系统安全分析与预测

系统安全分析和预测方法论述摘要：系统安全分析和预测方法在安全系统工程中占有着重要的地位，是保证生产系统安全运行的基础。当前我国在安全分析方法的使用上仍然存在着很多的漏洞和错误。[1]由于现有的危险性分析方法都有其局限性，一般限于某个或某些行业。为此，在分析之初，分析人员必须对现有的危险性分析方法有一个全面的了解。研究的目的在于通过对各种分析方法的了解和对比，能够全面的把握各种方法的优缺点及适用范围，更好地将理论应用于实际。通过对系统安全预测本质的研究，提出了安全预测的本质就是建立系统安全可预测的思想。关键词：安全分析；安全分析方法；比较研究系统安全；安全预测；时效特性1引言系统安全分析和评价方法在安全系统工程中占有着重要的地位，从某种意义上而言，它是安全系统工程的核心。[2]至今国内外安全分析方法有几十种，这些方法有定性的，也有定量的；有逻辑推理的，也有综合比较的；有文字图表法，如安全检查表、预先危险性分析法、故障模式及影响分析等；有逻辑分析法，如事件树分析法、事故树分析法等；有统计图表分析法，如事故比重图、事故趋势图、控制图、主次图等[3]。在系统的循环周期中，每个阶段都有适用的分析方法，所以我们可以从循环周期的角度来进行比较；在系统安全分析方法中，有的方法具有宏观分析的特点，而有的方法适用在微观子系统中进行分析，所以也可以从宏观微观的角度出发；每个分析方法的原理及背景决定了它们各自的性质特点，正是性质特点方面的区别使得我们可以从这个角度来进行考虑；同时在对系统的危险性分析过程中，思考的角度不同，对危险源进行分析的思路也不同，使用的安全分析方法也不同。同样安全预测的本质，也就是建立系统安全可以预测的思想。任何一个系统，要想对其安全状态进行预测，就必须掌握其在一定时期内的内在的规律性，否则，预测将是无本之木，无水之源，失去应有的意义，综上，安全分析方法的对比研究可以从循环周期、宏观微观、性质特点、思维方法、比较表等角度来进行分析研究。2系统循环周期角度分析安全分析方法可以具体应用在系统循环周期中的三个阶段。第一为系统设计阶段，此时需要对其技术路线、工艺流程、设备设施等进行安全分析与评价，以使系统投产后达到最佳安全状况；第二为生产过程分析评价阶段，以辨识运行系统、设备设施的安全可靠性，以保证系统处于良性循环状态；第三为系统寿命即将完结，可靠性能变差，对其进行安全分析评价，以保证系统安全正常运转。对应生产系统运行寿命周期各阶段，可以先后或交叉应用预先危险性分析、操作危险性分析、故障类型及影响分析等技术方法。[4]一般在一项工程活动之前，对其系统危险性还没有很深的认识，可以运用预先危险性分析对其做一宏观概略性的分析，以避免不安全技术路线、危险物质、工艺和设备的潜伏。在系统初步设计进行一段之后，进人技术设计阶段就可开始运用故障类型及影响分析等技术，对具体系统、设备故障、典型致命性故障等进行安全性分析。系统危险性分析技术既有宏观分析，亦有微观剖解。从微观和宏观的角度来看，工业危险性分析技术基本分为两大体系，一种是对工艺过程和生产装置危险度的分析体系,另一种则是对系统的安全性和可靠性的分析体系。前者是对工艺过程和生产装置险度的分析，属于概略性的安全分析方法，它是从总体上对工艺过程和生产装置的危险程度进行评定，而不是具体分析会出现什么样的危险以及危险的发生过程。后者是以事故树为代表，包括FTA、FMEA等。以事故树分析为代表的安全性和可靠性的分析则属于详细的分析技术，是具体地分析和查明系统会产生什么故障和事故，受哪些因素的影响以及这些影响因素之间的相互关系。如FMEA方法就是对子系统或设备单元部件可能会发生的故障类型、状态以及对子系统甚至整个系统的影响进行分析，其中特别严重的事故还要进行致命度分析。在实际应用过程中，往往通过宏观分析，找出事故隐患，再通过微观仔细剖解，寻找发生事故隐患的原因和可能性，以防止事故的发生。3性质特点角度分析研究从系统安全分析方法性质特点的角度进行对比，有助于对各种分析方法的了解和掌握，对正确地选用危险性分析方法大有裨益。定性分析能够找出系统的危险性，估计出危险的程度，主要用于工厂考察审查、诊断和安全检查，包括设计阶段、施工阶段、安全审查和试运行阶段、正常运行阶段的危险评价，诸如厂址选择及工厂环境布置、工艺过程的潜在危险性、机构设备的安全装置、误操作防止装置、仪表仪器、安全应急措施评价等等。定量分析可以计算出事故发生概率和损失率，目的在于判定事故危险的程度，用定量的形式表示出来，便于人们将其有与相关的标准规范进行比较,从而进行事故预防和控制。(l)定性安全分析方法运用这类方法可以找出系统中存在的危险、有害因素，进一步根据这些因素从技术上、管理上、教育上提出对策措施，加以控制，达到系统安全的目的。目前应用较多的方法有“安全检查表”、“事故树分析”、“事件树分析”、“危险度评价法”、“预先危险性分析”、“故障类型和影响分析”、“危险性可操作研究”、“如果…怎么办”、“人的失误分析”等安全分析评价方法。(2)定量安全分析方法定量危险性分析是根据统计数据、检测数据、同类和类似系统的数据资料，按有关标准，应用科学的方法构造数学模型进行定量化分析的一类方法。以可靠性、安全性为基础，先查明系统中的隐患并求出其损失率、有害因素的种类及其危害程度，然后再与国家规定的有关标准进行比较量化。常用的方法有“事故树分析”、“事件树分析”、“原因～结果分析法”等。4从各种方法的特点和功用角度出发(1)事故致因因素安全分析方法专家评议法；危险和可操作性研究；故障类型及影响分析；事故树分析；事件树分析；安全检查表法。(2)能够提供危险度分级的安全分析方法危险和可操作性研究；故障类型及影响分析；事故树分析；人的可靠性分析；统计图表分析法。(3)可以提供事故后果的安全分析方法故障类型及影响分析；事故树分析；逻辑树分析；概率理论分析；统计图表分析法。能导致的灾害事故(结果)，如故障模式及影响分析从具体故障开始，分析对象是单个节点或子系统，分析并判明其对系统的影响结果。各种方法的出发点是从子系统的故障或失误着手，预测出导致整个系统的灾害后果。这种分析类型属于归纳法，还有安全检查表、危险性预先分析、可操作性研究等。[5]（4）归纳分析对既定的灾害事故按系统的构成逐渐展开,以探明原因或结果。如事故树以顶上事件为出发点,将构成其原因的事件按因果关系逐项列出,直至分析到部件故障为止,它实际上是一种演绎推理分析过程，还有事件树分析、原因一后果分析也属于演绎推理分析，还可以从已知的中间原因(如工艺参数的变动),推测其可能导致的后果,并找出原因。5逻辑思维方法角度分析归纳和演绎是基本的两种思路：归纳法是从个别情况出发，推出一般结论。考虑一个系统，如果我们假定一个特定故障或初始条件，并且想要查明这一故障或初始条件对系统运行的影响，那么我们就可以调查某些特定元件(部件)的失效是如何影响系统正常运行的；演绎法就是从一般到个别的推理。在系统的演绎分析中，我们假定系统本身已经以一定的方式失效，然后要找出是哪些系统行为模式造成了这种失效。（1）从基本故障类型或各种失误(原因)推测可工业生产系统是一个包含许多子系统、拥有众多不同类型设备、设计方案时有改变的开放综合型复杂大系统，分析评价对象涉及到系统中人员素质、机械装备、管理状况、环境设置、物料质量等各方面。经验表明，很难用单一的方法完成分析评价任务。从各种系统安全分析方法的特点也可以看出，本身就是一个定量定性、宏观微观、局部整体的方法综合[6]。因此，我们在实际应用过程中不仅需要根据自己的分析思路，而且要考虑研究对象的复杂性和分析条件的局限性，从系统生命周期、定性定量、局部整体等多层次考虑，在充分分析相关信息资料的基础上，从方法的科学性、综合性、适用性出发，选择切实可行的分析评价方法应用到实际分析过程。安全预测的本质，也就是建立系统安全可以预测的思想。任何一个系统，要想对其安全状态进行预测，就必须掌握其在一定时期内的内在的规律性，否则，预测将是无本之木，无水之源，失去应有的意义。关于系统安全的可预测性探讨，首先从其宏观分析过程中得到启示，发现系统安全的发展变化具有内在规律性，只要能保证并遵循其内在规律性，就可以对其变化做出预测，因为系统在预测期与统计期和滤波期的结构是同构的，即系统的内结构不发生异化。而系统的发展变化也表明，同构是相对的，异化是绝对的。因此，对系统安全进行预测就必须把异化变化的规范控制在预测精度的允许误差之内。系统安全的可预测性，从微观分析，就是系统安全预测遵循惯性原理、相关性原理和随机性原理。因系统大多是动态的、不稳定的和不可逆的，系统安全的发展就有多种可能的未来状态，就必须用这些原理进行研究和分析。在系统安全预测中，应用最多的是随机性原理。随机性预测模型的预测误差被看作是来自系统以外的随机因素作用的结果，而安全指标就是在时间序列上变动的随机变量，它组成一个有序的随机变量的数值集合，随机过程的统计特性刻画了随机过程的本质，也就决定了系统安全的可预测性。系统安全预测的时间特性，由于预测是在时间序列上通过建立数学或统计模型来进行的，任何模型的建立必须以变量为基础，而对系统安全预测影响的主要变量因素应是不变的或在允许范围内变化，也就是说，支配变量应是不变的。一旦支配变量换元成功，即系统发生异化，系统安全预测的质量就不能得到保证。如图1所示。预测存在一个有效时间域问题，也只有在此有效时间域内预测才有效，如图1中Ⅰ区，若系统处于一个支配变量的变元区，也就是系统处在发展阶段的转换时期，在此区段是不可预测的，如图1中Ⅱ区。系统安全预测的时效特性，在系统安全预测中，通常采用定量预测，要保证预测的有效性。[7]必须注意以下4点：首先预测对象本身以及一些主要支配变量必须能进行量化，且预测需要的数据必须完整、系统、准确，数据量满足预测模型的要求，并且对系统中的不确定性数据信息，即随机信息、模糊信息、灰色信息和未确知信息要进行有效的分类和处理；其次是预测数学模型的选取，由于建模者对系统安全认识的角度不同，建模者对变量的选择和数学模型的选择往往有一定程度上的主观性和经验性，若要保证安全预测有效性，就必须对系统安全预测的数学模型进行可靠评价；再者由于系统安全本身是一个动态随机的非线性过程，若要进行线性化处理，就有可能造成系统某些特性的丧失，使预测失去准确性；还有预测的有效性不会超出人们的系统安全的认识水平，它永远与系统安全的认识理论水平同级别，也就是说，若对系统的安全分析理论一无所知，预测的有效性将无法得到保证。参考文献[l]甘心孟,沈斐敏.安全科学技术导论.北京：气象出版社,2000.[2]杨伟丽,罗键.系统分析与系统建模的解析及其在系统工程中的关联[J].青岛大学学报(工程技术版),2006,21(7):17-19[3]吴宗之，高进东,魏利军.危险评价方法及其应用.北京：冶金工业出版社,2001[4]国家安全生产监督管理局编.安全评价.北京：煤炭工业出版社,2002[5]汪元辉.安全系统工程.天津:天津大学出版社,1999.[6]杨伟丽,罗键.系统分析与系统建模的解析及其在系统工程中的关联[J].青岛大学学报(工程技术版),2006.[7]钱学森.论系统工程(新世纪版)[M].上海:上海交通大学出版社,2007.