72灰色理论和安全系统ppt课件

1、第七章 灰色实际和平安系统 平安系统工程本章的根本要求： 1、了解灰色实际及平安系统的灰色特征； 2、掌握运用灰色实际进展平安分析评价和预测的方法。 平安系统工程7.1 灰色实际概述1灰含义和灰景象 控制论学者艾什比将内部信息缺乏的客体称为“黑箱，据此，人们常用颜色的深浅表示信息的多少。“黑指信息缺乏，“白指信息完全，“灰那么指信息部分知、部分未知，即信息不完全。这是“灰的根本含义。在不同场所、不同情况下，“灰可以转化和引申为不同的含义： 从表象看，白是明朗，黑是暗，灰是朦胧； 从过程看，白是新，黑是旧，灰是新旧交替； 从性质看，白是纯，黑是不纯，灰是多种成分； 从结果看，白是独一的解，黑是无

2、数的解，灰是非独一的解； 从方法看，白是严峻，黑是放纵，灰是宽容。 还可列举许多类似的含义，但信息不完全和非独一性是灰的主要含义。平安系统工程7.1 灰色实际概述(续1)1灰含义和灰景象 非独一性在预测上的表达为预测结果是灰色区间，而不是独一的一个值。假设适当限制这个区间，那么结果会比单个值更为可信，更为合理。非独一性在决策上的表达是灰靶思想。灰靶是目的非独一和目的可约束的一致，是目的可接近、信息可补充、方案可完善、关系可协调、思想可多向、认识可深化、途径可优化的表现。非独一性在方案方面的表达是方案具有可调性，效果具有可塑性。 7.1 灰色实际概述(续2)1灰含义和灰景象 在自然界和人类社会中

3、，灰是普遍存在的。一首不朽的诗，经常是用含蓄的言语，即灰色的言语创作的，如雾失楼台，月迷津渡，桃源望断无寻处；音乐美是经过音乐符号来表现的，但由于作为中介的音乐符号的间接性和笼统性，音乐符号所表现的美是朦胧的，多义的，故而是灰的，这是文化艺术中的灰景象；国营、集体、个体和外资等消费资料的多种一切制是经济领域的灰景象；一国两制是社会体制的灰景象；军事领域更是充溢了灰的景象，正如克劳塞维茨指出的那样：战争中的一切情况都很不确定，这是一种特殊的困难。由于一切行动都仿佛是在半明半暗的光线下进展的，而且，一切往往都像在云雾里和月光下一样.。我们甚至可以说，人们生活在灰的世界里，并不得不按灰的方式思想，按

4、灰的信息决策，按灰的规律行动。7.1 灰色实际概述(续3)2灰色系统 客观世界是物质的世界，也是信息的世界。但在工程技术、社会、经济、农业、环境、生态、军事等领域，经常会出现信息不完全的情况，如系统要素或参数不完全明确，要素关系不完全清楚，系统构造不完全知道，系统的作用原理不完全明了等。 信息完全明确的系统为白色系统。一个商店可看作是一个系统，在人员、资金、损耗、销售等信息完全明确的情况下，可算出该店的盈利、库存，可判别商店的销售态势、资金的周转速度等，这样的系统是白色系统，不过这是一个没有物理原型的白色系统。一个加有电压的电阻是一个系统，当电阻值给定后，电压和电流之间就有明确的关系，这也是一

5、个白色系统，而且是一个具有物理原型的白色系统。 信息完全不明确的系统是黑色系统。如遥远的某个星球，也可看作是一个系统，虽然知道其存在，但体积多大，质量多少，间隔地球多远，这些信息完全不知道，这是一个黑色系统。7.1 灰色实际概述(续4)2灰色系统 信息部分明确、部分不明确的系统为灰色系统。 根据能否具有物理原型，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。 社会、经济、农业、生态等客观的笼统系统，不具有物理原型，可称为客观的本征性灰色系统。 具有客观实体的实践的物理系统，假设有些信息暂时还不确定，尚未获知，那么可称为非本征性灰色系统。 平安系统工程7.2 平安系统的灰色特征 平安系统具

6、有典型的灰色特征。从平安的角度来调查这个系统，那么可以发现-表征系统平安的参数是灰数。这不仅意味着统计数据的灰性，也意味着监测数据的灰性。事故伤亡率、职业病人数、事故与职业病所呵斥的经济损失等数据，由于统计数据不完善，加上漏报、瞒报等人为干扰以及其它各种缘由，而成为有一定误差的灰数，严重时甚至会失真。此外，由于外界的干扰、仪器的误差等缘由，使尘、毒浓度，噪声与振动强度等实测数据在方式上是白数，本质上也是灰数。诸如此类的数据，均可看作是在真实值的某个邻域内变化的灰数。平安系统工程7.2 平安系统的灰色特征(续1) 影响系统平安的要素是灰元。或者说，在各种影响要素中，有许多不完全明确，曾经明确的却

7、难以量化，曾经量化的又随机变化。比如对某个企业来说，有许多要素影响着企业的平安消费，其中包括工人的生理和心思特征、机器的可靠性和人机顺应性、环境中的噪声与振动等等，但要确定全部要素是非常困难的。同时，知的许多影响要素难以量化，如企业指点对平安的注重程度、工人的平安认识、平安机构的业务才干等。此外，即使曾经量化的许多要素也是灰色的，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。平安系统工程7.2 平安系统的灰色特征(续2) 构成系统平安的各种关系是灰关系。首先，各种要素和系统平安主行为的关系是灰的。比如说，影响某企业年均事故伤亡率的要素无疑包括人的平安认识、企业指点对平

8、安消费的注重程度等，但这些要素是灰元，要找到这些要素和事故伤亡率的定量映射关系是不大能够的。其次，要素与要素之间的关系同样是灰的。比如说，人的平安认识影响人的平安行为，但这些要素本身就是灰元，其关系自然是灰关系。第三，人-机-环境系统中三个子系统之间的关系也是灰关系。比如说，人在很大程度上决议了环境质量，环境质量反过来又影响人的平安行为，这种相互影响呈现明显的不确定性。第四，系统和系统所处环境之间的关系无疑还是灰的。比如，一座核电站是一个部分人-机-环境系统，核辐射事故要破坏环境，而地震、洪水等环境要素那么危及电站平安。这种相互作器具有随机、难定量的特性。 因此，平安系统是信息部分知、部分未知

9、的不具有物理原型的本征性灰色系统。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统 灰色系统实际的主要内容有：要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，做数据处置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，包括数列预测、灾变预测、季节灾变预测、拓扑预测、系统预测的灰色预测法，从对付某个事件的各对策中挑选一个效果最好的对策所用的灰色决策法及以系统行为预测为根底的灰色提早控制法等。将灰色实际运用于平安系统是一件有意义而又困难的任务。这一方面要有较深的专业造诣，另一方面又要深化掌握灰色系统实际的观念和方法。我们可在多方面寻求灰色实际和平安系统的结合点。平安系统工程7.3

10、灰色实际和平安系统(续1)1灰色关联分析与平安系统 灰色关联分析包括系统要素分析和系统行为分析。对影响系统主行为的作用要素进展分析称为系统要素分析，对不同系统的行为进展量化对比，那么称为系统行为分析。 比如对人-机-环境系统来说，影响其平安性的要素包括人的生理与心思特征、操作技艺、安康情况等，也包括机器的可靠性、维修保养情况、新旧程度等，还包括温度与湿度、噪声与振动等环境要素，那么，要分析哪些要素是主要的，哪些要素是次要的，这就是系统安全的要素分析。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续2)1灰色关联分析与平安系统 灰色关联度分析方法是根据系统各要素间或各系统行为间开展态势的类似或相异程度

11、，来衡量关联程度的方法。令x0(k)和xi(k)分别为根本数列和第i个比较要素在k时辰的值，那么k时辰的关联络数 关联度 平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续3)1灰色关联分析与平安系统 关联度计算公式是按关联度的规范性、偶对对称性、整体性、接近性等四种属性得到的。由于灰关联分析是按开展趋势做分析，因此对样本量的多少没有过分要求，也不需求典型的分布规律，计算量小，哪怕有十个以上的变量也可用手算，且不致出现灰关联度的量化结果与定性分析不一致的情况。 灰色关联分析在平安系统中的运用包括要素分析和行为分析两类模型。大气能见度和大气污染关系的分析、煤矿百万吨死亡率的影响要素分析、月均千人负伤率的

12、影响要素分析、影响环境噪声变化的优势要素分析等均属于灰色系统要素分析模型。平安综合评价、水质评价、大气环境质量评价、矿井通风系统方案优选、系统危险分级等那么可建立灰色系统行为分析模型。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续4)1灰色关联分析与平安系统 作为灰色关联分析在平安系统中的典型运用实例，下面分析月均千人负伤率的影响要素。就此类问题来说，重要的前提是经过定性分析找出主要的影响要素，然后进展定量分析。否那么，关联度的定量分析就会变得毫无意义。 对于一个企业来说，事故伤亡率是平安系统的主行为。定性分析阐明：影响事故伤亡率的要素主要有全员培训率、岗位变化率、平安管理机构的业务才干、平安投资

13、等。全员培训率指某年接受岗位培训的人数与同一年在册职工总数之比。岗位变化率用类似的方法计算。平安管理机构的业务才干包括平安机构能否健全、平安规章制度能否完善等，取某年的数据为1，其他年份与这一年比较确定。这项任务采用专家评分法完成。平安投资指平安整改、人员培训等费用。定性分析后，即可进展定量计算。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续5)表1 某机修厂部分统计数据年代序号月均千人负伤率/%全员培训率/%岗位变化率/%安全机构业务能力安全投资/万元11.6000.180.01401.0014.521.3060.140.01401.0722.031.2000.150.00291.2010.04

14、0.9900.170.00361.239.050.9000.130.00951.3317.760.5990.160.00881.3714.870.4400.200.00341.409.080.4600.240.00201.4611.590.5200.190.00101.504.3100.5000.220.00471.5315.8平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续6)1灰色关联分析与平安系统 表1是某机修厂部分统计数据，据关联度计算公式，可得关联序 r2r4r1r3 灰色关联分析阐明，影响该厂千人负伤率的主要要素是岗位变化和平安投资。 据该厂平安部门反映，岗位发生变化的工人事故发生率要比

15、岗位没有变动的工人高10%20%。这是由于长期以来专业不配套，加之义务紧，岗位培训不断不尽如人意，有时为了赶义务不得不让无证人员上岗作业。平安投资欠债太多，一些平安防护措施因资金缺乏而无法实现，有些事故隐患长期得不到有效处置。由此可见，分析的结果与实践情况是相符的。该厂今后应加强这两方面的任务。 平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续7)2灰色建模与平安系统 数学模型定量地表达了系统要素变量之间的数学关系。但用普通方法只能建立差分方程模型，这种模型难以做解析处置，难以描画全过程。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。灰色系统实际由于提出了生成数

16、、离散函数的收敛、极限与光滑度、灰导数、灰微分方程等新观念、新方法，处理了微分方程建模问题。其动态微分方程模型的普通式为平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续8)2灰色建模与平安系统 记作GMn,h，其中的n 表示微分方程的阶数，h 表示变量的个数。不同的n,h 表示不同的系统要素关系，其描画功能是相当强的。常用的灰色模型为GM(1,1)、GM(2,1)、GM(0,2)、GM(1,2)、GM(2,2)、GM(1,h)等。 GM(1,1)的动态模型为：平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续9)2灰色建模与平安系统 呼应函数为： GM(2,1)的动态模型为： 设上述方程的特征根为1, 2，

17、那么有：平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续10)2灰色建模与平安系统 1、 1 = 2为相等实根时，动态过程是单调的，时间呼应为： 2、 1 2为相异实根时，那么呼应函数为: 3、 1 ， 2为共轭复数 i时，呼应函数为： GM(0,2)的动态模型为： GM(1,2)的动态模型为： 平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续11)2灰色建模与平安系统 呼应函数为： GM(2,2)的动态模型为： 呼应函数和GM(2,1)类似，只需将X2(1)看作灰色常量。 上述不同模型能表述许多不同的函数关系。但模型得出的是一阶累加量，建模运算后须做逆生成： 平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续1

18、2)2灰色建模与平安系统 根据以定性分析为前提、定量分析为后盾的思想，灰色系统实际提出了五步建模方法：言语模型、网络模型、量化模型、动态模型、优化模型。 值得留意的是，建模前的数据生成和建模后的残差辨识是灰色实际中两个独特而有效的方法。原始数列的累加是灰色建模中最常用的数据生成方法，这种方法为建模提供中间信息，并弱化原始数据的随机性。比如有原始数据列x(0)(k) = (1, 2, 1.5, 3 )据式平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续13)2灰色建模与平安系统 得一阶累加数列x(1)(k) = (1, 3, 4.5, 7.5 )原始数列是摆动的，没有明显的规律，而累加生成后就有明显的

19、规律性了。如图1所示。现实上，将许多原始数列作累加处置后有能够呈现出指数规律，这是由于大多数系统都是广义的能量系统，而指数规律便是能量变化的一种规律。 根本的灰色模型在平安系统中可得到广泛的运用。笔者运用灰色模型研讨了通风参数在巷道空间中的分布规律，既可节省实践测定任务量，又可为通风设计提供根据。在平安系统的预测、决策、控制中，都要用到根本的灰色模型。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续14)图1 原始数据的累加生成表示图 平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续15)3灰色预测与平安系统 灰色预测指用灰色模型GM(1,1)进展的预测。按其功能与特征，灰色预测可分为五类：数列预测、灾变

20、预测、季节灾变预测、拓扑预测、系统预测。 对系统行为特征量开展变化的大小所作的预测称数列预测。系统的开展变化，在时间上是延续的，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展定时或定空预测。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。实践上，数列预测研讨的是行为特征量随时间或空间的变化。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续16)3灰色预测与平安系统 对系统行为特征量将在何时超越某个域值的异常值的预测称灾变预测。灾变预测的特点是预测灾变发生的时间，或异常数据出现的时间。而异常值的大小经常是一个给定了上限与下限的灰数。如某地域涝灾预测，即是年平均降水量过大可指定为

21、大于2000mm的年份预测；而旱灾预测，那么是年平均降水量过小如小于400mm的年份预测；将灾变发生在一年中某个季节或某个特定时区的预测称为季节灾变预测。如预测虫害，是虫情发生在作物某个特定生长时区的预测；预测早霜，那么是冬季出现第一次霜冻的时间预测。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续17)3灰色预测与平安系统 拓扑预测是对一段时间内系统行为特征数据波形的预测。由于许多点可以构成一个波形，所以拓扑预测是规定许多给定值，对每一个给定值，都可以在给出的曲线上得到一组点分布数据，然后对每一个分布建立GM(1,1)模型，预测这组给定值未来开展变化的时间间隔。 将系统中包含的几个量一同预测，预测

22、变量要素之间开展变化的关系，预测系统中主导要素的作用，称为系统预测。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续18)3灰色预测与平安系统 灰色预测为防患于未然提供了实际指点。在平安系统中，运用数列预测，可对矽肺病人数、事故伤亡率、事故与职业危害的经济损失等进展预测，还可对矿井通风参数在空间上的分布进展预测。前者是平安领域的时间序列预测，后者是空间序列预测。运用灾变预测那么能研讨事故顶峰出现的规律。运用季节性灾变预测那么可预测职业灾祸在某个特定时间出现的规律。拓扑预测可用于系统平安特征值的波形变化预测，如在事故控制图中，可进展职工伤亡频率、事故次数等的预测，以掌握企业的平安消费情况，及时发现并消

23、除事故的失控景象。还可以运用系统预测，来研讨人-机-环境系统中平安主行为的开展变化，以及影响系统平安的要素之间的相互作用与关系。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续19)3灰色预测与平安系统 数列预测的典型运用可用事故伤亡率的灰色预测加以阐明。 事故伤亡率是衡量系统平安度的重要目的之一。国家有关部门在制定平安目的值时，必需思索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实际根据，使决策合理，控制正确。 表2为我国某产业部某时期的年千人负伤率。按此时间序列建模，可预测负伤率的变化趋势。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(

24、续20)表2 我国某产业部年千人负伤率的统计数据年代序号12345负伤率（）5.775.0494.23.4272.971符号(0)(1)(0)(2)(0)(3)(0)(4)(0)(5)平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续21)3灰色预测与平安系统 第1步，建立GM1，1预测模型动态模型与呼应函数为:平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续22)3灰色预测与平安系统 第2步，残差GM1,1建模动态模型与呼应函数为:平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续23)3灰色预测与平安系统 第3步，精度检验 以残差GM1,1模型修正GM1，1预测模型后，按后验差检验法检验计算精度，结果为1级好。

25、 第4步，预测 预测结果如表3所示。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续24)年代序列12345原始序列5.77005.04904.20003.42702.9710 预测序列5.77005.02694.19503.50152.9235年代序列678910原始序列预测序列2.44182.04041.70591.42731.1953表3 千人负伤率的预测结果 平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续25)3灰色预测与平安系统 在知时区内，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%。灰色预测结果阐明：在预测时区内，负伤率的递减率也在此范围内动摇。由于任何系统均要符合

26、系统的惯性原理，均要维持动态平衡形状。可以说，预测结果是合理而可信的。出现灾变或突变时例外。作者类比了社会自然死亡率，提出技术风险中，年千人负伤率的控制目的为1.1。从预测结果来看，该产业部的负伤率在预测时区内难以到达控制目的值。因此，需求在平安方面做出较大努力，争取早日到达控制目的值。 平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续26)3灰色预测与平安系统 事故伤亡率不能够无限制地递减至0，在到达一定数值之后，将会出现非常缓慢的递减变化乃至停滞，也能够出现上升。因此，每过一定的时间间隔，必需剔除旧信息，补充新信息，重新建模预测。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续27)4灰色决策与平安系

27、统 所谓决策，是指选定一个适宜的对策，去对付某个事件的发生，以获得最正确效果。灰色系统实际提出了灰色决策，是由于决策模型的建立，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：需求处置的事件，处置该事件的对策，用某对策处置该事件的效果，评价效果的规范即目的。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续28)4灰色决策与平安系统 灰色决策包括灰色局势决策、灰色层次决策与灰色规划。灰色局势决策是指在事件与对策的二元组合根底上所作的决策。灰色层次决策是一种将各个决策集团层次的意向与职能作协调、一致、折衷的决策。 灰色决策中提出了灰靶思想。决策好比打靶，靶越大越

28、容易击中。只需进入某个区域就可看作是称心的，这个区域称为灰靶。灰靶决策给决策执行人一定的自主权，为执行人提供了一个发扬智慧的时机，或者说灰决策中包含有智能要素。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续29)4灰色决策与平安系统 灰色决策为科学的平安决策提供了有效的方法与手段。灰色决策方法可运用平安投资决策、通风系统及其他平安系统的优化设计、伤亡事故预防和尘毒治理方案的优选等方面。平安系统工程7.3 灰色实际和平安系统(续30)5灰色控制与平安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。灰色控制的根本方法是经过系统行为数据列，寻觅系统行为开展变化的