安全工程学课件1-2章.ppt

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1、安全工程学安全工程学 钱新明钱新明（教授（教授 博士生导师）博士生导师）爆炸科学与技术国家重点实验室爆炸科学与技术国家重点实验室2021/9/241第一章第一章 概论概论第一节第一节 安全的现状安全的现状第二节第二节 安全科学与工程的发展沿革安全科学与工程的发展沿革第三节第三节 安全工程学的基本概念安全工程学的基本概念第第四四节节 安安全全系系统统工工程程的的研研究究对对象象和和研研究究内容内容2021/9/242第一节第一节 安全的现状安全的现状2021/9/243安全的现状当前社会意外事故频发和严重，事故造成的经济损失高达35%GDP；国家、社会和人民对安全健康的意愿不断提高。我国每年人为

2、技术导致的意外事故（工伤事故和交通事故）每年有14多万人丧生，每年因公路交通事故、铁路路外事故死亡8万多人；其次是矿山事故，特别是煤矿事故，每年矿山因工死亡1万多人，其中煤矿占90%以上。公安部门的调查表明，我国存在有13.82万处重大火灾隐患。职业病发病率居高不下，全国有两千多万工人在高尘毒和高噪音的环境中作业。2021/9/244今年上半年全国安全生产形势总体稳定，主要表现为“四个下降、一个稳定”的特点。1 1、全国伤亡事故总量下降、全国伤亡事故总量下降 2 2、全国重、特大事故下降、全国重、特大事故下降 3 3、大部份行业和领域伤亡事故下降、大部份行业和领域伤亡事故下降 4 4、3 3月

3、份以来煤矿伤亡事故下降月份以来煤矿伤亡事故下降 5 5、大部分地区安全生产状况较为稳定、大部分地区安全生产状况较为稳定 20052005年上半年全国安全生产的形势年上半年全国安全生产的形势（国家安全生产监督管理局调度中心数据）（国家安全生产监督管理局调度中心数据）2021/9/24520052005年上半年全国安全生产的主要特点年上半年全国安全生产的主要特点1、特别重大事故情况、特别重大事故情况全国发生特别重大事故7起，死亡484人，同比增加2起、282人。其中：煤矿企业煤矿企业 发生发生4起，死亡起，死亡366人，同比增加人，同比增加1起、起、260人；人；火灾事故火灾事故 发生发生1起，死

4、亡起，死亡31人，同比起数持平，死亡人数减人，同比起数持平，死亡人数减少少23人；人；道路交通道路交通 发生发生2起，死亡起，死亡87人，同比增加人，同比增加2起、起、87人；人；水上交通水上交通 未发生特别重大事故，同比减少未发生特别重大事故，同比减少1起、起、42人。人。2、特大事故情况、特大事故情况全国发生特大事故52起，死亡835人，同比减少15起、118人。其中：工矿商贸企业工矿商贸企业 发生发生23起，死亡起，死亡393人，同比减少人，同比减少2起、死亡起、死亡人数增加人数增加37人。其中：人。其中：煤矿企业煤矿企业 发生发生20起，死亡起，死亡338人，人，同比增加同比增加5起、

5、起、116人。人。2021/9/2462005年上半年安全生产的主要问题年上半年安全生产的主要问题主要表现为“三个上升、两个多发”。1、全国特别重大事故上升、全国特别重大事故上升2、部分行业和领域的特大和特别事故上升、部分行业和领域的特大和特别事故上升3、部分地区特大事故上升、部分地区特大事故上升4、危险化学品事故多发、危险化学品事故多发5、重大未遂伤亡事故多发、重大未遂伤亡事故多发2021/9/247爆炸事故和恐怖爆炸是造成社会不稳定的重要原因，爆炸是威胁公共安全的主要形式，爆炸安全是公共安全的重要组成部分，是保护人民生命和财产安全，维持社会稳定，促进国民经济持续健康发展，和创造和谐社会的重

6、要保障之一。根据爆炸发生的机理和过程，爆炸安全涉及各种重大事件、事故和灾害可以分为生产系统中的爆炸、社会生活中的爆炸和极端恐怖爆炸三个方面。爆炸安全2021/9/24820012004年间全国工矿企业年间全国工矿企业重特大、特别重大事故统计表重特大、特别重大事故统计表2021/9/249“太原市北郊区烟花厂特大爆炸事故太原市北郊区烟花厂特大爆炸事故”录录像片像片2021/9/2410第二节第二节 安全科学与工程的发展安全科学与工程的发展历史历史2021/9/2411马斯洛（马斯洛（MaslowMaslow）“人的需要人的需要层次理论层次理论”1943年发表的人类动机的理论(A Theory o

7、f Human Motivation Psychological Review)生理的需要安全的需要社交的需要尊重的需要自我实现的需要2021/9/2412劳动人民在日常的生活积累中和死亡、疾病斗争的成果。中国古代医书中防止中毒的措施(隋朝巢方著病源诸侯论，记述了防止中毒的措施；明代李时珍本草纲目记述了铅中毒的现象)；1637年宋应星在天工开物中，详细介绍了通过抽放瓦斯防止爆炸的技术措施。安全工程的由来与发展安全工程的由来与发展2021/9/24131730年，英国设计出煤矿井下通风换气方法。1754年亨克利出版了矿工肺病和冶金工疾病一书。1815年，戴维发明矿工安全等。蒸汽动力的发展，相继引

8、发了安全阀、压力表、水位计、高压锅炉水压检验等安全装置和安全措施。1817年英国创建了检验公司(为了防止事故)。1833年美国制定了蒸汽船检验规则。1844年英国制定了工厂法，规定机器设备安装安全装置。1864年英国创办了锅炉保险公司。电力的应用也引发了电力安全，产生了接地、接零、绝缘、避雷针等，进而产生防爆电器设备、安全仪表、防护装置等到广泛应用。美国于1880年成立了机械工程师学会（ASME），并于1925年制定了压力容器标准。2021/9/2414十九世纪末和二十世纪初，西方进入资本主义发展时期。工业规模的扩大，事故不断增加。各国纷纷颁布安全法令，制定职业病条例。到1919年，联合国成立

9、了国际劳工局（ILO）。2021/9/2415二战后，工业革命不断加速，原子能工业和尖端工业诞生。石油化工钢铁冶金等传统工业的迅猛发展，导致事故不断加剧，环境污染越发严重。美、英、日等国分别于1971，1972和1973年相继制定了安全卫生法（2002年中国制定了安全生产法）。2021/9/2416系统安全工程的由来和发展系统安全工程的由来和发展1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星。美国为了追赶前苏联的空间优势，实行所谓的研究、设计、施工齐头并进的方法，匆匆进行导弹技术的开发。由于对系统的可靠性安全性研究的滞后，导致在一年半的实验中，连续发生了四次重大事故。美国空军不得不以系统工程的方法研究

10、导弹系统的可靠性和安全性。2021/9/24171962年美军方第一次提出了“AF弹道导弹开发系统安全工程”（system safety engineering for development of AF ballistic missile）的概念。进而制定了“武器系统安全标准”。为后来发射多弹头导弹成功创造了条件。1966年，美国国防部采用了空军的安全标准，制定了MIL-STD-83130，1969年7月发表了系统安全工程程序标准MIL-STD-882，这项标准的制定，奠定了系统安全工程的基础。2021/9/24181965年，美国波音公司和华盛顿大学在西亚图召开了系统安全工程专门学术会议，

11、以波音公司为中心对航空工业开展安全性和可靠性分析和设计的研究。在到导弹和超音速飞机的安全性评价方面，取得了良好的效果。但由于NASA对这种方法不重视，导致1967年三名阿波罗宇航员被烧死的事件。1974年，美国原子能委员会发表了商用核电站危险性概率风险评价报告，WASH-1400WASH-1400报告。采用了事件树和故障树等方法，即著名的“概率风险评价”（PRA）方法，评价报告的研究论文在“SCIENCE”发表后，引起了世界的关注。英国以原子能公司为中心，从60年代中期开始收集数据，对系统的安全性和可靠性，建立了系统可靠性数据库。2021/9/2419美国道化学DOW公司1964年“火灾爆炸指

12、数评价法”，1997年发展到第七版。英国帝国化学公司ICI于1974年“蒙德评价法”加了毒性因素。我国安全系统工程开始与20世纪70年代末。80年代中期得到了发展。日本在70年代引进了系统安全工程的方法，但发展迅猛。从1971年科技联盟召开“可靠性安全性技术讨论会”以来，在电子、铁路、汽车、原子能、化工、冶金等许多领域得到了广泛的应用。2021/9/2420第三节第三节 安全工程学的基本概念安全工程学的基本概念2021/9/2421安全、安全科学与安全工程安全，是指人的身心免受外界因素危害的存在状态(即健康状况)及其保障条件。安全科学，是指从人体免受外界因素危害的角度出发，在改造客观世界的过程

13、中，对整个客观世界及其规律的进一步认识。安全工程，是指在具体的安全存在领域中，运用综合集成技术，以保障人体动态安全的方法、手段、措施。2021/9/2422安全学科安全学科理学工学社会科学医学法学管理学安全学科与其他学科的关系安全科学与其他学科的关系2021/9/2423系统系统定义：由相互作用和相互依赖的若干作成部分结合成的具有特定功能的有机整体。系统有自然系统和人造系统、封闭系统和开放系统、静态系统和动态系统，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。特点：特点：整体性整体性相关性相关性目的性目的性有序性有序性环境适应性环境适应性2021/9/2424系统工程系统工程定义

14、：组织管理系统的规划、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通意义的科学方法。系统工程属于工程技术范畴，主要是组织管理各类工程的方法论，即组织管理工作；系统工程是解决系统整体及其全过程的优化问题的工程技术；系统工程对所有系统都具有普遍适用性。2021/9/2425可靠性、可靠度、可靠性工程可靠性、可靠度、可靠性工程可靠性：系统在规定的条件下在规定的时间内完成规定功能的能力。可靠度：衡量系统可靠性的标准。指系统在规定的时间内完成规定功能的概率。R不可靠度：系统在规定的时间内不能完成规定功能的概率。（1-R）可靠性工程：研究系统可靠性的工程技术。可靠性工程要解决的是如何提高系统

15、可靠度，使系统在其寿命周期内正常运行，圆满完成其规定功能的问题。2021/9/2426安全系统工程安全系统工程定义：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。理论基础：安全科学、系统科学。追求：整个系统的安全和系统全过程的安全。重点：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。危险源辩识、评价、控制是中心。达到的预期：将系统粉线控制在人们能够容忍的限度内。在现有经济技术条件下，最经济最有效的控制事故。2021/9/2427第四节第四节 安全系统工程的研究对安全系统工程的研究对象和研究内容象和研究内

16、容2021/9/2428安安全全系系统统工工程程的的研研究究对对象象“人机环”系统人子系统。机器子系统。环境子系统2021/9/2429安全系统工程的研究内容安全系统工程的研究内容系统安全分析找出危险系统安全评价评价危险程度安全决策与事故控制控制、减少危险2021/9/2430安全系统工程的方法论安全系统工程的方法论 从系统整体出发的研究方法 本质安全方法 人机匹配方法 安全经济方法 系统安全管理方法2021/9/2431安全系统工程的应用特点安全系统工程的应用特点系统性系统性预测性预测性层次性层次性择优性技术择优性技术管理融合性管理融合性2021/9/2432第二章第二章 伤亡事故分类及统计

17、分伤亡事故分类及统计分析方法析方法第一节第一节 企业职工伤亡事故分类标准企业职工伤亡事故分类标准第二节第二节 伤亡事故统计与数学分布伤亡事故统计与数学分布2021/9/2433第一节企业职工伤亡事故分类标准GB 6441-86 1名词、术语1.1伤亡事故：指企业职工在生产劳动过程中，发生的人身伤害（以下简称伤害）、急性中毒（以下简称中毒）。1.2损失工作日：指被伤害者失能的工作时间。1.3暂时性失能伤害：指伤害及中毒者暂时不能从事原岗位工作的伤害。1.4永久性部分失能伤害：指伤害及中毒者肢体或某些器官部分功能不可逆的丧失的伤害。1.5永久性全失能伤害：指除死亡外一次事故中，受伤者造成完成残废的

18、伤害。2021/9/24342 事故类别2021/9/24353 伤害分析伤害分析3.1受伤部位指身体受伤的部位。3.2受伤性质指人体受伤的类型。确定原则：a.应以受伤当时的身体情况为主，结合愈后可能产生的后遗障碍全面分析确定；b.多处受伤，按最严重的伤害分类，当无法确定时，应鉴定为“多伤害”。3.3起因物导致事故发生的物体、物质，称为起因物。3.4致害物指直接引起伤害及中毒的物体或物质。3.5伤害方式指致害物与人体发生接触的方式。3.6不安全状态指能导致事故发生的物质条件。3.7不安全行为指能造成事故的人为错误。2021/9/24364 伤害程度分类伤害程度分类4.1轻伤指损失工作日低于10

19、5日的失能伤害。4.2重伤105日的失能伤害。4.3死亡5 事故严重程度分类事故严重程度分类5.1轻伤事故指只有轻伤的事故。5.2重伤事故指有重伤无死亡的事故。5.3死亡事故（1）重大伤亡事故指一次事故死亡3-9人的事故。（2）特大伤亡事故指一次事故死亡10-29人的事故。（3）特别重大事故指一次事故死亡大于等于30人的事故。2021/9/24376 伤亡事故的计算方法伤亡事故的计算方法6.1千人死亡率：表示某时期，平均每千名职工中，因伤亡事故造成死亡的人数。6.2千人重伤率：表示某时期内，平均每千名职工因工伤事故造成的重伤人数。2021/9/24382021/9/24392021/9/244

20、0损失工作日计算表损失工作日计算表1死亡或永久性全失能伤害定6000日。2永久性部分失能伤害按不同标准计算。3表中未规定数值的暂时失能伤害按歇工天数计算。4对于永久性失能伤害不管其歇工天数多少，损失工作日均按表定数值计算。5各伤害部位累计数值超过6000日者，仍按6000日计算。2021/9/2441第二节第二节 伤亡事故统计与数学分布伤亡事故统计与数学分布21二项分布（Time-independent distribution，Binomial distribution）2021/9/2442二项分布：当进行一种试验只有两种可能的结果时，叫成败型试验。在可靠性工程中，二项分布可用来计算部件相

21、同并行工作冗余系统的成功概率，也适用于计算一次使用系统的成功概率。二项分布的特点二项分布的特点:二项分布的均值为二项分布的均值为npnp，方差为，方差为npqnpq。以事件以事件A A出现的次数为横坐标，以概率为纵坐标，画出出现的次数为横坐标，以概率为纵坐标，画出二项分布的图像，可以看出：二项分布的图像，可以看出：p=q=0.5p=q=0.5时，图像对称；时，图像对称；pqpq时，呈负偏态；时，呈负偏态；qpqn-时，趋近于正态分布时，趋近于正态分布N(N(npnp,npqnpq)，更具体的要求，更具体的要求是是n n与与p p、q q两个中最小者的乘积大于两个中最小者的乘积大于5 5时，也就

22、是说时，也就是说n n至少至少大于等于大于等于1010时。时。2021/9/24432 22 2 泊松分布泊松分布(Poisson distribution)2021/9/2444泊松分布：一个系统，在运行过程中由于负载超出了它所能允许的范围造成失效，在一段运行时间内失效发生的次数x是一随机变量，当这随机变量有如下特点时，x服从泊松分布。特点：当时间间隔取得极短时，只能有0个或1个失效发生；出现一次失效的概率大小与时间间隔大小成正比，而与从哪个时刻开始算起无关；特点3：各段时间出现失效与否，是相互独立的。例如：飞机被击中的炮弹数，大量螺钉中不合格品出现的次数，数字通讯中传输数字中发生的误码个数

23、等随机变数，就相当近似地服从泊松分布。2021/9/24452 23 3 指数分布指数分布(Exponential distribution)2021/9/2446指数分布：许多电子产品的寿命分布一般服从指数分布。有的系统的寿命分布也可用指数分布来近似。它在可靠性研究中是最常用的一种分布形式。指数分布是伽玛分布和威布尔分布的特殊情况，产品的失效是偶然失效时，其寿命服从指数分布。指数分布可以看作当威布尔分布中的形状系数等于1的特殊分布，指数分布的失效率是与时间t无关的常数，所以分布函数简单。2021/9/2447威布尔分布：在可靠性工程中被广泛应用，尤其适用于机电类产品的磨损累计失效的分布形式。由于它可以利用概率纸很容易地推断出它的分布参数，被广泛应用与各种寿命试验的数据处理。正态分布其他分布2021/9/2448