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安全系统工程：第 21–30 页

安全系统工程 课堂笔记
系统工程的主要方法
工程逻辑方法
• 涉及布尔代数、关系代数、决策研究、数学函数
• 将逻辑学与哲学思维方法系统应用
工程分析方法
• 运用物质能量守恒、动量守恒等基本理论
• 系统有步骤地解决各类工程问题
• 涉及大量数学物理方法
统计理论与概率论
• 应对不确定性问题
• 不确定性包括两个方面：
– 随机性不确定性（概率论处理）
– 模糊性不确定性
注意
客观世界本质上是不确定的，唯一能确定的就是世界的不确定性
运筹学
• 由华罗庚的优选方法和钱学森等大科学家建立和发展
安全系统工程的定义
定义
安全系统工程是用系统工程的基本原理、方法来辨识、分析、评价、排除、控
制系统中存在的各种危险有害因素， 对工艺、 设备、 操作、 管理、 生产周期、 投
资进行综合分析、评价和处理，使系统可能发生的事故得到控制，系统安全性
达到最佳状态的综合性科学技术
安全系统工程的研究对象
• 人子系统（生理和心理特征）
• 机器子系统（形状、大小、材料、强度、工艺、可靠性）
• 环境子系统（理化因素和社会因素）
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安全系统工程 课堂笔记
注意
三个子系统相互交叉、相互影响、相互作用
人机环系统的相互影响
• 理化因素 → 影响机器寿命、精度甚至损坏
• 机器 → 产生噪音、振动影响人和环境
• 人 → 心理因素引起误操作
• 环境社会因素 → 影响人的心理状态
环境因素对人的影响
• 噪声：长期导致听力损害，影响生理心理
• 振动：经常接触对身体造成影响
• 粉尘：导致尘肺病，可能引发粉尘爆炸
组织与人的管理模型
定义
2X4 管理模型：涉及组织和人的两个维度，每个维度包含 4 个方面
• 强调组织结构与人的心理行为两者同等重要
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安全系统工程 课堂笔记
安全系统工程的主要内容
• 系统安全分析（辨识、分析）
• 系统安全评价（定性定量评价）
• 系统危险控制（采取技术对策与管理措施）
• 系统安全预测（分析基础上预测发展态势）
注意
评价需要找到潜在危险有害因素，判断发生程度、可能性和危害程度
安全系统工程的研究方法
• 系统整体出发的研究方法（系统论、系统观）
• 本质安全方法：追求危险源接近零的理想状态（实际难以完全实现）
• 人机匹配：人易操作、机器易被人操作、环境相匹配
• 安全经济：追求最优投入、最佳产出、最佳安全状态的平衡
注意
安全投入不是越多越好，而是要在最优产出与最佳安全状态间寻找平衡点
系统安全管理方法
• 贯穿安全规划、设计、检查、控制全过程
• “从摇篮到坟墓” 的全生命周期管理
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安全系统工程 课堂笔记
安全系统工程的优点
• 分析薄弱环节，找到” 水桶最矮的板”
• 预测事故概率
• 评价和优化技术，实现子系统最佳配合
• 投资最少化同时确保安全
• 发现隐患、危险，进行优化和持续改进
• 推进标准制定与数据收集
• 加强安全人员能力提升
• 定期更新企业管理制度，进行员工培训和宣传教育
09 月 15 日
安全与风险的概念
• 安全与风险是两个不同但相辅相成的概念，安全评价与风险评估在本质上相似，
但侧重点不同
• 风险评估不仅关注安全状况，还关注事故发生的可能性、事故后果的严重程度，
以及采取措施后对风险的控制与降低
• 风险评估最早在国外产生，21 世纪后逐渐普及
• 从系统工程角度看，安全系统工程的核心流程是：分析 → 辨识 → 评价 → 提出
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安全系统工程 课堂笔记
策略与控制措施
• 安全系统工程与风险评估在某种情况下可互换使用，有时称 ” 安全评价”，有时
称” 风险评估”
定义
安全系统工程：运用系统工程的方法，对系统进行安全分析、辨识、评价，并
提出相应的策略和控制措施，以实现系统安全。
注意
安全与风险不是同一概念。安全是系统处于可接受风险的状态，而风险是事故
发生的可能性与后果严重程度的综合度量。安全是目标，风险是度量对象。
安全系统工程的研究对象与内容
• 研究对象：人、机、物、环、管（人机物环管）
• 研究内容：分析、评价、控制、预测
• 系统具有环境适应性等特征，系统概念是安全系统工程的基础
例
以班级为例：用特征参量 A、B、C、D 描述每个同学的性格特征，若某同学 D
特征偏多，即为薄弱环节，可进一步分析是老师的问题还是学生的问题，从而
改进。
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安全系统工程 课堂笔记
安全系统工程的应用领域
• 覆盖行业：化工、交通、建筑、电力、机电、消防、航空航天等
• 电力行业（发电厂、电网、风电、燃气轮机、火电）同样需要系统安全
• 航空航天系统中有重要的” 安全保障体系” 子系统，发射升空与返回地面阶段均
高度重视安全
• 政治、经济、国防、科技、网络空间等领域均存在风险
例
广东的炼油厂（广石化、茂石化、湛江中科炼化、揭阳中石油炼化）需要大量
原油，原油通过海上钻井平台或船运到达，经端点系泊转换后由海底管线输送
到油库储存。
原油储罐的安全风险
• 中国最大的原油储罐可达几十万立方，如贵州炼化马鞭洲岛上的储罐群
• 储罐为常压罐，原油含硫，易腐蚀，接管泄漏可能导致火灾
• 原油罐着火事故后果严重，如青岛黄岛曾发生多次原油储罐和管线事故，死亡
人数多
• 管线受地基不均匀沉降、 自身重量、 地震等因素影响， 受力不均可能拉断或撕裂
注意
原油管线泄漏后，油气沿管廊分布，相当于在地下埋设连续的” 地雷”，一旦点
燃后果极其严重。危险控制、后果预测、事故分析是安全系统工程的核心任务。
事故后果的定量预测
• 分析油气爆炸的影响范围，需计算相当于多少 TNT 当量的炸药后果
• 需计算影响范围、死亡半径、重伤半径等
• 预测手段包括定性分析和定量分析
高压水晶釜失效分析案例
• 高压水晶釜用于人工水晶生产：将石英砂溶解在碱性氢氧化钠溶液中，在五六
百度高温、几百兆帕高压下结晶，过程约一周
• 釜体为耐高温高压耐腐蚀的钢（泡、落、裂、母矾钢） ，强度高
• 失效原因分析：
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安全系统工程 课堂笔记
– 金属低温时变脆，韧脆转变温度可能为 -20℃
– 长期高温工作后，韧脆转变温度升高至常温约 20 多度，做实验时材料变脆
– 长期高温导致金相析出、晶间腐蚀产生微裂纹
– 冷热交替导致疲劳损伤
• 事故经过：反应釜泄漏后切掉一段、重新测螺纹并密封，做密封性试验时突然
爆炸，炸穿墙壁，炸成几块
• 改进措施：做耐压实验前先用热水将温度升上来，避免低温脆性导致爆炸
例
高压水晶釜爆炸案例说明：材质在长期高温工作后发生性能变化（韧脆转变温
度升高） ， 工人不了解此原理， 在低温下做密封性试验导致爆炸。 通过宏观和微
观分析可明确事故原因，判定责任不在操作人员，而在材质本身。
安全系统工程在安全生产中的应用
• 找到薄弱环节：通过分析系统各要素，识别薄弱点并改进
• 不断发现隐患、预测危险、改进设计、优化提升
• 优化标准：根据风险可接受程度确定安全距离，而非一刀切
• 提升人员技能：通过生产实习、仿真平台等提升辨识和设计能力
例
天津 812 大爆炸后，危险化学品储存标准原规定仓库周边 1000 米内不能有其他
设施，浪费大量土地和成本。后修改为根据风险可接受程度确定安全距离，周
边仍可利用。
安全系统工程涵盖技术、管理与文化
• 安全系统工程不仅适用于工程，还适用于管理
• 包含技术和管理两个方面，此外还有安全文化
• 安全文化体现在人员形象、庄重严肃的态度上
注意
安全文化是安全系统工程的重要组成部分，不能只关注技术和管理。人员形象、
行为规范也是安全文化的体现，如进入政府机关、企业现场需着装规范。
安全系统工程的产生与发展
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安全系统工程 课堂笔记
• 安全系统工程最早从军方提出，源于武器系统安全
• 从武器系统安全标准、系统安全程序，修订为系统安全程序要求
• 奠定了系统安全工程概念：从设计、分析、综合等基本原则出发
• 二战期间， 部分武器 （如飞机） 经海运到前线后无法作战， 原因是设计时未考虑
防腐、防潮、防霉，海水中的氯离子造成腐蚀
定义
系统安全工程：将系统（如导弹）划分为多个子系统，每个子系统达到最佳状
态，子系统之间良好匹配，满足整体要求后再进行组装和测试。
例
弹道导弹系统安全工程：将导弹分为多个子系统，每个子系统要求达到最佳状
态并相互匹配，满足整体要求后再组装测试。由于导弹成本高（一发上百万） ，
只能做一两个实验，因此必须设计非常完善的实验方案。
新能源电池的安全风险
• 新能源汽车最大弱点在电池，着火后很难扑救
• 新能源车使用成本低（一公里几毛钱） ，但存在续航问题（冬季明显）
• 电池技术仍在不断发展，质量不断提高
例
石油公司员工配两辆车： 油车跑长途 （一公里1∼2 元） ，电车上下班 （一公里几
毛钱） ，但电车着火后难以扑救，主要问题在电池。
技术发展与系统安全的关系
• 电池技术快速换代升级，从半固态电池到固态电池，风险逐步被控制
• 技术进步不断降低产品系统风险，提高产品质量与可靠性
• 科技发展 （电气化、 通讯、 控制自动化、 制造工艺） 与人的因素共同推动安全水
平提升
各行业安全水平对比
• 航空：整体较安全，但战争（无人机、导弹）带来新的风险因素
• 铁路：高铁速度快、舒适、准时，风险相对较低；早期绿皮车时速仅约 60 公里
• 汽车：新能源车国内数量全球第一，若无非贸易壁垒可覆盖全球市场
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安全系统工程 课堂笔记
• 化工：风险相对较高的行业，但利润较高，因此各省市大量引进
产品性能与系统安全
• 产品性能涉及可靠性、维修性、有效性（可用性）等方面
• 这些性能与系统安全和风险密切相关
• 例：桑塔纳因耐用、易维修而长期保有品牌价值
例
早期桑塔纳轿车虽简单，但耐用可靠、维修方便，体现了产品可靠性对市场的
影响。
民用产品质量的进步
• 早期日本民用产品（如彩电）做得较好
• 如今中国品牌（电视机、洗衣机、冰箱）已大量出口，质量过关、价格便宜，市
场认可度高
化工行业风险与评价方法
• 化工是高风险行业，但利润相对较高
• 1964 年美国提出火灾爆炸指数评价法，日本也提出相应方法
• 具体评价方法将在后续系统安全工程评价章节详细讲解
核工业安全与概率风险评价
• 核电站不容闪失，核辐射对人、动物、植物危害大
• 早期核电事故（切尔诺贝利、三里岛）后，推动了概率风险评价（PRA）的发展
• 涉及可靠性、可靠性数据库、核电站风险评价报告等
定义
PRA（概率风险评价）：通过事件树、故障树等方法分析系统故障及其概率，对
核电站等高风险系统的风险进行定量评价。
• 事件树、故障树是系统安全分析和系统安全评价中最基本的方法之一
• 商业核电站风险评价报告投入大量经费，产生历史性影响
• 中国核电已与英国、法国等合作，甚至可直接到国外建核电站
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安全系统工程 课堂笔记
安全工程专业人才培养现状
• 国内约 160∼170 所高校设有安全工程专业
• 新兴专业： 安全科学与工程、 消防安全工程、 应急管理、 安全监察工程、 化工安
全工程、智慧安全、智慧应急、应急技术与装备（机械类）
• 广东存在的问题：专业开设学校少、培养层次不高、规模小，但社会需求大
• 曾推动建设广东应急管理学院， 因经费投入大 （学校年预算约100 亿） 及领导调
动而未成
事故驱动到数据驱动的转变
• 早期（改革开放初期）事故频发，如 90 年代大量几十人死亡的事故、机械冲床
断指事故
• 发展理念从粗放式向集约化转变（绿水青山就是金山银山）
• 安全发展阶段：机械化减人 → 自动化换人 → 智慧化无人
• 目标：从事故驱动转向数据驱动、数字驱动
注意
自动化、机械化虽能减少人员伤亡、提高效率，但需要技术支撑；国外技术不
卖或价格高昂 （如冲床几万元一台） ， 而当时人工工资仅几十元， 导致早期只能
依赖人工。
科技支撑：人工智能与互联网
• 人工智能和互联网是当前最大的科技支撑
• 应用方向：互联网 + 工业、安全监测监控预警
• 多无人机协同：用于化工园区等高位聚集区的监测预警平台（空地协同）
例
多无人机协同平台可传输数据、图片、倾斜摄影、三维重构，实现动态态势感
知与趋势预测。若发生泄漏，可结合风速、风向、湿度、气压预测扩散方向与
范围，并实现溯源（定位泄漏源）以切断源头。
分布式断电减灾
定义
分布式断电减灾：针对分布式布置的燃气等管线，通过优化控制节点，在事故
发生时切断源头，实现减灾。
• 分布式管线节点多、控制难度大，存在优化问题
• 科技发展无止境，多学科交叉融合是未来重点
安全系统工程教材与课程定位
• 安全系统工程行业面广，几乎每行每业都需要安全人才
• 国内安全系统工程发展约 20 年，发展迅速得益于党和政府对人民生命财产的重
视
• 教材编写需融合教学、工程与应用，涵盖面广
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