系统安全工程的应用及其发展.doc

系统安全工程的应用及其发展来源：中国公共安全网 长期以来，人们对系统安全的着眼点主要放在系统的运用和使用阶段，在系统的设计阶段很少采取专门的有力措施，用来提高和改善所设计系统的安全性。一般情况是事故发生后，调查事故的原因，以决定今后如何防止造成损失和类似事故的发生。这种处理安全问题的状况，常称为“传统安全”。 随着科学技术的发展，特别是近几年来系统工程这一学科的出现和使用，人们逐渐悟出了解决安全问题的关键所在，出现了“系统安全”的概念。“系统安全”是指在某一工程计算或活动中的整个寿命周期内，即指的是设计、研制、加工制造、使用直至终止，系统地、有预见地识别和控制危害地专业技术和管理技巧地应用。由此可见，系统安全是以“全过程”、“系统地”、“事故处理”和对危害的“识别分析控制”的方法为其特征。着眼点放在系统实际运行之前，使系统的设计在安全上达到可以接受的水平，以使系统能正常运行或保证安全。 系统安全应用的专门技术，称之为“系统安全工程”，由系统安全的特征可以看出，对危害的识别、分析和控制使系统安全的核心，在系统的整个寿命周期内进行有效的危害分析，是这个核心中的主干，安全工作的主要内容都依赖于它。 在系统的设计阶段，预测和控制危害是系统安全工程的基础。正确地进行危害分析所得出地结论，可以作为维修、培训、操作方法，估计系统安全水平和进行安全检查的依据。因此，危害分析称为系统安全工程中的主要组成部分。 系统安全工程是系统工程的一个组成部分，在具备专业知识和技能的情形下，应用科学和工程原理、标准及技术知识，去鉴别、消除和控制系统中的危害性。 系统安全工程是以工程设计、安全原理和系统分析为基础，去预测、评价系统的安全性。简言之，研究如何控制系统内各种因素，以防止事故的发生。一、系统安全工程的应用十分广泛1、系统安全工程应用于国防航空领域二次大战期间，美国动员15000人在参加研究原子弹的“曼哈顿计划”中大量使用了系统工程方法，并取得了良好效果。1954年美国空军建立了兰德公司，创立了系统分析方法。1958年美国海军研制“北极星导弹”，应用系统分析方法，并制定出控制工程的网络分析法（也叫计划评审法），使该计划提前两年完成。1961年美国宣布“阿波罗登月计划”，它耗资300多亿美元，有42万人，120所大学和研究所，2万家企业参加，采用系统分析方法，包括网络计划技术，关键路线，历时近10年，在1969年将3名宇航员送上月球。1957年原苏联发射第一颗人造地球卫星。美国为了占据空间优势，匆忙进行导弹技术开发，采用规划、研究、计划、设计、制造和使用齐头并进方式，一年半时间内连续发生4次大事故，每次都造成数百万美元的损失。1976年阿波罗火箭因氧气密封舱的一个密封元件不合格而引起事故，烧死宇航员3人，损失数亿美元，这些惨痛的教训，大大加深呢对安全系统的重要性认识。1961年美国贝尔电话研究所在安全系统基础上运用了事故树分析法，促进了民兵式导弹的研制。1962年4月美国空军公布了弹道导弹部程序的BSD第6241号文“发展空军弹道导弹的系统安全工程”。1963年9月，这一文件经修改变成为空军规程MIL-S-38310对系统和有关子系统及设备的安全工程一般要求，1966年8月经修改变成为美国通用标准MIL-STD-882对系统及有关子系统及设备的安全系统程序要求，1977年又出版了该标准的修改版本MIL-STD-882A。这一安全标准最终成为美国所有产品和系统采购的系统安全程序都必须遵守的标准，并被日本和西欧各国引进。系统安全工程的应用大大促进了国防工业及航空航天领域的发展。2、系统安全工程应用于核医学核医学安全管理问题至关重要,随着现代管理科学的发展。要求我们必须对安全管理作为一个系统工程来思考。传统的核医学安全管理,往往是从抓事故开始。针对发生的事故,去查找原因、区分各级医护责任,然后再去总结教训及制定措施。但是能随着社会经济和科学技术的发展、核医学安全管理工作的内容变得日益错综复杂。核医学安全防护的目的就在于保护核医学专业人员和广大居民及他们后代的健康,保证环境不受污染,促进核医学的发展。过去那种被动管理,对安全状态没有一个系统的定量的概念,仅从事故来衡量,为了变被动管理为主动管理,核医界需要推行一种新的核医学管理方法核医学安全管理系统工程。核医学安全系统工程的出发点是预先发现不安全问题,并系统地采取应有的对策。这是核医学的安全管理工作变被动为主动,由经验管理变为科学管理的关键所在。核医学安全管理的核心:即实行核医学安全管理系统工程,首先要科学地全面地确定影响核医学安全的诸因素,以及这些因素之间的相互制约和相互联系。危险性分析方法很多,如事故统计法,事故分析法等等。以核医学防护中常出现事故来讲,主要是核素污染地面、核仪器及所用的器具，以及对人体可能造成的危害。电离辐射作用人体后被组织吸收而发生一系列电离生物化学效应，使机体呈现病理、生理、生化和形态上的变化,其反应所损伤的程度和吸收剂量有密切的关系。这样逐项逐层分析下去,就可以把影响核医学安全,可能发生事故的所有因素都找出来。把这些因素按照它们之间逻辑关系用方框图连接起来,就形成一个倒挂的树型结构,故称为事故树分析。用这样的事故树分析法不但可以找出全部影响安全的要素,而且可以看出各要素之间的相互关系,有的可以进行定量的事故概率计算。我们在临床核医学工作中将核医学安全要素大体上可分四大类:1、核医学工作人员的要素,主要是科学管理和核素保管人员的素质。2、核素的使用及善后处理工作。3、各个工作间物质保管及清洁处理。4、管理要素,也就是管理标准制度和运行机制。这几个方面相互之间是相互有密切的关系。我们在过去的管理中,往往侧重于强调人的责任,而对于从根本上创造安全的物质条件重视不够,致使有相当大的比例的核医学科内设施设备不符合安全管理的要求,这应该引起高度重视。3、系统安全工程应用于消防安全管理改革开放以来,我国的消防事业发展很快,不过消防基础设施和技术仍然比较落后,赶不上经济发展与城市规模扩大的需要,应当增加消防投入。但是在当前情况下,改进消防安全管理显然具有重要的现实意义。许多地方的火灾频繁发生,而且小火相当容易地转化为大火,这种状况与管理思想的落后不无关系。目前将安全系统工程的原理与方法用到消防安全管理中来是适时的。将系统安全工程的原理和方法应用到消防安全管理中来是防止火灾事故的有效途径。在强调领导者重视安全的同时,应当努力开发一些使用方便而行之有效的安全管理方法和软件。完善消防安全检查表、建立安全数据库、进行消防安全评估和全面安全管理等措施都值得重视。为了使各类消防安全管理方法顺利地推广应用,有待于各方面的支持和合作。从主管部门来讲,需要增加对这些方法的认识,把它们作为重要的火灾防治技术对待。从使用单位来说,也应当乐意使用。前些年我国一些研究部门曾开发出若干消防安全评估软件,这些软件是具有一定先进水平的,然而它们发挥的作用不大。软件开发者自己有推广的责任,不过单纯依靠他们的力量推广是有困难的,需要形成一个普遍重视消防安全并热心改进管理方法的大环境。目前，系统安全工程已应用到化工、机械、铁道、冶金、煤矿和国防工业等行业，初步使用了安全检查表和事故树分析方法，建立了安全管理信息系统。二、系统安全工程的新理论、新方法1、边际系数评价法其基本思想是:当工人在产量、利润、人力最优组合情况下,企业不但在经济上取得最佳，而且能获得最大安全保障系数。现代化企业管理中,常常会遇到这样的问题:企业怎样组织生产才能获得最大的经济效益?产量及劳动力怎样组合才能达到最优?职工在什么条件下工作的安全概率最大?一个生产体系的投入、产出、安全情况的优劣取决于生产体系中领导的决策及生产过程的设备、原材料、劳动力等诸要素的技术水平。所以，一种产品采用不同的组合方式,会产生优、中、劣三种不同的结果。而安全保障系数的大小又同各种要素的生产组合方式有着密切相关的联系。我们把投入、产出与安全因素的关系系统为一种数学模型。进一步求解出最佳安全状态下的产量、人力的优化组合,引入了边际理论。边际理论,是目前国外用于企业微观经济的一门应用学科。它在企业环境十分复杂、信息很难确定的情况下,用动态的边际分析法描述了量、本、利的最优组合及企业应采取的各种决策。当我们对某几种生产要素进行分析时一般常使用函数关系来表示变量之间的经济关系。例如:设=某种产品的总产量,=生产这种产品的职工人数,企业其他生产条件如:工艺、设备、原料等在一段时间内保持不变。这样,企业某种产品的总产量的大小将取决于职工人数的变化情况。这种经济关系可以用函数式表示为:=()。边际安全系数分析法就是对这样的函数关系寻求最优解。即:分析职工人数的变化(自变量)怎样影响总产量(因变量)并在此基础上寻求当因变量的值最大限度地满足目标时自变量的值。进一步求出安全区间、最佳安全值，并对企业在产品生产过程中的安全概率做出评价。2、突变理论突变理论(CatastropheTheory)是由法国数学家雷勒托姆(ReneThom)于1972年创立的13。它是研究动态系统在连续发展变化过程中出现的不连续突然变化的现象、突然变化与连续变化因素之间关系的数学理论,其基础理论涉及拓朴学、群论、奇点理论、分叉理论等。突变理论用于系统安全分析的主要方法之一就是在突变流形上对所研究系统的安全状况进行分析描述,对系统发生事故时及事故前后的行为特征予以描述。对于尖点突变,系统安全分析中其投影为a(u-u0)3+b(v-v0)2=0,式中a,b均为常数,系统的安全状态t受控制变量的约束,随控制变量的变化而变化。在系统安全分析中,一般以流形的上叶表示系统处于安全状态,下叶表示系统功能极差(或已发生事故),中叶为不可达区域。若系统运行不经过分叉集,则控制因素的不断恶化不能引起系统功能状况的突变;若系统控制因素的变化越过分叉集时,系统将不可避免地发生事故。当控制因素u,v值越大时,系统的功能恶化程度越大,在突变流形上表现为安全状态的变化量x的变大。突变理论在安全工程中的应用尚处于探索阶段,本文仅就其在事故突变分析和过程系统安全动态评价中的应用进行了初步的研究与尝试,还很粗浅。结果表明了此数学工具在事故过程分析及系统安全评价中的应用是可行的、合理的,但仍有许多不足,进一步的研究必将具有积极的意义。3、虚拟现实技术虚拟现实技术(简称)是近几年来逐渐发展完善起来的高新技术。该技术以多媒体计算机系统为基础，结合实时计算机图像生成、数据库、人工智能和物理模拟等手段可以构造出逼真的矿山工程三维空间环境，操作人员可以通过人机交互参与其间的活动。这一三维动态环境下获得的安全信息、操作规程就比以往的印在纸上的静态信息要牢固、有效的多，从而达到矿山作业人员的安全教育和技术培训等目的。与此同时，系统辅助人类了解实际的矿山作业环境，进行风险预测和典型矿山事故的分析与再现等；通过传感器或效能器等实现人机交互作用使用户“浸入”所创造的环境中，实现灾害识别、救灾训练。这种应用技术的研究开发无疑对提高煤矿安全生产，矿工的安全保护意识和系统优化设计具有重要的实用价值。虚拟现实技术是近年来发展完善起来的高新技术，在许多工程领域和基础研究方面已得到较广泛的应用。尽管目前在矿业领域的研究还刚刚起步，但通过本文对矿山安全工程方面技术的研究进展的综述，已显示出技术的独特性和在矿山安全方面的发展前景。随着该技术的进一步发展，也必将成为其它工业领域的安全管理、危险性评价、人员培训及指导妥善处理灾变情况的有效手段。