浅谈灰色系统理论在机械工程中的应用

赵淑莹

黑龙江科技学院理学院，哈尔滨 150027

浅谈灰色系统理论在机械工程中的应用

赵淑莹

黑龙江科技学院理学院，哈尔滨 150027

本文介绍了灰色系统理论与方法，并用一个简单的机械工程技术方面的例子说明了灰色系统理论与方法为创建新型控制系统提出了新的设计思想，为研制新型技术手段开拓了可行性，提供了基础。灰色系统理论的方方面面在机械工程的各个领域将有着广泛的应用。

灰色系统理论;机械工程;应用

1、灰色系统理论简介

灰色系统理论是我国著名学者邓聚龙教授于1982年创立的一门新兴的横断学科，它以“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象，主要通过对“部分”已知信息的生成和开发，提取有价值的信息，实现对系统运行行为的正确认识和有效控制。“贫信息”不确定性系统的普遍存在，决定了这一新理论具有十分广阔的发展前景。20世纪后半叶，在系统科学和系统工程领域，各种不确定性系统理论和方法的不断涌现形成一大景观，如模糊数学、灰色系统理论、粗糙集理论（R o u g h S e t s Theory）和未确知数学等，都是不确定性系统研究的重要成果。这些成果从不同角度、不同侧面论述了描述和处理各类不确定性信息的理论和方法。

2、灰色系统理论在机械工程中的应用

在机械工程技术方面，灰色系统理论与方法为创建新型控制系统提出了新的设计思想，为研制新型技术手段开拓了可行性，提供了基础。灰色系统理论的方方面面在机械工程的各个领域将有着广泛的应用。由于机械工程系统中的灰色问题，所涉及的不仅仅有机械工程及其相关的自然科学范畴的内容，还有人类行为科学和心理特征等方面的内容，对于这些问题的研究方法有很多，目前还没有也不可能有一个或一些统一的模型，只是有将灰色系统理论贯穿于机械工程领域中而形成一套科学的理论与方法。目前，灰色系统理论在机械工程中已取得了一定的成果。

3、实例

例如：设计一台1000kN电动螺旋压力机，根据专家分析和设计实践选用制造成本、机器总重、结构合理性、功率消耗、制造难易程度、维修方便程度以及可靠性为指标集，具体数值如表1所示。表中带*号者为定性指标，是根据若干专家意见统计得出的，结构合理性包括对布置的要求以及造型是否美观等。方案是根据驱动及电机结构形式来编号的，如表2所示。

表1

表2

对于表1的指标，制造成本、机器总重、消耗功率越小越好，而结构合理性、制造难易程度、维修方便性、可靠性指标越大越好。于是最优参考数据列x0为：

于是得到关联系数矩阵为：

如果决策者比较侧重于机器的制造成本、制造难易程度、机器的总重，而其他指标比较次要时，则可取权重集β为：

此时方案的优劣次序为：方案2→方案1→方案4→方案3，其中方案2为最佳方案。

4、结语

当然，灰色系统用于机械工程中还有很多方面，几乎遍布机械工程的每一个角落。如：机械传动学，机械零件的面成型、加工、设计，公差理论，柔性加工自动线、加工中心、机械手、智能机器人，不确定变量的优化，CAPP、机床数控编程与故障诊断等。

灰色机械工程学是研究机械工程中不完全信息的建模原理与方法、理论及其技术体系，是将灰色理论与其他不确定性理论（模糊理论、未确知理论、随即理论）、分形与混沌理论、粗集理论、神经网络理论等良好的结合并在机械工程中应用的理论与方法，是包含机械工程问题的灰色思维方法的哲学思想与方法论的一门新兴交叉学科。灰色系统在机械工程中的应用是一个很有发展潜力的领域，有待于广大机电技术人员、专家们在各自的研究和应用领域不断开拓与发展。

[1]刘思峰，党耀国，方志耕，谢乃明等.灰色系统理论及其应用.科学出版社,2010

[2]罗佑新，张龙庭，李敏.灰色系统理论及其在机械工程中的应用 .国防科技大学出版社,2001

[3]刘思峰.走向世界的灰色系统理论[A].北京:第十届全国灰色系统学术讨论会大会报告，2002

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.029