中國礦業大學(北京)資源與安全工程學院SafetyEngineering主講人：朱紅青電話mail:zhq@

安全系統工程-本科教程中國礦業大學（北京）資源與安全工程學院目錄概述系統安全分析事故樹分析系統安全評價安全決策灰色理論與安全系統132456事故致因理論灰色理論在《安全系統工程》里的地位及與其他內容的關聯灰色理論概述灰含義和灰現象灰系統安全系統的灰色性灰色理論和安全系統灰色關聯分析與安全系統灰色建模與安全系統灰色預測與安全系統灰色決策與安全系統灰色控制與安全系統第六章灰色理論與安全系統12第一節灰色理論概述灰含義和灰現象黑箱：內部信息缺乏的客體。用顏色深淺表示信息的多少。“黑”指信息缺乏；“白”指信息完全；“灰”則指信息部分已知、部分未知，即信息不完全－“灰”的基本含義。不同條件下，“灰”意義的引申。從信息學（灰）：信息不完全和非惟一性第一節灰色理論概述灰含義和灰現象“黑”指信息缺乏；“白”指信息完全；“灰”則指信息部分已知、部分未知，即信息不完全－“灰”的基本含義。不同條件下，“灰”意義的引申。從信息學（灰）：信息不完全和非惟一性“非惟一性”：預測結果是灰色區間，不是惟一值。有時區間的定值單值可信。“非惟一性”：從決策角度體現灰靶思想?；野惺悄繕朔俏┮缓湍繕丝杉s束的統一，是目標可接近、信息可補充、方案可完善、關系可協調、思維可多向、認識可深化、途徑可優化的表現。第一節灰色理論概述灰色系統工程領域：技術、社會、經濟、農業、環境、生態、軍事等，出現信息不完全的情況，如系統因素或參數、因素關系、系統結構和系統作用原理不完全清楚。白色系統：信息完全明確。如：對于一個公司，人員、資金、損耗、銷售等信息完全明確，可知其盈利、庫存、資金周轉。例如有電源的電阻，已知電阻值，電壓和電流之間關系明確。黑色系統：信息完全不明確。如遙遠星球，雖然知道其存在，但體積、質量、與地球的距離等信息不知。灰色系統：信息部分明確、部分不明確。第一節灰色理論概述灰色系統工程領域：技術、社會、經濟、農業、環境、生態、軍事等，出現信息不完全的情況，如系統因素或參數、因素關系、系統結構和系統作用原理不完全清楚。白色系統：信息完全明確。如：對于一個公司，人員、資金、損耗、銷售等信息完全明確，可知其盈利、庫存、資金周轉。例如有電源的電阻，已知電阻值，電壓和電流之間關系明確。黑色系統：信息完全不明確。如遙遠星球，雖然知道其存在，但體積、質量、與地球的距離等信息不知?；疑到y：信息部分明確、部分不明確。第一節灰色理論概述灰色系統分類根據是否具有物理原型，可將灰色系統區分為本征性灰色系統和非本征性灰色系統。主觀的本征性灰色系統社會、經濟：農業、生態等客觀的抽象系統，不具有物理原型，可稱為。這類系統雖然可以量化、模型化、實體化，或者說，可用白色參數、白色元素、白色結構等方式表示，但僅僅按人們的某種觀念、某種邏輯思維、某種推導得到的相似系統、同構系統，并非真正的原系統，且同一對象，描述的模型是非惟一的。非本征性灰色系統具有客觀實體的實際的物理系統，若有些信息暫時還不確定，尚未獲知。第一節灰色理論概述安全系統的灰色特征安全系統具有典型的灰色特征。從安全的角度考察，特征：

(1)表征系統安全的參數是灰數統計數據、監測數據的灰性；事故傷亡率、職業病人數、事故與職業病造成的經濟損失等數據，由于統計數據不完善，加上漏報、瞞報等人為干擾以及其他各種原因，而成為有一定誤差的灰數，嚴重時甚至會失真。外界干擾、儀器誤差等原因，使塵、毒濃度，噪聲與振動強度等實測數據在形式上是白數，實質上是灰數。上述數據，均可視為真實值在實際應用的灰數。第一節灰色理論概述安全系統的灰色特征(2)影響系統安全的因素是灰元。各種影響因素中，有些不完全了解，有些難以量化，已經量化的又隨機變化。如某企業：影響企業安全生產的因素中，包括工人生理和心理特征、機器可靠性和人機適應性、環境中的噪聲與振動等，于安全的關系難以確定。已知的影響因素難以量化，如企業領導對安全的重視程度、工人的安全意識、安全機構的業務能力等。已經量化的許多因素也是灰色的，如機器的可靠性值、環境參數等均在變化，并且在很多情況下這種變化是隨機的。第一節灰色理論概述安全系統的灰色特征(2)影響系統安全的因素是灰元。各種影響因素中，有些不完全了解，有些難以量化，已經量化的又隨機變化。如某企業：影響企業安全生產的因素中，包括工人生理和心理特征、機器可靠性和人機適應性、環境中的噪聲與振動等，于安全的關系難以確定。已知的影響因素難以量化，如企業領導對安全的重視程度、工人的安全意識、安全機構的業務能力等。已經量化的許多因素也是灰色的，如機器的可靠性值、環境參數等均在變化，并且在很多情況下這種變化是隨機的。第一節灰色理論概述安全系統的灰色特征

(3)構成系統安全的各種關系是灰關系。各種因素和系統安全主行為的關系是灰的。因素與因素之間的關系同樣是灰的。人、機、環境關系的是灰關系。

系統和系統環境的關系是灰的。第二節灰色理論和安全系統灰色系統理論內容因素相互影響分析的關聯度分析法；基于白化權函數的灰色統計與灰色聚類法；數據處理的累加生成與累減生成法；建立微分方程模型的灰色建模法，如數列預測、災變預測、季節災變預測、拓撲預測、系統預測的灰色預測法灰色決策法：從對付某個事件各對策中挑選效果最好的對策；灰色提前控制法：以系統行為預測為基礎。第二節灰色理論和安全系統灰色關聯分析與安全系統灰色關聯分析：系統因素分析和系統行為分析。系統因素分析：對影響系統主行為的作用因素進行分析；系統行為分析：對不同系統行為進行量化對比。如對人－機－環境，影響其安全性的因素包括人生理與心理特征、操作技能、健康狀況等，包括機器可靠性、維修保養情況、新舊程度等、溫度與濕度、噪聲與振動等環境因素。分析主要因素和次要因素－系統安全因素分析。第二節灰色理論和安全系統灰色建模與安全系統數學模型定量地表達了系統因素(變量)之間的數學關系。但用一般方法只能建立差分方程模型，這種模型難以做解析處理，難以描述全過程。所以美國教授夏天長指出：“對于生命科學、經濟學、生物醫學等方面，希望建立微分方程模型”。灰色系統理論由于提出了生成數、離散函數的收斂、極限與光滑度、灰導數、灰微分方程等新觀點、新方法，解決了微分方程建模問題。第二節灰色理論和安全系統灰色預測與安全系統灰色預測：用灰色模型GM(1，1)進行的預測。按其功能與特征，灰色預測可分為五類：數列預測、災變預測、季節災變預測、拓撲預測、系統預測。對系統行為特征量發展變化的大小所作的預測稱數列預測。系統的發展變化，在時間上是連續的，在空間上是有序的。數列預測利用系統的時間序列或空間序列對系統進行定時或定空預測。行為特征值的采集既可以是等間隔的，也可以是非等間隔的。實際上，數列預測研究的是行為特征量隨時間或空間的變化。第二節灰色理論和安全系統灰色決策與安全系統所謂決策，是指選定一個合適的對策，去對付某個事件的發生，以取得最佳效果?；疑到y理論提出了灰色決策，是因為決策模型的建立，都是按灰思想處置的，按灰色模型尤其是按GM(1，1)模型得到的。顯然，決策包括了四個要素：需要處理的事件；處理該事件的對策；用某對策處理該事件的效果；評價效果的標準，即目標?；疑珱Q策包括灰色局勢決策、灰色層次決策與灰色規劃。第二節灰色理論和安全系統灰色控制與安全系統決策的執行稱為控制。所謂灰色控制是指本征性灰色系統的控制，或系統中含灰參數的控制，或用GM(1，1)模型構成的預測控制。灰色控制的基本方法是通過系統行為數據列，尋找系統行為發展變化的規律，按照已掌握的規律，預測系統未來的行為，根據未來行為的預測值采取控制決策進行控制。第二節灰色理論和安全系統實際應用事故傷亡率是衡量系統安全度的重要指標之一。國家有關部門在制定安全目標值時，必須考慮事故傷亡率的現狀和未來的變化趨勢。因此，傷亡率的科學預測就顯得極有意義，它可以為國家的宏觀決策和控制提供重要的理論依據，使決策合理，控制正確。年代序號

1

2

345負傷率（％）

符號

5.77x(0)(1)

5.049x(0)(2)

4.2x(0)(3)3.427x(0)(4)2.971x(0)(5)第二節灰色理論和安全系統實際應用第一步，建立GM(1，1)預測模型-動態模型與響應函數為：第二步，殘差GM(1，1)建模，動態模型和時間響應函數為：第二節灰色理論和安全系統實際應用第三步，精度檢驗以殘差GM(1，1)模型修正GM(1，1)預測模型后，按后驗差檢驗法檢驗計算精度，結果為l級(好)。第四步，預測結果見表6—3。

年代序列

12345

原始序列

預測序列5.77005.77005.04905.02694.20004.19503.42703.50152.97102.9235

年代序列67

89

10

原始序列

預測序列

2.4418

2.0404

1.7059

1.4273

1.1953第二節灰色理論和安全系統實際應用-結果分析在已知時區內，該產業部年千人負傷率的遞減率最高為18％，最低為11％，平均為15％?；疑A測結果表明：在預測時區內，負傷率的遞減率也在此范圍內波動。因為任何系統均要符合系統的慣性原理，均要維持動態平衡狀態。可以說，預測結果是合理而可信的。出現災變或突變時例外。第二節灰色理論和安全系統實際應用-結果分析通過類比社會自然死