安全系统工程1章

1第一章安全系统工程概论安全系统工程是以信息论、控制论等为理论基础，以安全工程、系统工程、可靠性工程的原理和方法为手段，以安全管理、安全技术和职业健康为载体，对研究对象中的风险(不安全因素)进行辨识、评价、控制和消除，以期实现系统及其全过程安全的新兴学科。21.1系统论简介1.1.1系统的定义“系统”概念：“系统的定义可以确定为处于一定的相互关系中，并与环境发生关系的各组成部分的总体。”我国科学家钱学森对系统的定义为：“把极其复杂的研究对象称为系统,即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，而且这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。’’31.1系统论简介系统是一种由若干元素组成的集合体，用它来完成某种特殊功能。因此，每一项工作完成都是由人、机器、原材料、方法、环境等许多因素(元素)组成，及相互之间发生作用来完成工作的一个具有特殊功能的体系的总和。每一个系统中的元素间相互联系、相互渗透、相互促进，彼此间保持着特定的关系，保证系统所要达到的最终目的。一旦相互间特定的关系遭到破坏，就会造成工作被动和不必要的损失。41.1系统论简介1.1.3系统的特征从系统的定义可以看出系统具有整体性、目的性、有序性、相关性、环境适应性、动态性六个基本特征。(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，而且各个要素都服从实现整体最优目标的需要。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，就是说，系统作为一个整体才能发挥其应有功能。51.1系统论简介(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。要达到系统的既定目的，就必须赋予系统规定的功能，这就需要在系统的整体的生命周期，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、虽优控制、最优管理等优化措施。61.1系统论简介(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。系统可分成若干子系统和更小的子系统，而该系统又是其所属系统的子系统。这种系统的分割形式表现为系统空间结构的层次性。另外，系统的生命过程也是有序的，它总是要经历孕育、诞生、发展、成熟、衰老、消亡的过程，这一过程表现为系统发展的有序性。71.1系统论简介(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。即系统的各元素不仅都为完成某种任务而起作用，而且任一元素的变化也都会影响其任务的完成。有些要素彼此关联，有些要素相互排斥，有些要素则互不相干。81.1系统论简介(5)环境适应性。系统是由许多特定部分组成的有机集合体，而这个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。环境特性的变化往往能够引起系统特性的变化，系统要实现预定的目标或功能，必须能够适应外部环境的变化。91.1系统论简介(6)动态性。世界上没有一成不变的系统。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。101.1系统论简介1.1.4系统学原理系统学是系统科学的基础理论学科，为系统工程提供理论依据。作为系统学原理，可以归纳如下八条。l.整体性原理现代科学技术的飞速发展，使科学研究的对象和人们对它的认识发生了很大的变化，有机的整体取代了被分割的部分。以前认为最基本的部分，如今看来，实际上也是一个可分的由各个部分组成的有机整体。微观世界呈现出来的整体结构与客观世界出乎意外地相似。世界上一切事物、现象和过程，都是有机的整体，自成系统而又互成系统。111.1系统论简介2.相关性原理系统学的相关性原理，是辩证法的普遍联系观点的具体体现和实际应用。科学技术发展的全部成就，证明了普遍联系观点的真理性，质量和能量的相互转化和守恒定律，揭示了各种物质的状态及其运动状态之间的普遍联系。细胞的发现和达尔文进化论的创立，揭示了生物界内部的普遍联系以及生物和环境之间的联系。门捷列夫的元素周期表，揭示了曾经被认为互不联系、互不依赖的各种元素之间的关系。客观世界就是一个相互联系的整体。121.1系统论简介3.有序性原理凡是系统都是有序的。系统的有序性，是系统有机联系的反映。稳定的联系构成的结构，保障了系统的有序性；本质的联系，形成了系统发展和变化的规律。在把握事物的联系时，最重要的是把握它的规律性的联系。规律所表现的是现象间在一定条件下所具有的本质的、普遍的、必然的联系。对系统有序性的研究，开辟了发现规律的途径；对有序性原理的运用，将在一定程度上帮助人们按规律办事。任何一个系统，都和周围环境组成一个较大的系统，因此，任何一个系统都是更高一级的系统的个要素。同时，任何一个系统的要素本身，通常又是较低一级的系统。131.1系统论简介4动态性原理动态是指状态与时间的相关性。动态性原理是研究系统元素间的联系随时间的变化规律。现代科学研究的对象大都是结构复杂和高度活动的系统，系统学中的动态性原理就是适应这种客观需要产生的。我们不仅要研究各种系统发展变化的方向和趋势、活动的速度和方式，而且要探索它们发展变化的动力、原因和规律，从而主动驾驭这些系统，使之造福于人类。141.1系统论简介5分解综合原理分解是将具有比较密切结合关系的要素分组化。对系统来说，分解就是分析出相对独立、层次不同的子系统。综合则是完成新系统的设计过程，即选择具有性能好、适用性强以及标准化了的子系统，设计出它们之间的关系，形成具有更广泛价值和特定功能的系统，以达到预期的目的。151.1系统论简介6创造思维原理管理者的责任在于创造性地工作，工程师的天职在于创造性地设计与施工。创造思维的基本原理有两条：一是把陌生的事物看作熟悉的东西，用已有的知识加以辨别和解决。这是人们惯用的方法，它不只对新的事物给以旧的解释，也能给以新的解释，从而创造出新的理论；二是把熟悉的事物看作陌生的东西，用新的方法、新的原理加以研究，创造出新的理论、新的技术和方法。创造性思维活动极其复杂，它的形式多种多样，并且常常是多种形式互相重叠交错在一起。161.1系统论简介7验证性原理人类的生产恬动是最基本的实践活动，是决定其他一切括动的基础。实践是检验真理的唯一标准。人类对于事物的认识，主要依赖于人类社会的生产活动。只有人们的社会实践，也就是验证，才是人们对于客观世界认识的真理性的标准。实际上，在处理系统问题时，无论是管理系统，还是工程系统，要达到预期的目的，只能通过反复的实践、验证、总结，才能产生认识过程的突变，产生新的概念。171.1系统论简介8反馈原理反馈是输人的信息和资源经过处理后，将结果(即输出)再送回到输人状态的程序，并对新输入信息和资源发生影响的过程。反馈使事物本身与周围环境处于动态的统一之中，构成了新陈代谢运动，架起了原因和结果的桥梁。181.2系统工程简介1.2.2系统工程的定义系统工程(SystemsEngineering)是为了使系统性能的公认尺度达到最大而进行的关于许多系统元素相互间复杂关系的设计，在设计时对以任何方式和系统相关联的所有因素加以考虑，包括人力的利用以及该系统各个组成部分特性的利用。191.2系统工程简介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。201.2系统工程简介1．2．5系统工程的基本观点根据系统工程的特征，在处理问题时，以下一些系统工程的基本观点是值得强调的。l.全局的观点就是强调把要研究和处理的对象看成一个系统，从整个系统(全局)出发，而不是从某一个子系统(局部)出发。211.2系统工程简介2.总体最优化的观点人们设计、制造和使用系统最终是希望完成特定的功能，而且总是希望完成的功能效果最好。这就是所谓最优计划、最优实际、最优控制和最优管理和使用等。这里需要使用运筹学中的优化方法、最优控制理论、决策论等等。值得注意的是近年来关于多目标最优性的讨论。221.2系统工程简介系统总体最优性包含三层意思：一是空间上要求整体最优；二是从时间上要求全过程最优；三是总体最优性是从综台效应反映出来的，它并不等于构成系统的各个要素(或子系统)都是最优。231.2系统工程简介3.实践性的观点系统工程和某些学科的区别是它非常注重实用，如果离开具体的项目和工程也就谈不上系统工程。正如钱学森同志指出的：“系统工程是改造客观世界的，是要实践的”。当然，实践性并不排斥对系统工程理论的探讨和对其他项目系统工程经验的借鉴。241.2系统工程简介4.综合性的观点由于复杂的大系统涉及面广，不但有技术因素，还有经济因素、社会因素等，仅靠‘两门学科的知识是不够的，需要综合应用诸如数学、经济学、运筹学、控制论、心理学、社会学和法学等各方面的学科知识；由于一个人所掌握的学科知识有局限性，所以系统工程的研究需要吸收各方面的专家、领导、工程技术人员乃至有经验的工人参加，组成一个联合攻关和研讨小组开展工作。251.2系统工程简介5.定性和定量分析相结合的观点运用系统工程来研究并解决问题，强调把定性分析与定量分析结合起来。这是因为在处理一些庞大而复杂的系统时，经典数学的精确性与这些大系统的某些因素的不确定性存在着不少矛盾。因此，在对整个系统进行定性分析和定量分析时，必须合理地将定性分析与定量分析有机地结合起来。261．3系统分析的基本内涵1．3．6系统分析的要素系统分析的要素有目标、方案、费用效果、模型和评价基准。(1)目标。是为了达到一定的目的而对系统对象设计所期望达到的目标和方向，是目的的具体化，是系统分析的出发点。经过分析确定的目标应是具、体的、有根据的、可行的。271．3系统分析的基本内涵(2)方案。一般情况下，为选到一定的目的和所期望的目标，可采用多种手段，这些手段为可行性方案。系统分析要求尽量列举各种替代方案，并且估计它们可能产生的结果，以利于分析研究和选择。可行性方案是选优的前提，没有足够数量的可行性方案就没有优化。在列举各种方案时要考虑两点：是所运用的方法是否可行；二是所采用的方案是否可靠。281．3系统分析的基本内涵(3)费用效果。为实现系统目标就必须投入，其实际支出就是费用。费用有可用货币表示的费用和非货币支出的费用两种。后者如失去的机会、所做的牺牲等。为了某种目的而选择的特定手段，使得一些资源或时间不能用于其他目标，所以会产生牺牲。效果就是达到目的所取得的成果。它有“效益”和“有效性”两种指标。效益可以用货币表示，而有效性是通过货币以外的指标来衡量的。效益卫有直接效益和间接效益之分。291．3系统分析的基本内涵(4)模型。模型是对研究对象的某一方面本质属性的简化、模拟和抽象，是分析研究对象的有关因素之间关系和规律的有力工具。因为人和现实系统本身总是十分复杂，特别是在各种替代方案实施之前，尚不能对系统本身进行比较，分析各种方案的优劣。借助模型可进行这种分析比较。通过模型可以预测出各种替代方案的目标、性能、费用与效益、时间等指标情况，以利于方案的分析和比较。301．3系统分析的基本内涵(5)评价基准。它是衡量可行性方案优劣的指标。由于系统往往是多目标，用单个指标来评价是不充分的，必须用一组互相联系的可以比较的指标来衡量，这就是系统的指标体系。不同的系统可有不同的指标体系，可根据有关要求具体地去确定。有了指标体系，就可以分析各种可行性方案对各项指标的实现程度，并进行综台评价，权衡利弊，确定出各种方案的优劣顺序。311．4安全系统工程安全，是指免遭不可接受危险的伤害。它是一种使伤害或损害的风险限制在可以接受的水平的状态。危险是人们所不愿意