安全工程學

錢新明（教授博士生導師）爆炸科學與技術國家重點實驗室第一章概論第一節安全的現狀

第二節安全科學與工程的發展沿革第三節安全工程學的基本概念第四節安全系統工程的研究對象和研究內容第一節安全的現狀安全的現狀當前社會意外事故頻發和嚴重，事故造成的經濟損失高達3~5%GDP；國家、社會和人民對安全健康的意愿不斷提高。我國每年人為技術導致的意外事故（工傷事故和交通事故）每年有14多萬人喪生，每年因公路交通事故、鐵路路外事故死亡8萬多人；其次是礦山事故，特別是煤礦事故，每年礦山因工死亡1萬多人，其中煤礦占90%以上。公安部門的調查表明，我國存在有13.82萬處重大火災隱患。職業病發病率居高不下，全國有兩千多萬工人在高塵毒和高噪音的環境中作業。今年上半年全國安全生產形勢總體穩定，主要表現為“四個下降、一個穩定”的特點。

1、全國傷亡事故總量下降

2、全國重、特大事故下降

3、大部份行業和領域傷亡事故下降

4、3月份以來煤礦傷亡事故下降

5、大部分地區安全生產狀況較為穩定2005年上半年全國安全生產的形勢

—（國家安全生產監督管理局調度中心數據）

2005年上半年全國安全生產的主要特點1、特別重大事故情況

全國發生特別重大事故7起，死亡484人，同比增加2起、282人。其中：煤礦企業發生4起，死亡366人，同比增加1起、260人；火災事故發生1起，死亡31人，同比起數持平，死亡人數減少23人；道路交通發生2起，死亡87人，同比增加2起、87人；水上交通未發生特別重大事故，同比減少1起、42人。

2、特大事故情況全國發生特大事故52起，死亡835人，同比減少15起、118人。其中：工礦商貿企業發生23起，死亡393人，同比減少2起、死亡人數增加37人。其中：煤礦企業發生20起，死亡338人，同比增加5起、116人。

2005年上半年安全生產的主要問題主要表現為“三個上升、兩個多發”。

1、全國特別重大事故上升

2、部分行業和領域的特大和特別事故上升

3、部分地區特大事故上升

4、危險化學品事故多發

5、重大未遂傷亡事故多發爆炸事故和恐怖爆炸是造成社會不穩定的重要原因，爆炸是威脅公共安全的主要形式，爆炸安全是公共安全的重要組成部分，是保護人民生命和財產安全，維持社會穩定，促進國民經濟持續健康發展，和創造和諧社會的重要保障之一。根據爆炸發生的機理和過程，爆炸安全涉及各種重大事件、事故和災害可以分為生產系統中的爆炸、社會生活中的爆炸和極端恐怖爆炸三個方面。

爆炸安全2001—2004年間全國工礦企業重特大、特別重大事故統計表

“太原市北郊區煙花廠特大爆炸事故”錄像片

第二節安全科學與工程的發展歷史馬斯洛（Maslow）“人的需要層次理論”1943年發表的《人類動機的理論》(ATheoryofHumanMotivationPsychologicalReview)生理的需要安全的需要社交的需要尊重的需要自我實現的需要勞動人民在日常的生活積累中和死亡、疾病斗爭的成果。中國古代醫書中防止中毒的措施(隋朝巢方著《病源諸侯論》，記述了防止中毒的措施；明代李時珍《本草綱目》記述了鉛中毒的現象)；1637年宋應星在《天工開物》中，詳細介紹了通過抽放瓦斯防止爆炸的技術措施。

安全工程的由來與發展1730年，英國設計出煤礦井下通風換氣方法。1754年亨克利出版了《礦工肺病和冶金工疾病》一書。1815年，戴維發明礦工安全等。蒸汽動力的發展，相繼引發了安全閥、壓力表、水位計、高壓鍋爐水壓檢驗等安全裝置和安全措施。1817年英國創建了檢驗公司(為了防止事故)。1833年美國制定了《蒸汽船檢驗規則》。1844年英國制定了《工廠法》，規定機器設備安裝安全裝置。1864年英國創辦了鍋爐保險公司。電力的應用也引發了電力安全，產生了接地、接零、絕緣、避雷針等，進而產生防爆電器設備、安全儀表、防護裝置等到廣泛應用。美國于1880年成立了機械工程師學會（ASME），并于1925年制定了壓力容器標準。

十九世紀末和二十世紀初，西方進入資本主義發展時期。工業規模的擴大，事故不斷增加。各國紛紛頒布安全法令，制定職業病條例。到1919年，聯合國成立了國際勞工局（ILO）。

二戰后，工業革命不斷加速，原子能工業和尖端工業誕生。石油化工鋼鐵冶金等傳統工業的迅猛發展，導致事故不斷加劇，環境污染越發嚴重。美、英、日等國分別于1971，1972和1973年相繼制定了安全衛生法（2002年中國制定了《安全生產法》）。

系統安全工程的由來和發展

1957年前蘇聯發射第一顆人造地球衛星。美國為了追趕前蘇聯的空間優勢，實行所謂的研究、設計、施工齊頭并進的方法，匆匆進行導彈技術的開發。由于對系統的可靠性安全性研究的滯后，導致在一年半的實驗中，連續發生了四次重大事故。美國空軍不得不以系統工程的方法研究導彈系統的可靠性和安全性。

1962年美軍方第一次提出了“AF彈道導彈開發系統安全工程”（systemsafetyengineeringfordevelopmentofAFballisticmissile）的概念。進而制定了“武器系統安全標準”。為后來發射多彈頭導彈成功創造了條件。

1966年，美國國防部采用了空軍的安全標準，制定了MIL-STD-83130，1969年7月發表了系統安全工程程序標準MIL-STD-882，這項標準的制定，奠定了系統安全工程的基礎。

1965年，美國波音公司和華盛頓大學在西亞圖召開了系統安全工程專門學術會議，以波音公司為中心對航空工業開展安全性和可靠性分析和設計的研究。在到導彈和超音速飛機的安全性評價方面，取得了良好的效果。但由于NASA對這種方法不重視，導致1967年三名阿波羅宇航員被燒死的事件。1974年，美國原子能委員會發表了商用核電站危險性概率風險評價報告，WASH-1400報告。采用了事件樹和故障樹等方法，即著名的“概率風險評價”（PRA）方法，評價報告的研究論文在“SCIENCE”發表后，引起了世界的關注。英國以原子能公司為中心，從60年代中期開始收集數據，對系統的安全性和可靠性，建立了系統可靠性數據庫。

美國道化學DOW公司1964年“火災爆炸指數評價法”，1997年發展到第七版。英國帝國化學公司ICI于1974年“蒙德評價法”加了毒性因素。我國安全系統工程開始與20世紀70年代末。80年代中期得到了發展。日本在70年代引進了系統安全工程的方法，但發展迅猛。從1971年科技聯盟召開“可靠性安全性技術討論會”以來，在電子、鐵路、汽車、原子能、化工、冶金等許多領域得到了廣泛的應用。

第三節安全工程學的基本概念安全、安全科學與安全工程安全，是指人的身心免受外界因素危害的存在狀態(即健康狀況)及其保障條件。安全科學，是指從人體免受外界因素危害的角度出發，在改造客觀世界的過程中，對整個客觀世界及其規律的進一步認識。安全工程，是指在具體的安全存在領域中，運用綜合集成技術，以保障人體動態安全的方法、手段、措施。安全學科理學工學社會科學醫學法學管理學安全學科與其他學科的關系安全科學與其他學科的關系系統定義：由相互作用和相互依賴的若干作成部分結合成的具有特定功能的有機整體。系統有自然系統和人造系統、封閉系統和開放系統、靜態系統和動態系統，實體系統與概念系統、宏觀系統與微觀系統、軟件系統與硬件系統。特點：整體性相關性目的性有序性環境適應性

系統工程定義：組織管理系統的規劃、設計、制造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有系統都具有普通意義的科學方法。系統工程屬于工程技術范疇，主要是組織管理各類工程的方法論，即組織管理工作；系統工程是解決系統整體及其全過程的優化問題的工程技術；系統工程對所有系統都具有普遍適用性。

可靠性、可靠度、可靠性工程

可靠性：系統在規定的條件下在規定的時間內完成規定功能的能力。可靠度：衡量系統可靠性的標準。指系統在規定的時間內完成規定功能的概率。R不可靠度：系統在規定的時間內不能完成規定功能的概率。（1-R）可靠性工程：研究系統可靠性的工程技術。可靠性工程要解決的是如何提高系統可靠度，使系統在其壽命周期內正常運行，圓滿完成其規定功能的問題。

安全系統工程

定義：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。理論基礎：安全科學、系統科學。追求：整個系統的安全和系統全過程的安全。重點：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。危險源辯識、評價、控制是中心。達到的預期：將系統粉線控制在人們能夠容忍的限度內。在現有經濟技術條件下，最經濟最有效的控制事故。第四節安全系統工程的研究對象和研究內容安全系統工程的研究對象—“人—機—環”系統人子系統。機器子系統。環境子系統

安全系統工程的研究內容系統安全分析—找出危險系統安全評價—評價危險程度安全決策與事故控制—控制、減少危險

安全系統工程的方法論從系統整體出發的研究方法本質安全方法人—機匹配方法安全經濟方法系統安全管理方法

安全系統工程的應用特點系統性預測性層次性擇優性技術管理融合性

第二章傷亡事故分類及統計分析方法

第一節企業職工傷亡事故分類標準第二節傷亡事故統計與數學分布第一節

企業職工傷亡事故分類標準—GB6441--86

1名詞、術語1.1傷亡事故：指企業職工在生產勞動過程中，發生的人身傷害（以下簡稱傷害）、急性中毒（以下簡稱中毒）。1.2損失工作日：指被傷害者失能的工作時間。1.3暫時性失能傷害：指傷害及中毒者暫時不能從事原崗位工作的傷害。1.4永久性部分失能傷害：指傷害及中毒者肢體或某些器官部分功能不可逆的喪失的傷害。1.5永久性全失能傷害：指除死亡外一次事故中，受傷者造成完成殘廢的傷害。2事故類別

3傷害分析3.1受傷部位——指身體受傷的部位。3.2受傷性質——指人體受傷的類型。確定原則：a.應以受傷當時的身體情況為主，結合愈后可能產生的后遺障礙全面分析確定；b.多處受傷，按最嚴重的傷害分類，當無法確定時，應鑒定為“多傷害”。3.3起因物—導致事故發生的物體、物質，稱為起因物。3.4致害物—指直接引起傷害及中毒的物體或物質。3.5傷害方式—指致害物與人體發生接觸的方式。3.6不安全狀態—指能導致事故發生的物質條件。3.7不安全行為—指能造成事故的人為錯誤。

4傷害程度分類4.1輕傷——指損失工作日低于105日的失能傷害。4.2重傷——105日的失能傷害。4.3死亡5事故嚴重程度分類5.1輕傷事故——指只有輕傷的事故。5.2重傷事故——指有重傷無死亡的事故。5.3死亡事故（1）重大傷亡事故—指一次事故死亡3-9人的事故。（2）特大傷亡事故—指一次事故死亡10-29人的事故。（3）特別重大事故—指一次事故死亡大于等于30人的事故。6傷亡事故的計算方法6.1千人死亡率：表示某時期，平均每千名職工中，因傷亡事故造成死亡的人數。

6.2千人重傷率：表示某時期內，平均每千名職工因工傷事故造成的重傷人數。

損失工作日計算表

1．死亡或永久性全失能傷害定6000日。2．永久性部分失能傷害按不同標準計算。3．表中未規定數值的暫時失能傷害按歇工天數計算。4．對于永久性失能傷害不管其歇工天數多少，損失工作日均按表定數值計算。5．各傷害部位累計數值超過6000日者，仍按6000日計算。第二節傷亡事故統計與數學分布2．1二項分布（Time-independentdistribution，Binomialdistribution）二項分布：當進行一種試驗只有兩種可能的結果時，叫成敗型試驗。在可靠性工程中，二項分布可用來計算部件相同并行工作冗余系統的成功概率，也適用于計算一次使用系統的成功概率。二項分布的特點:①二項分布的均值為np，方差為npq。②以事件A出現的次數為橫坐標，以概率為縱坐標，畫出二項分布的圖像，可以看出：p=q=0.5時，圖像對稱；p>q時，呈負偏態；q<p時，呈正偏態。③n->∞時，趨近于正態分布N(np,npq)，更具體的要求是n與p、q兩個中最小者的乘積大于5時，也就是說n至少大于等于10時。

2．2泊松分布(Poissondistribution)

泊松分布：一個系統，在運行過程中由于負載超出了它所能允許的范圍造成失效，在一段運行時間內失效發生的次數x是一隨機變量，當這隨機變量有如下特點時，x服從泊松分布。特點：當時間間隔取得極短時，只能有0個或1個失效發生；出現一次失效的概率大小與時間間隔大小成正比，而與從哪個時刻開始算起無關；特點3：各段時間出現失效與否，是相互獨立的。例如：飛機被擊中的炮彈數，大量螺釘中不合格品出現的次數，數字通訊中傳輸數字中發生的誤碼個數等隨機變數，就相當近似地服從泊松分布。

2．3指數分布(Exponentialdistribution)指數分布：許多電子產品的壽命分布一般服從指數分布。有的系統的壽命分布也可用指數分布來近似。它在可靠性研究中是最常用的一種分布形式。指數分布是伽瑪分布和威布爾分布的特殊情況，產品的失效是偶然失效時，其壽命服從指數分布。指數分布可以看作當威布爾分布中的形狀系數等于1的特殊分布，指數分布的失效率是與時間t無關的常數，所以分布函數簡單。威布爾分布：在可靠性工程中被廣泛應用，尤其適用于機電類產品的磨損累計失效的分布形式。由于它可以利用概率紙很容易地推斷出它的分布參數，被廣泛應用與各種壽命試驗的數據處理。