《安全工程学》课件.ppt

河南理工大学,安全工程学,多媒体课件,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,课程教学简介,一、课程的性质和目的安全工程学是安全专业的一门必修课。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通过对该课程的学习，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。,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。,三、课程教学的基本要求1．主要以课堂讲授为主，并安排一定的课堂讨论。2．每次课后均布置适当的作业，以加深对基本概念的理解；熟练地运用所学理论进行分析和计算。3．考核方法期末闭卷考试。平时成绩占一定比例，平时成绩主要根据平时出勤、听课、完成作业、课堂讨论、提问等各环节进行综合评定。,四、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,1999,,,,[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,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,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,（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”。,（五）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。,汽车连环相撞,（六）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。,大连最大的一家建材市场发生严重火灾,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。,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。,（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,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。,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。,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。,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。,（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,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。,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,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。,（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。,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。,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,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。,（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。,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,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MET图1-1。,7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。,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,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。,可靠度和不可靠度是一完备事件组。有RF1或R1-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，,,,,,,,,,,,,,,,,令ft则ft是以t为随机变量的概率密度函数，即失效密度函数。Ft是概率分布函数，即累积失效分布函数，或不可靠度函数。,,,,,,设在t时间内残存的未失效研究对象数为Nst，则,,Rt、Ft和ft三者的关系如图1-11所示。,（1）故障率研究对象在某时刻t的单位时间内发生故障的概率用下式定义,,（2）维修度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Mt，是停工时间tD的分布函数,,1．系统的寿命过程平均无故障时间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。MTTF（MeanTimeToFailure）平均故障间隔时间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。MTBF（MeanTimeBetweenFailure）设产品寿命x的分布函数和分布密度分别为FtPx≤t，ftdFt/dtt≥0在时刻t的可靠度RtPxt1-FtR′t-ft,dFtdRt,称随机变量x的数学期望为产品的平均寿命，记为θ，则有,,例1设有一产品的寿命x服从指数分布，求平均寿命θ解x服从指数分布，故有Rte-xt,t≥0其平均寿命,,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．设备故障率单位时间内故障发生的概率。对于可修复系统,,设备的故障率，为实验条件下得到的故障率，k为严重系数，取值为110。,例2某风门200d需修理一次，每次修理时间8h，则有MTBF200（d）200244800（h）MTTR8h风门故障率为q8/48080.0017对于不可修复系统，设备的单元故障概率为q1-e-λt≈λt式中t设备运行时间例3上例中，若假设风门是一次性报废，风门在正常运转400h后，其故障概率即为q≈λT1/48004000.082．人的失误率通常，人的失误率在0.010.001之间，可乘一修正系数kk110。,第五节安全科学的流变突变规律,一、流变突变理论的背景知识“流变”一词来源于古希腊，意即万物皆流，万物皆变。突变最初是1968年Thom在结构稳定性和形态发生学著作中提出的。（一）流变突变理论的物质观质中不仅包含定性的质，而且包含定量的质物质世界在不断流变中突变。（二）流变突变理论的时空观一切流变突变现象离不开空间内物质的相互作用。（三）流变突变理论的运动观事物的属性是在流变突变中显示出来流变突变是一事物向另一事物转变的流程。,二、安全流变突变的基本特征“安全流变与突变”就是事物在发展过程中安全与危险的矛盾运动过程。（一）矿山灾害1．自燃火灾OA段煤与氧气开始接触氧化AB段氧化速度减慢，氧化程度加深,BD段氧化速度加快D点发生自燃火灾C点人为设置的报警点2．冒顶OA段刚掘出新巷道变形速度递减段AB段稳定段BD段围岩压力等条件变化，变形速度加快，发生冒顶3．煤与瓦斯突出OA段损伤减速增加阶段AB段损伤稳定发展阶段BC段损伤加速段CD段灾害发展阶段,（二）机械事故OA段初期零部件跑合磨损段AB段恒速磨损老化段BC段与元器件寿命相关的加速磨损老化段（三）社会变革纵轴表示矛盾的激化程度OA段新秩序建立过程中矛盾逐渐缓和阶段AB段新秩序建立后矛盾的稳定发展阶段BC段旧的管理体制阻碍生产力发展后的矛盾加剧阶段,（四）机械事故OA段初期零部件跑合磨损段AB段恒速磨损老化段BC段与元器件寿命相关的加速磨损老化段（五）社会变革纵轴表示矛盾的激化程度OA段新秩序建立过程中矛盾逐渐缓和阶段AB段新秩序建立后矛盾的稳定发展阶段BC段旧的管理体制阻碍生产力发展后的矛盾加剧阶段,（六）安全流变突变论事物“安全流变与突变”的全过程为当某一新事物诞生后的初期（OA阶段），其损伤量随时间呈减速递增，新秩序在此期间逐渐形成和完善。当新秩序发展到成熟阶段时（AB阶段），完善的新秩序使损伤量匀速缓慢增加。经过一个稳定增加的时期后，原秩序将再次向无序方向发展，进而使损伤量值开始加速增大（BC段）。任何事物都具有其固有的损伤量承受能力界限，超出此限后，事物将发生安全突变。当原秩序破坏后，事物又开始回归到一个新的安全状态（O点）。,三、安全流变突变的定义体系1．安全是一个相对的状态概念，是认识主体在某一限度内受到损伤和威胁的状态。2．危险是一个相对的状态概念，是认识主体受到损伤和威胁超过某一限度的状态。（1）危险源是认识主体中产生和强化负效应的核心，是危险能量暴发点。（2）危险场是危险源对某些受体形成损害的威胁范围，表示伤害的终结域。（3）危险梯度在危险场中，危险程度的变化率。危及势v是系统功能残缺或丧失后造成的损害总和。,3.灾害指事物原来的秩序发生崩溃的状态。事故一种复杂的系统功能丧失现象，其中渗入了多个机体的复杂作用和开放系统的社会艺术作用。4．秩序系统进行物、能、信息等交换过程中的所有运行机制。5．安全损伤事物在内外因的作用下随时间的破坏量。6．安全度事物保持在安全状态的概率值。7．安全流变8．安全突变9．安全外因,10．安全内因（1）本质构件是由事物自身本质所决定的具有某种性质或能实现某种特定功能的组件。（2）流变过程事物在安全场应力和安全场应变作用下的流变函数边界密度事物从某一状态到另一状态变化的极限变量安全势事物从一状态向另一状态转化的能力大小和趋势。,第二章安全生理与安全心理,第一节安全生理第二节安全心理第三节人的作业疲劳第四节人的不安全行为,第一节安全生理,一、人体的感官系统和神经系统（一）人体的感官系统人体接受外界刺激，经传入神经和神经中枢产生感觉的机构。共7种眼、耳、鼻、舌、肤产生的感觉和运动感、平衡感。1．人的视觉特征80以上信息通过视觉获得，最重要的感觉通道。1）视觉刺激波长在380760nm之间，占整个光波波长的1/70,2）视觉系统眼、视觉传入神经、大脑皮层视区等三部分3）主要特征（1）视角被看对象的两点光线投入眼球时的相交角度（α）（图2-2）,（2）视敏度在标准的视觉情景中感知最小的对象与分辨细微差别的能力。影响因素亮度、对比度、背景反向与物体的运动等。（3）适应性明适应1min暗适应45min完全适应30min（4）颜色视觉光的能量表现为人对光的亮度感觉；光的波长表现为人对光的颜色感觉。光的不同波长引起不同颜色的感觉。,（5）视野静视野人的眼球不转动的情况下，观看正前方所能看见的空间范围。动视野眼球自由转动时能看到的空间范围。中央视觉物像落在视网膜的黄斑中央，获得清晰图象。边缘视觉对周围景物产生模糊不清的图像。水平面内的视野两眼视区在左右60o以内的区域；最敏感实力在标准视线每侧1o的范围内；双眼视区界线为标准视线每侧94o104o。垂直面内的视野最大视区为标准视线以上50o和标准视线以下70o，人的自然视线低于标准视线。视距在380760mm之间，以560mm为最佳距离。,（6）视错觉由于主观因素的影响，感知的结果与事实不符的特殊视知觉。2．人的听觉特征听觉的刺激物是声波，人耳能听到的频率范围为2020000Hz。（1）听觉绝对阈值引起声音感觉的最小可听声级。10004000Hz最灵敏（2）听觉差别阈值人耳对声音的某一特性（强度、频率）的最小可觉差别,（二）人的神经系统1．神经元神经元具有接受刺激、传递信息和整合信息的能力。2．神经系统的基本结构中枢神经系统由脑和脊髓组成；周围神经系统包括脑神经、脊神经。3．脑的机能区,二、人的运动系统和供能系统（一）人的运动系统人体完成各种动作和从事生产劳动的器官系统。由骨关节和肌肉组成。骨是运动的杠杆；关节是运动的支点；肌肉是运动的动力。（二）人的供能系统1．能量的产生ATPH2OADPPi29.3KJ/mol储存在人体各种细胞中。,2．能量代谢基础代谢量维持生命所必须的能量安静代谢量安静时维持某一自然姿势的能量作业所增加的代谢量。三种代谢量的关系如图2-11。,,3．劳动强度及其划分1）劳动强度作业过程中劳动的繁重和紧张程度静力作业肌肉等长收缩，易疲劳动力作业肌肉等张收缩，能耗大2）劳动强度的划分GB3869-83，按劳动强度指数来划分体力劳动强度等级。I3T7M式中T净作业时间比率；M8小时工作时平均能量代谢率，KJ/minm2；,T和M的计算如下例如8小时工作日的平均能耗为3559KJ实际劳动率为T61，则IC0,相应的最佳安全投资点就应适当的增大。,2新的科学技术先进的管理方法以及职工安全意识和安全素质提高，使得安全投资利用率提高，边际投资曲线下移至MC。新的最佳安全度S0/S0，而此时C0/C0即在边际投资较少的情况下可以得到较大的安全度。,,3综合上述两种情况可以在不增加或少量增加边际投资的情况下，大大地提高安全的效益，从另一角度在保证安全度不变的情况下则可降低安全投资或成本。,从以上分析可以看出安全效益客观上有一个最大值，这一点上的安全投资就是最佳的安全投资。通常最优安全度的安全投资点是在边际投资等于边际损失处，在这点投资可以得到最大的经济效益，考虑到人们对安全度的期望是尽可能高，且安全投资能产生巨大的社会效益及潜在的经济效益，故应在经济能力允许的条件下适当地考虑提高安全投资量。,,第五节事故经济损失估算,一、事故损失分类二、国外事故损失计算方法三、国内事故损失计算方法,一、事故损失分类,1．按损失与事故事件的关系直接损失间接损失2．按损失的经济特征经济损失非经济损失,,3．综合分类直接经济损失间接经济损失直接非经济损失间接非经济损失4．按损失的承担者个人损失企业损失国家损失,,5．按损失的时间特性划分当时损失事后损失未来损失,二、国外事故损失计算方法,1.海因里希方法先计算出事故直接损失，再按1﹕4的规律，以5倍（或其他的倍数）的直接损失数量作为事故总损失的估算值。2．美国西蒙兹计算法事故总损失＝由保险公司支付的费用＋不由保险公司补偿的费用,,3．日本野口三郎计算方法Ⅰ．法定补偿费用（支付保险部分）Ⅱ.法定补偿费用（日本公司负担部分）Ⅲ.法定补偿以外的费用支出Ⅳ.事故造成的人的损失Ⅴ.事故造成的物的损失Ⅵ.生产损失Ⅶ.特殊损失费,三、国内事故损失计算方法,1．一般计算方法我国制定了企业职工伤亡事故经济损失统计标准（GB6441-86）。该标准将伤亡的经济损失分为直接经济损失和间接经济损失两部分。直接经济损失和间接经济损失的统计范围见图。,,2．理论计算方法事故总损失L经济损失非经济损失直接经济损失A间接经济损失B非经济损失C间接非经济损失D,