1、安全系統工程徐圓信息科學與技術學院E-mail: xuyuan課程內容 概述 系統安全分析 事故樹分析 系統安全評價 系統安全決策12345概述概述 歷史重大事故 安全生產重要性 生產安全事故分析 生產安全事故解決方案 過程安全評價技術 安全系統工程概念 事故源 安全生產是企業永恒的主題，沒有安全就沒有效 益，安全工作已經越來越被擺在重要的位置。 關系到國家財產和人民生命的安全，關系到社會 的穩定與健康發展。安全生產重要性生產安全事故分析原因總結：工藝技術：盲目修改工藝、工藝設計不合理、工藝不成熟、操作過程中工藝參數控制不嚴格；設備、材料原因：設備在制造過程中存在原始缺陷，選材不合適；人為因素

2、：違章操作、判斷失誤、違章指揮、制度不嚴、工作責任心不強； 其他因素：由于雷電或物體打擊、碰撞而造成意外事故。 其中員工的不安全行為是最主要的原因，由此引發的事故占70%以上。 因此，加強系統安全教育、關注生產裝置或流程安全操作、評價、預警與應急救援是杜絕或減少事故的關鍵。 安全評價（Hazard & Risk assessment ） 以保障安全為目的，按照科學的程序和方法，從系統的角度對工業生產或工 程項目中潛在的危險（Hazard）及危險可能造成的損失（Risk，風險）進行預 先識別、分析和評價,為制定防災措施和管理決策提供依據。 由于安全評價在消除危險隱患方面有重大作用，已列入許多國家

3、的法規及國 際安全標準。“安全第一, 預防為主, 綜合治理”這一新的安全發展觀, 賦予安全管理工作新的內涵 就是要“以人為本”, 把安全生產工作的關口前移, 超前防范, 綜合運用多種手段, 改善安全狀況, 最大限度地預防安全事故。過程安全評價技術 安全預評價是在項目建設前期進行的, 它是安全設計的主要依據, 能有效地避免項目建成后因為安全要求引起的返工和調整。 安全驗收評價是在建設項目竣工、試生產運行正常后進行的, 能查出裝置的缺陷和不足, 以利于企業及早采取措施, 提高安全水平。 安全現狀綜合評價是針對某一個生產經營單位總體或局部的生產經營活動的實際安全狀況進行的一種安全評價, 是對在用的生

4、產裝置、設備以及貯存、運輸及安全管理狀況進行的全面的綜合性評價, 目的是讓企業對本單位的安全現狀有一總體的把握, 從而實現預防性管理。過程安全評價技術安全評價 安全預評價 安全驗收評價 安全現狀綜合評價 安全評價技術源于美國，發展至今提出的安全評價方法不下幾十種，各種方法適于特定場合，具有不同特點，美國化學工程師協會下屬的化工安全中心1985 年出版了安全評價指南，其中介紹了11 種常用的評價方法：過程/系統檢查表安全復查道公司及蒙德公司危險指數法危險與可操作性分析（HAZOP）如果怎么樣可操作性研究故障類型、影響及致命度分析故障樹分析事件樹分析原因、后果分析人員失誤分析人工安全評價技術評價方

5、法安全檢查表法（SCL）預先危險分析法（PHA）故障類型及影響分析法（FMEA）危險可操作性研究（HAZOP）事件樹分析法（ETA）故障樹分析法（FTA）危險指數評價法（F&EI）人的可靠性分析法（HRA）方法特點簡單易行，編制難度及工作量大初步評價參考側重于對工藝和設備的影響后果簡單易行，易受主觀因素影響簡單易行，易受主觀因素影響計算精確，難以計算適用范圍系統的定性評價系統初步設計的初步定性評價根據各子系統的故障類型對系統進行定性評價通過指導語句和標準格式尋找工藝偏差，以辨識危險源，確定控制風險的對策。局部工藝、設備裝置的定性定量評價局部工藝、設備裝置的定性定量評價利用子系統的危險指數值計算

6、系統的危險指數值。利用人的可靠性的概率來計算系統的可靠性人工安全評價技術評價方法概率危險評價法（PBHA）作業條件危險性評價法（LEC）類比法道化學法（DOW）日本六階段法適用范圍 通過分析子系統的可靠性來計算系統的可靠性概率的大小對與風險有關的三種要素進行半定量評價作業場所的定性評價火災爆炸危險性的系統整體宏觀定量分析系統的定量定性評價方法特點有利于掌握企業內部各危險點的危險狀況和整改措施的實施。簡單易行，檢測量大、費用高。簡捷明了，整體宏觀評價準確性高，工作量大人工安全評價技術早期的計算機輔助方法在分析方法本身沒有突破，主要用于輔助人工分析方法，用計算機程序生成HAZOP的結果說明文本；1

7、980年D.A.Lihou開發了在過程失控時的計算機輔助HAZOP軟件CAFOS；1989年Anon開發的SAnDoc軟件；1990年Prima tech Inc.公司開發了稱為HAZOPPC的商品化軟件都屬于安全分析文本說明的計算機程序。可以用于工業危險分析，軟件可記錄分析結果，軟件具備語句文字處理能力，還能編輯檢查表及計算風險值。計算機輔助安全評價技術提供計算機輔助繪制故障樹和編輯故障樹的軟件主要有：按一定排列試驗事件的組合算法： PREQUAL 和PREP-KITT軟件采用布爾代數法的軟件 FAVNET（下行）、RISA（下行）、CM-MC（上行）、FTAP（下行和上行）、PHAMISS

8、（下行和上行）、RELVEC、NEWSALP（下行和上行）、SALP-MP（上行）采用蒙特卡洛（Monte Carlo Simulation）仿真方法的軟件 REMO、MOCARE、CRESSEX，CRESSC 和CRESSCN（可以求最小徑集）計算機輔助安全評價技術報告認為在過程工業中最關鍵的計算機計算技術是：計算分子科學（CMS）計算流體動力學（CFD）過程建模（Process Modeling）仿真（Simulation）操作優化（Operation Optimization）控制 (Control)計算機輔助與定性、定量動態仿真結合安全評價技術基于建模和仿真的危險識別技術在80 年代已

9、經開始研究，大致經歷四個階段： 基于定性模型的仿真階段 基于定性和定量混合模型的仿真階段 動態仿真定量案例試驗 計算流體動力學仿真普及化階段計算機輔助與定性、定量動態仿真結合安全評價技術1987年Parmar 和Lees 采用定性傳播方程解決工廠建模進行自動HAZOP 分析。采用定性方法，原因是為了處理那些得不到研究對象精確模型的問題。定性仿真是以非數字手段處理信息輸入、建模、行為分析和結果輸出等仿真環節，通過定性模型推導系統的定性行為的描述。基于定性微分方程(QDE)的定性仿真理論是B.J.Kuipers 于1986 年提出，給出了定性仿真算法(QSIM)。這是目前定性仿真中發展最成熟的理論

10、，在危險識別中應用較廣。基于定性仿真模型的危險識別 人們發現僅考慮定性建模,其不精確性仍然是主要缺 點。因此開展了定性和定量仿真混合方法的研究。 當對象特性沒有復雜的化學反應或明顯的非線性特 征時，可以考慮采用部分機理推導的模型補充定性 模型的不足。定性仿真和定量仿真混合的危險識別 近幾年，特別是美國2020 發展報告提出后，動態 仿真定量建模平臺技術取得了突破性進展，出現 了過程系統建模平臺微機化、商品化和大眾化的 趨勢。 采用精確度更高、更加嚴格的定量動態模型進行 危險識別、案例試驗和安全控制系統測試得到廣 泛應用。動態仿真定量化危險劇情試驗 將虛擬現實技術(Virtual reality

11、, VR)應用于安全評價中,對 評價項目流程及其可能發生的災害后果進行VR仿真,直觀形 象地描述評價項目的危險程度。 根據評價結果提出整改措施后,再對整改后的系統進行VR仿 真，清晰直觀地檢驗整改措施的有效性,從而全方位地輔助 安全評價取得成功。 虛擬現實是在眾多的相關技術(如圖形學、仿真技術、多媒 體技術、傳感技術等)基礎上發展起來的。 包括以下關鍵技術：動態環境建模技術；快速三維圖形生 成技術；立體顯示和傳感器技術；系統集成技術；用戶的 適應性分析；應用系統開發工具。虛擬現實技術在安全評價中的應用 虛擬現實安全生產應用技術：工廠及其環境的建模仿真；工廠的試運轉仿真；災害事故的仿真分析；事故

12、的風險預測及事故損失分析仿真。 虛擬現實的體系結構虛擬現實技術在安全教育與應急救援中的應用電子地圖與虛擬工廠交互 災難事故模擬平臺過程生產事故可分為三類： 火災 爆炸 毒物泄漏 爆炸約占35%，爆炸事故導致的損失約占所有事故損失的67.7%。模擬預測各種事故災難，可有效進行安全教育、應急救援方案落實和防止事故發生。 基于專家系統的HAZOP分析 基于模糊邏輯的安全評價技術 基于神經網絡技術的風險識別技術 基于模糊聚類-分級算法的過程工業報警優化 基于物元分析的過程工業報警優化 SDG定性推理與安全評價技術 。基于人工智能技術的安全評價技術操作室缺點：瞬間處理信息的能力是有 限，當某一變量超出正

13、常 范圍時常常很容易被忽略。 智能化報警系統缺點：過程工業規模日趨擴大， 報警設置增多，大量的報 警仍然影響操作員關注報 警的概率及對報警做出響 應的有效性。 加強生產監控管 理力度 研究智能化報警 監控管理方法報警監控過程報警監控系統可拓管理 按照國際EEMUA_2的推薦，保持操作員有效處理報警的報警頻率是每10 min一個報警(即一天150個報警)，操作員可以處理的最大報警頻率為每5min一個報警(即一天300個報警) 過程報警監控系統可拓管理 安全報警監控物元模型R1 物耗報警監控物元模型R2 能耗報警監控物元模型R3 生產指標報警監控物元模型R4基于生產經驗故障診斷進一步研究與完善智能

14、化生產過程故障診斷方法故障診斷智能化故障診斷系統 缺點：過程工業變量較多，相互間 的關系復雜，知識表達不統 一、知識獲取不完全，以及 無法利用原系統中的知識等 原因，造成其難以解決大型 化、復雜化的過程工業故障 診斷缺點：僅適用于小型的工業過程可拓CBR過程生產故障診斷安全評價技術發展趨勢 多種評價方法集成型評價技術與安全評價軟件系統的開發 基于機器學習的智能安全評價與診斷系統 基于地理信息（GIS）與虛擬現實的企業安 全生產監控與管理安全系統工程概念安全系統工程是以機械、設備、原材料、人和環境等綜合系統為研究對象，最終以保護人和生產資料的安全為目的，以系統理論為指導，結合其他技術，研究各種安

15、全問題的綜合性學科。研究內容包括： 系統安全分析找問題 系統安全評價問題是否可接受 安全決策與事故控制安全管理通過對該課程的學習，懂得如何分析系統的安全狀況，培養系統分析習慣，掌握系統危險因素分析方法，能夠熟練進行系統安全評價。系統：由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成的具有特定功能的有機整體。系統特征： （1）整體性 兩個或兩個以上相互區別的要素（元件或子系統） （2）相關性 要素之間、要素與子系統、系統和環境之間相互聯系、 相互依賴、相互作用 （3）目的性 系統是為完成某種任務或實現某種目的而發揮功能 （4）有序性 空間結構的層次性和系統發展的時間順序性 （5）環境適應性 系統與環境進

16、行物質、能量和信息交換，環境也 是系統的約束條件系統系統分類： 自然系統與人造系統 封閉系統與開放系統 靜態系統與動態系統 實體系統與概念系統 宏觀系統與微觀系統可靠性：指系統在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力。利用可靠度進行衡量。可靠度：指系統在規定的時間內完成規定功能的概率。系統如何理解安全？是一種狀態？是一種過程？是人們的期望？處于何種狀態為安全？這個過程從何時起，何時止？不能實現？安全是一個復雜系統的動態過程或狀態，其目標是人、物不受到傷害或損失。沒有絕對的安全，也沒有永恒的安全。安全性安全性是系統在可接受的最小事故損失條件下發揮其功能的一種品質，也可將安全性定義為“不發生

17、事故的能力”。安全可靠性安全性過程：宿舍食堂教室。人身是否收到傷害？是否影響到正常上課？正常上課的條件和狀態？ 結果：上課能正常進行的概率是多少？過程：飛行過程中會不會發生事故？會不會造成機毀人亡的事件？結果：能否完成運送乘客、物資以及特殊的行動計劃和預定的功能？安全性VS可靠性安全系統具有如下特點：（1）系統性 與安全有關的因素紛繁交錯，所以安全系統是一個復雜的巨系統。 安全系統中各因素之間，以及因素與目標之間的關系多數有一定 灰度，所以安全系統是灰色系統。（2）開發性 安全系統寄生在客體（另一個系統）中，它們之間進行著物質、 能量或信息的交流。（3）確定性與非確定性 系統發展演化的規則是確

18、定的，但其發展過程是隨機的（某一時 刻是否處于安全狀態難以確定），不確定。（4）有序和無序的統一 有序對應于系統處于安全狀況，無序是事故發生的瞬間。（5）突變性或畸變性 突變和畸變是災害事故的啟動。安全系統特點安全系統工程 定義：安全系統工程（Safety System Engineering）是采用系統工程的基本原理和方法，預先識別、分析系統存在的危險因素，評價并控制系統風險，使系統安全性達到預期目標的工程技術。 安全系統工程解決的問題： 如何控制和消除導致人員死傷、職業病、設備或財產損失的因素，最終實現在功能、時間、成本等規定的條件下，系統中人員和設備所受的傷害和損失為最小。（1）理論基礎

19、：安全科學和系統科學（2）追求的是整個系統的安全和系統全過程的安全（3）重點是系統危險因素的識別、分析，系統風險評價和系統安 全決策與事故控制（4）目標是將系統風險控制在人們能夠容忍的限度以內安全系統工程定義安全系統工程產生事故的積極一面 事故具有鮮明的反面教育的作用 事故是一種特殊的科學實驗 事故是誕生新的科學技術的催化劑 安全系統工程的產生安全系統工程發展過程產生及發展本源 1947年9月 美國航空科學院報導了一篇題為“安全工程”的論文， 最早提出系統安全概念的論文 60年代 安全系統工程這一概念為合同文件所正式采用，確 定了系統設計中安全的地位 1962年4月 美國空軍公布了彈道導彈部的

20、BSD第64-41號文“發 展空軍彈道導彈的系統安全工程”，向設備生產廠商 提出了安全要求。首先建立了安全系統工程的概念 60年代 英國收集核電站故障數據，奠定了定量評價的基礎 1974年 美國原子能委員會發表了原子能電站事故評價報 告，作出了核電站的安全性評價安全系統工程發展過程安全系統工程發展過程引用及應用發展 1964年 美國道化學公司發表了“火災爆炸指數評價法” 道氏法 20世紀60年代 英國帝國化學公司在道氏法的基礎上開發了蒙得 評價法 20世紀70年代 日本勞動省發表了“化工企業安全評價指南” 化工企業六步驟安全評價法 20世紀70年代末 天津東方化工廠應用安全系統工程成功解決了高

21、 度危險企業的安全生產問題我國的首次應用 20世紀80年代中后期 系統安全評價理論和方法研究安全系統工程發展過程（1）安全系統工程是在事故的逼迫下產生的。（2）現代科學技術的發展為安全系統工程的產生提 供了必要條件。（3）美國導彈技術的開發促使安全系統工程的誕生。（4）安全系統工程不僅包括分析與評價技術，也包括管理 科學內容。安全系統工程發展特征（1）人子系統 人的生理、心理，人的安全行為（2）機器子系統 不僅從工件的形狀、大小、材質及其可靠性方面研究，還要考慮 其對人的要求和從人的角度對機器的要求出發進行研究（人 機的配合）（3）環境子系統 考慮環境的理化和社會因素機人環境安全系統工程研究對

22、象（1）系統安全分析 使系統不發生或少發生事故的前提是，預先發現系統可能存在 的危險因素，明確其對系統安全性的影響程度。辨別、分析系統 危險因素，并根據需要對其進行定性、定量描述的技術方法。（2）系統安全評價 通過評價掌握系統事故風險大小，并與預定安全指標進行比較， 確定是否對危險因素采取安全措施，使其值降至標準以下。根據 評價對象的特定、規模，評價要求和目的，采用不同的方法。（3）安全決策與事故控制 對系統實施全面、全過程的安全管理，實現對系統的安全目標控制。安全系統工程研究內容（1）從系統整體出發 系統的要素存在矛盾時，尋求各方可接受的滿意解；安全系統工 程的優化思路貫穿于系統的規劃、設計

23、、研制和使用各階段。（2）本質安全 系統本身（相對于外部環境而言）不存在安全隱患。安全的最理 想狀態，也是安全追求的最高階段（目前）。（3）人機匹配 人機匹配是系統安全至關重要的因素。（4）安全經濟 安全投入與安全的目標的合理化。 投入越大越安全。安全是相對的。較少的投入與可接受的安 全目標。安全系統工程方法論提出問題、明確目標和范圍選擇評價系統指標或頂端事件明確系統組成要素及其相互關系建立數學模式或數學模型對系統進行數量化和定量化提出可選方案，確定可行的方案措施建立滿足要求的控制系統安全系統工程分析過程事故源 物Incorrect OperationTechnics Design Devic

24、e Failure 環境 人定義：人們在實現其目的性的行動過程中，突然發生了與人的意志相違背的，迫使其有目的的行動暫時或永久停止的事件。生產事故企業在生產過程中突然發生的傷害人體，損壞財物，影響生產正常進行的意外事件。生產事故分類工傷事故設備事故未遂事故生產區域發生的，與生產有關的人身傷害、急性中毒等。生產過程中突然發生導致設備、財物損壞的意外事件。突然發生了與人的意志相反的情況，沒有造成傷害或損失。事故（1）事故的因果性 事故是相互聯系的許多原因的結果。許多事故構成要素是“因”，導致了其一事件的結果；而本身又包含著，又是下一階段結果的“因”。由到以此類推。隨著時間的向前推移由近因找到遠因；由直接原因(也分第