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安全系统工程答案

第一章概论

1名词解释

风险：

特定危险事件发生的可能性与后果的结合。

风险度：

系统：

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。

系统工程：

是组织管理系统的规划、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。

这个定义表示:

①系统工程属工程技术范畴,主要是组织管理各类工程的方法论,即组织管理工程;②系统工程是解决系统整体及其全过程优化问题的工程技术;③系统工程对所有系统都具有普遍适用性。

可靠性：

是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。

可靠度：

是衡量系统可靠性的标准,它是指系统在规定的时间内完成规定功能的概率。

安全：

人免受外界伤害的条件与状态。

安全系统：

所谓“安全系统”是“由与生产安全问题有关的相互联系、相互作用、相互制约的若干因素结合成的具有特定功能的有机整体”。

主要的是从系统的角度对安全问题加以考察，用系统的思维与方法予以解决。

2安全系统工程产生的客观背景与条件是什么？

事故给人类带来元数灾难,严重地制约了经济发展和社会进步,甚至对人类生存构成巨大威胁。

然而,事故的影响也并非都是消极的。

它和其他事物一样,也有积极的一方面。

首先,事故具有鲜明的反面教育的作用,它向人们展示了破坏的恶果,教人们必须按照科学规律办事。

其次,事故是一种特殊的科学实验。

一个系统发生事故,说明该系统存在这样那样的不安全、不可靠的问题,从而以事故的形式弥补了设计时应做而没做,或想做而没敢做（没钱做）的实验。

人们通过对事故的调查、分析,找出事故原因,研究并采取了有效控制事故的措施,改变了系统工艺、设备,从而提高了系统的性能,发展了专业技术。

第三,事故也是诞生新的科学技术的催化剂。

事故的强大负面效应对人类产生巨大的冲击作用,从而激发人类以更大的决心和更大的力量研究事故。

通过对事故信息、资料的收集、整理、分析、研究,也就是充分开发利用“事故资源”,一个崭新的自然科学学科就在人们这种不懈努力与坚苦卓绝的斗争中诞生了,这就是作用力与反作用力的作用机制。

在科学技术发展的历史长河中,几乎每一个学科的诞生都离不开事故这种反作用力的作用。

安全系统工程产生于20世纪60年代初期美英等工业发达国家。

这一时期,由于美国在导弹系统研发过程中仅仅一年半的时间就连续发生四起重大事故,造成惨重损失,从而迫使美国空军以系统工程的基本原理和管理方法来研究导弹系统的安全性、可靠性,并于1962年提出了“弹道导弹系统安全工程”，制定了“武器系统安全标准”；1963年提出了“系统安全程序”；到1967年7月由美国国防部确认,将该标准提格为美军标准;之后又经两次修订,成为现在的MIL-STD-882B“系统安全程序要求”。

它以标准的形式规范了美国军事系统的工程项目在招标以及研发过程中对安全性的要求和管理程序、管理方法、管理目标。

这就是由事故引发的军事系统的安全系统工程。

安全系统工程也正是在这种事故的反作用下应运而生的。

第二章系统安全分析

1系统安全性分析的含义、目的和任务是什么？

答：

系统安全分析是从安全角度对系统中的危险因素进行分析,主要分析导致系统故障或事故的各种因素及其相关关系。

系统安全分析的目的是为了保证系统安全运行，查明系统的危险因素，以便采取相应措施消除系统故障或事故。

系统安全分析通常包括如下内容:

（1）对可能出现的初始的、诱发的及直接引起事故的各种危险因素及其相互关系进行调查和分析。

（2）对与系统有关的环境条件、设备、人员及其他有关因素进行调查和分析。

（3）对能够利用适当的设备、规程、工艺或材料控制或根除某种特殊危险因素的措施进行分析。

（4）对可能出现的危险因素的控制措施及实施这些措施的最好方法进行调查和分析。

（5）对不能根除的危险因素失去或减少控制可能出现的后果进行调查和分析。

（6）对危险因素一旦失去控制,为防止伤害和损害的安全防护措施进行调查和分析

2安全检查表的作用及优点有哪些？

答：

安全检查表是分析和辨识系统危险性的基本方法,也是进行系统安全性评价的重要技术手段。

安全检查表是进行系统安全性分析的基础,也是安全检查中行之有效的基本方法,具有以下优点:

（1）通过预先对检查对象进行详细调查研究和全面分析,所制定出来的安全检查表比较系统、完整,能包括控制事故发生的各种因素,可避免检查过程中的走过场和盲目性,从而提高安全检查工作的效果和质量;

（2）安全检查表是根据有关法规、安全规程和标准制定的,因此检查目的明确,内容具体,易于实现安全要求;

（3）对所拟定的检查项目进行逐项检查的过程,也是对系统危险因素辨识、评价和制定出措施的过程,既能准确地查出隐患,又能得出确切的结论,从而保证了有关法规的全面落实;

（4）检查表是与有关责任人紧密相联系的,所以易于推行安全生产责任制,检查后能够做到事故清、责任明、整改措施落实快;

（5）安全检查表是通过问答的形式进行检查的过程,所以使用起来简单易行,易于安全管理人员和广大职工掌握和接受,可经常自我检查。

3预先危险性分析的目的及程序是什么？

答：

预先危险性分析主要用于新系统设计、已有系统改造之前的方案设计、选址阶段，在人们还没有掌握该系统详细资料的时候，用来分析、辨识可能出现或已经存在的危险因素，并尽可能在付诸实施之前找出预防、改正、补救措施，消除或控制危险因素。

预先危险性分析包括准备、审查和结果汇总三个阶段。

（1）准备阶段。

对系统进行分析之前,要收集有关资料和其他类似系统以及使用类似设备、工艺物质的系统的资料。

（2）审查阶段。

通过对方案设计、主要工艺和设备的安全审查,辨识其中主要的危险因素,也包括审查设计规范和采取的消除、控制危险源的措施。

通常,应按照预先编制好的安全检查表逐项进行审查。

（3）结果汇总阶段。

照检查表格汇总分析结果。

4什么是故障、故障类型、故障类型和影响分析？

答：

故障是指系统、子系统或元件在运行过程中,由于性能低劣而不能完成规定的功能。

故障类型是由不同故障机理显现出来的各种故障现象的表现形式。

故障类型和影响分析FMEA（FailureModelandEffectsAnalysis）是对系统各组成部分、元件进行分析的重要方法。

该方法首先找出系统中各子系统及元件可能发生的故障及其类型,查明各种类型拱障对邻近子系统或元件的影响以及最终对系统的影响,以及提出消除或控制这些影响的措施。

故障类型和影响分析是一种系统安全分析归纳方法。

5什么是危险性和可操作性研究？

其研究步骤有那些？

答：

危险性与可操作性研究是英国帝国化学工业公司（ICI于1974年开发的,用于热力--水力系统安全分析的方法。

它应用系统的审查方法来审查新设计或已有工厂的生产工艺和工程总图,以评价因装置、设备的个别部分的误操作或机械故障引起的潜在危险,并评价其对整个工厂的影响。

危险性与可操作性研究,尤其适合于类似化学工业系统的安全分析。

研究步骤

（1）研究准备：

①研究目的、对象和范围。

②建立研究小组。

③资料收集④制定研究计划。

（2）.进行审查

对生产工艺的每个部分或每个操作步骤进行审查时,应采取多种形式引导和启发各位专家,对可能出现的偏离及其原因、后果和应采取的措施充分发表意见。

6对房间电气照明系统进行故障类型和影响分析。

答：

房间照明系统如下图所示。

图：

房间照明系统示意图

对该系统中主要元素进行故障类型和影响分析，结果列入下表。

元素

故障类型

可能的原因

对系统影响

开关

1.卡住

2.失灵

（1）机械故障

（1）机械故障

（2）接触不良

（1）灯具不亮

（2）不能关闭

保险丝

不熔断

（1）质量问题

（2）保险丝过粗

短路时不能断开电路

电线

1断路

2漏电

（1）质量问题

（2）机械损坏

（1）质量问题

（2）机械损坏

（3）线路老化

丧失系统功能

发生电气伤害

灯具

1不亮

2短路

（1）质量问题

（2）开关未打开

（3）保险丝熔断

（4）线路故障

（1）质量问题

（2）运转时间过长

丧失系统功能

电路电流过大烧毁保险丝

线路过热失火

第三章故障树分析

2

解：

“施工人员从脚手架上坠落死亡”事故树如下图

基本事件表：

代号

名称

代号

名称

T

施工人员从脚手架上坠落死亡

X4

人员身体状况不佳

а

伤重不治身亡

X5

作业现场物品堆放混乱

E1

人员跌落

X6

作业人员违章作业

E2

防护装置失效

X7

其他

E3

护栏失效

X8

没有安全防护装置

E4

人员跌倒（失去重心）

X9

安全防护装置未达标

E5

安全管理混乱

X10

损坏

X1

本身质量问题

X11

X2

损坏

X12

作业人员未正确佩戴安全防护装置

X3

不符合安全标准

3求事故树图3-20和图3-21的最小割集和最小径集。

，

解：

（1）由图3-20得：

T=（X1+X2+X3）（X3X4+X5）

=X3X4+X1X5+X2X5+X3X5

即该事故树有四个最小割集：

{X3，X4}，{X1，X5}，{X2，X5}，{X3，X5}。

由T’=X1’X2’X3’+（X3’+X4’）X5’

=X1’X2’X3’+X3’X5’+X4’X5’

由上可知，该事故树有三个最小径集：

{X1，X2，X3}，{X3，X5}，{X4，X5}。

（2）由图3-21得：

T=[（X3+X4）X1+（X2+X6+X7）X5]（X1+X2）

=X1X3+X1X4+X2X5+X1X5X7

即该事故树有四个最小割集：

{X1，X3}，{X1，X4}，{X2，X5}，{X1，X5X7}。

由T’=[（X3’X4’+X1’）（X2’X6’X7’+X5’）]+X1’X2’

=X2’X3’X4’X6’X7’+X3’X4’X5’+X1’X5’+X1’X2’

由上可知，该事故树有四个最小径集：

{X2，X3，X4，X6，X7}，{X3，X4，X5}，{X1，X5}，{X1，X2}。

4.利用状态枚举法计算图3-22事故树图中顶事件的发生概率。

设各基本事件的发生概率分别为：

q1=0.05;q2=0.04;q3=0.03;q4=0.02

解：

由图3-22得T=X1（X2+X3X4）

各基本事件的状态组合及顶事件的状态之间下表,并列出每一种状态所对应的qp（q）和qp。

X1，X2，X3，X4

Φ（X）

qp（q）

qp

000010000100

001000011100

101010010101

011000111110

110110110111

1111

000

001

000

001

110

1

000

00q1q2（1-q3）（1-q4）

000

00q1q2q3（1-q4）

q1q2（1-q3）q4q1（1-q2）q3q4）0

q1q2q3q4

000

000.0019

000

000.000059

0.0000390.0000290

0.0000012

P（T）

0.0020

由上可以得到：

5.已知图3-23所示事故树，适用最小割集法、最小径集法、不交积之和定理和不交事故树法分别计算图中顶事件的发生概率。

设图中各基本事件的发生概率分别为：

q1=0.04;q2=0.05;q3=0.03;q4=0.01；q5=0.02

解：

由图3-23得

T=X1X3+X1X5+X3X4+X2X4X5=（X1+X4）（X3+X5）（X1+X2+X3）

（1）最小割集法

（2）最小径集法

（3）不交积之和定理

该事故树的最小割集为：

E1={X1，X3}，E2={X1，X5}，E3={X3，X4}，E4={X2，X4，X5}

根据不交和定理，则有

则顶事件的发生概率为：

（4）不交事故树法

由图3-23得

6某事故树有以下最小割集：

{X1，X2}；{X2，X3，X4}；{X4，X5}；{X3，X5，X6}

设个基本事件的发生概率为：

q1=0.05;q2=0.03;q3=0.01;q4=0.06；q5=0.04；q6=0.02

试用各种近似算法计算顶事件的发生概率（精确到10-6）

解：

（1）最小割集逼近法

则有：

因为精度要求为精确到10-6，所以取

（2）最小径集逼近法

即该事故树有7个最小径集：

{X1,X3,X4}；{X1,X3,X5}；{X1,X4,X5}；{X1,X4,X6}；{X2,X3,X4}；{X2,X4,X6}；{X2,X5}

则有

（3）平均近似法

第四章系统安全评价

1什么是安全评价？

它包括那些内容？

答：

安全评价就是对系统存在的安全因素进行定性和定量分析,通过与评价标准的比较得出系统的危险程度,提出改进措施。

安全评价包括危险性确认和危险性评价两部分，包括的主要内容有：

第一,对系统存在的不安全因素进行定性和定量分析,这是安全评价的基础,包括有安全测定、安全检查和安全分析;第二,通过与评价标准的比较得出系统发生危险的可能性或程度的评价;第三,提出改进措施,以寻求最低的事故率,达到安全评价的最终目的。

2什么是安全标准？

怎样确定安全标准？

答：

经定量化的风险率或危害度是否达到我们要求的（期盼的）安全程度,需要有一个界限、目标或标准进行比较,这个标准我们就称之为安全标准。

安全标准的确定主要取决于一个国家、行业或部门的政治、经济、技术和安全科学发展的水平。

同时,安全标准本身也是个科学问题。

随着安全科学的发展,人们认识到,世界上没有绝对安全，安全标准是在社会发展进程中不断修订和完善的。

确定安全标准的方法有统计法和风险与收益比较法。

对系统进行安全评价时,也可根据综合评价得到的危险指数进行统计分析,确定使用一定范围的安全标准。

3安全评价的基本程序和步骤有哪些？

安全评价程序如下图所示：

图：

安全评价程序

安全评价的步骤：

（1）评价前的准备。

①搜集资料。

②评价策划。

（2）系统内危险的辨识分析。

（3）危险的定量化。

（4）制定安全对策。

（5）综合评价。

4美国道化公司第七版评价法的步骤有哪些？

答：

采用

美国道化公司第七版评价法评价之前首先要准备如下资料：

（1）装置或工厂的设计方案；

（2）火灾、爆炸指数危险度分级表；（3）火灾、爆炸指数计算表；（4）安全措施补偿系数表；（5）工艺单元风险分析汇总表；（6）工厂风险分析汇总表；（7）有关装置的更换费用数据。

在资料准备齐全和充分熟悉评价系统的基础上再按下述步骤进行评价。

（1）.选择工艺（评价）单元。

（2）确定物质系数（MF）。

（3）计算一般工艺危险系数（F1）。

（4）计算特殊工艺危险系数（F2）。

（5）确定单元危险系数（F3）。

（6）计算火灾、爆炸指数（F&EI）。

（7）确定暴露面积。

（8）确定暴露区域内财产的更换价值。

（9）危害系数的确定。

（10）计算最大可能财产损失（基本MPPD）。

（11）安全措施补偿系数（C）的计算。

（12）确定实际最大可能财产损失（实际MPPD）。

（13）最大可能工作日损失（MPDO）。

（14）停产损失（BI）估算。

5英国ICI评价法的评价程序与指数法相比较有什么改进？

答：

英国ICI评价法与道化学公司的方法原理相同,都是基于物质系数法。

在肯定道化学公司的火灾、爆炸危险指数评价法的同时,又在其定量评价基础上对道三版作了重要的改进和扩充。

其中在考虑对系统安全的影响因素方面更加全面、更注意系统性,而且注意到在采取措施、改进工艺以后根据反馈的信息修正危险性指数,突出了该方法的动态特性。

扩充内容主要有以下几点：

（1）增加了毒性的概念和计算；

（2）发展了某些补偿系数；

（3）增加了几个特殊工程类型的危险性；

（4）能对较广范围内的工程及储存设备进行研究。

6设备安全评价要点都有哪些？

答：

以高压气体设施的安全评价为例。

高压气体设施本身技术复杂,运行条件特殊。

为此,在这类设施中,操作人员应首先排除人机界面的危险性。

虽然自动化程度提高,但最后还需要操作人员进行判断。

所以对设施还必须考虑安全措施。

评价内容有:

（1）安全标志；

（2）仪表和操作显示判读方法；

（3）阀门及管线（包括安全阀等）；

（4）警报系统。

7安全管理评价都包括哪些内容？

答：

安全管理评价包括下列内容：

（1）现代安全管理方法的应用；

（2）八种安全教育形式；（3）规划计划与安全工作目标；（4）职能部门安全指标分解；（5）各级人员安全生产责任制；（6）安全生产规章制度；（7）各工种操作规程；（8）安全档案；（9）安全管理图表；（10）“三同时”审批项目；（11）事故处理“三不放过”；（12）安全工作“五同时”；（13）安全措施费用；（14）安全机构与人员配备。

8系统安全综合评价的内容和评价模式的关系是怎么确定的？

9某罐区有两个400m3的氯乙烯球罐，分别装有约300t的氯乙烯液化气体。

球罐的压力为0.49MPa（g），温度为常温，在两个球罐的周围有防火堤，氯乙烯对设备材质有轻微的腐蚀性。

试用“单元危险性快速排序法”对该罐区危险性进行评价，确定其危险等级。

解：

采用“单元危险性快速排序法”对该罐区危险性进行评价如下：

（1）单元划分。

该单元属于存储部分。

（2）确定物质系数和毒性系数

查得氯乙烯的物质系数MF=24，健康危害Nh=2由表4-16得毒性系数Tn=125。

（3）计算一般工艺危险系数（GPH）

危险物质装卸，系数取0.50

存储温度为常温，系数0.30

则取GPH=0.80

（4）计算特殊工艺危险系数（SPH）

操作压力：

球罐的压力为0.49MPa（g）,y=1.6,相应的系数值取2.1

危害物质数量：

储存物质能量为Q=600t×8.0×103BTU/Ib4=1.06×1010KJ,相应系数取1.3

腐蚀：

相应系数取0.20

则由上得SPH=3.6

（5）计算火灾、爆炸指数

①火灾、爆炸指数F：

=198.7

②毒性指标T

Tn=125,Ts=75（氯乙烯：

我国MAC30mg/m3）

=12.8

（6）评价危险等级：

该方法把单元危险性划分为3级,评价时取火灾、爆炸指数和毒性指标相应的危险等级中最高的作为单元危险等级。

由于F≥95,T≥10,所以确定该罐区危险等级为Ⅲ级。

第五章安全决策

1.试述决策、准则、价值、属性、目标、指标等基本概念。

答：

决策：

指人们在求生存与发展过程中,以对事物发展规律及主客观条件的认识为依据,寻求并实现某种最佳（满意）准则和行动方案而进行的活动。

决策通常有广义、一般和狭义的三种解释。

决策的广义解释包括抉择准备、方案优选和方案实施等全过程。

一般含义的决策解释是人们按照某个（些）准则在若干备选方案中的选择,它只包括准备和选择两个阶段的活动。

狭义的决策就是作决定,就指抉择。

准则：

是衡量、判断事物价值的标准,是事物对主体的有效性的标度,是比较评价的基准。

价值：

一般意义上的价值,至少应具有两个基本特性,其一是比较特性,其二是可度量性。

价值的另一种解释是客体对于主体需要的某种满足。

这就是说,第一,价值源于客体,客体提供价值;第二,价值是通过人的感觉或意识而得到的某种满足,这应该归属于主观范畴、即价值不是独立于主体的、客体的一个固有属性,而只是人的关于客体属性的一种观念形态。

属性是物质客体的规定性。

凡能表示客体性质、功能、行为等,并因而使其与其体相似或相异的一切均是其属性。

在决策中,属性指备选方案固有的特征品质或性能。

目标：

是指主体对客体的需求在观念上的反映,是决策者关于被研究问题（客体）所希望达到的状态、所追求的方向的陈述,属于主观范畴。

指标：

亦常称为目标,常指能数量化的准则,它反映实际存在的事物的数量概念和具体数值,既包括准则的名称,也包括准则的数值。

2.决策方法是如何分类的？

答：

决策的分类方法很多。

根据决策系统的约束性与随机性原理,可分为确定型决策和非确定型决策，相应的决策方法就有确定性多属性决策方法、定性与定量相结合的决策方法和模糊多属性决策方法。

3.决策的主要过程及主要内容是什么？

答：

决策是人们为实现某个（些）准则而制定、分析、评价、选择行动方案,并组织实施的全部活动；也是提出、分析和解决问题的全部过程。

广义的决策包括抉择准备、方案优选和方案实施等全过程。

一般含义的决策是人们按照某个（些）准则在若干备选方案中的选择,它只包括准备和选择两个阶段的活动。

狭义的决策就是作决定,就指抉择。

决策过程主要包括5个阶段,如图5-1所示。

4.决策的要素有哪些？

他们的相互关系是怎样的？

答：

决策的要素有:

决策单元、准则体系、决策结构和环境、决策规则等。

决策单元和决策者：

决策者主要责任在于提出问题,规定总任务和总需求,确定价值判断和决策规划,提供倾向性意见,抉择最终方案并组织实施。

决策单元的工作是接受任务、输入信息、生成信息和加工成智能信息,从而产生决策。

准则（指标）体系：

对一个有待决策的问题,必须首先定义它的准则。

决策的结构和环境：

其属于决策的客观态势（情况。

决策规则：

决策就是要从众多的备选方案中选择一个用以付诸实施的方案,作为最终的抉择。

在做出最终抉择的过程中,要按照多准则问题方案的全部属性值的大小进行排序,从而依序择优。

这种促使方案完全序列化的规则,便称为决策规则。

上述各要素有机的结合在一起就构成了决策，它们在决策过程中发挥着不同的作用，相互联系，相互作用，作为一个有机整体完成决策功能，缺一不可。

5.安全决策有什么特殊性？

答：

安全决策与通常的决策过程一样,应按照一定的程序和步骤进行。

不同的是,在进行安全决策时,应根据安全问题的特点,确定各个步骤的具体内容。

（1）确定目标

对安全而言,从大安全观出发,安全决策所涉及的主要问题就是保证人们的生产安全,生活安全和生存安全。

但是这样的目标所涉及的范围和内容太大了,以至于无法操作,应进一步界定、分解和量化。

另外对于决策目标应有明确的指标要求;对于技术问题,应有风险率、严重度、一定可靠度下的安全系数,以及事故率、时间域和空间域等具体量化指标;对于难于量化的定性目标,则应尽可能加以具体说明。

（2）确定决策方案

在目标确定之后,决定人员应依据科学的决策理论,对要求达到的目标进行调查研究,进行详细的技术设计、预测分析,拟出几个可供选择的方案。

（3）潜在问题或后果分析

对安全问题,考虑其决策方案后果,应特别注意如下一些潜在问题:

①人身安全方面:

应特别注意有无生命危险,有元造成工伤的危险,有无职业病和后遗症的危险。

②人的精神和思想方面:

是否会造成人的道德、思想观念的变化,是否会造成人的兴趣爱好和娱乐方式的变化,是否会造成人的情绪和感情方面的变化,是否会加重人的疲劳,带来精神紧张,影响个人导致不安全感或束缚感的产生等。

③人的行为方面:

能否