安全工程学

武汉理工大学2008年10月授课陈先锋博士安全工程学第一章安全科学基础第二章安全生理和心理第三章安全系统工程第四章安全控制工程第五章安全人机环境工程第六章安全管理工程第七章安全经济2020/3/10武汉理工大学3课程教学简介一、课程的性质和目的安全工程学课程主要介绍安全科学理论、安全科学的方法及其在安全工程中的应用。由于安全问题是社会共同关心和面临的一个迫切问题，因此，本课程所介绍的基本理论和方法可广泛地应用于工业领域。该课程教学的目的是掌握安全科学的基本理论与方法，为学习后续课程及相关课程打下坚实必要的基础，另一方面培养利用安全科学的方法论分析和解决实际问题的能力。2020/3/10武汉理工大学4二、课程教学内容本课程主要讲授安全科学的基本理论及其在安全工程中的应用，其内容包括：安全科学基础、安全生理和心理、安全系统工程、安全控制工程、安全人机环境工程、安全管理工程、安全经济。课程的难点为安全科学中涉及的基本理论。2020/3/10武汉理工大学5三、建议教材与教学参考书[1]何学秋等，《安全工程学》，中国矿业大学出版社，2000[2]赵云胜等译，《安全科学导论》，中国地质大学出版社，1991[3]曲和鼎等，《安全软科学的理论与应用》，天津科技翻译出版公司，1991[4]WillieHammer,DennisPrice.OccupationalSafetyandEngineering.PrenticeHall,2001[5]Marshal,SafetyEngineering.AmericaSafetyEngineerSociety,19992020/3/10武汉理工大学6[6]中国安全科学学报杂志[7]安全与环境学报杂志[8]工业安全与环保杂志[9]安全杂志[10]工业安全与除尘杂志[11]现代职业安全杂志2020/3/10武汉理工大学7第一章安全科学基础第一节安全问题与安全科学发展历程第二节安全科学的哲学基础第三节安全科学定义、性质、对象分类第四节可靠性及事件发生概率计算第五节安全科学的流变—突变规律2020/3/10武汉理工大学8第一节安全问题与安全科学发展历程一、安全问题在远古的石器时代，人类的安全问题主来自自然灾害，人们一切活动受周围环境控制，处于被动适应地位。跨入农业社会后，人类的安全问题来自自然灾害和人为灾害。在工业时代，人类的安全问题包括以下几个方面：2020/3/10武汉理工大学9（一）大气污染问题大气污染主要包括有毒气体污染和粉尘污染。（二）核灾害此类灾害主要是由于核反应堆失控而造成的人员伤亡和动植物灭绝，还有核能所带来的环境灾害不能低估。（三）化学污染问题它污染了空气和水源、侵蚀了土壤、扰乱了大气循环、化学循环和生物循环，使地球患上了“综合不适症”。2020/3/10武汉理工大学10（四）交通运输事故目前，8名分别来自澳大利亚、美国和英国的科学家就一项《2000年公路安全蓝图》的计划进行研究，估计在未来15年中，全世界将有600万人死于公路交通事故，35000万人因车祸受伤。这远远超过有史以来任何一年战争伤亡人数，或瘟疫死亡人数。这就使安全问题随着人类科学技术和文明程度的提高由战争、传染病转到交通、污染方面了。2020/3/10武汉理工大学11汽车连环相撞2020/3/10武汉理工大学12（五）工业、矿山灾害现代工业是一把“双刃剑”，不仅创造了巨大的财富，而且为人类带来了前所未有的各种灾害。它在很大程度上改变了灾害的原有属性，使许多自然灾害成为人为灾害，使许多危害程度轻的灾害上升为人类无法控制、造成巨大损失的灾难。煤矿开采不但给环境带来了巨大灾害，也给采矿工作者造成了沉重伤害。技术在人类的生产和生活中越来越变的普及化、复杂化和大规模化，使得技术带来的益处与恶果之间的矛盾越来越激烈和尖锐，迫切需要发展一门新的交叉科学——安全科学。2020/3/10武汉理工大学13大连最大的一家建材市场发生严重火灾2020/3/10武汉理工大学14二、安全科学的发展历程（一）我国安全科学的发展历程我国安全科学的发展大体可分为两个阶段：第一阶段从建国初期到70年代末劳动保护的行政管理和业务监督都得到了较好的发展，设立了专门机构并配备了相当数量的专职人员。2020/3/10武汉理工大学15第二阶段从70年代末到现在劳动保护的行政管理和宣传教育工作得到加强。30余所设置安全工程本科专业的学校和20余所设置安全工程专科教育的学校。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2020/3/10武汉理工大学16（二）国外安全科学的发展历程起初，资本所有者把损害工人的生命和健康，压低工人的生存条件本身看作不变资本使用上的节约；后来不得不拿出一定资金改善工人的劳动条件；再来发展到系列的安全科学有关的组织和科研机构。到70年代末，安全教育已经在美国发展起来。日本在研究安全方面虽起步较晚，但发展却较快。综上所述，安全科学的发展分为三个阶段2020/3/10武汉理工大学17经验型阶段（事后反馈决策型）：长期以来，人们认为安全仅仅以技术形式依附于生产，从属于生产，仅仅在事故发生后进行调查研究、统计分析和采取整改措施，以经验作为科学，安全处于被动局面，人们对安全的理解与追求是自发的模糊的。2020/3/10武汉理工大学18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。传统的安全技术建立在事故统计基础上，这基本属于一种纯反应式的。安全科学缺乏理性，人们仅仅在各种产业的局部领域发展和应用不同的安全技术，以至对安全规律的认识停留在相互隔离、重复、分散和彼此缺乏内在联系的状态。2020/3/10武汉理工大学19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，安全具有科学性、系统性、动态性的特点。从事故的本质中去防治事故，揭示各种安全机理并将其系统化、理论化，变成指导解决各种具体安全问题的科学依据，在这一阶段中安全科学不仅涉及人体科学和思维科学，而且涉及行为科学、自然科学、社会科学等所有大的科学门类。2020/3/10武汉理工大学20第二节安全科学的哲学基础一、安全与危险的统一性与矛盾性（重点）（一）安全的相对性1．绝对安全状态不存在2．安全标准是相对的3．对安全的认识是不断深化的（二）危险的绝对性危险存在于一切系统的任何时间和空间中2020/3/10武汉理工大学21（三）安全与危险的矛盾性1．对立性：安全度越高危险势就越小；安全度越小危险势就越大。2．统一性：互相依存，共处统一体中存在着向对方转化的趋势2020/3/10武汉理工大学22二、安全科学的联系观和系统观客观世界普遍联系的观点是唯物辩证法总的特征之一。安全科学欲反映对安全与危险造成影响的因素的内在规律性，必须全面地分析各要素，利用各个学科已取得的成果，对开放的大系统进行分析和综合，找出安全的客观规律和实现途径。在安全领域中，各种安全和危险要素很多，叠加在一起整体影响力会大大增加，所以为了实现系统总体功能向有利的方向发展，我们必须对各要素统筹兼顾，增加安全因子的整体功能，削弱危险因子的整体功能。决不能头痛医头、彼此隔离，那样会大大降低系统的安全功能。2020/3/10武汉理工大学23三、安全中的质变与量变哲学中的量变与质变，在安全科学中表现为流变与突变。统一性表现在三个方面：1．流变与突变的相对性。离开了流变，就无所谓突变；离开了突变，流变也无从谈起。2．流变与突变的层次性在不同物质层次上，流变和突变有具体表现形式。低层次的突变，高层次可能属于流变。3．流变与突变的相互转化2020/3/10武汉理工大学24四、安全问题简单性和复杂性，精确性和模糊性（一）简单性和复杂性1．简单性：（1）复杂系统可分解成简单要素、单元；（2）复杂系统内外部的联系遵循简单的规律。2．复杂性：安全系统中包含无穷多层次的矛盾，形成极为复杂的结构和机制，与外部世界又有多种多样的联系，存在多种相互作用。2020/3/10武汉理工大学25（二）精确性和模糊性（难点）安全科学的认识，总是从模糊走向精确，模糊和精确是辨证统一的。模糊性可以说明精确性，适当的模糊反而精确。但是，模糊定性描述的边界太广，将会降低安全程度。在具体情况下，有必要处理好精确性和模糊性的关系。2020/3/10武汉理工大学26五、安全事件的必然性和偶然性必然性就是客观事物的联系和发展中不可避免，一定如此的趋势。偶然性是在事物发展过程中由于非本质的原因而产生的事件，它在事物的发展过程中可能出现，也可能不出现，可以这样出现，也可以那样出现。比如，具有自燃倾向的煤在富氧和蓄热的条件下必然自燃，但条件的具备带有很大的偶然性，且这种偶然性完全服从于火灾系统内部隐藏的必然性。二者相互联系，相互依赖，在一定条件下相互转化。2020/3/10武汉理工大学27安全科学在分析认识问题上要做到：1．一切从实际出发2．在普遍联系中把握事物的本质3．在动态中把握安全规律4．矛盾分析法2020/3/10武汉理工大学28第三节安全科学的定义、性质、对象及分类一、安全科学的定义正如管理学虽然有100多年的理论和实践史，但其概念、定义仍不统一一样，安全科学从它诞生的那天起，安全工作者对安全科学的定义各有论述，也不统一。目前，本质特征内容如下：（1）体现本质安全从本质上达到事物或系统的安全最适化2020/3/10武汉理工大学29（2）体现理论性、科学性安全科学不是简单的经验总结或推测，要具有科学的理性，不但要研究实现安全目标的技术方法和手段，而且要研究安全的理论和策略。（3）体现交叉性把相关学科的理论和方法综合起来，形成系统的理论。（4）体现研究对象的全面性安全科学的研究对象包括人类生存和发展中面临的一切负效应。（5）体现人、经济、环境和技术功能最优化。2020/3/10武汉理工大学30二、安全科学的研究对象（1）安全科学的哲学基础（2）安全科学的基本理论（3）安全工程与技术（4）安全科学的经济规律2020/3/10武汉理工大学31三、安全科学的学科体系（重点）安全系统是人（men）——技术(Technology)—环境（Environment）构成的复合系统MET2020/3/10武汉理工大学327个基本子系统提出的安全命题M（人子系统）：安全心理、安全生理、安全教育E（环境境子系统）：物化环境（劳动卫生环境、防尘、防毒），理化环境（社会环境、社会伦理）T（技术子系统）：可靠性理论、防火、防爆、机电安全等MT（人机子系统）：人机关系、人机设计ME（人环境子系统）：人环境关系，职业病理，环境标准ET（机环境子系统）：环境监测，自动监控MET（人机环子系统）：安全系统工程，安全管理工程，安全法学，安全经济学。2020/3/10武汉理工大学33安全科学技术的体系结构：（1）哲学层次是安全哲学（2）科学层次是安全科学（3）基础科学层次是安全学（4）安全技术科学层次安全学结合不同工程学分支形成的具体技术原理与方法。（5）工程技术层次是安全工程五个层次的知识内容：纵向相互交叉，互为基础；横向相互联系，协同作用2020/3/10武汉理工大学34第四节可靠性及基本事件发生概率计算一、可靠性的基本概念1．可靠性研究对象在规定条件下、规定时间内，完成规定功能的能力。2．可靠度与不可度可靠度：研究对象在规定条件下，规定的时间内、完成规定功能的概率。记为R。不可靠度：研究对象在规定的条件下和规定时间内丧失规定功能的概率。记为F。2020/3/10武汉理工大学35可靠度和不可靠度是一完备事件组。有R+F=1或R=1-F假设：N0个研究对象在规定条件下工作到某规定时间有Nfm个研究对象失效。每个单位时间Δt内失效的研究对象数为ΔNfi,则有在tm时间内发生失效的概率为Fm：当Δt0时，2020/3/10武汉理工大学36二、基本事件发生概率计算基本事件的发生概率主要由设备的故障率和人的失误概率决定。1．设备故