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系統安全分析的理論基礎與方法
作者:田春花   來源:中國安全生產網 發布時間:2014-03-17 11:29:34  瀏覽次數:

1 引言

  安全生產是企業賴以生存和發展,取得良好社會效益和經濟效益的前提。六十年代以來國外對安全系統工程開展了深入的研究,提出了多種系統安全分析的方法。在系統開發的規劃、研制、設計、施工、安裝、運行和維護等各個階段都進行安全性分析,以求及時發現潛在危險,采取有效對策消除危險確保實現工業化生產的安全。我國在八十年代也開始了安全系統工程方面的研究,并推廣應用了各種系統安全分析方法,它們在保證工業生產過程的安全,減少和防止事故的發生方面取得了良好的效果。

  2 系統安全分析理論基礎

  2.1相關概念

  我們要理解系統安全分析就要先了解幾個概念[1]。

  首先是系統安全。系統安全是指在某一工程計算或活動中的整個壽命周期內,即指的是設計、研制、加工制造、使用直至終止,系統地、有預見地識別和控制危害的專業技術和管理技巧的應用。由此可見,系統安全是以“全過程”、“系統地”、“事故處理”和對危害的“識別—分析—控制”的方法為其特征。著眼點放在系統實際運行之前,使系統的設計在安全上達到可以接受的水平,要求在事故發生之前及時的識別和分析、評價系統和系統的危害,把這些危害消除或控制到允許的水平,以使系統能夠正常運行或保證安全。由系統安全的特征可以看出,對危害的識別、分析和控制是系統安全的核心,在系統的整個壽命周期內進行有效的危害分析,是這個核心中的主干,安全工作的主要內容都有賴于它。在系統的設計階段,預測和控制危害,是系統安全工作的基礎。正確地進行危害分析所得出的結論,可以作為維修、培訓、操作方法,估計系統安全水平和進行安全檢查的依據。

  其次是系統安全工程。系統安全工程是系統工程的一個組成部分,在具備專業知識和技能的情形下,應用科學和工程原理、標準及技術知識,去鑒別、消除和控制系統中的危害性,實現系統安全的科學。系統安全工程是以工程設計、安全原理和系統分析方法為基礎,去預測、評價系統的安全性,簡言之,研究如何控制系統內各種因素,以防止事故發生。

  最后是系統安全分析。系統安全分析是通過對系統的全面分析,找出系統存在的危險性,估計事故發生的概率及其對人員產生傷害和造成設備損失的嚴重程度,從而為采取防范措施預防事故發生提供依據。系統安全分析方法在安全系統工程中占有著重要的地位,從某種意義上而言,它是安全系統工程的核心。其目的是分析系統可能發生的故障或危險在哪里?產生的原因是什么?影響及后果怎樣?應采取哪些預防措施防止事故的發生。

  2.2系統安全分析的基本類型與要素

  安全分析基本可分為定性分析和定量分析兩種類型[2]。

  定性的安全分析,是指對影響系統、操作、產品或人身安全的全部因素,進行非數學方法的研究和分析,也就是對任何事件都不需要給定數值(指事件的發生頻率或概率值),或對事件只給定0(事件不發生)或1(事件發生)兩值。在定性分析中,對所有的事件、條件及后果都應予以考慮,以確定能否導致損失和傷害。在系統安全分析中,通常應先進行定性分析,然后再根據需要進行定量分析。定量的安全分析,是在定性分析的基礎上,運用數學方法和計算工具,進一步分析事故、故障及其影響因素之間的數量關系,揭示其間的數量變化及規律,其目的是對事故發生的概率及其危險程度,進行客觀的評定,確定可能導致損失的嚴重程度,為制定安全措施和選擇最優方案提供數量依據。目前實行的定量分析方法可分為相對分析和概率分析兩種。相對分析是以不同的指標為依據進行分析的方法,大體有三種。

  (1)以事故(故障)作為指標。這種分析,在于使管理人員能對現時的安全狀況同過去以及同行業和同企業間的安全狀況進行比較。

  (2)以安全系數和安全界限為指標。安全系數,是指部件或材料的極限強度與其在應用中最大容許應力的比值,它為在設備的使用期限內,對可能造成損壞的各種因素,提供一定的安全裕度。安全界限則包括兩種:一是以人為對象,按對人能造成傷{害{的才因素劃定界限。通常以毒物、輻射、沖擊波等各種化學和物理因素對人體的影響而劃定。另一種是以物為對象,按對設備或財產造成損失劃定的界限。通常以間距、參數值來劃定。

  (3)以預定數值為指標。這種方法是對評價的事件或因素按預先選擇的數值作為尺度,逐項分析事件或因素的等級,以所標定指標的最高位表示安全(容許)或危險(不容許)的極限。

  概率分析,是以設備的故障拉栩人的失誤率為基數,求得以概率值表示的系統危險率或死亡率的方法。以計算所得的概率值同安全標準相比,也就是同已確定的危險率或死亡率的目標值相比較,可以表示生產裝置或工藝過程所達到的安全水平。

  下面談談系統安全分析的基本要素。

  大量的調查分析結果表明,事故基本上是由于不安全的狀態和不安全的行為所引起的。具體地說,就是物的因素、人的因素和環境的因素三個方面。物的因素,是指由于物的原因所構成的危險。主要有由物質的化學反應、腐蝕等形成的化學危險,由熱、壓力等物理因素形成的物理危險,由中毒、灼傷等導致病理和生理改變的生理危險。另外,由于機械設備的故障和破損等所導致的危險,也可以歸屬于機械危險。

  人的因素,是指人在操作過程中的差錯。包括在感覺知覺、識別判斷及決定執行這三個階段上所出現的差錯。如對信息在感覺和知覺上的失誤,判斷的錯誤,指令或操作的錯誤,由于技術不熟練或身體缺陷所引起的差錯等。環境的因素,主要是作業環境中的溫度、濕度、色彩、照明、噪聲、振動等因索,以及由鄰近發生火災、爆炸或毒氣彌散等可能產生的次生滅害。

  2.3系統安全分析的內容

  系統安全分析的目的,是為了查明危害,以便在整個系統使用壽命周期內根除或控制危害,要注意的是系統安全分析的目的,不僅是分析事故的原因,重要的是擬定有效的預防措施,一般地講,它包括以下內容[3]:

  (1)調查和評價可能出現的初始的、誘發的和起作用的危害之相互關系。

  (2)調查和評價與系統安全有關的環境條件、設備、人員以及其他因素。

  (3)調查和評價通過利用適當的設備、規定、工藝或材料避免或根除某種特殊危害的措施。

  (4)調查和評價對不能避免或根除的危害失去或減少控制可能出現的后果。

  (5)調查和評價對可能的危害性和控制措施以及這些措施體現到系統中的最好方法。

  (6)調查評價一旦對危害失去控制為防止傷害和損壞的安全防護措施。

  3 系統安全分析的方法

  系統安全分析的方法有幾十種,它們從各種不同的角度對系統的安全性進行分析。每一種系統安全分析方法都有其產生的歷史背景和適用條件,所以并不能處處都通用。要完成一個準確的分析需要綜合使用多種分析方法,取長補短,有時還要相互比較,看哪些方法和實際情況更為吻合。有時要較好的完成某一系統的安全性分析,可以采用多種安全分析方法相結合的工作方式,同時要與實際情況相結合,總結同類型系統的事故規律,經過分析、比較,得到最終的系統安全分析結論。以下我們介紹幾種常用的系統安全分析方法[4]。

  3.1安全檢查表法(SCL)

  安全檢查表是一種在對所研究的系統科學分析的基礎上,將其存在的各種不安全因素按其重要程度編制成的安全檢查專用表格,是實施安全檢查診斷的項目明細表,是安全檢查結果的備忘錄。其應用對象可以是工廠、車間、工序、班組,也可以是機械設備以及操作,還可以是年度安全大檢查、月份安全檢查等管理模式。安全檢查表具有系統、規范、清晰、直接、實用性強、易于推廣等特點。

  安全檢查表是系統安全的一種定性分析方法,其按用途分為:設計審查用安全檢查表、廠級安全檢查表、車間用安全檢查表、工段及崗位用安全檢查表、專業性安全檢查表。

  3.2預先危險性分析(PHA)

  預先危險性分析是在工程活動之前,包括設計、施工和生產之前,對系統存在的危險類別、出現條件、導致后果作概略分析。其目的是防止采用不安全的技術路線及使用具危險性的物質、工藝和設備,從而控制危險因素,用最小的代價消除或減少系統中的危險源。

  預先危險性分析是一種應用范圍較廣的定性的系統安全分析方法,其基本步驟包括:調查、確定危險源;識別危險轉化條件;進行危險分級;制定危險預防措施。

  3.3故障類型及影響分析(FMEA)

  故障類型及影響分析是根據實際需要,采用系統分割的概念,把系統分割成子系統或進一步分割成元件,可明確地表示局部故障對系統的影響。分析各個子系統或元件可能發生的故障和故障呈現的狀態,根據故障類型對子系統以及整個系統的影響,采取安全措施。故障類型和影響分析法既可用于定性分析,也可用于定量分析,其基本步驟包括:明確系統的組成和任務;確定分析程度和水平;詳細說明分析系統的情況;列出所有故障類型并選出對系統有影響的故障類型。

  3.4事件樹分析(ETA)

  事件樹分析是從某一初因事件起,順序分析各環節事件成功或失敗的發展變化過程,并預測各種可能結果,即時序邏輯分析方法。事件樹分析是一種歸納邏輯圖,是決策樹在安全分析中的應用。

  事件樹分析過程是以所研究的易于出現故障或事故的系統特定功能作為一個初始事件,找出預期有關的后續事件,分析這些后續事件的安全或危險、成功或失敗、正?;蚬收系膬煞N對立狀態,分別逐級推進,直至分析到系統故障或事故為止。

  3.5事故樹分析(FTA)

  事故樹分析又稱故障樹分析,其是從結果到原因描繪事故發生的有向邏輯樹,是對系統的事故原因進行分析和評價事故風險。事故樹是用根據一定邏輯關系的點和線繪制的不封閉的樹形圖。事故樹分析一般包括:編制事故樹;事故樹定性分析和事故樹定量分析。定性分析是事故樹分析的核心內容,工作內容包括用布爾代數化簡事故樹;計算事故樹的最小割集或最小徑集;計算各基本事件的結構重要度;定性分析結論。

  事故樹分析方法可形象明了地反映出事故發生的因果關系。它既可以用于事故后的原因分析,又可以用于系統危險性評價與辨識;及可以用于定性分析,也可以用于定量分析。由于這種分析方法具有形象直觀、思路清晰、邏輯性強等特點,因而得到廣泛的應用。

  3.6危險性與可操作性研究(HAZOP)

  危險性與可操作性研究就是對所研究系統的工藝進行全面地審查,找出可能偏離設計意圖的情況,分析其產生原因及造成的后果,采取合適的措施給予控制。其分析步驟是:確定分析的目的、對象和范圍;成立研究小組;獲取必要的資料;制定研究計劃;會議審查等。

  危險性與可操作性研究是一種定性的系統安全分析方法。它應有系統的審查方法審查設計已有生產工藝和工程總圖,通過分析裝置、設備個別部位的誤操作或故障引起的潛在危險,評價其對整個連續性生產系統的影響。

  4 結束語

  系統安全分析在技術、方法和思想上與我國傳統的安全管理、安全檢查、安全評價有著本質的區別,其核心是:突破傳統安全僅限于“勞動保護”的圈子,在時空上、功能上,在部門和地域、企業生產結合上對系統安全與安全價值取得共識。即將職業傷亡與社會心理創傷、直接經濟損失與間接經濟損失、安全投人與事故損失期望值的降低;企業生產事故與城市生態、災害、環境等都看作是現代安全系統的大安全觀念范疇。在理論和實踐上確立系統安全分析體系結構;為典型系統最優的系統安全投人決策提供依據,實現安全技術與安全管理的有機結合。也就是如何在系統的整個生命周期階段,科學地、有預見地識別和控制危險,致使系統能正常運行。所以對系統安全分析的理論與方法的研究尤其深遠的意義,并且對企業安全文化等的發展有著一定的影響。

  參考文獻

  [1] 陳喜山. 系統安全工程學[M]. 中國建材工業出版社, 2006: 2-4.

  [2] 吳慈生. 關于建立我國工業企業系統安全分析的理論與方法體系的研究[J]. 中國安全科學學報. 1995, 5: 9-12.

  [3] 白勤虎吳子穩. 系統安全•系統安全工程•系統安全分析及評價[J]. 華東經濟管理. 1994, 6: 32-34.

  [4] 王晨12 孫友昌2 李書平2. 系統安全分析法及其在制革廠的應用[J]. 中國皮革. 2003, 32(7): 35-37.

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