第一张 安全科学基础.ppt

第,*,页,安全工程概论,2008.12,康与涛,海洋环境与工程学院,安全工程概论,参考书目,1.,安全工程学,何学秋等编 中国矿业大学出版社,2000,年,2.,安全工程,卢岚编著 天津大学出版社,2003,年,2,序言,安全工程概论是安全工程专业的一门重要课程，其教学内容是自然科学、哲学与社会科学的有机结合体，是一门基础理论比较系统、完整，基本知识覆盖面比较宽广的课程。它既包括安全科学的基本理论、技术、方法，又含有典型安全工程实践规律的内容。涵盖了安全科学的哲学基础与方法论、安全科学的基本理论、安全系统工程、安全人机环境工程、安全管理工程等内容。根据教学大纲与学时安排，我把本课程分为,四大部分,。从课程安排来看，本课程具有综合性强、涉及学科的知识点广，内容多、衔接困难以及跨学科、跨门类等特点。这就要求安全工程专业的学生的知识结构必须是跨学科的、复合的知识结构。通过这门课的学习，目的是使大家成为一个具有宽厚的学科基础理论，优良的专业特长、又具有较高的技术水准和较强的创新能力的安全专业人才。,3,通过本课程的学习，学生应达到下列要求：,(,一,),掌握安全的基本概念及原理，安全科学体系。,(,二,),熟悉事故成因、事故模式理论及其事故预防原理,(,三,),掌握系统危险性分析技术的基本原理和分析方法，系统安全评价与决策。,(,四,),了解人的生理、心理特性和生物力学特性与安全的关系，掌握人机界面、作业空间的设计原则，控制、改善不良环境的措施和手段等。,(,五,),掌握安全管理的基本原理和分析方法，了解职业安全与健康管理体系,（,OSHMS,）,。,课程的基本要求,4,第,1,章安全科学基础,第,2,章安全系统工程,第,3,章安全人机环境工程,第,4,章安全管理工程,课程主要内容,5,1.1,安全问题与安全科学发展历程,1.2,安全科学哲学基础,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及 学科分类,1.4,安全科学数理基础,第,1,章安全科学基础,6,1.1,安全问题与安全科学发展历程,1.1.1,安全问题,石器时代和农业时代，属于人们无知（不自觉）的安全认识阶段。,工业时代初期，属于局部的安全认识阶段；,中后期，因军事、航空、航天、原子能等工业技术发展而形成的大系统及机器系统，因而属于系统的安全认识阶段。,流向理论：自然流向和人为流向,7,现代安全问题主要有：,1),工业、矿山灾害,2),交通运输事故,3),消防事故,4),航空航天工业灾害,5),其他事故灾害,1.1,安全问题与安全科学发展历程,8,2001,年,9,月,21,日上午,10,时零,7,分，从法国西南工业重镇图卢兹南郊,AZF,化工厂传出的巨大爆炸声，把这座城市给震傻了。这次爆炸已经造成,29,人死亡，,20,多人失踪，,1170,多人受伤，其中,30,多人伤势十分严重。,爆炸发生后，恐慌笼罩着图卢兹全城。事故发生以后，法国总理若斯潘在内政部长和经济部长的陪同下赶往出事现场，指挥抢救。法国总统希拉克缩短了与正在法国访问的塞内加尔总统的会见，也赶到图卢兹。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,9,2001,年,12,月,30,日上午,9,点,40,分左右，江西省万载县黄茅镇潘达出口花炮有限公司,发生特大连锁爆炸事故,。,该烟花厂的整个厂区被夷为平地,当时正在上班的,200,余名员工除,20,来人逃离外，其余生死不明。爆炸最早从仓库发生，接着引起厂房等处的连锁爆炸。除办公楼外，十多栋厂房已基本被毁。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,10,2008,年,11,月,15,日下午,3,点,15,分左右，杭州萧山区萧山风情大道地铁一号线出口附近发生大面积地面塌陷，坍塌口至少压了,50,余人，截止目前已证实,11,人死亡。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,11,2008,年,9,月,8,日，山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司尾矿库发生特别重大溃坝事故，地势较低的村落和集贸市场瞬间被埋，造成重大人员伤亡。在这场溃坝事故中死亡的人数至今成谜。,9,月,14,日，山西省长孟学农辞职。,截止到,24,日,17,时，襄汾,“,9,8,”,溃坝事故遇难者人数上升到,267,人。排查出的死亡或失踪人员仍为,268,人，其中男,135,人，女,133,人。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,12,2003,年,发生在日本长崎发生火车出轨事故 约,60,人受伤,2003,年,11,月,14,日发生在江西丰城煤矿的瓦斯爆炸事故，造成,50,人的死亡事故,1.1,安全问题与安全科学发展历程,13,2002,年,3,月,2,日上午,10,时,40,分左右，一台,10,多米长的平板货车撞断护栏，自,107,国道咸宁段一公路桥上坠下，正好落在京广铁路上行铁轨上，两名司机受伤。京广铁路上行线因此被迫中断行车,2,个半小时。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,14,2008,年,4,月,28,日,4,时,41,分，北京开往青岛的,T195,次旅客列车运行至山东胶济铁路周村至王村间脱线，与烟台至徐州的,5034,次客车相撞。胶济铁路列车相撞事故造成,72,人死亡，,416,人受伤，初步认定事故系列车超速所致，济南铁路局局长、党委书记被免职。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,15,目前，已确认船上有80人生还，另外500余人下落不明。,印尼特大沉船事故,印度尼西亚一艘载有,600,多人的跨海渡轮,2006,年,12,月,30,日零时左右在爪哇岛和加里曼丹岛之间的海域遭遇风暴沉没。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,16,2001,年,12,月,29,日，秘鲁首都利马商业中心大厦发生重大火灾，造成,280,人死亡、,174,人受伤、,352,人失踪，其中发现的尸体中有,30%,属于儿童，秘鲁总统托莱多宣布全国默哀两天，以纪念那些在火灾中遭到不幸的人,。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,17,2002,年,3,月,1,日凌晨,3,时许，位于四川省南充市府街,125,号的达亨副食品公司“副食品批发市场”内发生一起特大火灾事故，造成十九人死亡，二十三人受伤。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,18,2003,年,11,月,3,日凌晨,4,时，衡阳市珠晖区一栋八层楼四合院式的居民大楼内，突发火灾。衡阳市消防支队接报后，先后调集几乎所有,160,多名消防官兵赶赴现场，成功地将该楼,94,户、,412,位居民疏散、撤离到安全地带，这些人中无一伤亡。但是，起火,4,小时后大楼塌陷，造成,20,名消防官兵死亡。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,19,2008年9月20日23时许，深圳市龙岗区龙岗街道龙东社区舞王俱乐部发生一起特大火灾，事故造成44人死亡88人受伤，据深圳警方初步调查，火灾是由于舞台上燃放烟火所致，逃生通道狭窄造成惨剧，已行政拘留事故责任人14人。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,20,1.1.2,国内外安全科学的发展历程,1.,国外安全科学发展的历程,德国于,1863,年建立的威斯特优利亚采矿联合保险基金会；,1871,年德国建立了研究噪声与振动、防火与防爆、职业危害防护理论与组织等内容的科研机构；,1981,年，库尔曼发表,安全科学导论,（德文）标志着安全科学的产生；,1990,年,9,月科隆，第一次世界安全科学大会。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,21,2.,我国安全科学的发展历程,两个阶段,:,从建国初期到,70,年代末，这时期安全科学研究和专业人才的培养教育工作刚刚起步。,70,年代末至今，劳动保护的行政管理和宣传教育工作得到加强。到,1983,年全国建成安全类科研机构,31,个，研究人员发展到,4000,余人，完成了劳动保护到安全科学的转变。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,安全工程专业在国内已形成包括学历教育、继续工程教育、职工安全教育和官员安全教育的完整教学体系。,22,3.,理论上，安全科学的发展阶段,（,1,）经验型阶段（事后反馈决策型）,仅仅在事故发生后进行调查研究、统计分析和整改措施，以经验作为科学，安全处于被动局面；,（,2,）事后预测型（预期控制型）,人们对安全有了新的认识，运用事件链分析、系统过程化、动态分析与控制等方法，达到防治事故的目的，但基本属于一种纯反应式的，安全科学缺乏理性；,（,3,）综合系统论（综合对策型）,认为事故是人、技术与环境的综合功能残缺所致，安全问题的研究应放在开放系统中，建立安全的科学性、系统性、动态性。,1.1,安全问题与安全科学发展历程,23,1.2.1,安全与危险的统一性和矛盾性,1.2.2,安全科学的联系观和系统观,1.2.3,安全中的质变与量变,1.,流变与突变的相对性,2.,流变和突变的层次性,3.,流变和突变的相互转化,1.2.4,安全问题的简单性和复杂性，精确性和模糊性,1.2.5,安全事件的必然性和偶然性,1.2,安全科学的哲学基础,24,安全科学作为一门新兴的交叉学科，在分析和,认识问题上一定要以马克思主义哲学作为理论指,导：,一切从实际出发，以客观对象的全部事实及事实之间的相互关系为认识的出发点。,在普遍联系中把握事物的本质。,在动态中把握安全规律的方法。,矛盾分析法。,1.2,安全科学的哲学基础,25,1.3.1,安全科学的定义和性质,1.,安全的定义,“,安,”,字指不受威胁，没有危险等，可谓无危则安；,“,全,”,字指完满、完整、齐备或指没有伤害、无残缺、无损坏、无损失等，可谓无损则全。,“,安全,”,通常是指免受人员伤害、疾病或死亡，或引起设备、财产破坏或损失的状态。,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,由安全定义可以看出，它既涉及到人又涉及到物，而且也涉及到各种情况下的局部或整体损失。,26,2.,安全科学的定义,1),德国学者库尔曼对安全科学的阐述：,“,安全科学的,主要目的,是保持所使用的技术危害作用绝对的最小化，或至少使这种危害作用限制在允许的范围内。,为实现这个目标，安全科学的,特定功能,是获取及总结有关知识，并将有关发现和获取的知识引入到安全工程中来。,这些知识,包括应用技术系统的安全状况和安全设计，以及预防技术系统内固有危险的各种可能性。,”,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,27,2),比利时,J.,格森教授的定义：安全科学研究人及技术和环境之间的关系，即建立这三者的平衡共生态为目标。,3)刘潜,主编，定义：安全科学是专门研究人们在生产及其活动中的身心安全，以达到保护劳动者及其活动能力、保障其活动效率的跨门类、综合性的科学,。,4),有学者认为：研究生产中人,-,机,-,环境系统，实现本质安全化及进行随机安全控制的技术和管理方法的工程学就是安全科学。,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,28,我们对安全科学定义如下：,安全科学是研究事物的安全与危险矛盾运动规律的科学。研究事物安全的本质规律，揭示事物安全相对应的客观因素及转化条件；研究预测、清除或控制事物安全与危险影响因素及转化条件的理论与技术；研究安全的思维方法和知识体系。,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,一个矛盾，三个研究,29,3.,安全科学的基本特征,(1),安全科学要体现,本质安全,，即从本质上达到事物或系统的安全最适化。,(2),安全科学要体现理论性和科学性。,(3),安全科学要体现交叉性。与相关的学科相结合，相渗透。,(4),安全科学要体现研究对象的全面化。,(5),安全科学的目的要体现人、经济、环境和技术功能的最优化。,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,简单讲就是从源头上杜绝事故，其特点是：,变局部分散为整体、综合；,变事后归纳整理为事前演绎预测；,变被动静态受制为主动动态控制；,30,1.3.2,安全科学的研究对象和范畴,安全科学的研究对象：,主要是人类技术系统领域的灾害或事故。,归纳安全科学研究的领域范畴，可以分为以下四,方面：,安全科学的哲学基础,安全科学的基本理论（基础理论）,安全工程与技术,安全科学的经济规律,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,31,1.3.3,安全科学的学科体系及其与相关学科的关系,1.,安全三要素,-MET,安全要素：,是指在特定的,(,即理想的,),状态下，仅自身就能独立,地成为实现安全的充分条件。,1,）,安全人体：,人是安全的主体和核心，也是研究一切安全问题的角度和着眼点。人既是保护对象，又可能是保障条件或者是危害因素。,2,）,安全物质：,它可能是安全的保障条件，也可能是危害的根源。,3,）,安全社会：,人与物的关系；它既包括人与物,(,含人与人、物与物,),的存在空间和时间，又包括能量和信息的相互联系。,安全系统：,安全的整体性因素,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,32,安全三要素组成的系统：,M-,人子系统,E-,环境子系统,T-,技术子系统,MT-,人机子系统,ME-,人环子系统,ET-,机环子系统,MET-,人机环系统,M,E,T,MET,MT,ET,ME,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,安全人体，安全物质，安全社会和安全系统四种安全因素进行纵向学科分类，于是它被区分为安全人体类、安全物质类、安全社会类、安全系统类,。,33,为把握安全的本质及其科学思想方法，需要发展的马克思主义哲学层次，称之为,安全观,；,为掌握安全工程学的基础理论，需要发展的基础科学层次，称之为,安全学,；,为获得安全工程技术的理论依据，需要发展的技术科学层次，称之为,安全工程学,；,为解决安全保障条件和把握人的安全状态，需要发展的工程技术层次，称之为,安全工程,；,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,2.安全科学的学科体系,根据安全三要素的不同属性及其相互作用机制，对安全进行纵向科学分类和横向理论分层，提出了如下的安全科学技术体系结构：,34,哲学,基础科学,技术科学,工程技术,安全哲学,安全学,安全工程学,安全工程,安全技术学,安全社会学,安全系统学,安全人体学,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,35,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,3.,安全科学的学科分类,根据以上初步建立的安全科学学科体系，在广泛征求有关专家和学者的基础上，我国建立了安全科学的学科分类，并被国家标准,学科分类与代码,收录，于,1992,年,11,月由国家技术监督局正式发布，并在,1993,年,7,月正式实行。,在国家标准,GB/T13745-92,学科分类与代码,中，将安全科学技术列为一级学科（代码：,620,），该学科体系由,5,个二级学科和,27,个三级学科组成。,36,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,1,）,安全科学技术基础学科,（代码：,620.10,）它下属的三级学科包括灾害学、灾害物理学、灾害化学、灾害毒理学等，是安全科学的基础,2,）,安全学,（代码：,620.20,）安全学下属的三级学科包括安全系统学、安全心理学、安全模拟与安全仿真学、安全人机学、安全经济学、安全管理学和安全教育学。,3,）,安全工程,（代码：,620.30,）,其下属的三级学科包括消防工程、爆炸安全工程、安全电气工程、安全设备工程、安全检测与监控技术和部门安全工程。,37,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,4,）,职业卫生工程,（代码：,620.40,）其下属的三级学科包括防尘工程、防毒工程、生产噪音与振动控制和个体防护。,5,）,安全管理工程,（代码：,620.50,）其下属的三级学科包括风险评价与失效分析、工业灾害控制和安全检测与监控技术。,在,2001,年,3,月教育部学位办组织专家对,授予博士、硕士学位的学科、专业目录,进行调整的过程中，根据专家的建议和我国的实际需要，又将原属于矿业工程二级学科中的安全技术及工程，调整为一级学科。,38,4.,安全科学与相关学科的关系,1.3,安全科学的定义、性质、研究对象及学科分类,39,1.4,安全科学的数理基础,1.4.1,基本逻辑运算和逻辑函数,1.,基本逻辑运算,逻辑代数,:,又称布尔代数,英国数学家,George Boole,在,19,世纪中叶创立；是事故,/,事件逻辑分析方法的理论基础及计算工具。,它比普通代数简单,因为它的变量仅有,01,两个；变量,01,并不表示两个数值，而是表示两种不同的逻辑状态；如是与否，真与假,高与低,有与无,开与闭等。,40,1.4,安全科学的数理基础,在逻辑代数中，最基本的逻辑有,3,种,:,与,或,非；用逻辑代数符号表示也称,:,与门，或门，非门；可以用一个表来表示,Boole,代数的基本逻辑运算。,名称,逻辑符号,函数式,含义,与门,z(ab,)=,ab,1,1=1,1,0=0,或门,z(ab,)=,a+b,1+1=1,1+0=1,0+0=0,非门,z(a,)=a,a=1,a=0,a=0,a=1,41,2.,逻辑变量与逻辑函数,一般来讲，如果输入变量,a,b,c,的取值确定之后，输出变量,z,的值也就确定了。那么，就称,z,是,abc,的逻辑函数，并写成：,在逻辑代数中，不管是变量还是函数，它们只有两个取值,(0,与,1),。,3.,布尔代数的运算法则与化简,1,）布尔代数的运算法则,（,1,）幂等法则,或,1.4,安全科学的数理基础,42,（,2,）交换法则,或,（,3,）结合法则,（,4,）分配法则,1.4,安全科学的数理基础,43,（,5,）吸收法则,2,）布尔化简,布尔代数式是一种结构函数式，必须将它化简，方能进行判断推理。化简的方法就是反复运用布尔代数法则，化简的程序是：,代数式如有括号应先去括号将函数展开；,利用幂等法则，归纳相同的项；,充分利用吸收法则直接化简。,1.4,安全科学的数理基础,44,1.4.2,随机事件与概率计算,1.,随机事件,定义：在一定条件下可能发生，也可能不发生的现象称为,“,随机现象,”,，也称,“,随机事件,”,，简称为,“,事件,”,。,了解几个相关的概念：,1,）子事件,2,）和事件,3,）积事件,4,）互斥事件,5,）事件的逆事件,1.4,安全科学的数理基础,45,2.,频率与概率,1,）频率,2,）概率的统计定义,3,）概率的古典定义,4,）独立事件的概率计算,5,）非独立事件的概率计算,1.4,安全科学的数理基础,46,1.4.3,可靠性及基本事件发生概率计算,1.,可靠性的基本概念,1,）可靠性,定义：可靠性是指研究对象在规定的条件下、规定的时间内，完成规定功能的能力。,2,）可靠度与不可靠度,可靠度是指研究对象在规定的条件下、规定的时间内，完成规定功能的概率。通常记为,R,。,不可靠度是指研究对象在规定的条件下和规定的时间内丧失规定功能的概率，又叫失效概率。通常记为,F,。,可靠度和不可靠度是一完备事件组，所以有：,1.4,安全科学的数理基础,47,3,）故障率与维修度,（,1,）故障率,表示研究对象在某时刻,t,的单位时间内发生故障的概率，用下式定义：,式中，,N,f,(t,),到,t,时刻为止的故障次数；,N,s,(t,),到,t,时刻为止未发生故障的次数。,（,2,）维修度,维修度是表征可维修的难易程度。可定义为：可维修系统在规定条件 下和规定时间内，完成维修的概率。在时间,t,内完成维修的概率记为,M(t,),。维修度,M(t,),是停工时间,T,D,的分布函数。,1.4,安全科学的数理基础,48,4,）系统的寿命过程,正常状态的非修复系统过渡到故障状态的工作时间期望值，称为平均无故障时间，记为,MTTF,，也称平均寿命。,正常状态的可修复系统过渡到故障状态的工作时间期望值，称为平均故障间隔时间，记为,MTBF,。,平均无故障时间和平均故障间隔时间可用下式定义：,系统的平均维修时间，称为平均修理更换时间，记作,MTTR,。,平均修理更换时间可由下式定义：,1.4,安全科学的数理基础,(t,)=(,常数,),49,MTTF,、,MTBF,和,MTTF,表达了系统的寿命过程。,5,）可维修系统的有效度,有效度是可靠度和维修度合起来的尺度。其定义为系统在规定条件下，在任意时刻正常的概率，称为有效度，用,A(t,),表示。,当系统的可靠度与维修度均服从指数分布时，则系统的有效度为：,1.4,安全科学的数理基础,(t,)=,(常数,),50,2.,基本事件发生概率计算,设备故障率是指单位时间内故障发生的概率。,对于一般可修复系统（即系统故障修复后仍可投入正常运行的系统）其单元故障概率为：,设备的故障率,可通过故障实验或统计分析得到。实验条件下得到的故障率为,，在实际使用时，由于设备受到如,1.4,安全科学的数理基础,51,温度、湿度、振动、冲击、压,力等的干扰和影响，故实际的设备故障率,应表示为,式中,k,严重系数，一般,k,的取值为,1-10,，对于振动或冲击大的地方,k,值可达数百。,不同环境下的,k,值,使 用 场 所,k,使 用 场 所,k,实验室,普通室内,船舶,铁路、车辆、牵引车,1,1.1-10,10-18,13-30,导弹试验车,飞机,导弹,60,80-150,400-1000,1.4,安全科学的数理基础,52,3.,应用举例,例,1,某综采工作面，据矿井统计，由于探梁支护不及时，平均每,200d,发生,1,次冒顶，而修复时间平均需,1d,，求该工作面的瞬时冒顶概率。,解 根据题意，,该综采工作面的瞬时冒顶概率为,0.005,。,对于不可修复的系统，设备的单元故障概率为,式中,t,设备运行时间,1.4,安全科学的数理基础,53,例,2,对于井底车场中的运输大巷与回风巷之间的风门，由于每天上下班的工人都要通过此处，若每天风门的打开与关闭的次数为,500,次。而统计结果表明，这个风门在开闭,100000,次后，就需修理密封装置，且每次处理需,8h,，求风门密封故障率。,解,于是风门密封故障率为：,若假设风门是一次性报废，则单元的故障率为,q=,T,，这样在风门正常运行了,400h,的时候，其故障概率即为：,1.4,安全科学的数理基础,54,学习要点：,一、安全科学的发展历程。,二、安全科学的哲学特征。,三、基本概念：安全、安全科学,四、基本原理,1,、安全科学的本质特征；,2,、安全科学研究的对象及范畴，主要研究内容；,3,、构成安全整体的组成部分或安全三要素，安全科学的学科体系。,五、布尔代数在安全工程中的应用。,本章小结,重点,难点,55,1.,安全科学是如何发展起来的？从中可以得到何种启示？,2.,何谓安全？人们对安全的认识可以分为几个阶段？,3.,安全有哪些基本特征？了解安全的基本特征有何作用？,4.,何谓安全三要素？安全科学体系应当包括哪些方面？,5.论述安全、安全科学、安全工程之间的联系和区别。,本章习题,56,