安全系统工程课件：安全系统工程基础知识

安全系统工程基础知识本课重难点及教学目标一、安全系统工程基础二、研究对象、内容与方法三、安全系统工程的产生与发展四、安全系统工程的应用特点课程小结课程复习思考题下次课预习要点一、安全系统工程基础1、系统

就是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。系统按照不同的分类标准可分为自然系统与人造系统，开放性系统与封闭性系统，静态系统与动态系统，实体系统与概念系统，无机系统、有机系统与人类社会系统，大型系统、中型系统与小型系统，简单系统与复杂系统，宏观系统与微观系统，软件系统与硬件系统，环境系统、军事系统与安全系统等。一、安全系统工程基础2、系统的特性

(1)整体性。系统是由两个或两个以上相互区别的要素(元件或子系统)组成的整体。构成系统的各要素虽然具有不同的性能，但它们通过综合、统一(而不是简单拼凑)形成的整体就具备了新的特定功能。一、安全系统工程基础(2)目的性。

任何系统都是为完成某种任务或实现某种目的而发挥其特定功能的。要达到目的，就赋予功能，这就需要在系统的整个生命周期（即系统的规划、设计、试验、制造和使用等阶段）对系统采取最优规划、最优设计、最优控制、最优管理等优化措施。一、安全系统工程基础(3)有序性。系统有序性主要表现在系统空间结构的层次性和系统发展的时间顺序性。(4)相关性。构成系统的各要素之间、要素与子系统之间、系统与环境之间都存在着相互联系、相互依赖、相互作用的特殊关系，通过这些关系，使系统有机地联系在一起，发挥其特定功能一、安全系统工程基础(5)环境适应性。系统是由许多特定部分组成的有机集合体，集合体以外的部分就是系统的环境。系统从环境中获取必要的物质、能量和信息，经过系统的加工、处理和转化，产生新的物质、能量和信息，然后再提供给环境。另一方面，环境也会对系统产生干扰或限制，即约束条件。一、安全系统工程基础(6)动态性。系统不仅作为状态而存在，而且具有时间性的程序。整个人类社会和自然环境的运行中，系统中的各个元素、子系统都是随着时间的改变而不断改变的。一、安全系统工程基础3、系统工程钱学森认为：系统工程是一大类工程技术的总称，即系统工程是组织管理系统的规划、研究、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遍意义的科学方法。

系统工程：系统工程是以系统为研究对象，以达到总体最佳效果为目标，而采取组织、管理、技术等多方面的最新科学成就和知识的一门综合性科学技术。一、安全系统工程基础4、系统工程方法A工程逻辑

工程逻辑就是从工程的观点出发，用逻辑学与哲学的一般思维方法进行系统的探讨和应用，同时把符号逻辑作为重要内容，采用的工具包括布尔代数、关系代数、决策研究和数学函数等。一、安全系统工程基础（1）布尔代数

布尔代数起源于数学领域，通过布尔代数进行集合运算可以获取到不同集合之间的交集、并集或补集，即可以对不同集合进行与、或、非逻辑运算。（2）关系代数

关系代数是一种抽象的查询语言，采用对关系的运算来表达查询，从而作为研究关系数据语言的数学工具。一、安全系统工程基础（3）决策研究

决策研究是利用系统科学、管理科学、行为科学、科学学、未来学和技术经济学等学科进行的综合探讨活动。（4）数学函数在数学领域中，函数是一种关系，这种关系使一个集合里的每一个元素对应到另一个（可能相同的）集合里的唯一元素。一、安全系统工程基础B工程分析对工程加以分析、调查，找出其中浪费、不均匀、不合理的地方，进而进行改善的方法，称之为工程分析。运用基本理论（如物质不灭定律、能量守恒定律等），系统地、有步骤地解决各类工程问题。采取的步骤包括弄清问题、选择解决问题的恰当方法、实施、分析、总结。在分析过程中需要正确地运用数学方法。一、安全系统工程基础C概率论与数理统计在系统工程中还经常用到概率论与数理统计，这是由系统工程的数学特点所决定的，即系统的输入量与输出量带有很大的随机性，并且，在复杂的系统工程中常常会遇到随机函数问题。因此，往往需要采用概率论与数理统计理论来处理系统工程中所遇到的数学问题。一、安全系统工程基础（1）概率论

概率论是研究随机现象数量规律的数学分支。随机现象是相对于决定性现象而言的。在一定条件下必然发生某一结果的现象称为决定性现象。例如在标准大气压下，纯水加热到100℃时水必然会沸腾等。随机现象则是指在基本条件不变的情况下，每一次试验或观察前，不能肯定会出现哪种结果，呈现出偶然性。例如，掷一硬币，可能出现正面或反面。一、安全系统工程基础

随机现象的实现和对它的观察称为随机试验。随机试验的每一可能结果称为一个基本事件，一个或一组基本事件统称随机事件，或简称事件。典型的随机试验有掷骰子、扔硬币、抽扑克牌以及轮盘游戏等。一、安全系统工程基础（2）数理统计

数理统计法是数学的一门分支学科，它以概率论为基础运用统计学的方法对数据进行分析、研究，从而导出其概念规律性(即统计规律)。它主要研究随机现象中局部(字样)与整体(母体)之间，以及各有关因素之间相互联系的规律性。一、安全系统工程基础它主要是利用样本的平均数、标准差、标准误差、变异系数率、均方、检验推断、相关、回归、聚类分析、判别分析、主成分分析、正交试验、模糊数学和灰色系统理论等有关统计量的计算来对实验所取得的数据和测量、调查所获得的数据进行有关分析研究而得到所需结果的一种科学方法。它要求具有随机性，而且数据必须真实可靠，这是进行定量分析的基础。该方法在不借助计算机来进行分析的同时，亦能达到快速、准确和实施大量计算的目的。以下将以“Q值检验法”为例作一介绍。一、安全系统工程基础

Q值检验法又叫做舍弃商法，是迪克森在1951年专为分析化学中少量观测次数(n<10)而提出的一种简易判据式。该方法按以下步骤来确定可疑值的取舍：1）将各数据按递增顺数排列：X1，X2，X3，…，Xn-1，Xn；2）求出最大值与最小值的差值（极差）Xmax-Xmin；一、安全系统工程基础3）求出可疑值与其最相邻数据之间的差值的绝对值；4）求出Q1，Q1等于步骤3）中的差值除以步骤2）中的极差；5）根据测定次数n和要求的置信水平（如95%）查表1-1得到Q2值；6）判断：若计算Q1>Q2，则舍去可疑值，否则应予以保留。一、安全系统工程基础表1-1不同置信水平的Q值表测定次数nQ（90%）Q（95%）Q（99%）30.900.970.9940.760.840.9350.640.730.8260.560.640.7470.510.590.6880.470.540.6390.440.510.60100.410.490.57一、安全系统工程基础

【例1-1】某现场仪器在同一点上4次测出：0.1014，0.1012，0.1025，0.1016，其中0.1025与其他数值差距较大，是否应该舍去？解：根据Q值检验法，其判断过程如下：1）对数据从小到大进行排列：0.1012，0.1014，0.1016，0.1025；2）求出最大值与最小值的差值：0.1025-0.1012=0.0013；一、安全系统工程基础3）求出可疑数据与其相邻数值的差值的绝对值=0.1025-0.1016=0.0009；4）计算Q1=0.0009/0.0013=0.692；5）测试次数为4次，通过查表1-1，置信水平为0.9时的Q2=0.76；6）由于Q1<Q2，所以，0.1025不应舍弃。一、安全系统工程基础D运筹学

运筹学是现代管理学的一门重要专业基础课。指应用运筹学方法有目标地、定量地作出决策，在一定的制约条件下使系统达到最优化。一般认为运筹学是系统工程最重要的技术内容与数学基础。运筹学的内容包括线性规划、动态规划、排队论、决策论、优选法等。

一、安全系统工程基础5、系统工程原理

一、安全系统工程基础6、可靠性工程是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。7、故障事件是指系统或系统中的部件发生状态改变的过程，即故障事件不发生指的是系统、部件处于正常状态；故障事件发生指的是系统、部件处于故障状态。一、安全系统工程基础8、安全用通俗的话来说，就是人们在生活和生产过程中，生命得到保证，身体免于伤害。定义有多种，有人定义为“不发生导致死伤、职业病、设备或财产损失的状态”。从本质上来讲，安全就是预知人们活动的各个领域里存在的固有危险和潜在危险，并且为消除这些危险的存在和状态而采取的各种方法、手段和行动。一、安全系统工程基础9、系统安全是指在系统运行周期内，应用系统安全管理及安全工程原理，识别系统中的危险性并排除危险，或使危险减至最小，从而使系统在操作效率、使用期限和投资费用的约束条件下达到最佳安全状态。简言之，就是系统在一定的功能、时间和费用的约束条件下，使系统中人员和设备遭受的伤害和损失为最少。即系统安全是一个系统的最佳安全状态。一、安全系统工程基础10、安全系统工程应用系统工程的基本原理和方法，预先识别、分析、评价、排除和控制系统中存在的各种危险因素，对工艺过程、设备、生产周期和资金等因素进行分析评价和综合处理，使系统可能发生的事故得到控制，并使系统安全性达到最佳状态。二、安全系统工程的研究对象、内容与方法1、安全系统工程的研究对象安全系统工程研究对象都包括三个部分，即从事生产活动的操作人员和管理人员，生产必需的机器设备、厂房等物质条件，以及生产活动所处的环境。这三个部分构成一个“人一机一环境”系统，每部分就是该系统的一个子系统，称为人子系统、机器子系统和环境子系统。二、安全系统工程的研究对象、内容与方法（1）人子系统:该子系统的安全与否涉及到人的生理和心理因素，以及规章制度、规程标准、管理手段、方法等是否适合人的特性，是否易于为人们所接受的问题。（2）机器子系统:不仅要从工件的特性、设备的可靠性等方面考虑其安全性，而且要机是否适合人，以及从人各方面对仪表和操作部件的设计提出要求。（3）环境子系统:主要应考虑环境的理化因素和社会因素。二、安全系统工程的研究对象、内容与方法2、安全系统工程的研究内容从系统论和可靠性观点出发，应用工程学原理阐述安全系统工程在现代安全科学管理中的基本概念及应用方法以及安全评价与决策。（1）系统安全分析是使用系统工程的原理和方法，辨别、分析系统存在的危险因素，并根据实际需要对其进行定性、定量描述的技术方法。------预先（开始之前）-----发现并掌握系统危险因素。二、安全系统工程的研究对象、内容与方法（2）系统安全评价系统安全评价往往要以系统安全分析为基础，通过分析，了解和掌握系统存在的危险因素，但不一定要对所有危险因素采取措施。而是通过评价掌握系统的事故风险大小，以此与预定的系统安全指标相比较，如果超出指标，则应对系统的主要危险因素采取控制措施，使其降至该标准以下。这就是系统安全评价的任务。

二、安全系统工程的研究对象、内容与方法即寻求企业发生的事故最低，经济损失最小，安全投资效益最优。提高安全生产水平，确保安全生产。二、安全系统工程的研究对象、内容与方法（3）系统安全决策与危险控制其最大的特点是从系统的完整性、相关性、有序性出发，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。系统安全管理是应用系统安全分析和系统安全评价技术，以及安全工程技术为手段，控制系统安全性，使系统达到预定安全目标的一整套管理方法手段、模式。二、安全系统工程的研究对象、内容与方法3、安全系统工程的研究方法（1）从系统整体出发的研究方法安全系统工程的研究方法必须从系统的整体性观点出发，从系统的整体考虑解决安全问题的方法、过程和要达到的目标。

二、安全系统工程的研究对象、内容与方法（2）本质安全方法这是安全技术追求的目标，也是安全系统工程方法中的核心。由于安全系统把安全问题中的人机(物)一环境统一为一个“系统”来考虑，因此不管是从研究内容来考虑还是从系统目标来考虑，核心问题就是本质安全化，就是研究实现系统本质安全的方法和途径。二、安全系统工程的研究对象、内容与方法（3）人机匹配法在影响系统安全的各种因素中，至关重要的是人－－机匹配。在产业部门称为安全人机工程，在人类生存领域称为生态环境和人文环境问题。显然，从安全的目标出发，考虑人－－机匹配，以及采用人－－机匹配的理论和方法是安全系统工程方法的重要支撑点。

二、安全系统工程的研究对象、内容与方法（4）安全经济方法由于安全经济的特殊性要求安全系统工程方法，在考虑系统目标时，要有超前的意识和方法，要有指标(目标)的多元化的表示方法和测算方法。二、安全系统工程的研究对象、内容与方法（5）系统安全管理方法安全系统工程从学科的角度讲是技术与管理相交叉的横断学科；从系统科学原理的角度讲它是解决安全问题的一种科学方法。所以，安全系统工程是理论与实践紧密结合的专业技术基础，系统安全管理方法则贯穿到安全的规划、设计、检查与控制的全过程。所以，系统安全管理方法是安全系统工程方法的重要组成部分。二、安全系统工程的研究对象、内容与方法4、安全系统工程的优点及其在安全工作中的应用（1）安全系统工程的优点它可以使以预防为主的安全工作从过去凭直观、经验的传统方法，发展成为能预测事故的定性及定量方法，其主要优点有：二、安全系统工程的研究对象、内容与方法1）通过分析，了解系统的薄弱环节及危险性可能导致事故的条件；预测事故发生的概率；找到发生事故的真正原因及查出事故隐患。2）通过评价和优化技术，可以找出最适当的方法使各分系统之间达到最佳配合，用最少的投资达到最佳的安全效果，大幅度地减少伤亡事故。

二、安全系统工程的研究对象、内容与方法3）安全系统工程的方法，不仅适用于工程，而且适用于管理，其应用范畴可以归纳为5个方面，即：发现事故隐患，预测由故障引起的危险，设计和调整安全措施方案，实现最优化的安全措施，不断地采取改善措施。二、安全系统工程的研究对象、内容与方法4）可以促进各项标准的制定和有关可靠性数据的收集。5）可以迅速提高安全工作人员的水平。

当然，其最大的优点是减少事故的发生。二、安全系统工程的研究对象、内容与方法（2）安全系统工程在安全工作中的应用三、安全系统工程的产生与发展1、安全系统工程的产生——安全系统工程产生于20世纪50年代初期美英等工业发达国家。这一时期，由于美国在导弹系统研发过程中仅仅一年半的时间就连续发生四起重大事故，造成惨重损失，从而迫使美国空军以系统工程的基本原理和管理方法来研究导弹系统的安全性、可靠性。三、安全系统工程的产生与发展2、发展前沿——美国于1962年提出了“弹道导弹系统安全工程”，制定了“武器系统安全标准”；1963年提出了“系统安全程序”。——到1967年7月由美国国防部确认，将该标准提格为美军标准；之后又经两次修订，成为现在的MIL-STD-882B“系统安全程序要求”。三、安全系统工程的产生与发展它以标准的形式规范了美国军事系统的工程项目在招标以及研发过程中对安全性的要求和管现程序、管理方法、管理目标。这就是由事故引发的军事系统的安全系统工程。——在我国，安全系统工程的研究、开发是从20世纪70年代末开始的。三、安全系统工程的产生与发展3、我国推广安全系统工程的现状（1）安全检查表得到普遍的应用。（2）普遍使用事故树分析方法查找事故原因。（3）在理论研究上也有所发展。（4）安全系统工程方法正在引起更多人的注意，被不断深入地进行研究。（5）在计算机的应用方面，不少单位编制了事故树的概率计算程序，求最小割集和径集的程序。四、安全系统工程的应用特点1、系统性无论是系统安全分析、系统