为：,第二步，残差GM(1，1)建模，动态模型和时间响应函数为：,第二节 灰色理论和安全系统,实际应用,第三步，精度检验 以残差GM(1，1)模型修正GM(1，1)预测模型后，按后验差检验法检验计算精度，结果为l级(好)。 第四步，预测结果见表63。,第二节 灰色理论和安全系统,实际应用-结果分析,在已知时区内，该产业部年千人负伤率的递减率最高为18，最低为11，平均为15。灰色预测结果表明：在预测时区内，负伤率的递减率也在此范围内波动。因为任何系统均要符合系统的惯性原理，均要维持动态平衡状态。可以说，预测结果是合理而可信的。出现灾变或突变时例外。,第二节 灰色理论和安全系统,实际应用-结果分析,通过类比社会自然死亡率，提出技术风险中年干人负伤率的控制目标为11。从预测结果来看，该产业部的负伤率在预测时区内难以达到控制目标值。因此，需要在安全方面做出较大努力，争取早日达到控制目标值。 事故伤亡率不可能无限制地递减至0，在达到一定数值之后，将会出现非常缓慢的递减变化乃至停滞，也可能出现回升。因此，每过一定的时间间隔，必须剔除旧信息，补充新信息，重新建模预测。,作业,建立我国近3年来事故预测模型，并对明年事故进行预测，提供控制措施，和原因分析。,
