安全系统工程exam-概述课件

1、安全系统工程徐圆信息科学与技术学院E-mail: xuyuan课程内容 概述 系统安全分析 事故树分析 系统安全评价 系统安全决策12345概述概述 历史重大事故 安全生产重要性 生产安全事故分析 生产安全事故解决方案 过程安全评价技术 安全系统工程概念 事故源 安全生产是企业永恒的主题，没有安全就没有效 益，安全工作已经越来越被摆在重要的位置。 关系到国家财产和人民生命的安全，关系到社会 的稳定与健康发展。安全生产重要性生产安全事故分析原因总结：工艺技术：盲目修改工艺、工艺设计不合理、工艺不成熟、操作过程中工艺参数控制不严格；设备、材料原因：设备在制造过程中存在原始缺陷，选材不合适；人为因素

2、：违章操作、判断失误、违章指挥、制度不严、工作责任心不强； 其他因素：由于雷电或物体打击、碰撞而造成意外事故。 其中员工的不安全行为是最主要的原因，由此引发的事故占70%以上。 因此，加强系统安全教育、关注生产装置或流程安全操作、评价、预警与应急救援是杜绝或减少事故的关键。 安全评价（Hazard & Risk assessment ） 以保障安全为目的，按照科学的程序和方法，从系统的角度对工业生产或工 程项目中潜在的危险（Hazard）及危险可能造成的损失（Risk，风险）进行预 先识别、分析和评价,为制定防灾措施和管理决策提供依据。 由于安全评价在消除危险隐患方面有重大作用，已列入许多国家

3、的法规及国 际安全标准。“安全第一, 预防为主, 综合治理”这一新的安全发展观, 赋予安全管理工作新的内涵 就是要“以人为本”, 把安全生产工作的关口前移, 超前防范, 综合运用多种手段, 改善安全状况, 最大限度地预防安全事故。过程安全评价技术 安全预评价是在项目建设前期进行的, 它是安全设计的主要依据, 能有效地避免项目建成后因为安全要求引起的返工和调整。 安全验收评价是在建设项目竣工、试生产运行正常后进行的, 能查出装置的缺陷和不足, 以利于企业及早采取措施, 提高安全水平。 安全现状综合评价是针对某一个生产经营单位总体或局部的生产经营活动的实际安全状况进行的一种安全评价, 是对在用的生

4、产装置、设备以及贮存、运输及安全管理状况进行的全面的综合性评价, 目的是让企业对本单位的安全现状有一总体的把握, 从而实现预防性管理。过程安全评价技术安全评价 安全预评价 安全验收评价 安全现状综合评价 安全评价技术源于美国，发展至今提出的安全评价方法不下几十种，各种方法适于特定场合，具有不同特点，美国化学工程师协会下属的化工安全中心1985 年出版了安全评价指南，其中介绍了11 种常用的评价方法：过程/系统检查表安全复查道公司及蒙德公司危险指数法危险与可操作性分析（HAZOP）如果怎么样可操作性研究故障类型、影响及致命度分析故障树分析事件树分析原因、后果分析人员失误分析人工安全评价技术评价方

5、法安全检查表法（SCL）预先危险分析法（PHA）故障类型及影响分析法（FMEA）危险可操作性研究（HAZOP）事件树分析法（ETA）故障树分析法（FTA）危险指数评价法（F&EI）人的可靠性分析法（HRA）方法特点简单易行，编制难度及工作量大初步评价参考侧重于对工艺和设备的影响后果简单易行，易受主观因素影响简单易行，易受主观因素影响计算精确，难以计算适用范围系统的定性评价系统初步设计的初步定性评价根据各子系统的故障类型对系统进行定性评价通过指导语句和标准格式寻找工艺偏差，以辨识危险源，确定控制风险的对策。局部工艺、设备装置的定性定量评价局部工艺、设备装置的定性定量评价利用子系统的危险指数值计算

6、系统的危险指数值。利用人的可靠性的概率来计算系统的可靠性人工安全评价技术评价方法概率危险评价法（PBHA）作业条件危险性评价法（LEC）类比法道化学法（DOW）日本六阶段法适用范围 通过分析子系统的可靠性来计算系统的可靠性概率的大小对与风险有关的三种要素进行半定量评价作业场所的定性评价火灾爆炸危险性的系统整体宏观定量分析系统的定量定性评价方法特点有利于掌握企业内部各危险点的危险状况和整改措施的实施。简单易行，检测量大、费用高。简捷明了，整体宏观评价准确性高，工作量大人工安全评价技术早期的计算机辅助方法在分析方法本身没有突破，主要用于辅助人工分析方法，用计算机程序生成HAZOP的结果说明文本；1

7、980年D.A.Lihou开发了在过程失控时的计算机辅助HAZOP软件CAFOS；1989年Anon开发的SAnDoc软件；1990年Prima tech Inc.公司开发了称为HAZOPPC的商品化软件都属于安全分析文本说明的计算机程序。可以用于工业危险分析，软件可记录分析结果，软件具备语句文字处理能力，还能编辑检查表及计算风险值。计算机辅助安全评价技术提供计算机辅助绘制故障树和编辑故障树的软件主要有：按一定排列试验事件的组合算法： PREQUAL 和PREP-KITT软件采用布尔代数法的软件 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）仿真方法的软件 REMO、MOCARE、CRESSEX，CRESSC 和CRESSCN（可以求最小径集）计算机辅助安全评价技术报告认为在过程工业中最关键的计算机计算技术是：计算分子科学（CMS）计算流体动力学（CFD）过程建模（Process Modeling）仿真（Simulation）操作优化（Operation Optimization）控制 (Control)计算机辅助与定性、定量动态仿真结合安全评价技术基于建模和仿真的危险识别技术在80 年代已

9、经开始研究，大致经历四个阶段： 基于定性模型的仿真阶段 基于定性和定量混合模型的仿真阶段 动态仿真定量案例试验 计算流体动力学仿真普及化阶段计算机辅助与定性、定量动态仿真结合安全评价技术1987年Parmar 和Lees 采用定性传播方程解决工厂建模进行自动HAZOP 分析。采用定性方法，原因是为了处理那些得不到研究对象精确模型的问题。定性仿真是以非数字手段处理信息输入、建模、行为分析和结果输出等仿真环节，通过定性模型推导系统的定性行为的描述。基于定性微分方程(QDE)的定性仿真理论是B.J.Kuipers 于1986 年提出，给出了定性仿真算法(QSIM)。这是目前定性仿真中发展最成熟的理论

10、，在危险识别中应用较广。基于定性仿真模型的危险识别 人们发现仅考虑定性建模,其不精确性仍然是主要缺 点。因此开展了定性和定量仿真混合方法的研究。 当对象特性没有复杂的化学反应或明显的非线性特 征时，可以考虑采用部分机理推导的模型补充定性 模型的不足。定性仿真和定量仿真混合的危险识别 近几年，特别是美国2020 发展报告提出后，动态 仿真定量建模平台技术取得了突破性进展，出现 了过程系统建模平台微机化、商品化和大众化的 趋势。 采用精确度更高、更加严格的定量动态模型进行 危险识别、案例试验和安全控制系统测试得到广 泛应用。动态仿真定量化危险剧情试验 将虚拟现实技术(Virtual reality

11、, VR)应用于安全评价中,对 评价项目流程及其可能发生的灾害后果进行VR仿真,直观形 象地描述评价项目的危险程度。 根据评价结果提出整改措施后,再对整改后的系统进行VR仿 真，清晰直观地检验整改措施的有效性,从而全方位地辅助 安全评价取得成功。 虚拟现实是在众多的相关技术(如图形学、仿真技术、多媒 体技术、传感技术等)基础上发展起来的。 包括以下关键技术：动态环境建模技术；快速三维图形生 成技术；立体显示和传感器技术；系统集成技术；用户的 适应性分析；应用系统开发工具。虚拟现实技术在安全评价中的应用 虚拟现实安全生产应用技术：工厂及其环境的建模仿真；工厂的试运转仿真；灾害事故的仿真分析；事故

12、的风险预测及事故损失分析仿真。 虚拟现实的体系结构虚拟现实技术在安全教育与应急救援中的应用电子地图与虚拟工厂交互 灾难事故模拟平台过程生产事故可分为三类： 火灾 爆炸 毒物泄漏 爆炸约占35%，爆炸事故导致的损失约占所有事故损失的67.7%。模拟预测各种事故灾难，可有效进行安全教育、应急救援方案落实和防止事故发生。 基于专家系统的HAZOP分析 基于模糊逻辑的安全评价技术 基于神经网络技术的风险识别技术 基于模糊聚类-分级算法的过程工业报警优化 基于物元分析的过程工业报警优化 SDG定性推理与安全评价技术 。基于人工智能技术的安全评价技术操作室缺点：瞬间处理信息的能力是有 限，当某一变量超出正

13、常 范围时常常很容易被忽略。 智能化报警系统缺点：过程工业规模日趋扩大， 报警设置增多，大量的报 警仍然影响操作员关注报 警的概率及对报警做出响 应的有效性。 加强生产监控管 理力度 研究智能化报警 监控管理方法报警监控过程报警监控系统可拓管理 按照国际EEMUA_2的推荐，保持操作员有效处理报警的报警频率是每10 min一个报警(即一天150个报警)，操作员可以处理的最大报警频率为每5min一个报警(即一天300个报警) 过程报警监控系统可拓管理 安全报警监控物元模型R1 物耗报警监控物元模型R2 能耗报警监控物元模型R3 生产指标报警监控物元模型R4基于生产经验故障诊断进一步研究与完善智能

14、化生产过程故障诊断方法故障诊断智能化故障诊断系统 缺点：过程工业变量较多，相互间 的关系复杂，知识表达不统 一、知识获取不完全，以及 无法利用原系统中的知识等 原因，造成其难以解决大型 化、复杂化的过程工业故障 诊断缺点：仅适用于小型的工业过程可拓CBR过程生产故障诊断安全评价技术发展趋势 多种评价方法集成型评价技术与安全评价软件系统的开发 基于机器学习的智能安全评价与诊断系统 基于地理信息（GIS）与虚拟现实的企业安 全生产监控与管理安全系统工程概念安全系统工程是以机械、设备、原材料、人和环境等综合系统为研究对象，最终以保护人和生产资料的安全为目的，以系统理论为指导，结合其他技术，研究各种安

15、全问题的综合性学科。研究内容包括： 系统安全分析找问题 系统安全评价问题是否可接受 安全决策与事故控制安全管理通过对该课程的学习，懂得如何分析系统的安全状况，培养系统分析习惯，掌握系统危险因素分析方法，能够熟练进行系统安全评价。系统：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。系统特征： （1）整体性 两个或两个以上相互区别的要素（元件或子系统） （2）相关性 要素之间、要素与子系统、系统和环境之间相互联系、 相互依赖、相互作用 （3）目的性 系统是为完成某种任务或实现某种目的而发挥功能 （4）有序性 空间结构的层次性和系统发展的时间顺序性 （5）环境适应性 系统与环境进

16、行物质、能量和信息交换，环境也 是系统的约束条件系统系统分类： 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可靠性：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。利用可靠度进行衡量。可靠度：指系统在规定的时间内完成规定功能的概率。系统如何理解安全？是一种状态？是一种过程？是人们的期望？处于何种状态为安全？这个过程从何时起，何时止？不能实现？安全是一个复杂系统的动态过程或状态，其目标是人、物不受到伤害或损失。没有绝对的安全，也没有永恒的安全。安全性安全性是系统在可接受的最小事故损失条件下发挥其功能的一种品质，也可将安全性定义为“不发生

17、事故的能力”。安全可靠性安全性过程：宿舍食堂教室。人身是否收到伤害？是否影响到正常上课？正常上课的条件和状态？ 结果：上课能正常进行的概率是多少？过程：飞行过程中会不会发生事故？会不会造成机毁人亡的事件？结果：能否完成运送乘客、物资以及特殊的行动计划和预定的功能？安全性VS可靠性安全系统具有如下特点：（1）系统性 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。 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。（2）开发性 安全系统寄生在客体（另一个系统）中，它们之间进行着物质、 能量或信息的交流。（3）确定性与非确定性 系统发展演化的规则是确

18、定的，但其发展过程是随机的（某一时 刻是否处于安全状态难以确定），不确定。（4）有序和无序的统一 有序对应于系统处于安全状况，无序是事故发生的瞬间。（5）突变性或畸变性 突变和畸变是灾害事故的启动。安全系统特点安全系统工程 定义：安全系统工程（Safety System Engineering）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。 安全系统工程解决的问题： 如何控制和消除导致人员死伤、职业病、设备或财产损失的因素，最终实现在功能、时间、成本等规定的条件下，系统中人员和设备所受的伤害和损失为最小。（1）理论基础

19、：安全科学和系统科学（2）追求的是整个系统的安全和系统全过程的安全（3）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）目标是将系统风险控制在人们能够容忍的限度以内安全系统工程定义安全系统工程产生事故的积极一面 事故具有鲜明的反面教育的作用 事故是一种特殊的科学实验 事故是诞生新的科学技术的催化剂 安全系统工程的产生安全系统工程发展过程产生及发展本源 1947年9月 美国航空科学院报导了一篇题为“安全工程”的论文， 最早提出系统安全概念的论文 60年代 安全系统工程这一概念为合同文件所正式采用，确 定了系统设计中安全的地位 1962年4月 美国空军公布了弹道导弹部的

20、BSD第64-41号文“发 展空军弹道导弹的系统安全工程”，向设备生产厂商 提出了安全要求。首先建立了安全系统工程的概念 60年代 英国收集核电站故障数据，奠定了定量评价的基础 1974年 美国原子能委员会发表了原子能电站事故评价报 告，作出了核电站的安全性评价安全系统工程发展过程安全系统工程发展过程引用及应用发展 1964年 美国道化学公司发表了“火灾爆炸指数评价法” 道氏法 20世纪60年代 英国帝国化学公司在道氏法的基础上开发了蒙得 评价法 20世纪70年代 日本劳动省发表了“化工企业安全评价指南” 化工企业六步骤安全评价法 20世纪70年代末 天津东方化工厂应用安全系统工程成功解决了高

21、 度危险企业的安全生产问题我国的首次应用 20世纪80年代中后期 系统安全评价理论和方法研究安全系统工程发展过程（1）安全系统工程是在事故的逼迫下产生的。（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。（4）安全系统工程不仅包括分析与评价技术，也包括管理 科学内容。安全系统工程发展特征（1）人子系统 人的生理、心理，人的安全行为（2）机器子系统 不仅从工件的形状、大小、材质及其可靠性方面研究，还要考虑 其对人的要求和从人的角度对机器的要求出发进行研究（人 机的配合）（3）环境子系统 考虑环境的理化和社会因素机人环境安全系统工程研究对

22、象（1）系统安全分析 使系统不发生或少发生事故的前提是，预先发现系统可能存在 的危险因素，明确其对系统安全性的影响程度。辨别、分析系统 危险因素，并根据需要对其进行定性、定量描述的技术方法。（2）系统安全评价 通过评价掌握系统事故风险大小，并与预定安全指标进行比较， 确定是否对危险因素采取安全措施，使其值降至标准以下。根据 评价对象的特定、规模，评价要求和目的，采用不同的方法。（3）安全决策与事故控制 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。安全系统工程研究内容（1）从系统整体出发 系统的要素存在矛盾时，寻求各方可接受的满意解；安全系统工 程的优化思路贯穿于系统的规划、设计

23、、研制和使用各阶段。（2）本质安全 系统本身（相对于外部环境而言）不存在安全隐患。安全的最理 想状态，也是安全追求的最高阶段（目前）。（3）人机匹配 人机匹配是系统安全至关重要的因素。（4）安全经济 安全投入与安全的目标的合理化。 投入越大越安全。安全是相对的。较少的投入与可接受的安 全目标。安全系统工程方法论提出问题、明确目标和范围选择评价系统指标或顶端事件明确系统组成要素及其相互关系建立数学模式或数学模型对系统进行数量化和定量化提出可选方案，确定可行的方案措施建立满足要求的控制系统安全系统工程分析过程事故源 物Incorrect OperationTechnics Design Devic

24、e Failure 环境 人定义：人们在实现其目的性的行动过程中，突然发生了与人的意志相违背的，迫使其有目的的行动暂时或永久停止的事件。生产事故企业在生产过程中突然发生的伤害人体，损坏财物，影响生产正常进行的意外事件。生产事故分类工伤事故设备事故未遂事故生产区域发生的，与生产有关的人身伤害、急性中毒等。生产过程中突然发生导致设备、财物损坏的意外事件。突然发生了与人的意志相反的情况，没有造成伤害或损失。事故（1）事故的因果性 事故是相互联系的许多原因的结果。许多事故构成要素是“因”，导致了其一事件的结果；而本身又包含着，又是下一阶段结果的“因”。由到以此类推。随着时间的向前推移由近因找到远因；由直接原因(也分第