基于HAZOP和模糊数学的操作可靠性分析.pdf

总第15期 工作探讨 中国公共安全 学术版 6 2009 No 02 Work Discussion China Public Security Academy Edition 139 收稿日期 2009 07 06 作者简介 曾晓 1985 男 江西泰和人 现就读于南京工业大学城市建设与安全工程学院安全工程系 硕士研究生 主要从事化工装置及工艺安全的研究 张礼敬 1962 男 江苏高邮人 教授 硕士生导师 主要从事金属材料及热处 理 金属焊接 失效分析 装备安全 安全工程 建设项目 工程 安全评价 危险化学品安全评价等项目的研究和专 业教学工作 周俊峰 1984 男 江苏泰州人 安全工程师 现为中国长江航运集团南京金陵船厂安技处安技员 唐平 1984 男 江苏南京人 现就读于南京工业大学城市建设与安全工程学院安全工程系 硕士研究生 主要从事化工工 艺安全的研究 基金项目 国家安全生产监督管理总局 2008年度安全生产科技发展计划 08 089 摘 要 随着企业自动化水平的不断提升 机器对人的要求越发严格 再加上大量人为失误事故的存在 因此人员操作可靠 性的研究也就显得格外重要了 本文首先通过人物环境三方面系统分析了 人员误操作的原因 然后再针对以往模糊数学综合分 析法的主观性 提出 了 一种基于HAZOP定性分析和模糊数学定量分析相结合的新方法 全面系统地分析整个过程中 人的操作 可靠性 精确量化其危险性 从而能更好地改良人机系统 促进系统的本质安全化 关键词 可靠性 误操作 HAZOP分析 模糊数学 定量分析 中图分类号 X937 文献标识码 A 文章编号 16722396 2009 17 0139 05 基于HAZOP和模糊数学的 操作可靠性分析 曾 晓1 张礼敬1 周俊峰2 唐 平1 1 南京工业大学城市建设与安全工程学院江苏省城市与工业安全重点实验室 南京 210009 2 南京金陵船厂 南京 210015 Analysis of Operation Reliability Based on HAZOP and Fuzzy Mathematics ZENG Xiao1 ZHANG Li jing1 ZHOU Jun feng2 TANG Ping1 1 Jiangsu Key Laboratory of Urban and Industrial Safety School of Urban Construction and Safety Engineering Nanjing University of Technology Nanjing 210009 China 2 Jinling Shipyard of Nanjing Nanjing 210015 China Abstract As the degree of automation promoted and many human error accidents the machine is even stricter to human s operation Therefore it is much more important to the reliability research for the personnel operation After systematacial analysis of personnel misoperation reasons by three fields of people objects and environment this article proposes one kind of new method which combines the HAZOP qualitative analysis with the fuzzy mathematics quantitative analysis compared to the subjectivism of the previous fuzzy mathematics composite analysis in order to specifically analyze the human s operation reliability in the entire process improve the human machine systems better and accelerate the system intrinsic safety Key words relialility misoperation HAZOP analysis fuzzy mathematics quantitative analysis 中国公共安全 学术版 工作探讨 总第15期 China Public Security Academy Edition Work Discussion 6 2009 No 02 140 0 引 言 随着企业自动化程度的提高 机器对人的要求越 来越高 从早期的体质 感知方面的要求逐渐过渡到 对人的认知 情感和社会等方面的要求 在企业的各 种人机系统中 人的因素越来越受到重视 从安全角 度出发 由于大量人为失误事故的存在 因此提高人 的可靠性成为复杂人机系统中避免事故发生的一个重 要途径 在人的可靠性研究中 人员操作的可靠性分析应 该是重中之重 同时应指出提高人的可靠性的途径 纵观所有事故 不难发现大部分事故起因于误操作 包括人的不安全行为导致的误操作 物的不安全状态 导致的误操作以及环境因素导致的误操作 本文定性 和定量分析人员操作的可靠性 1 人员误操作原因分析 海因里希事故致因理论表明 有80 的事故是由 于人的误操作造成的 日本对灾害事故的统计同样有 类似结果 1 在系统安全中 危险来自于人的不安全状 态 物的不安全状态以及环境因素的共同影响 下面主要从三个方面 分析引起人员误操作的原 因 1 1 人的不安全行为与误操作 不安全行为是人表现出来的 是与人的心理特征 相违背的 非正常行为 在人们的生产活动中 曾引 起或可能引起事故的行为 必然是不安全行为 出现 一次不安全行为 不一定就会发生事故 造成伤害 然而不安全行为 必然会导致事故 一般情况下 引 起人的不安全行为的原因可以归结为以下四个方面 1 工作态度不端正 由于对安全生产缺乏正确的 认识 故意做出不安全的行为 或由于某种心理 鲁 莽 草率 懒惰 侥幸 省能 逆反 凑兴 紧张 等 和精神方面的原因 忽视安全 2 缺乏安全生产知识 如缺乏安全经验 作业不 熟悉 信息处理失误等 3 生理或健康状况不良 如视力 听力低下 疾 病 反应迟钝 醉酒或其它生理机能障碍等 4 安全防护措施不当 比如未穿戴个人防护用 品 未落实好安全措施就开始作业等 1 2 物的不安全状态与误操作 由于物的能量可能释放从而引起事故的状态 称 为物的不安全状态 这是从能量与人的伤害之间的联 系所给以的定义 有物的不安全状态存在 不一定会 引发事故 然而一旦它促使操作人员产生误操作 那 么事故也就在所难免 由此可以得出 误操作是物的 不安全状态演化成事故的导火索 因此 正确判断物 的具体不安全状态 控制其发展 对预防 消除误操 作事故有直接的现实意义 1 3 生产作业环境与误操作 工业生产是一套人 机 环境系统 系统因素合 理匹配并实现 机宜人 人适机 人机匹配 可使 机 环因素更适应人的生理 心理特征 人的操作行 为就可能在轻松中准确进行 减少失误 提高效率 消除事故 在生产作业环境中 温度 湿度 照明 振动 噪声 粉尘 有毒有害物质等因素 不但会影 响人在作业中轻松的工作情绪 不适度的 超过人体 接受的环境条件 还会导致人的职业性伤害 2 人员操作可靠性定性分析 对于人员操作可靠性的定性分析 可以采用安 全评价中的HAZOP分析方法 通过基于人员操作的 HAZOP分析 可以确定整个系统中存在的危险操作 从而根据分析出的原因提出相应的安全措施 确保操 作的可靠性 HAZOP分析 2 是一种用于辩识设计缺陷 工艺过 程的危害及操作性问题的定性分析方法 在人机系统 的研究中 连续的操作流程按照一定的原则分成许多 分析节点 根据相关的设计参数指导词 对操作 上可能出现偏离的情况提出问题 组长引导小组成员 对该危险做出简单的描述 评估安全措施是否充分 并为设计和操作推荐更为有效的安全保障措施 如此 对设计的操作流程反复使用该方法分析 直到整个人 机系统的所有操作都被讨论过后 HAZOP分析工作才 算完成 基于人员操作的HAZOP分析 主要采用原因到后 果的HAZOP分析 尽管分析的程序与其他的HAZOP分 析方法类似 但是还是存在一些特殊的地方 1 分析过程中偏差不仅包括操作上量的偏离 还 包含操作步骤的颠倒与忽略 2 分析表中原因 后果 保护设施及建议措施之 间有准确的对应关系 分析组可以找出某一偏差的各 种原因 每个原因单独对应着某个 或几个 后果及 总第15期 工作探讨 中国公共安全 学术版 6 2009 No 02 Work Discussion China Public Security Academy Edition 141 a取值1 316 计算判断矩阵UF2的最大特征向量IF2为 IF2 0 307 0 233 0 078 0 097 0 131 0 154 同理 其他的评价指标的权重如下 IF1 0 150 0 591 0 259 IF3 0 428 0 247 0 325 IF 0 188 0 564 0 248 3 3 评价矩阵的确定 在以往的模糊数学综合评价方法 4 5 6 7 中 对于 评价矩阵的确定 主要是先构建包含多个等级的评语 集 然后采用专家打分的形式来确定各个指标的评价 矩阵 然而 采用专家打分的方式得到的结果比较具 有主观性 在有限专家的情况下 由于各个方面的原 因 得到的结果误差比较的大 因此 本文尽量采用 公式的方式来确定评价矩阵 精确量化其结果 3 3 1 人的不安全行为评价矩阵确定 统计被评估时间段内事故与准事故资料中操作人 员不安全行为出现的频次 将每个不安全行为的频次 除以总的频数 则可以得到每个不安全行为的概率Pi 从而得到人的不安全行为的评价矩阵为 AF2 P1 P2 P6 3 3 2 物的不安全状态评价矩阵确定 根据物的不安全状态因素的内容 建立评价集 V 没有危险 稍微危险 危险 严重危险 同时设 置各评价集等级的参数如表1 表1 评价集指标数值表 根据评价集等级参数 可以对物的不安全状态各 因素进行单因素评判 得到各个因素的风险值hi 然后 将各个因素的风险值组合起来 即可得到物的不安全 状态评价矩阵为 AF1 h1 h2 h3 3 3 3 环境影响因素的评价矩阵确定 在众多的环境因素中 按对人的操作影响程度高 低 依次为照明 噪声及温度 保护措施 此外 对于偏差的各种原因的分析 可以参照第 二节的误操作原因分析的内容 进行融会贯通 3 人员操作可靠性定量分析 在进行HAZOP分析之后 对于特别重要的及易产 生误操作的操作过程 应用基于模糊数学进行定量分 析 具体步骤为 首先建立评估体系 其次通过层次 分析法计算各个层次内部各个因素之间的权重 然后 运用不同的方法计算评价矩阵 最后由权重及评价矩 阵计算操作的可靠性 通过这种方式 建立一整套标 准的可靠性评估程序 3 1 建立评估体系 为了综合评价一个人机系统中人的操作可靠性现 状 首先应该对该生产企业所属行业已经出现或可能 出现的有关人的不安全行为进行普查 通过对近几年 来全国性事故资料的分析和大中型企业调查 搜集了 大量的人机系统中不安全情况的具体表现 筛选出可 能出现的不安全情况的表现形式 提取本质共性的东 西加以标准化描述 依照人的行为复杂程度 建立关 于人员操作可靠性的评估体系 具体如图1 图1 可靠性评估体系 3 2 权重的计算 在广泛征询10位专家意见的基础 且根据指数标 度法an 3 联系各个一级和二级评价指标 构造出关于 操作可靠性的判断矩阵Ui i Fl F2 F3 F 从而求出各个 指标的权重 以人的不安全行为为例 构造判断矩阵 如下 等级没有危险稍微危险危险严重危险 参数00 50 81 中国公共安全 学术版 工作探讨 总第15期 China Public Security Academy Edition Work Discussion 6 2009 No 02 142 根据文献 8 工作面照明 噪声 温度对操作可靠 性的影响系数分别为 C1 1 e 0 14x 1 式中 C1为照明对操作可靠度的影响系数 x为工 作面光照度 lx C2 1 e 0 57x 100 z 2 式中 C2为噪声对作业可靠度影响系数 z为噪声 强度 dB A C3 1 e 0 002 T 21 3 式中 C3为温度对作业可靠度的影响系数 T为工 作面风温 从而得到环境影响因素的评价矩阵为 AF3 1 C1 1 C2 1 C3 3 4 人的操作可靠度计算 3 4 1 一级综合评判 根据实际情况 确立了各个一级评价指标的评价 矩阵Ai后 再考虑各指标的子因素的权重I 即可得到 各个一级评价指标的综合评判结果Bi B1 A1 I1 i F1 F2 F3 4 3 4 2 二级综合评判 综合各个一级评价指标的评价结果 可得到二级 评价指标的评价矩阵A BF1 BF2 BF3 再考虑二级评价 指标的权重向量IF进行综合评判 得到最终的评判结果 即人员操作的危险度 为 B A IF 5 从而可得出人员操作的可靠性R为 R I B 6 4 举 例 以某船厂造船工序为例 经过对该工艺 如图2 进行操作的HAZOP分析 得到是机械加工 电焊 船 体合拢及起重作业等都存在操作上的危险性 下面选 择起重作业进行操作可靠性定量分析 图2 造船工序流程简图 4 1 评判矩阵的确定 4 1 1 AF1的确定 对起重作业现场中设备的考察 根据表1的评价 等级 可以评价出物的不安全状态的各个因素的风险 值 即评判矩阵AF1为 0 0 0001 0 5 其中由于装置没有 出现缺陷 因而选择F12的风险值为装置的目标可靠度 0 0001 9 而周围装置的风险值 由于存在不确定性 所以根据模糊数学法 10 取值0 5 4 1 2 AF2的确定 收集该企业在起重作业中100例由于人的不安全行 为所产生的事故或准事故进行分析 统计分析结果如 表2显示 表2 事故统计分析 由此可以得出各个不安全行为的概率P1 P6的分别 为0 53 0 17 0 11 0 04 0 05和0 10 从而得到人的不安全行为评判矩阵AF2为 0 53 0 17 0 11 0 04 0 05 0 10 4 1 3 AF3的确定 对作业现场进行考察 收集影响人操作的环境因 素数据 其中光照度为50lx 噪声为90dB 平均风温 为25 代入公式 1 3 可以计算出C21 C22 C23分 别为0 999 0 997和0 992 从而得到环境影响因素的评 价矩阵AF3为 0 001 0 003 0 008 4 2 综合评判 采用公式 4 对人的不安全行为 物的不安全状 态及环境影响因素分别进行一级综合评判 得到的结 果构成二级评判矩阵A为 0 1296 0 2367 0 0038 进而 运用公式 5 对人的操作危险度进行一级综合评判 得到该企业起重作业的整体操作危险性为0 1588 即人 员操作可靠度为0 8412 显然 在整个起重作业中 可靠度为0 8412的人 工操作是无法令人十分满意的 换一句话说 在这个 企业的起重作业过程中还是存在着一定的风险隐患 事故类型事故频数所占比例 不正确的动作F15353 不正确的判断F21717 缺乏预备性的工作F31111 不适当的工作情绪F444 缺乏有效的沟通与协调F555 不正确的指挥和不合理的规章制度F61010 总第15期 工作探讨 中国公共安全 学术版 6 2009 No 02 Work Discussion China Public Security Academy Edition 143 参考文献 1 段齐骏 王小沁 人机系统操作可靠性的GM分析方法 J 南京理工大学学报 2006 26 1 57 60 2 赵铁锤 杨