安全系统工程课件.ppt

安全系统工程,课程层次高起专授课教师刘祖德,第一章安全系统工程概论,第一节基本概念第二节安全系统工程的研究对象和研究内容第三节安全系统工程的应用特点,第一节基本概念1.1安全系统工程,安全系统工程，是以安全学和系统科学为理论基础，以安全工程、系统工程、可靠性工程等为手段，对系统风险进行分析、评价、控制，以期实现系统及其全过程安全目标的科学技术。安全系统工程是现代科技发展的必然产物，是安全科学学科的重要分支。安全系统工程是一门涉及自然科学和社会科学的横断科学，在定义安全系统工程之前需要弄清相关学科的有关概念。,1.2系统，系统工程,系统就是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。系统工程是组织管理系统的规划、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。系统工程的研究对象是系统。系统就是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。系统有自然系统与人造系统、封闭系统与开放系统、静态系统与动态系统、实体系统与概念系统、宏观系统与微观系统、软件系统与硬件系统之分。不管系统如何划分,凡是能称其为系统的,都具有如下特性,1.2系统，系统工程,（1）整体性。系统是由两个或两个以上相互区别的要素元件或子系统组成的整体。构成系统的各要素虽然具有不同的性能,但它们通过综合、统一而不是简单拼凑形成的整体就具备了新的特定功能，就是说，系统作为一个整体才能发挥其应有功能。所以，系统的观点是一种整体的观点，一种综合的思想方法。（2）相关性。构成系统的各要素之间、要素与子系统之间、系统与环境之间都存在着相互联系、相互依赖、相互作用的特殊关系，通过这些关系,使系统有机地联系在一起，发挥其特定功能。,1.2系统，系统工程,（3）目的性。任何系统都是为完成某种任务或实现某种目的而发挥其特定功能的。要达到系统的既定目的,就必须赋予系统规定的功能，这就需要在系统的整个生命周期,即系统的规划、设计、试验、制造和使用等阶段,对系统采取最优规划、最优设计、最优控制、最优管理等优化措施。（4）有序性。系统有序性主要表现在系统空间结构的层次性和系统发展的时间顺序性。系统可分成若干子系统和更小的子系统,而该系统又是其所属系统的子系统。这种系统的分割形式表现为系统空间结构的层次性。另外,系统的生命过程也是有序的,它总是要经历孕育、诞生、发展、成熟、衰老、消亡的过程,这一过程表现为系统发展的有序性。系统的分析、评价、管理都应考虑系统的有序性。,1.3可靠性、可靠度、可靠性工程,可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠度是衡量系统可靠性的标准,它是指系统在规定的时间内完成规定功能的概率。可靠性工程就是研究系统可靠性的工程技术。,1.4安全系统与安全系统工程a,安全一词是人们经过抽象思维确定的一个概念或理念。目前所见到的文献对安全这个概念的诠释普遍存在两个问题一个是缺乏科学的严密性；二是安全一词太大众化了,以致不管人们如何下定义,都很难包容一般意义上的安全理念的内涵。安全的动态特征还体现在安全描述的不只是一个相对稳定的状态特征，安全一词还可作为对事故--安全过程的一种表征。过程表征和状态表征最本质的区别就在于前者描述的是事物的发展趋势,后者描述的是一种目标。从这个角度讲,安全一词表述的又可认为是动态过程。正如有的文章所表述的渐变对应于灾害过程的孕育、维持，突变对应于灾害过程的启动和剧烈地扩展。但灾变不仅是灾害发生，也是系统由不稳定向新的稳定安全跃迁的触发器。,1.4安全系统与安全系统工程b,在讨论对安全一词的理解和认识之后,我们再来讨论一下安全的属性问题。安全一词所涉及的纷繁复杂因素与它的自然属性和社会属性有着密切的关系。所谓安全的自然属性可以从两个方面来讨论一是安全是人的生理与心理需要,或者说由生命及生的欲望决定了的自我保护意识,这是天生的,是安全存在的主动因素。二是人类对天灾的无奈以及新陈代谢生老病死的规律不可抗拒,使人们不得不把生命安全经常提到议事日程,这虽然是被动因素,但它与前一个主动因素相结合,就决定安全是自古以来人类生活、生存、进步的永恒的主题。,1.4安全系统与安全系统工程c,安全的社会属性也可以从两方面来阐述（1）自从人类有组织活动以来,社会安定、有序、进步始终是各社会阶段追求的目标，而这一目标实现的重要标志之一就是安全。这是社会促动安全的主动因素。但是人类的社会活动如政治、军事、文化、社交，有的对安全直接起破坏作用,有的间接影响着安全；人类的经济活动如生产职业、高技术灾害化学品致灾、核事故隐患、电磁环境公害、航天事故、航空事故、交通灾害则是自人类开展经济活动以来就存在的突出的安全问题,如今更加突出的一个安全问题是环境问题。（2）关于安全的社会属性也有人提出人伦智的观点。人伦是在一个人群社会性的结合中发生的。夫妇、父子、兄弟、朋友、同事构成人际关系，人际以诚相待,共谋生命的延续、生活的充实，并以此抵制惟利是图就称为人伦智。在资本主义社会,各个人际关系上的人伦智相当低微、暗弱。然而人伦智却是“职业灾害困局”中惟一的脱困希望之所寄，它的潜在能量是可以信赖的。人伦智也应属安全社会属性中的主动因素。,1.4安全系统与安全系统工程d,安全问题是一个复杂的系统工程问题。或者说解决安全问题要用系统工程的理论和方法。这种认识目前已经具有广泛的共识。但是说到“安全系统”则存在着歧义。其实“安全系统”这个定义能否成立，关键还在于它的特殊性和客观性。所谓特殊性就是指它与一般系统的区别。如前所述，其客观性的问题是不容置疑的，而其特殊性或个性可以归纳为如下若干方面。,1.4安全系统与安全系统工程e,1系统性。与安全有关的影响因素构成了安全系统。因为与安全有关的因素纷繁交错，所以安全系统是一个复杂的巨系统。很难找到一个因素数及其相关性如此复杂的能与之相比的系统。由于安全系统中各因素之间，以及因素与目标之间的关系多数有一定灰度，所以安全系统是灰色系统。与一般系统不同，安全系统总是把环境因素看成是其系统的组分，其典型的因素及其关系可如图1-1所示。,图1-1安全系统典型的组成因素及其关系图,1.4安全系统与安全系统工程f,2开放性。安全系统是客观存在的。这是因为安全系统是建立在安全功能构件的物质基础之上。但同时安全系统总是寄生在客体另一个系统中。在处理方法上，如果把客体看成一个黑匣子，安全系统是通过客体的能量流、物流和信息流的流入一流出的非线性变化趋势，确认安全和事故发生的可能性，因此安全系统具有开放性特点。开放性不仅是安全系统在动态中保持稳定存在的前提，也是安全系统复杂性及安全--事故转换发生的重要机制。3确定性与非确定性。“确定性”是指制约系统演化的规则是确定性的，不含任何随机性因素。确定性的特征是演化方向及演化结果是确定的，可精确预测。“非确定性”或者具有演化方向和演化结果不确定，或者具有刻画事物运动特征的特征量不能客观精确地确定的特征。,1.4安全系统与安全系统工程g,4安全系统是有序与无序的统一体。序主要反映事物的组成的规律和时域。依据序的性质，可分为有序、混沌序和无序。有序通常同稳定性、规则性相关联，主要表现为空间有序、时间有序和结构有序。无序通常与不稳定、无规则相关联。而混沌序则是不具备严格周期和对称性的有序态。现代复杂系统演化理论认为，复杂系统的演化中，不同性质的序之间可以相互转化。安全系统序的转化结果是否引发灾害或使灾害扩大，取决于序结构的类型及系统对特定序结构下的运动的灾害意义上的承受能力。5突变性或畸变性。安全系统过程的突变或畸变，或过程由连续到非连续变化在本质上还是服从于量变引起质变的哲理。量变到质变的转化形式可以用畸变、突变或飞跃来描述，但也可通过渐变实现。所以安全系统的渐变也可能孕育着事故，而突变、畸变则肯定对应于灾害事故的启动，是致灾物质，或能量的突然释放。综上所述，安全系统虽然与一般系统、非线性系统等有若干共同点，但安全系统的个性还是非常明显的，这是决定它客观存在并区别于其他系统的根本原因。,1.5安全的动力学特征a,安全系统是物质系统。安全过程既可能是自组织的，也可能是被组织的，也可能是两者兼而有之。所谓自组织的，是指系统在获得空间、时间或功能的结构过程中，没有外界的特定干预所谓外界的特定干预，对安全来说主要是指社会属性中的被动因素。它可能有两种发展形式一种是非组织的向组织的有序发展过程，其本质是组织程度从相对较低到相对高演化另一种则是维持相同组织层次，但复杂性相对增长。前一种过程反映了安全系统组织层次跃升过程后一种过程则标志着安全系统组织结构与功能从简单到复杂的组织水平的提高。,1.5安全的动力学特征b,对安全系统的自组织的演化过程主要是反映它的自然属性与社会属性共同作用的过程和结果。因为安全系统也是开放系统，它可以不断与外界交换物质、能量和信息，从而出现上述的两种发展形式，即从原有的混沌无序状态转变为一种在时间、空间或功能上的有序状态。一旦安全过程出现被组织的情况，如不可预见的天灾、人为诱发地震、战争人为纵火、瞎指挥、违规操作等等，则会发生灾难或事故。当然安全系统也是非线性系统，因而也具有非线性系统的共同特征。非线性是系统产生自组织行为的内因，没有这个内因，所谓开放性将不起作用，无序--有序的过程也就不会发生。,1.5安全的动力学特征c,不少学者为了研究安全动力学而引进熵的概念。例如引进“负熵流”以考虑安全系统与外界的物质能量和信息交换引进“剩余熵”作为判断体系失稳与否的判据，虽然都有一定的局限性，但熵仍然是今后研究安全过程发展趋势的重要概念和方法。因为熵的大小是状态自发实现的可能性的量度同时从信息论的角度考虑，熵又是描写不肯定性大小的量，即熵愈大，不肯定性愈大，即,式中H熵Pi概率,1.6安全系统工程,安全系统工程是采用系统工程的基本原理和方法，预先识别、分析系统存在的危险因素，评价并控制系统风险，使系统安全性达到预期目标的工程技术。对这个定义，可以从以下几个方面理解（1）安全系统工程的理论基础是安全科学和系统科学。它是工矿企业劳动安全卫生领域的系统工程。（2）安全系统工程追求的是整个系统的安全和系统全过程的安全。（3）安全系统工程的重点是系统危险因素的识别、分析，系统风险评价和系统安全决策与事故控制。（4）安全系统工程要达到的预期安全目标将是系统风险控制在人们能够容忍的限度以内，也就是在现有经济技术条件下，最经济、最有效地控制事故，使系统风险在安全指标以下。,第二节安全系统工程的研究对象和研究内容1.安全系统工程的研究对象a,安全系统工程作为一门科学技术，有它本身的研究对象。任何一个生产系统都包括三个部分，即从事生产活动的操作人员和管理人员，生产必需的机器设备、厂房等物质条件，以及生产活动所处的环境。这三个部分构成一个“人-机-环境”系统，每一部分就是该系统的一个子系统，称为人子系统、机器子系统和环境子系统。1人子系统该子系统的安全与否涉及到人的生理和心理因素，以及规章制度、规程标准、管理手段、方法等是否适合人的特性，是否易于为人们所接受的问题。研究人子系统时，不仅把人当作“生物人”、“经纪人”，更要看作“社会人”，必须从社会学、人类学、心理学、行先科学角度分析问题、解决问题不仅把人子系统看作系统固定不变的组成部分，更要看到人是一种自尊自爱、有感情、有思想、有主观能动性的人。,1.安全系统工程的研究对象b,2机器子系统对于该子系统，不仅要从工件的形状、大小、材料、强度、工艺、设备的可靠性等方面考虑其安全性，而且要考虑仪表、操作部件对人提出的要求，以及从人体测量学、生理学、心理与生理过程有关参数对仪表和操作部件的设计提出要求。3环境子系统对于该子系统，主要应考虑环境的理化因素和社会因素。理化因素主要有噪声、振动、粉尘、有毒气体、射线、光、温度、湿度、压力、热、化学有害物质等社会因素有管理制度、工时定额、班组结构、人际关系等。,2.安全系统工程的研究内容2.1系统安全分析,安全系统工程是专门研究如何用系统工程的原理和方法确保实现系统安全功能的科学技术。其主要技术手段有系统安全分析、系统安全评价和安全决策与事故控制。①系统安全分析要提高系统的安全性，使其不发生或少发生事故，其前提条件就是预先发现系统可能存在的危险因素，全面掌握其基本特点，明确其对系统安全性影响的程度。这里所强调的“预先”是指无论系统生命过程处于哪个阶段，都要在该阶段开始之前进行系统的安全分析，发现并掌握系统的危险因素。这就是系统安全分析要解决的问题。系统安全分析是使用系统工程的原理和方法，辨别、分析系统存在的危险因素，并根据实际需要对其进行定性、定量描述的技术方法。,2.2系统安全评价,②系统安全评价系统安全评价往往要以系统安全分析为基础，通过分析，了解和掌握系统存在的危险因素，但不一定要对所有危险因素采取措施。而是通过评价掌握系统的事故风险大小，以此与预定的系统安全指标相比较，如果超出指标，则应对系统的主要危险因素采取控制措施，使其降至该标准以下。这就是系统安全评价的任务。,2.3安全决策与事故控制,③安全决策与事故控制任何一项系统安全分析技术或系统安全评价技术，如果没有一种强有力的管理手段和方法，也不会发挥其应有的作用。因此，在出现系统安全分析和系统安全评价技术的同时，也出现了系统安全决策。其最大的特点是从系统的完整性、相关性、有序性出发，对系统实施全面、全过程的安全管理，实现对系统的安全目标控制。,3.安全系统工程的方法论a,1从系统整体出发的研究方法安全系统工程的研究方法必须从系统的整体性观点出发，从系统的整体考虑解决安全问题的方法、过程和要达到的目标。2本质安全方法由于安全系统把安全问题中的人-机物-环境统一为一个“系统”来考虑，因此不管是从研究内容来考虑还是从系统目标来考虑，核心问题就是本质安全化，就是研究实现系统本质安全的方法和途径。,3.安全系统工程的方法论b,3人机匹配法在影响系统安全的各种因素中，至关重要的是人-机匹配。从安全的目标出发，考虑人-机匹配，以及采用人-机匹配的理论和方法是安全系统工程方法的重要支撑点。4安全经济方法由于安全经济的特殊性安全性投入与生产性投入的渗透性、安全投入的超前性与安全效益的滞后性、安全效益评价指标的多目标性、安全经济投入与效用的有效性等就要求安全系统工程方法，在考虑系统目标时，要有超前的意识和方法，要有指标目标的多元化的表示方法和测算方法。,3.安全系统工程的方法论c,5系统安全管理方法安全系统工程从学科的角度讲是技术与管理相交叉的横断学科从系统科学原理的角度讲它是解决安全问题的一种科学方法。所以，安全系统工程是理论与实践紧密结合的专业技术基础，系统安全管理方法则贯穿到安全的规划、设计、检查与控制的全过程。所以，系统安全管理方法是安全系统工程方法的重要组成部分。,4.安全系统工程的产生与发展,事故的强大负面效应对人类产生巨大的冲击作用，从而激发人类以更大的决心和更大的力量研究事故。通过对事故信息、资料的收集、整理、分析、研究，也就是充分开发利用“事故资源”，一个崭新的自然科学学科就在人们这种不懈努力与坚苦卓绝的斗争中诞生了，这就是作用力与反作用力的作用机制。安全系统工程正是在这种事故的反作用下应运而生的。,第三节安全系统工程的应用特点3.1系统性,无论是系统安全分析、系统安全评价的理论，还是系统安全管理模式和方法的应用都表现了系统性的特点，它从系统的整体出发，综合考虑系统的相关性、环境适应性等特性，始终追求系统总体目标的满意解或可接受解。,3.2预测性,安全系统工程是通过这些预测来掌握系统安全状况如何，风险能否接受，以便决定是否应当采取措施，控制系统风险。所以，安全系统工程也可称作是系统的事故预测技术。,3.3层序性,安全系统工程的应用是按照系统的时空两个跨度有序展开，管理规范的执行，一般是按照系统生命过程有序进行，而且贯彻到系统的方方面面。因此，安全系统工程具有明显的“动态过程”研究特点。,3.4择优性,择优性的应用特点主要体现在系统风险控制方案的综合与比较，从各种备选方案中选取最优方案。在选取控制风险的安全措施方面，一般按下列优先顺序选取方案设计上消除→设计上降低→提供安全装置→提供报警装置→提出专门规程。,3.5技术与管理的融合性,人们对安全的追求目标特别是生产领域是本质安全。但是，一方面由于新技术的不断涌现，另一方面由于经济条件的制约，对于一时做不到本质安全的技术系统，则必须用安全管理来补偿。所以在相当长的时间内，解决安全问题还必须把技术与管理通过系统工程的方法有机地结合起来。,