用于工業(yè)機器設計的安全性分析模式及方法研究

1、 用于工業(yè)機器設計的安全性分析模式及方法研究 摘 要 工業(yè)機察也屬職業(yè)事故的重要危險源之一。在其設計時，有效地進行安全性分析是消除和控制工業(yè)機器中存在的固有危險的最佳途徑。為此，推薦了一種用于工業(yè)機器的安全分析模式；并對已有的安全分析方法進行了重點選擇，將供設計人員使用的安全分析方法從百余種減少到11種；還對這些方法進行了分類，可供設計人員在設計工業(yè)機器時，較方便地選擇和系統(tǒng)地應用。關鍵詞 安全性分析 工業(yè)機器 風險評價1 引 言筆者所指的工業(yè)機器是工業(yè)生產(chǎn)中使用的工具、機械設備和生產(chǎn)系統(tǒng)。國外的大量研究與分析工作和國內(nèi)的生產(chǎn)實踐都表明，工業(yè)機器的安全性較差，其主要原因是在設計時沒有進行充分的

2、安全性分析及有效的安全性設計。因此，工業(yè)機器導致的職業(yè)事故日益增多。工業(yè)機器設計人員也深知安全與衛(wèi)生對工業(yè)機器的重要性，然而，多數(shù)設計人員不知如何有效地進行安全性設計。有效的安全性分析模式及方法是安全性設計的基礎。有很多安全性分析方法可以用于系統(tǒng)設計，例如：美國系統(tǒng)安全學會出版的系統(tǒng)安全分析手冊中列出的103種方法；美國航空航天局(na5a)也出版有類似的手冊。這些方法多數(shù)是由核能、化工、航空航天和國防等高風險工業(yè)中的可靠性或安全性專家們研究和開發(fā)的。工業(yè)機器的固有風險較上述工業(yè)小得多，一次暴露于工業(yè)機器危險的人數(shù)很少多于一人，導致多人死亡的事故也很少見。此外，工業(yè)機器的復雜程度也較上述高風險

3、工業(yè)低。因此，已有的分析方法并非都適用于工業(yè)機器。加之工業(yè)機器的設計人員缺乏對這些方法適用性的了解，也難于從多達百余種的方法中選用并難于確定按何種模式進行安全性分析，從而造成長期以來工業(yè)機器未能進行有效安全性設計的局面，國內(nèi)這一情況更為突出。筆者介紹了一種適用于工業(yè)機器設計的安全性分析模式，并對安全性分析方法的選擇及分類進行了研究，從百余種已有的方法中，選出了11種適用于國內(nèi)工業(yè)機器設計時采用的安全性分析方法；還對這些方法進行了分類，以幫助設計人員在完成工業(yè)機器的設計過程中，方便地選用這些方法，有效地進行安全性分析和設計。2 安全性分析的一般模式對一個系統(tǒng)或產(chǎn)品的安全性分析，一般是指對其可能存

4、在的所有危險及其產(chǎn)生的原因進行識別；然后，分別對這些危險的風險進行估算。在此基礎上，評估系統(tǒng)或產(chǎn)品的總的安全性，以確定采取何種措施來消除或控制那些風險不可接受的危險。上述安全性分析是完成對分析對象的風險評價，而且這種評價是一個反復迭代的過程。按照系統(tǒng)安全原理，風險評價在系統(tǒng)壽命周期的各階段都需進行，而在壽命周期的早期進行的風險評價，對提高系統(tǒng)安全性的作用更有效。上述安全性分析模式也適用于工業(yè)機器。國際標準化組織1999年頒布的iso 14121機器安全一風險評價規(guī)則標準，給出了工業(yè)機器風險評價的一般模式(見圖1)。筆者認為，該模式也適用于國內(nèi)工業(yè)機器的風險評價。3分析方法的選擇如前所述，用于安

5、全性分析的方法很多，為了便于設計人員選用合適的方法，必須從眾多方法中，選擇工業(yè)機器最適用的方法，其數(shù)量不宜過多，一般5至10種為宜。如何選擇?文獻4提出了按方法的離散性(discretecharacter)和適用性(applicability)進行選擇的準則。所謂離散的方法是指具有以下特點的方法：(1)按照一種特定的觀點和方法論進行分析。例如：能量跟蹤與屏障分析，該法認為危險是由不希望能量流、屏障欠佳和目標3個因素構成的，通過對系統(tǒng)中的該3個因素的分析，以確定存在的危險。(2)方法是獨立的，亦即它不需要使用一個或多個其他方法來達到它的目的。(3)不是其他方法組合使用的結果。離散的方法提供了一種

6、專門的分析手段，而指明了在何時、何種環(huán)境下使用這種方法，同時為建立供設計工業(yè)機器時使用的特定分析方法的表格，所以選擇方法時僅考慮離散的方法?，F(xiàn)已有的安全分析方法，多數(shù)是由高風險工業(yè)部門中的專家研究與開發(fā)。多數(shù)不適用于工業(yè)機器，例如：核臨界狀態(tài)分析(nuclearcriticalityanalysis)，低溫系統(tǒng)安全分析(cryogenic system safetyanalysis)，颶風分析(windtornado analysis)等。當然，這些方法中有一些經(jīng)過簡化和修改后，也可用于工業(yè)機器。如危險與可操作性分析(hazop)，修改其關鍵詞表后，可用于工業(yè)機器的安全性分析。在評估方法的適用

7、性時，還需考慮方法的復雜程度。因為，完成安全性分析是需要花費時間和資源的。顯然，某些高度復雜和專門的方法，如petri網(wǎng)分析(petri netanalysis)和網(wǎng)絡邏輯分析(networklogicanalysis)等，對于大多數(shù)工業(yè)機器的安全性分析是不適用的。文獻4按上述準則，從系統(tǒng)安全分析手冊中的103種方法和有關文獻及應用的經(jīng)驗，選出了34種適用于工業(yè)機器的分析方法。盡管供工業(yè)機器設計人員選用的方法的數(shù)量大大減少了，但是該文還是認為34種對于工業(yè)機器設計人員來說，還是偏多。我國對系統(tǒng)或產(chǎn)品的安全性分析，在少數(shù)工業(yè)部門如核能、航天剛剛起步，工業(yè)機器設計人員對安全性分析方法不甚了解。從3

8、4種中選用，對于我國的設計人員仍是非常困難的。筆者在34種方法的基礎上，結合國內(nèi)的應用情況，選擇了11種方法并進行了分類列表(見表1)。4 分析方法分類為了便于設計人員在設計工業(yè)機器時，選用適用的安全性分析方法。筆者對選出的11種方法進行了分類和組合。41 風險估算類這類方法用于定性或定量地估算導致職業(yè)傷亡事故的風險。42 危險及其原因識別類這類方法用于確定工業(yè)機器中的固有危險及產(chǎn)生的原因。按方法采用的分析模式又可分為兩類。第一類稱為回顧分析模式，利用被分析機器的歷史資料來確定類似的危險及其發(fā)生的原因。該模式在工業(yè)機器初步研究和概念設計階段使用最合適。第二類稱為預期分析模式，用于確定新研制機器

9、或重大改進及運行的機器中可能存在的危險。該模式又可分為歸納推理和演繹推理兩類?，F(xiàn)有的安全分析方法，通常采用一種或多種分析模式。表1中的“檢查表分析”，上述各類分析模式均未采用，該方法僅用來為確定危險及其原因收集和提供信息，稱“提供信息”模式。43 識別的風險因素風險的因素通常有四類。(1)物質(zhì)因素。如不良設計、附件缺陷、和失效、危險部件等。(2)人的因素。如人的失誤、無意或有意的錯誤或破壞等。(3)組織因素。如工作機構失效、規(guī)程缺陷、交流通訊失誤、信息管理失效、訓練不充分、資源估計不足等。(4)外部環(huán)境因素。如自然現(xiàn)象、相關系統(tǒng)失效、爆炸：火災、事故等。研究表明，有些方法用于識別某些風險因素較

10、其他方法更有效，而且多數(shù)方法能夠有效地確定多種風險因素，這些因素是危險的原因或結果。44 其他特性類安全性分析方法還可以按方法的其他更特殊的特性分類，如可分為自生成法和模擬法等。自生成法是指那些能夠獨立生成開始分析所需的數(shù)據(jù)，亦即無需使用其他方法的結果作為輸入的方法，如表1中的能量跟蹤與屏障分析和變化分析。模擬法，該法生成一個系統(tǒng)或系統(tǒng)中一系列事件的概念模型，這種方法多用于那些可能產(chǎn)生多種失效而導致一種的后果的較復雜的機器。這種方法用于確定由多種風險因素組令而導致的可能的后果是非常有效的。5 結 論工業(yè)生產(chǎn)中使用的機器、設備、工具以及各種生產(chǎn)系統(tǒng)是職業(yè)事故的重要危險源。迄今，國內(nèi)在設計工業(yè)機器時，僅按已有的規(guī)范、標準進行“符合安全”模式的安全性設計，只能使工業(yè)機器的安全性達到最低的要求，不能有效地消除或控制工業(yè)機器中存在的固有危險。若在設計時，采用有效的分析方法和程序進行安全性分析，從而采取措施消除或控制已識別的危險，就能使工業(yè)機器的安全性達到最佳。這一點，已被國外高風險工業(yè)部門的長期實踐所證明。但是，無論國外還是國內(nèi)，對于工業(yè)機器安全性分析工作開展的均不夠，國內(nèi)的情況尤為突出。究其原因，除了缺乏必要的法規(guī)外，主要是設計人員對安全性分析的方法及程序缺乏了解，