安全系统工程概论课件.ppt

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1、Safety System Engineering,安全系统工程,安全工程专业专业基础课,任课教师：周利华 老师,Safety System Engineering安全系统工,引 言 安全系统工程是安全工程专业的专业基础课程，是同学们从事安全工作的立身之本。如同学们从事安全管理工作、审核员工作，它能为大家提供最基本的方法。所以要求大家严肃认真地对待。另外，安全系统工程又是一门发展中的科学，教材不完善，发给大家的教材也存在一些不足之处，如教材部分内容连续性不强，同学们不便自学。为了深入理解这门课的内容，我在备课中参考了不少资料，这些资料包括安全系统工程的书籍和论文等。因此，对大家来说要学好这门课

2、，听课是关键。通过课堂，既可以更好地理解教材上的内容，也可以拓展教材上没有讲到的内容。总之，为了学好这门课，一要认真听课，二要认真读教材，此外还要多结合实际思考所学的观点或理念。,引 言,一、学习方法1.多联系实际 深入体会基本概念和基本原理。2.多练习 基本会运用主要的系统安全分析方法。3.多讨论交流 安全系统工程是一门软科学，对同一事故不同的人可能有不同的分析结果，如用事故树方法分析事故时，人们可以编出不同的事故树。通过讨论和交流能够使每个人对分析更深入、更准确，可以加深大家对某一理论的理解，提高大家在专业方面的理论水平。,一、学习方法,二、几点要求 1.坚持上好每堂课 不迟到、不早退，更

3、不得缺席。2.记好笔记 一方面可以弥补教材的不足，另一方面可以为大家考试复习打下基础，因为考试的重点就是课堂讲课的内容。3.认真完成作业 作业的内容是学习的重点，更是考试的重中之重。4.多读参考书，多收集资料 勤于思考，以求知识拓展。,二、几点要求,三、主要参考资料1.专著 汪元辉.安全系统工程.天津：天津大学出版社,2019.肖爱民.安全系统工程学.北京：中国劳动出版社,1992.沈斐敏.安全系统工程理论与应用.北京：煤炭工业出版社,2019.张景林等.安全系统工程.北京：煤炭工业出版社，2019。冯肇瑞,邱少贤,崔国璋.安全系统工程.北京：冶金工业出版 社,1993.吴穹,许开立.安全管理

4、学.北京：煤炭工业出版社,2019.谢鸣一等.安全系统工程.北京：科学技术文献出版社,2019.国家安全生产监督管理局.安全评价.北京：煤炭工业出版 社,2019 国家经贸委安全科学技术研究中心.中国职业安全健康管理 体系内审员培训教程.北京：冶金工业出版社，2019。,三、主要参考资料,三、主要参考资料2.网站 safety safety 中国安全网 香港职安局 oshc.org.hk 国家安全生产信息网 国家安全生产监督管理局 国际劳工组织 ilo.org 澳洲国家安全局 nsca.au 人力安全卫生协会 shma.org.tw(台湾)其它 如：safetycentral.org(美国)s

5、afetyinfo(美国)safetynews.co.uk(英国)ccohs.ca(加拿大),三、主要参考资料,四、本课程主要讲授内容 1.安全系统工程概论 2.事故致因理论 3.系统安全分析 4.重大危险源辨识与评价 5.事故统计预测与安全决策 6.系统安全评价 7.灰色理论与安全系统,四、本课程主要讲授内容,第一章 安全系统工程概论本章主要内容 第一节 安全系统工程的基本概念 第二节 安全系统工程的研究对象和研究内容 第三节 安全系统工程的产生与发展 第四节 安全系统工程的应用特点,第一章 安全系统工程概论,第一章 安全系统工程概论第一节 安全系统工程的基本概念 安全系统工程，是以安全学和

6、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为目标的科学技术。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，在学习安全系统工程之前需要弄清相关学科的有关概念。,第一章 安全系统工程概论,第一章 安全系统工程概论第一节 安全系统工程的基本概念一、系统与系统工程1.系统1)系统的定义 系统指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，而这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。任何一个系统都应该符合以下几个条件：必须由两个

7、以上要素所组成；要素之间互相联系和作用；要素有着共同的目的和特定的功能；要素受外界环境和条件的影响。,第一章 安全系统工程概论,2)系统的特性 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：(l)整体性(2)目的性(3)有序性(4)相关性(5)环境适应性(6)动态性,2)系统的特性,3)系统的分类 系统的分类方法很多，如：按自然属性：自然系统和社会系统。按物质属性：实体系统与概念系统。按运动属性：静态系统和动态系统。按反馈属性：开环系统和闭环系统。按系统与环

8、境间的关系：开放系统和封闭系统。,3)系统的分类,钱学森院士的分类：,系统(按复杂程度),简单系统,复杂系统,小系统大系统巨系统,大系统巨系统,一般复杂巨系统特殊复杂巨系统(如社会系统),系统分类的三维坐标：开放性、复杂性、规模,钱学森院士的分类：系统简单系统复杂系统小系统大系统一般复杂巨,4)系统的功能结构,系统构成示意图 在开放系统中，系统的输出又反过来影响系统的输入称为反馈。增强原输入作用的称正反馈；削弱原输入作用的叫负反馈。前者使系统行为发散，后者使系统行为收敛。没有反馈的系统称为开环系统。具有反馈的系统称为闭环系统。,4)系统的功能结构系统构成示意图处理输入输出反馈,一、系统与系统工

9、程2.工程 工程是指利用和改造客观世界为人类服务的实践。从经济和社会的发展看，工程可分两大类：一类是造物工程 如：土木工程、电子工程、机械工程、水利工程等。一类是办事工程 如：希望工程、运输工程等。这种把服务于特定目标的各项工作的总体称之为办事工程，是指通过精心设计和组织，周密计划和安排为完成某项任务提供决策、计划、方案和工作程序等。,一、系统与系统工程,一、系统与系统工程3.系统工程 系统工程是由运筹学、控制论、信息论、计算技术和现代管理科学等相互渗透发展起来的一门以大规模复杂系统为研究对象的边缘科学。它把自然科学和社会科学中的某些思想、理论、方法、策略和手段等根据总体协调的需要，有机地联系

10、起来应用于实践，以实现系统整体优化为目的。钱学森在组织管理的技术系统工程一文中指出：“把极其复杂的研制对象称为系统,系统工程则是组织管理这种系统的规划、研究、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。”也就是说系统工程的研究对象就是系统。,一、系统与系统工程,一、系统与系统工程3.系统工程 直观理解，系统工程一方面是用系统的思想和方法研究解决工程问题；另一方面是用工程技术组织管理系统。系统工程方法论的特点主要有以下三个方面：研究方法的整体性 应用学科的综合性 科学管理的优越性,一、系统与系统工程,第一节 安全系统工程的基本概念二、可靠性、可靠度、可靠性工程1.

11、可靠性 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。2.可靠度 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。3.可靠性工程 可靠性工程就是研究系统可靠性的工程技术。,第一节 安全系统工程的基本概念,第一节 安全系统工程的基本概念三、安全系统与安全系统工程1.安全1)安全的定义 安全是指没有超过允许限度的危险。也就是发生事故时、所造成的人员伤害或财务损失没有超过允许的限度。传统安全认为：安全是指人没有受伤或死亡，财产没有受到损失的状态或条件。这是一种不全面的观点。这是因为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

12、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。,第一节 安全系统工程的基本概念,第一节 安全系统工程的基本概念三、安全系统与安全系统工程1.安全2)安全的属性自然属性 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，这是自古以来人类生活、生存、进步的永恒主题。社会属性 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。,第一节 安全系统工程的基本概念,第一节 安全系统工程的基本概念三、安全系统与安全系统工程2.系统安全1)

13、系统安全的定义 指在系统运行周期内，应用安全管理及安全工程技术原理，识别系统中的危险源并排除危险源或使危险性减至最小，从而使系统在操作效率、使用期限和投资费用的约束条件下达到最佳安全状态。2)系统安全的基本要素 系统在运行周期内有最佳安全状态(伤害和损失少)；能用安全管理和安全技术的方法识别控制危险；存在一定的约束条件。如：使用期限，操作效率，投资费用等。,第一节 安全系统工程的基本概念,第一节 安全系统工程的基本概念三、安全系统与安全系统工程2.系统安全3)系统安全的基本观点 没有绝对安全。安全工作贯穿于系统的整个寿命。即：设计建造使用报废。系统的安全目标不是消除几种选定的危险源,而是使系统

14、达到最佳安全状态。不可靠是不安全的原因。,第一节 安全系统工程的基本概念,第一节 安全系统工程的基本概念三、安全系统与安全系统工程3.安全系统1)安全系统的定义 与安全有关的影响因素之综合即为安全系统。从其定义可知，由于与安全有关的因素纷繁交错，所以安全问题本身又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。,第一节 安全系统工程的基本概念,第一节 安全系统工程的基本概念三、安全系统与安全系统工程3.安全系统2)安全系统的特性 系统性 与安全有关的影响因素构成了安全系统。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如图1-1所示。,图1

15、-1 安全系统典型的组成因素及其关系图,第一节 安全系统工程的基本概念图1-1 安全系统典型的组成因,第一节 安全系统工程的基本概念三、安全系统与安全系统工程3.安全系统2)安全系统的特性 开放性 确定性与非确定性 有序性与无序性 突变性或畸变性3)安全系统的动力学特征 从上述特性可以看出，安全系统的最大特点是它具有动力学特征。,第一节 安全系统工程的基本概念,3)安全系统的动力学特征 不少学者为了研究安全动力学而引进熵的概念。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,熵愈大,不肯定性愈大。即：式中：H熵；Pi概率。例如：引进负熵流以考虑安全

16、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。,3)安全系统的动力学特征,第一节 安全系统工程的基本概念三、安全系统与安全系统工程4.安全系统工程1)定义 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：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。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。,第一节 安全系统工程的基本概念,第一

17、节 安全系统工程的基本概念三、安全系统与安全系统工程4.安全系统工程1)定义 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。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。2)科学基础 安全系统工程就是以系统工程的理论和方法为指导，它的科学基础是运筹学、图论、数学规划、数理统计、概率论、控制论、决策论、计算机技术等。,第一节 安全系统工程的基本概念,4.安全系统工程3)安全系统工程与其他学科的关系,安全系统工程,安全管理工程,安全人机工程,安全设备工程

18、,人体人机参数安全心理学生物力学安全生理学人机系统设计,事故统计分析、事故致因理论、系统安全管理原理、安全目标管理、事故预测方法、行为科学与安全等,安全分析、安全评价、安全决策与事故控制,设备选择、使用、评价、维修、改造、更新、管理、可靠性设计等,4.安全系统工程安全系统工程安全管理工程安全人机工程安全设备,掌握情况收集资料,建立各类事故模型,进行系统安全分析,安全评价,比 较,最优化计划决策,计划的执行与检查,安全系统工程的一般工作方法流程 安全系统工程的工作方法：研究方法上整体化；技术应用上综合化；安全管理科学化。,4.安全系统工程4)安全系统工程的工作流程,掌握情况收集资料建立各类事故模

19、型进行系统安全分析安全评价比,第一章 安全系统工程概论第二节 安全系统工程的研究对象和内容一、安全系统工程的研究对象 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。,第一章 安全系统工程概论,第一章 安全系统工程概论第二节 安全系统工程的研究对象和内容一、安全系统工程的研究对象 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、

20、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、行为科学等角度分析问题、解决问题；不仅要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。,第一章 安全系统工程概论,一、安全系统工程的研究对象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、心理与生理过程等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

21、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、人际关系等等。综上所述，安全系统工程的研究对象就是人机环系统。,一、安全系统工程的研究对象,二、安全系统工程的研究内容 安全系统工程是专门研究如何用系统工程原理和方法确保实现系统安全功能的科学技术。其主要研究内容有系统安全分析、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。

22、这里强调的预先是指：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。,二、安全系统工程的研究内容,第一章 安全系统工程概论第二节 安全系统工程的研究对象和内容二、安全系统工程的研究内容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

23、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。,第一章 安全系统工程概论,第一章 安全系统工程概论第二节 安全系统工程的研究对象和内容二、安全系统工程的研究内容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。,第一章 安全系统工程概论,三、安全系统工程的方法论1.系统整体性研究方法 安全系统工程的研究方

24、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.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。,三、安全系统工程的方法论,三、安全系统工程的方法论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

25、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。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。,三、安全系统工程的方法论,第一章 安全系统工程概论第三节 安全系统工程的产生与发展一、安全系统工程的产生 在我国，安全系统工程的

26、研究、开发是从20世纪70年代末开始的。天津东方化工一厂应用安全系统工程成功地解决了高度危险企业的安全生产问题，为我国各个领域学习、应用安全系统工程起了带头作用。其后是各类企业借鉴和引用国外的系统安全分析方法，对现有系统进行分析。到80年代中后期，人们研究的注意力逐渐转移到系统安全评价的理论和方法上来，开发了多种系统安全评价方法，特别是企业安全评价方法，重点解决了对企业危险程度的评价和企业安全管理水平的评价。,第一章 安全系统工程概论,一、安全系统工程的产生 这期间,许多专家学者的相关专著也相继问世了，以系统的观点、方法，系统地总结了国内外安全系统的理论与方法，这些论著的共同点是：1.安全系统

27、工程是在事故逼迫下产生的；2.现代科学技术的发展为安全系统工程的产生提 供了必要条件；3.美国导弹技术的开发促使安全系统工程的诞生,但它不是安全系统工程产生的惟一策源地；4.安全系统工程不仅包括分析与评价技术，也应 包括管理程序、管理方法等管理科学的内容，它也是以系统工程为基础的安全工程。,一、安全系统工程的产生,二、安全系统工程的发展过程 安全系统工程的发展过程大致经历了以下几个阶段：1.安全技术工作和系统安全分工合作阶段 始于20世纪50年代末期美国的军事工业，军事装备零部件的可靠性和安全性问题相对分工研究。后来发展到其他工业生产部门，就是使可靠性管理与质量管理相对分工。2.安全技术工作引

28、进系统安全分析方法阶段 如60年代初应用事故树分析法(FTA)和故障类型影响分析法(FMEA)等进行工业安全管理。,二、安全系统工程的发展过程,二、安全系统工程的发展过程3.安全管理引用安全系统工程方法阶段 从60年代中期开始，引用了系统工程计划的方法，对系统开发的各阶段,如计划编制、开发研究、制造标准、操作程序等进行安全评价。4.以安全系统工程方法改革传统安全工作阶段 70年代以后是安全管理和工程广泛使用系统工程方法，形成了安全系统工程学科。1976年，美国的系统学家D.B.Brown教授的著作:“System analysis and design for safety”，又名“Safet

29、y system engineering”中，已对安全系统工程定义的内涵和外延作了详尽的解释。同时指出了它的三项任务：(1)安全分析；(2)安全评价；(3)安全措施。,二、安全系统工程的发展过程,二、安全系统工程的发展过程5.新的发展阶段 采用复杂系统理论分析方法来分析复杂系统的安全问题。目前，安全系统工程已广泛应用到以下领域：1)工程和管理；2)高科技安全(卫星、航天等)；3)重大工程(水利、核电站等)；4)工业生产安全管理；5)风险评价(保险、可行性研究等)；6)环境评价；7)刑侦破案等等。,二、安全系统工程的发展过程,第一章 安全系统工程概论第四节 安全系统工程的应用特点 安全系统工程是

30、一门应用性很强的科学技术。几十年来,许多经典的应用范例始终激励人们进行不懈的探索,不断充实和发展其自身的理论体系，以期实现更好的应用效果，这是安全系统工程始终保持快速发展的重要原因。为了进一步促进学科发展，提高其实用性，有必要进一步明确安全系统工程的应用特点：1.系统性 无论是系统安全分析、系统安全评价，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。,第一章 安全系统工程概论,第一章 安全系统工程概论第四节 安全系统工程的应用特点2.预测性 安全系统工程是通过多种预测手段来掌握系统安全状

31、况如何，风险能否接受，以便决定是否应当采取措施来控制系统风险。所以，安全系统工程也可称作是系统的事故预测技术。3.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。,第一章 安全系统工程概论,第一章 安全系统工程概论第四节 安全系统工程的应用特点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。在安全工作中，选取控制风险的安全措施方面，一般按下列顺序优选方案：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。5.技术与管理的融合性 系统安全的最大追求目标(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，则必须用安全管理方法来补偿。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。,第一章 安全系统工程概论,第一章 安全系统工程概论END,安全系统工程,第一章 安全系统工程概论安全系统工程,