基于多色集合的电铲散热系统形式化设计技术1赵鹏飞

　　多色集合理论是一种新的系统理论和信息处理的数学工具，它的核心思想就是使用形式相似的模型仿真不同的对象（产品、设计过程、工艺过程和生产系统等），描绘元素间的层次结构和复杂关系，实现信息的组织、处理和推理计算。

　　本文将经验知识、测试数据和计算结果作为设计输入，基于多色集合理论，建立电铲散热系统设计的层次结构模型，然后利用多色集合中的围道矩阵，建立设计过程的推理模型，实现设计活动的自动搜索。后，以某型电铲的散热系统设计为典型案例进行生产验证，验证该设计方法的有效性。

　　1电铲散热系统设计的层次结构模型1.1功能分解针对电铲散热系统的组成结构和工作特点，将其总功能分解为“冷却”和“通风”2个部分。其中，具体方案分别为冷却管道和风扇。在电铲中，两种散热装置通常是并用的。随后，将“冷却”功能划分为“外部温度”、“外部湿度”和“负载大小”3部分；将“通风”功能划分为“风速大小”、“粉尘多少”和“海拔高低”3部分。后分解得到终的方案层元素，“冷却”分为“冷却管横截面形状”、“冷却管长度”和“冷却管材料”：“通风装置”分为“通风口大小”、“风道弯头半径”和“风道长度”。这些元素就可以组成终根据功能分解的结果，基于多色集合理论，对电铲散热系统设计进行形式化描述，建立电铲散热系统设计层次结构模型如所示。

　　散热系统设计层次结构模型2电铲散热系统设计的推理模型2.1冷却装置设计的推理模型统一颜色对冷却管设计的总功能进行描述，即F1LF91所代表的含义，这是该设计系统的求解目标。对冷却管散热效果产生影响的主要因素有散热系统外温度的高低、外部湿度的大小以及外部负载的大小等。在多色集合设计模型中，统一颜色代表功能需求，因此，冷却管的统一颜色描述：夕卜部温度低温-F；中温-F；高温-F3外部湿度较低-F41；适中-F51；较高-F61个人颜色冷却装置的方案元如表1所示。

　　表1冷却装置的设计方案元截面形状长度可用材料功能描述功能描述功能描述圆形短铝正方形适中钢三角形长铜约束条件对冷却管的横截面形状FAFAF32，长度尸425262，所用材料尸728292各为一组。

　　在推理时，在以上各组选择1个且只能选择1个。

　　推理机制方案的选择是通过搜索推理矩阵实现的。推理矩阵表征统一颜色和个人颜色之间关系。矩阵中符号“”表示可行（即布尔值1）的关联关系，空白处表示不可行（即布尔值0）。本部分所建立的推理矩阵如表2所示。

　　表2冷却装置设计的推理矩阵2.2通风装置设计的推理模型统一颜色对通风装置的总功能进行描述，即F，1所代表的含义，这是系统在该层上面的求解目标。影响通风效果的主要因素包括通风口大小（对应风扇的半径大小）、通风管道的长短以及管道弯头半径大小。

　　通风装置的统一颜色描述：风速微风-1；和风-F1；大风-Fy粉尘微量一以；较多-F；多-心1海拔低-F.；中-F；高-F个人颜色通风装置的方案元如表3所示。

　　表3通风装置的设计方案元通风口半径风道弯道半径风道长度功能描述功能描述功能描述小短中大长约束条件通风口半径、风道弯道半径、风道长度3组中，每组选择1个且只能选择1个。

　　本部分所建立的推理矩阵如表4所示。

　　3基于多色集合的电铲散热系统形式化设计流程设计人员根据设计知识，确定电铲散热系统设计的功能需求，即各统一颜色的取值情况，得到用二进制形式表示的设计特征信息，如乃=（101101010001100010），将其输入设计软件进行推理，得到初步方案。设计流程如所示。

　　表4通风装置设计的推理矩阵基于多色集合的电铲散热系统形式化设计流程在得到初步方案之后，需要返回功能需求进行检验，如果得出的方案无法满足初的功能需求，则需重新进行推理。如果在推理结束时无法得出设计方案，即方案元中没有合适的方案，这时就需要进行方案创新，对方案元库进行补充完善。

　　4生产案例验证WK-20A型电铲服役于某钢铁集团公司下属铁矿。根据铁矿的实际工作环境，对层进行着色，得到矩阵。

　　（1）冷却装置输入矩阵（2）通风装置输入矩阵装置的推理矩阵中进行搜索，可得方案：将（1）、（2）2个矩阵分别输入到冷却装置和通风冷却装置方案的统一颜色为F22F/F72F92；通风装置的统一颜色为FFFF.由此可得，系统方案有4种：―240―单孔射流钻头设计与应用2李辉岳志奇肖云涛1（1.河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作454003；2.河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室，河南焦作454003；3.中原经济区煤层（页岩）气河南省协同创新中心，河南焦作454003）不能达到要求时，经过理论计算分析，设计出了单喷嘴冲孔钻头，并在大淑村矿172107底抽巷实施穿层水力冲孔试验。结果发现，设计的直径为准5mm的单喷嘴钻头，冲煤量大，出煤均匀，为井下卸压消突提供了可靠的技术支持。

　　引言出，从而控制一大部分煤体中的瓦斯膨胀能。对煤体水力冲孔是在可控条件下诱导小部分煤体的突进行破碎，强化抽放，是对高应力、透气性低且无保考虑到电铲机棚内部实际空间布局的制约，本文在建立模型的基础上，开发了相应的软件系统，对以上设计过程进行了软件实现。

　　5结语本文基于多色集合理论，对电铲散热系统的设计过程进行了描述，建立了电铲散热系统设计的层次结构模型。利用所建立模型中统一颜色（功能）与个人颜色（方法）之间的逻辑关系，构造了用于搜索层次结构模型的推理矩阵。随后制定了电铲散热系统的设计流程。以上3部分构成了完整的电铲散热系统形式化设计技术。后以在某钢铁集团公司下属铁矿服役的WK-20A型电铲的散热系统设计为典型生产案例，验证了上述理论方法的可行性及所建立软件系统的有效性。

　　研究表明，基于多色集合理论的电铲散热系统形式化设计方法能有效解决电铲的散热问题，该方法已成功应用于某铁矿WK-20A型电铲的技术改进过程。