第一章-安全科學基礎(chǔ)

第一章安全科學基礎(chǔ)第一講安全問題與安全科學發(fā)展歷程［教學目的］通過本講的學習，使同學們了解安全問題、國內(nèi)外安全科學的發(fā)展歷程，掌握安全科學發(fā)展的三個階段，安全科學的哲學基礎(chǔ)。［教學重點］安全科學發(fā)展的三個階段安全科學的哲學基礎(chǔ)［教學難點］安全科學的哲學基礎(chǔ)第一節(jié)安全問題與安全科學發(fā)展歷程一、安全問題在遠古的石器時代，人類的安全問題主要來自自然災(zāi)害，人們一切活動受周圍環(huán)境控制，處于被動適應(yīng)地位?？缛朕r(nóng)業(yè)社會后，人類的安全問題來自自然災(zāi)害和人為災(zāi)害。在工業(yè)時代，人類的安全問題包括以下幾個方面：（一） 大氣污染問題大氣污染主要包括有毒氣體污染和粉塵污染。（二） 核災(zāi)害此類災(zāi)害主要是由于核反應(yīng)堆失控而造成的人員傷亡和動植物滅絕，還有核能所帶來的環(huán)境災(zāi)害不能低估。（三） 化學污染問題它污染了空氣和水源、侵蝕了土壤、擾亂了大氣循環(huán)、化學循環(huán)和生物循環(huán)，使地球患上了“綜合不適癥”。（四） 航天航空工業(yè)災(zāi)害隨著通訊和交通工具的現(xiàn)代化，地球變得越來越小，人們可以在24小時內(nèi)環(huán)球旅行一次，但空難、海難和車禍也使人們心有余悸。（五） 交通運輸事故目前，8名分別來自澳大利亞、美國和英國的科學家就一項《2000年公路安全藍圖》的計劃進行研究，估計在未來15年中，全世界將有600萬人死于公路交通事故，35000萬人因車禍受傷。這遠遠超過有史以來任何一年戰(zhàn)爭傷亡人數(shù)，或瘟疫死亡人數(shù)。這就使安全問題隨著人類科學技術(shù)和文明程度的提高由戰(zhàn)爭、傳染病轉(zhuǎn)到交通、污染方面了。（六）工業(yè)、礦山災(zāi)害現(xiàn)代工業(yè)是一把“雙刃劍”，不僅創(chuàng)造了巨大的財富，而且為人類帶來了前所未有的各種災(zāi)害。它在很大程度上改變了災(zāi)害的原有屬性，使許多自然災(zāi)害成為人為災(zāi)害，使許多危害程度輕的災(zāi)害上升為人類無法控制、造成巨大損失的災(zāi)難。煤礦開采不但給環(huán)境帶來了巨大災(zāi)害，也給采礦工作者造成了沉重傷害。技術(shù)在人類的生產(chǎn)和生活中越來越變的普及化、復(fù)雜化和大規(guī)?；?，使得技術(shù)帶來的益處與惡果之間的矛盾越來越激烈和尖銳，迫切需要發(fā)展一門新的交叉科學一一安全科學。二、安全科學的發(fā)展歷程（一） 我國安全科學的發(fā)展歷程。我國安全科學的發(fā)展大體可分為兩個階段：第一階段從建國初期到70年代末。勞動保護的行政管理和業(yè)務(wù)監(jiān)督都得到了較好的發(fā)展，設(shè)立了專門機構(gòu)并配備了相當數(shù)量的專職人員。第二階段從70年代末到現(xiàn)在。勞動保護的行政管理和宣傳教育工作得到加強。30余所設(shè)置安全工程本科專業(yè)的學校和20余所設(shè)置安全工程?？平逃膶W校。已形成包括學歷教育、繼續(xù)工程教育、職工安全教育和官員安全教育的完整教學體系。（二） 國外安全科學的發(fā)展歷程。起初，資本所有者把損害工人的生命和健康，壓低工人的生存條件本身看作不變資本使用上的節(jié)約；后來不得不拿出一定資金改善工人的勞動條件；再來發(fā)展到系列的安全科學有關(guān)的組織和科研機構(gòu)。到70年代末，安全教育已經(jīng)在美國發(fā)展起來。日本在研究安全方面雖起步較晚，但發(fā)展卻較快。綜上所述，安全科學的發(fā)展分為三個階段：經(jīng)驗型階段（事后反饋決策型）：長期以來，人們認為安全僅僅以技術(shù)形式依附于生產(chǎn)，從屬于生產(chǎn)，僅僅在事故發(fā)生后進行調(diào)查研究、統(tǒng)計分析和采取整改措施，以經(jīng)驗作為科學，安全處于被動局面，人們對安全的理解與追求是自發(fā)的模糊的。事后預(yù)測型（預(yù)期控制型）：人們對安全有了新的認識，運用事件鏈分析、系統(tǒng)過程化、動態(tài)分析與控制等方法，達到防治事故的目的?？傊畟鹘y(tǒng)的安全技術(shù)建立在事故統(tǒng)計基礎(chǔ)上，這基本屬于一種純反應(yīng)式的。安全科學缺乏理性，人們僅僅在各種產(chǎn)業(yè)的局部領(lǐng)域發(fā)展和應(yīng)用不同的安全技術(shù)，以至對安全規(guī)律的認識停留在相互隔離、重復(fù)、分散和彼此缺乏內(nèi)在聯(lián)系的狀態(tài)。綜合系統(tǒng)論（綜合對策型）：認為事故是人、技術(shù)與環(huán)境的綜合功能殘缺所致，安全問題的研究應(yīng)放在開放系統(tǒng)中，安全具有科學性、系統(tǒng)性、動態(tài)性的特點。從事故的本質(zhì)中去精品文檔防治事故，揭示各種安全機理并將其系統(tǒng)化、理論化，變成指導(dǎo)解決各種具體安全問題的科學依據(jù)，在這一階段中安全科學不僅涉及人體科學和思維科學，而且涉及行為科學、自然科學、社會科學等所有大的科學門類。第二節(jié)安全科學的哲學基礎(chǔ)一、 安全與危險的統(tǒng)一性與矛盾性（重點）（一） 安全的相對性絕對安全狀態(tài)不存在安全標準是相對的對安全的認識是不斷深化的（二） 危險的絕對性危險存在于一切系統(tǒng)的任何時間和空間中。（三） 安全與危險的矛盾性對立性：安全度越高危險勢就越?。话踩仍叫∥ｋU勢就越大。統(tǒng)一性：互相依存，共處統(tǒng)一體中；存在著向?qū)Ψ睫D(zhuǎn)化的趨勢。二、 安全科學的聯(lián)系觀和系統(tǒng)觀客觀世界普遍聯(lián)系的觀點是唯物辯證法總的特征之一。安全科學欲反映對安全與危險造成影響的因素的內(nèi)在規(guī)律性，必須全面地分析各要素，利用各個學科已取得的成果，對開放的大系統(tǒng)進行分析和綜合，找出安全的客觀規(guī)律和實現(xiàn)途徑。在安全領(lǐng)域中，各種安全和危險要素很多，疊加在一起整體影響力會大大增加，所以為了實現(xiàn)系統(tǒng)總體功能向有利的方向發(fā)展，我們必須對各要素統(tǒng)籌兼顧，增加安全因子的整體功能，削弱危險因子的整體功能。決不能頭痛醫(yī)頭、彼此隔離，那樣會大大降低系統(tǒng)的安全功能。三、 安全中的質(zhì)變與量變哲學中的量變與質(zhì)變，在安全科學中表現(xiàn)為流變與突變。統(tǒng)一性表現(xiàn)在三個方面：流變與突變的相對性。離開了流變，就無所謂突變；離開了突變，流變也無從談起。流變與突變的層次性在不同物質(zhì)層次上，流變和突變有具體表現(xiàn)形式。低層次的突變，高層次可能屬于流變。流變與突變的相互轉(zhuǎn)化四、 安全問題的簡單性和復(fù)雜性，精確性和模糊性（一） 簡單性和復(fù)雜性復(fù)雜性：安全系統(tǒng)中包含無窮多層次的矛盾，形成極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和機制，與外部世界又有多種多樣的聯(lián)系，存在多種相互作用。簡單性：（1）復(fù)雜系統(tǒng)可分解成簡單要素、單元；（2）復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)外部的聯(lián)系遵循簡單的規(guī)律。（二） 精確性和模糊性（難點）安全科學的認識，總是從模糊走向精確，模糊和精確是辨證統(tǒng)一的。模糊性可以說明精確性，適當?shù)哪：炊_。但是，模糊定性描述的邊界太廣，將會降低安全程度。在具體情況下，有必要處理好精確性和模糊性的關(guān)系。五、 安全事件的必然性和偶然性必然性就是客觀事物的聯(lián)系和發(fā)展中不可避免，一定如此的趨勢。偶然性是在事物發(fā)展過程中由于非本質(zhì)的原因而產(chǎn)生的事件，它在事物的發(fā)展過程中可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，可以這樣出現(xiàn)，也可以那樣出現(xiàn)。比如，具有自燃傾向的煤在富氧和蓄熱的條件下必然自燃，但條件的具備帶有很大的偶然性，且這種偶然性完全服從于火災(zāi)系統(tǒng)內(nèi)部隱藏的必然性。二者相互聯(lián)系，相互依賴，在一定條件下相互轉(zhuǎn)化。安全科學在分析認識問題上要做到：一切從實際出發(fā)在普遍聯(lián)系中把握事物的本質(zhì)在動態(tài)中把握安全規(guī)律矛盾分析法［小結(jié)］本次課主要講述了安全問題，安全科學的發(fā)展歷程及其哲學基礎(chǔ)。重點是安全科學的哲學基礎(chǔ)。［課堂討論題］教材第一頁有一句話，“現(xiàn)代高科技的發(fā)展更是喜憂摻半”試討論之。［思考題］安全科學的精確性和模糊性。［作業(yè)題］安全科學的發(fā)展從理論上分為哪幾個階段？

試論述安全科學的哲學基礎(chǔ)？第二講安全科學的定義、性質(zhì)、對象及分類［教學目的］通過本講的學習，使同學們理解安全科學的定義、安全科學的研究對象，掌握安全科學的學科體系、可靠性的基本概念。［教學重點］1.安全科學的研究對象2.安全科學的學科體系1.安全科學的研究對象2.安全科學的學科體系3.可靠性的基本概念［教學難點］可靠性的基本概念第三節(jié)安全科學的定義、性質(zhì)、對象及分類一、 安全科學的定義正如管理學雖然有100多年的理論和實踐史，但其概念、定義仍不統(tǒng)一一樣，安全科學從它誕生的那天起，安全工作者對安全科學的定義各有論述，也不統(tǒng)一。目前，本質(zhì)特征內(nèi)容如下：體現(xiàn)本質(zhì)安全從本質(zhì)上達到事物或系統(tǒng)的安全最適化。體現(xiàn)理論性、科學性安全科學不是簡單的經(jīng)驗總結(jié)或推測，要具有科學的理性，不但要研究實現(xiàn)安全目標的技術(shù)方法和手段，而且要研究安全的理論和策略。體現(xiàn)交叉性把相關(guān)學科的理論和方法綜合起來，形成系統(tǒng)的理論。體現(xiàn)研究對象的全面性安全科學的研究對象包括人類生存和發(fā)展過程中面臨的一切負效應(yīng)。體現(xiàn)人、經(jīng)濟、環(huán)境和技術(shù)功能最優(yōu)化<VMET/'MT\ZTE二、 安全科學的研究對象(1)(2)(<VMET/'MT\ZTE二、 安全科學的研究對象(1)(2)(3)(4)安全科學的哲學基礎(chǔ)安全科學的基本理論安全工程與技術(shù)安全科學的經(jīng)濟規(guī)律圖1-1安全系境元素枸成

茂美系圖三、 安全科學的學科體系(重點)安全系統(tǒng)是人(men) 技術(shù)(Technology) 環(huán)境(Environment)構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)MET(圖1-1)。7個基本子系統(tǒng)提出的安全命題M（人子系統(tǒng)）：安全心理、安全生理、安全教育E（環(huán)境子系統(tǒng)）：物化環(huán)境（勞動衛(wèi)生環(huán)境、防塵、防毒等），理化環(huán)境（社會環(huán)境、社會倫理）T（技術(shù)子系統(tǒng)）：可靠性理論、防火、防爆、機電安全等MT（人機子系統(tǒng)）：人機關(guān)系、人機設(shè)計ME（人環(huán)境子系統(tǒng)）：人環(huán)境關(guān)系，職業(yè)病理，環(huán)境標準ET（機環(huán)境子系統(tǒng)）：環(huán)境監(jiān)測，自動監(jiān)控MET（人機環(huán)子系統(tǒng)）：安全系統(tǒng)工程，安全管理工程，安全法學，安全經(jīng)濟學。安全科學技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)：（1） 哲學層次是安全哲學（2） 科學層次是安全科學（3） 基礎(chǔ)科學層次是安全學（4） 安全技術(shù)科學層次安全學結(jié)合不同工程學分支形成的具體技術(shù)原理與方法。（5） 工程技術(shù)層次是安全工程五個層次的知識內(nèi)容：綜向相互交叉，互為基礎(chǔ)；橫向相互聯(lián)系，協(xié)同作用。第四節(jié)可靠性及基本事件發(fā)生概率計算可靠性的基本概念可靠性研究對象在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力?？煽慷扰c不可度可靠度：研究對象在規(guī)定條件下，規(guī)定的時間內(nèi)、完成規(guī)定功能的概率。記為R。不可靠度：研究對象在規(guī)定的條件下和規(guī)定時間內(nèi)喪失規(guī)定功能的概率。記為F?？煽慷群筒豢煽慷仁且煌陚涫录M。有R+F=1或R=1-F假設(shè)：N0個研究對象在規(guī)定條件下工作到某規(guī)定時間有Nfm個研究對象失效。每個單位時間小內(nèi)失效的研究對象數(shù)為△、,則有N=YANii=1在tm時間內(nèi)發(fā)生失效的概率為Fm：F=Nfm=*AN/N

mN fi00 i=1當At-0時，WN⑺,"F(t)失效時r圖1-9失敕時跳的猴數(shù)直方—L-T~臨-死敢對令f(t)=N(t)F(t)= —失效時r圖1-9失敕時跳的猴數(shù)直方—L-T~臨-死敢對令f(t)=N(t)F(t)= —=VdN(t)N0fdN(t)出

dt1dN(t)N'dt0 ，則F(t)=』/(t)dtf(t)是以t為隨機變量的概率密度函數(shù)，即失效密度函數(shù)。F(t)是概率分布函數(shù)，即累積失效分布函數(shù)，或不可靠度函數(shù)。F(t)=Mf(t)dt=10設(shè)在t時間內(nèi)殘存的未失效研究對象數(shù)為Ns(t)，則圖1-11 和的關(guān)系圖R(t)=袂N0N(t)+N(t)=N'N(t)°R(t)=1——NoR(t)+F(t)=1R(t)=1-F(t)=1-\tf(t)dt="f(t)dt0 t對上式兩端求導(dǎo)可得f(t)=-紫d(t)R(t)、F(t)和f(t)三者的關(guān)系如圖1-11所示。［小結(jié)］本次課主要講述了安全科學的定義、研究對象、學科體系以及安全科學的數(shù)理基礎(chǔ)之一——可靠與可靠度的概念等內(nèi)容。［思考題］教材中圖1-2,關(guān)于安全科學學科體系層次是否完整，各個層次之間的關(guān)系是什么？系統(tǒng)的可靠性與系統(tǒng)的可靠度有無區(qū)別？［作業(yè)題］安全科學的研究對象是什么？安全系統(tǒng)基本元素結(jié)構(gòu)關(guān)系是什么？第三講基本事件發(fā)生概率計算［教學目的］通過本講的學習，使同學們掌握故障率與維修度、系統(tǒng)的壽命過程。理解可維修系統(tǒng)的有效度、設(shè)備故障率、人的失誤率。［教學重點］故障率與維修度系統(tǒng)的壽命過程設(shè)備故障率［教學難點］故障率與維修度故障率與維修度(1)故障率研究對象在某時刻t的單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率用下式定義：入(t)=dNf(t)N(t)dtR(t)=1-Nf(t)N0、，、 NdR(t).3(t)=-一。N(t)dt又?R(t)=Ns(t)N03(t)「上.些R(t)dtt=lnR(t)0=t=lnR(t)0=InR(t)-J頃(t)d(t)盤1.dR(t)o 0R(t) dt???R(t)=e-J0W)dt當人(t)=人(常數(shù))時,R(t)=e-如此時，研究對象的可靠度是按指數(shù)分布的。1dR(t) R(t)dtf(t)而(2)維修度可維修系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成維修的概率。在時間t內(nèi)完成維修的概率M(t)，是停工時間tD的分布函數(shù)M(t)=P(T<t)limM(t)=0tT0limM(t)=1ts維修度的密度函數(shù)用下式表示:dM(t)m(t)=—-—dt在t-1+At時間內(nèi)修復(fù)的概率為Mt)d(t)，則維修率:m(t)1-M(t)1 dM(t)_dln[1-M(t)]m(t)1-M(t) =— 1-M(t) dt d(t)積分變換得:M(t)=1—e』四(t)dt當四(t)=日(常數(shù))時,M(t)=1—e—w系統(tǒng)的壽命過程平均無故障時間：正常狀態(tài)的非修復(fù)系統(tǒng)過渡到故障狀態(tài)的工作時間期望值。MTTF(MeanTimeToFailure)平均故障間隔時間：正常狀態(tài)的可修復(fù)系統(tǒng)過渡到故障狀態(tài)的工作時間期望值。MTBF(MeanTimeBetweenFailure)設(shè)產(chǎn)品壽命x的分布函數(shù)和分布密度分別為F(t)=P(xWt),f(t)=dF(t)/dt (tN0)在時刻t的可靠度R(t)=P(x>t)=1-F(t)R，(t)=-f(t)，dF(t)=dR(t)稱隨機變量x的數(shù)學期望為產(chǎn)品的平均壽命，記為。，則有0=E(x)=卜tf(t)dt=卜tdF(t)=—ktdR(t)=—tR(t)"+「r(t)dt0 0 0 0 0我們規(guī)定limtR(t)=0,tT3又有l(wèi)imR(t)=0tT3所以有0=』8R(t)dt0例1：設(shè)有一產(chǎn)品的壽命x服從指數(shù)分布，求平均壽命。解：X服從指數(shù)分布，故有R(t)=e-x"0其平均壽命0=卜e-xtdt=!MTTR="t-■^)dt="即(t)0dt 0若四(t)=日時，則有：MTTR=—P可維修系統(tǒng)的有效度系統(tǒng)在規(guī)定條件下，在任意時刻正常的概率，記為A(t)。4MTBF日A= =—：—MTBF+MTTR^+X二、基本事件發(fā)生概率計算基本事件的發(fā)生概率主要由設(shè)備的故障率和人的失誤概率決定。設(shè)備故障率：單位時間內(nèi)故障發(fā)生的概率。對于可修復(fù)系統(tǒng)MTTR 入q= = —MTTR+MTBF日+人MTBF>>MTTR，人<<日???q^-=XtP式中t=—,為平均修復(fù)時間。設(shè)備的故障率*=k%0,*0為實驗條件下得到的故障率，k為嚴重系數(shù)，取值為1~10o例2：某風門200d需修理一次，每次修理時間8h，則有：MTBF=200(d)=200X24=4800(h)MTTR=8(h)風門故障率為q=8/4808=0.0017對于不可修復(fù)系統(tǒng)，設(shè)備的單元故障概率為q=1-e-幾2入t式中 t——設(shè)備運行時間例3：上例中，若假設(shè)風門是一次性報廢，風門在正常運轉(zhuǎn)400h后，其故障概率即為:qe入T=1/4800X400=0.08人的失誤率通常，人的失誤率在0.01?0.001之間，可乘一修正系數(shù)k(k=1?10)。［小結(jié)］本次課主要講述了故障率、維修度、平均壽命、有效度等概率。以及基本事件發(fā)生概率計算等內(nèi)容。［思考題］試比較下列各對概念有無區(qū)別？并說明其意義1） 系統(tǒng)的不可靠度與系統(tǒng)的失效率2） 系統(tǒng)的平均失效率與失效率3） 平均壽命與平均故障間隔4） 在同時刻的失效率與可靠度下面說法是否正確？并說明理由1） 若零件A比零件B的平均壽命大，那么，零件A的可靠度就比零件B的可靠度高；2） 若在同一時刻t0,零件A的失效率比零件B的失效率大，那么，在t0時刻零件A的可靠度就比零件B的可靠度小。［作業(yè)題］設(shè)有某零件的失效時間服從正態(tài)分布，且有u=20000循環(huán)次和5=2000循環(huán)次，求零件在19000循環(huán)次的可靠度和失效率。第四講安全科學的流變一突變規(guī)律［教學目的］通過本講的學習，使同學們理解流變一突變理論的物質(zhì)觀、時空觀、運動觀，安全流變一突變的定義體系。掌握安全流變一突變的基本特征、安全流變一突變論、安全與危險的定義［教學重點］安全流變一突變的基本特征安全流變一突變論安全與危險的定義［教學難點］安全與危險的定義第五節(jié)安全科學的流變一突變規(guī)律一、 流變一突變理論的背景知識“流變”一詞來源于古希臘，意即萬物皆流，萬物皆變。突變最初是1968年Thom在《結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形態(tài)發(fā)生學》著作中提出的。（一）流變一突變理論的物質(zhì)觀質(zhì)中不僅包含定性的質(zhì)，而且包含定量的質(zhì)

物質(zhì)世界在不斷流變中突變。（二） 流變一突變理論的時空觀一切流變一突變現(xiàn)象離不開空間內(nèi)物質(zhì)的相互作用。（三） 流變一突變理論的運動觀事物的屬性是在流變一突變中顯示出來流變一突變是一事物向另一事物轉(zhuǎn)變的流程。二、 安全流變一突變的基本特征“安全流變與突變”就是事物在發(fā)展過程中安全與危險的矛盾運動過程。（一） 礦山災(zāi)害1.自燃火災(zāi)OA段：煤與氧氣開始接觸氧化AB段：氧化速度減慢，氧化程度加深BD段：氧化速度加快D點：發(fā)生自燃火災(zāi)C點：人為設(shè)置的報警點冒頂OA段：剛掘出新巷道變形速度遞減段所丈?上滴?蜜突變?nèi)?AB段：穩(wěn)定段BD段：圍巖壓力等條件變化，變形速度加快，發(fā)生冒頂煤與瓦斯突出OA段：損傷減速增加階段AB段：損傷穩(wěn)定發(fā)展階段BC段：損傷加速段CD段：災(zāi)害發(fā)展階段（二） 機械事故OA段：初期零部件跑合磨損段AB段：恒速磨損老化段BC段：與元器件壽命相關(guān)的加速磨損老化段（三） 社會變革縱軸表示矛盾的激化程度OA段：新秩序建立過程中矛盾逐漸緩和階段AB段：新秩序建立后矛盾的穩(wěn)定發(fā)展階段BC段：舊的管理體制阻礙生產(chǎn)力發(fā)展后的矛盾加劇階段（四） 人的衰亡過程1.人的生命過程縱軸代表人體的衰老度OA段：少年時期人體發(fā)育速度逐漸減緩AB段：中青年其人體穩(wěn)定衰老階段BC段：老年期加速衰老階段人的傷亡過程縱軸表示人體傷亡事故發(fā)生的概率OA段：初進入工作環(huán)境AB段：對工作環(huán)境和對象熟悉后BC段：工作時間增長人的精力開始分散（五）安全