Chap.2安全科學(xué)基礎(chǔ)理論BasicTheoryofSafetyScience§2—1安全問題及安全科學(xué)的發(fā)展歷程一、安全問題安全是人類生存、生產(chǎn)、生活和發(fā)展過程中永恒的主題。隨著科技與經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，安全科學(xué)的日臻完善，安全工程類專業(yè)已成為高等學(xué)校重點(diǎn)建設(shè)的學(xué)科專業(yè)之一。（近兩年來，西農(nóng)林、建科大、長安大學(xué)相繼開設(shè)安全工程本科專業(yè)）。在石器時代，人類的祖先挖穴而居，棲樹而息，完全是大自然的一部分，是一種純粹的“自然存在物”，完全依附于自然。當(dāng)時的人類，在自然界面前軟弱被動，不僅承受雷、電、風(fēng)暴、地震和火災(zāi)等自然災(zāi)害的困擾，甚至野獸的侵襲也可以造成局部氏族部落的消亡。在這一時期，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，人類開始逐漸擺脫大自然的桎鋯，但在人類改造自然，創(chuàng)造人類文明的過程中，人為災(zāi)害也越來越多了起來。在這一時期由于人類對客觀世界的認(rèn)識還十分膚淺；與大自然抗?fàn)幍氖侄我彩趾唵?、有限；利用大自然的資源也是最基本的——水和土。安全問題也比較簡單，主要表現(xiàn)在自然災(zāi)害和人為災(zāi)害。石器時代和農(nóng)業(yè)時代，屬于人們無知（不自覺）的安全認(rèn)識階段。在工業(yè)時代，人類利用技術(shù)開發(fā)資源、制造機(jī)器，可以說技術(shù)無處不在。技術(shù)給人類帶來了文明和財富，同時也伴隨著新的災(zāi)難。工業(yè)時代初期，屬于局部的安全認(rèn)識階段；中后期，因軍事、航空、航天、原子能等工業(yè)技術(shù)發(fā)展而形成的大系統(tǒng)及機(jī)器系統(tǒng)，因而屬于系統(tǒng)的安全認(rèn)識階段。（知識經(jīng)濟(jì)時代，屬于動態(tài)的安全認(rèn)識階段）?，F(xiàn)代高科技的發(fā)展更是喜憂摻半。人類在20世紀(jì)所創(chuàng)造的成就多于19世紀(jì)前人類所創(chuàng)造的全部，但是20世紀(jì)人類所經(jīng)受的災(zāi)害事故比歷史上任何一個時期都更慘重、更從根本上危及人類的生存。20世紀(jì)人類經(jīng)受的主要災(zāi)害重點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面：1工業(yè)、礦山災(zāi)害人類對安全的人士卻長期落后于對生產(chǎn)的認(rèn)識?，F(xiàn)代工業(yè)使人們的文明程度大大提高，生產(chǎn)力高度發(fā)展，但是帶來現(xiàn)代文明的科技革命是一把“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。舉世關(guān)注的日本骨痛病就是由于二次世界大戰(zhàn)期間廢棄的鎘渣污染了土壤和稻米而造成的。經(jīng)過20多年的潛伏后，1955年到1972年間，鎘渣數(shù)次危害人類，致使280人患骨痛病和128人死亡。汽車在為人類帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益和許多生活便利的同時，排出的氮氧化物、硫化物等廢氣毒害了人體本身。醫(yī)藥在延長人類生命消除病痛的同時，也造成了藥害，并且它的副作用還會給人類帶來深遠(yuǎn)的影響；空調(diào)、冰箱為我們帶來舒適，但它釋放的氯氟碳化物卻破壞了大氣中作為人類的保護(hù)傘——臭氧層?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步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。眾所周知，煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占有舉足輕重的地位，但是煤礦開采又給我們的環(huán)境帶來了巨大的災(zāi)害，導(dǎo)致地表沉陷、山體滑坡、河流污染、農(nóng)田毀壞等，更為嚴(yán)重的是，地下采礦過程中發(fā)生的頂板災(zāi)害、沖擊地壓、煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸、礦井突水、煤層自燃等給采礦工作者造成了沉重的傷害。原蘇聯(lián)加加林礦發(fā)生的煤與瓦斯突出，共計突出煤巖14000多噸，瓦斯25萬m3；我國發(fā)生的最大一次突出是1975年在四川三匯壩井，突出煤巖12780t，瓦斯140萬m3；世界上最大的瓦斯爆炸事故是日本帝國主義侵占我國東北期間，遼寧本溪煤礦發(fā)生的瓦斯、煤塵爆炸，死亡1549人。2交通運(yùn)輸事故自1885年1月29日德國人本茨研制成功世界上第一輛汽車后，給人們帶來了數(shù)不盡的生活便利、經(jīng)濟(jì)效益和社會繁榮。然而，它又引發(fā)出接連不斷的人為災(zāi)害，使人類蒙受了難以計數(shù)的損失。據(jù)英國官方統(tǒng)計：1986年英國共發(fā)生交通事故21.5萬起，其中死亡人數(shù)達(dá)5400人，比1985年的死亡人數(shù)上升4％，重傷人數(shù)為6.9萬人，輕傷21.7萬人。據(jù)美國國家安全委員會統(tǒng)計，在美國，每11分鐘就有一人死于交通事故，每18分鐘就有一人傷于交通事故，每年約有15萬人因交通事故而成為殘廢，有10萬個家庭因交通事故而發(fā)生不表明人們在享受技術(shù)革命帶來的便利和適宜的同時，也遭受著由它們帶來的報復(fù)和懲罰，如SARS、禽流感等?！笆撬幦侄尽狈篟11可能上百年甚至上千年的影響大氣層。為此我國于1992年加入了聯(lián)合國87年的蒙特利爾協(xié)議，于2010年全部停止使用。幸。據(jù)有關(guān)職能部門統(tǒng)計，1987年1月至5月，我國國內(nèi)道路交通事故死亡人數(shù)為17500多人，平均不到13分鐘就有一人死于交通事故，平均21天就有2500人死于車禍。相當(dāng)于每隔21天就要發(fā)生一次震驚世界的“大災(zāi)難”——發(fā)生在1994年1月17日震驚全世界的洛杉礬大地震也不過死亡62人。1991年我國道路交通事故進(jìn)一步升級，全年共發(fā)生交通事故264817起，死亡53292人，傷162019人，直接經(jīng)濟(jì)損失4億3千萬元人民幣。1997年交通事故死亡73861人，傷190128人，直接經(jīng)濟(jì)損失18.5億元（1998年年鑒）。目前，8名分別來自澳大利亞、美國和英國的科學(xué)家就一項《2000年公路安全藍(lán)圖》的計劃進(jìn)行研究，估計在未來的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?zhǔn)軅?。自汽車問?00多年來，全世界已有2200萬人死于交通事故?，F(xiàn)在，世界交通事故傷亡人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xué)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。3化學(xué)污染問題當(dāng)分子之謎被揭開后，人們對物質(zhì)的認(rèn)識達(dá)到了一個新的境界。從此創(chuàng)造了許多從前所沒有的東西?；瘜W(xué)工業(yè)的誕生，大大地促進(jìn)了人類社會生產(chǎn)力水平的提高。但是它給人類的生存環(huán)境也帶來了巨大的破壞。它污染了空氣和水源，侵蝕了土壤，擾亂了地球的大氣循環(huán)、化學(xué)循環(huán)和生物循環(huán)，使地球患上“綜合不適癥”。目前，全世界55000m3左右的淡水被污染，水污染造成的疾病在發(fā)展中國家呈上升趨勢。1980年發(fā)展中國家約3／5的人口難以獲得安全飲用水，18億人因污染水而遭受中毒性疾病的威脅，僅1984年10月～1987年4月期間，由于不安全飲用水和營養(yǎng)不良，全球大約有6000萬人死于腹瀉。每天至少有2.5萬人因飲用惡質(zhì)水而死亡。由于自然環(huán)境的嚴(yán)重污染，人類失去了無數(shù)賴以生存的動植物。據(jù)估計，地球上曾有過40億種生物，現(xiàn)在大約只剩250萬種。由于生存環(huán)境的惡化，物種滅絕的速度越來越快。就鳥類而言，在1600年～1900年這300年間，滅絕75種，平均每4年滅絕一種。進(jìn)入20世紀(jì)以后，每年就滅絕一種，現(xiàn)在是每天滅絕一種，進(jìn)而每小時滅絕一種。專家認(rèn)為，現(xiàn)在全世界約有25000種植物和1000多個種及亞種的脊椎動物瀕臨滅絕的危險。物種的滅絕使遺傳的多樣性遭到破壞，對人類而言，完全是一種無法彌補(bǔ)的損失。4大氣污染間題大約在200年前，工業(yè)革命改變了古老的農(nóng)業(yè)社會，創(chuàng)造了一個嶄新的文明?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動了社會生產(chǎn)力的飛速發(fā)展。人類改造自然的能力大大提高了，人與自然的關(guān)系日益深化，同時矛盾也日益激化。首先從燃煤、燃油的工業(yè)煙囪中噴出的滾滾濃煙，把大量的煙塵和有毒氣體排向空中，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。1952年霧都倫敦，從12月5日到12月8日，低空煙霧郁積4天不散，4000多人因此而喪生。1985年，科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)南極上空有一個大小如美國國土面積的臭氧層空洞，1988年北極又發(fā)現(xiàn)一個如格陵蘭島一樣大的臭氧層空洞。臭氧層能吸收太陽表面輻射的大量紫外線，保護(hù)生物免遭傷害。臭氧層的耗竭便會形成空洞，在空洞下，過多的紫外線就會輻射到地球表面，造成谷物減產(chǎn)，并使皮膚癌和眼疾病患者增加。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)是氟利昂等氯氟碳化物大量溢入大氣的結(jié)果，僅一個氯原子就可以破壞十萬個臭氧分子。20世紀(jì)以前高空大氣中氯濃度為0.6％，而現(xiàn)在上升到3.5％。大氣除受到有毒氣體污染外，還受到大量工廠排出的粉塵污染。據(jù)統(tǒng)計，地球上每年的降塵量達(dá)到1×106～3.7×107t（1億～3.7億噸），許多工業(yè)城市每年每平方千米平均降塵量為500t，個別城市高達(dá)1000t。5核災(zāi)害核能的開發(fā)和利用給能源危機(jī)帶來了新的希望。核反應(yīng)堆在世界各國陸續(xù)建成，在緩解能源危機(jī)的同時，也會由于失控而造成人員傷亡，無數(shù)動植物滅絕；核能所帶來的環(huán)境災(zāi)害更不能低估。開發(fā)原子能是20世紀(jì)最令人望而生畏的遺產(chǎn)。核能的可怕之處就是放射性物質(zhì)的輻射物。它可以殺傷動植物的細(xì)胞分子，破壞人體的DNA分子并誘發(fā)癌癥，同時也會給下一代留下先天性缺陷。1979年3月28日凌晨，美國三漓島核電站發(fā)生了大量放射性氣體和氣溶膠外泄事件；1986年4月26日，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生了嚴(yán)重的堆芯爆炸事件，巨量放射性物質(zhì)隨氣流迅速蔓延，周圍居民都不同程度地受到核輻射，其中受到嚴(yán)重輻射的有237人，有的輻射灼傷面積高達(dá)90％，共有28人死亡，24人殘廢。另據(jù)西方專家估計，在今后一段時間內(nèi)，前蘇聯(lián)將有45000人因此次事故的核洪水、地震等災(zāi)害過后便是瘟疫，由垃圾引起。污染而死于癌癥。這次事故直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)80多億盧布，并使8萬多人口的普里皮亞特城市成為一座“死城”，而且放射性物質(zhì)在高空氣流的作用下，飄向瑞典、芬蘭、丹麥和挪威等北歐國家，引起這些國家政府和人民的極大恐慌。6航天航空工業(yè)災(zāi)害隨著通訊與交通工具的現(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。1974年3月，一架土耳其DC－10型飛機(jī)在巴黎墜毀，346人遇難。同年12月，荷蘭一架DC－8型飛機(jī)在斯里蘭卡墜毀，191人遇難。1977年3月，泛美航空和荷蘭航空公司兩架波音747飛機(jī)在西班牙加那力群島的洛斯羅德斯機(jī)場相撞，582人全部遇難。1980年8月19日，沙特阿拉伯一架L－1011型飛機(jī)在首都緊急著陸時失事，死亡265人。1982年4月26日16時，從廣州飛往桂林的266號飛機(jī)在桂林上空失事，機(jī)上112人無一生還。1986年1月28日上午11時，美國弗羅里達(dá)州航天中心發(fā)射場，美國航天飛機(jī)“挑戰(zhàn)者”號點(diǎn)火升空，它載著6名機(jī)組人員和第一位平民宇航員——中學(xué)教師麥考利夫，這本將是人類邀游太空歷史上最光彩的一頁。然而，在離地球15000m高空處，飛機(jī)爆炸，機(jī)上7人全部遇難，航天飛機(jī)爆炸震驚了全世界，它被各國新聞界列為1986年十大事件之首，成為航天史上的第一悲劇?？傊蛎磕昙s有320萬人死于技術(shù)失控或失策而導(dǎo)致災(zāi)難，這占各類死亡人數(shù)的5.2％，列于人類死因順序的第三位，并且每死亡一人就有四人留下永久性殘疾，每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)國民生產(chǎn)總值的2.5％（損失指數(shù)）。為此人類要拿出國民生產(chǎn)總值3.5％用于應(yīng)急救援。我國的災(zāi)害與安全問題也是比較突出的，是世界上少有的幾個災(zāi)害大國之一。森林火災(zāi)、紡織廠爆炸、空難與車禍、空氣與水的污染以及水土流失也尤為嚴(yán)重。我國“八五”期間每年平均技術(shù)災(zāi)難直接經(jīng)濟(jì)損失300多億元，國家每年拿450億元用于應(yīng)急救援。這些殘酷的、無情的技術(shù)災(zāi)害使人們深深地認(rèn)識到：人類期望繼續(xù)領(lǐng)受技術(shù)益處的同時，又憎恨由其導(dǎo)致的惡果。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，技術(shù)在人類的生產(chǎn)和生活活動中越來越變得大規(guī)?；⑵占盎蛷?fù)雜化。這種狀況使得技術(shù)帶來的益處與2003年2月1日，中國農(nóng)歷羊年初一，美國航天飛機(jī)“哥倫比亞”在返回途中失事，機(jī)上7名宇航員全部遇難。惡果之間的矛盾越來越激烈和尖銳，這就迫切地需要發(fā)展一門新的交叉科學(xué)——安全科學(xué)。二、國內(nèi)外安全科學(xué)的發(fā)展歷程1國外安全科學(xué)發(fā)展歷程16世紀(jì)，西方開始進(jìn)入資本主義社會，至18世紀(jì)中葉，蒸汽機(jī)的發(fā)明使勞動生產(chǎn)率空前提高，但勞動者在自己創(chuàng)造的機(jī)器面前致病、致傷、致殘、致死的事故與手工時期相比也顯著地增加了。起初，資本所有者為了獲得最高利潤率，把保障工人安全、舒適和健康的一切措施視為不必要的浪費(fèi)，甚至還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，以此作為提高利潤的手段。后來，由于勞動者的斗爭和大生產(chǎn)的實際需要，迫使西方各國先后頒布勞動安全方面的法律和改善勞動條件的有關(guān)規(guī)定。這樣，資本所有者不得不拿出一定資金改善工人的勞動條件。同時需要一些工程技術(shù)人員、專家和學(xué)者研究生產(chǎn)過程中不安全、不衛(wèi)生的問題。從而許多國家先后出現(xiàn)了防止生產(chǎn)事故和職業(yè)病的保險基金會等組織，并贊助建立了無利潤的科研機(jī)構(gòu)。如德國于1863年建立的威斯特優(yōu)利亞采礦聯(lián)合保險基金會；1887年建立的公用工程事故共同保險基金會和事故共同保險基金會等；1871年德國建立了研究噪聲與振動、防火與防爆、職業(yè)危害防護(hù)理論與組織等內(nèi)容的科研機(jī)構(gòu)；1981年，庫爾曼發(fā)表《安全科學(xué)導(dǎo)論》（德文），1990年9月科隆，第一次世界安全科學(xué)大會。1890年荷蘭國防部支持建立了以研究爆炸預(yù)防技術(shù)與測量儀器，以及進(jìn)行爆炸性鑒定的實驗室。到20世紀(jì)初許多西方國家建立了與安全科學(xué)有關(guān)的組織和科研機(jī)構(gòu)。據(jù)1977年統(tǒng)計，德國建立36個，英國44個，美國31個，法國46個，荷蘭13個。從內(nèi)容上看，有安全工程、衛(wèi)生工程、人機(jī)工程、災(zāi)害預(yù)防處理、預(yù)防事故的經(jīng)濟(jì)學(xué)、職業(yè)病理論分析和科學(xué)防范等。美國的安全教育發(fā)展較快，到70年代末，一部分大學(xué)設(shè)立了衛(wèi)生工程、安全工程、安全管理、毒物學(xué)和安全教育方面的碩士和博士學(xué)位。日本在研究安全方面雖起步較晚，但發(fā)展卻較快，它注重吸收世界各國的經(jīng)驗和教訓(xùn)，在安全工程學(xué)這一科學(xué)技術(shù)層次上進(jìn)行了研究和發(fā)展。到1970年為止，日本大學(xué)增設(shè)了反應(yīng)安全工程學(xué)、燃燒安1974年最早出版《安全科學(xué)文摘》雜志全工程學(xué)、材料安全工程學(xué)和環(huán)境安全工程學(xué)等四個講座課程，繼而又在研究生院設(shè)置了碩士課程。至1977年，在日本大學(xué)中開設(shè)有關(guān)安全工程學(xué)講座課程或?qū)W科的總計為48個，現(xiàn)在日本國內(nèi)與安全工程有關(guān)的大學(xué)教育系和研究機(jī)構(gòu)達(dá)76個，雜志36種，學(xué)會和協(xié)會33個。1991年1月《中國安全科學(xué)學(xué)報》創(chuàng)刊（勞保學(xué)會）。由于堅持安全工程學(xué)的研究和實踐，日本近20年來產(chǎn)業(yè)事故頻度率、死亡人數(shù)逐年下降，持續(xù)居世界最低水平，安全工程學(xué)在日本日益受到人們的重視。2我國安全科學(xué)的發(fā)展歷程我國新中國成立后的安全科學(xué)從學(xué)科建設(shè)角度來講，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(hù)的行政管理和業(yè)務(wù)監(jiān)督、監(jiān)察都得到了較好的發(fā)展，從中央到地方以及各類企業(yè)都設(shè)立了專門機(jī)構(gòu)并配備了相當(dāng)數(shù)量的專職人員。這時期安全科學(xué)研究和專業(yè)人才的培養(yǎng)教育工作剛剛起步。勞動保護(hù)方面的，即安全科學(xué)技術(shù)的研究機(jī)構(gòu)，在50年代僅有勞動部勞動保護(hù)科學(xué)研究所、衛(wèi)生部勞動衛(wèi)生研究所、冶金部安全技術(shù)研究所以及煤炭科學(xué)研究院下設(shè)的部分研究室等有限的幾個科研部門，科研人員不超過千人。第二階段，即70年代末至今，勞動保護(hù)的行政管理和宣傳教育工作得到加強(qiáng)。自1980年開始，每年開展全國安全月活動，為加強(qiáng)勞動保護(hù)干部的繼續(xù)工程教育和生產(chǎn)人員的職業(yè)安全教育，各省、市勞動部門已普遍建立勞動保護(hù)宣傳教育中心，大的工業(yè)企業(yè)還建立了勞動保護(hù)宣傳教育室。到1983年全國建成安全類科研機(jī)構(gòu)31個，研究人員發(fā)展到4000余人。高等學(xué)校安全專業(yè)教育發(fā)展速度已明顯加快，到1984年7月教育部《高等學(xué)校工科本科專業(yè)目錄》下達(dá)后，全國已有6所大學(xué)成立“安全工程”本科專業(yè)，且開設(shè)的“礦山通風(fēng)與安全”和“航空環(huán)境控制與安全救生”兩個本科專業(yè)在部分院校也開始招生。到目前為止，全國各行業(yè)設(shè)置安全工程本科專業(yè)的學(xué)校近30余所。此外，還有21所學(xué)校設(shè)有安全工程專科教育。其分布遍及煤炭、地質(zhì)、石油、機(jī)械、化工、兵器等行業(yè)。安全工程專業(yè)在國內(nèi)已形成具有一定規(guī)模，包括學(xué)歷教育（本科、碩士、博士、博士后）、繼續(xù)工程教育（安全專業(yè)人員的短期培訓(xùn)）、職工安全教育和官員安全教育（任職資格安全教育和安全意識教育）的完整教學(xué)體系。綜上所述，安全科學(xué)的發(fā)展從理論上講大體分為三個階段：經(jīng)驗型階段（事后反饋決策型）：長期以來，人們認(rèn)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(jìn)行調(diào)查研究、統(tǒng)計分析并提出響應(yīng)的整改措施，以經(jīng)驗作為科學(xué)，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(rèn)識，運(yùn)用事件鏈分析、系統(tǒng)過程化、動態(tài)分析與控制等方法，達(dá)到防治事故的目的?？傊?，傳統(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(xué)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(rèn)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(rèn)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，建立安全的科學(xué)性、系統(tǒng)性、動態(tài)性。從事故的本質(zhì)中去防治事故，揭示各種安全機(jī)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(xué)依據(jù)。在這一階段中安全科學(xué)不僅涉及人體科學(xué)和思維科學(xué)，而且涉及行為科學(xué)、自然科學(xué)、社會科學(xué)等所有大的科學(xué)門類。由此可見，為了解決生產(chǎn)過程中勞動者的安全和健康，國外對安全科學(xué)的研究已有足夠的深度和廣度。這說明安全科學(xué)作為一門真正的交叉科學(xué)正日益受到越來越多的人重視?！?—2安全科學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)一、安全與危險的統(tǒng)一性和矛盾性安全與危險在所要研究的系統(tǒng)中是一對矛盾，它們相伴存在。安全是相對的，危險是絕對的。安全的相對性表現(xiàn)在三個方面：首先，絕對安全的狀態(tài)是不存在的，系統(tǒng)的安全是相對于危險而言的；其次，安全標(biāo)準(zhǔn)是相對于人的認(rèn)識和社會經(jīng)濟(jì)的承受能力而言，拋開社會環(huán)境討論安全是不現(xiàn)實的；再次，人的認(rèn)識是無限發(fā)展的，對安全機(jī)理和運(yùn)行機(jī)制的認(rèn)識也在不斷深化，即，安全對于人的認(rèn)識而言具有相對性。危險的絕對性表現(xiàn)在事物一誕生危險就存在，中間過程中，危險勢可能變大或變小，但不會消失，危險存在于一切系統(tǒng)的任何時間和空間中。不論我們的認(rèn)識多么深刻，技術(shù)多么先進(jìn)，設(shè)施多么完善，危險始終不會消失，人、機(jī)和環(huán)境綜合功能的殘缺始終存在。安全與危險是一對矛盾，它具有矛盾的所有特性。一方面，雙方互相反對，互相排斥、互相否定，安全度越高危險勢就越小，安全度越小危險勢就越大；另一方面，安全與危險兩者互相依存，共同處于一個統(tǒng)一體中，存在著向?qū)Ψ睫D(zhuǎn)化的趨勢。安全與危險這對矛盾的運(yùn)動、變化和發(fā)展，推動著安全科學(xué)的發(fā)展和人類安全意識的進(jìn)一步提高。二、安全科學(xué)的聯(lián)系觀和系統(tǒng)觀客觀世界普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)是唯物辯證法總的特征之一。在系統(tǒng)中對安全與危險造成影響的因素很多，因果關(guān)系錯綜復(fù)雜，安全科學(xué)要反映其內(nèi)在規(guī)律性，必須全面地分析各要素，利用各個學(xué)科已取得的研究成果，對開放的大系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合，找出安全的客觀規(guī)律和實現(xiàn)途徑。在多種原因中要注意區(qū)分主要原因和次要原因、內(nèi)因和外因、直接原因和間接原因、客觀原因和主觀原因等。在全面分析因果聯(lián)系的基礎(chǔ)上集中力量抓住事物內(nèi)部的主要矛盾進(jìn)行分析和研究。根據(jù)安全科學(xué)自身的特點(diǎn)，我們必須用系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行分析。系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是其整體性、有機(jī)性、層次性。整體的運(yùn)動特征應(yīng)在比其組成要素更高的層次上進(jìn)行描述，整體的功能不等于各組成要素的性質(zhì)和功能的簡單疊加，而是大于部分要素性質(zhì)與功能之和，它具有其要素所不具有的性質(zhì)和功能。尤其對危險而言，一個危害因子與另一個危害因子相加不是兩個危害因子。系統(tǒng)的整體性是由各個要素綜合作用決定的，是系統(tǒng)內(nèi)部各要素相互作用、相互聯(lián)系產(chǎn)生某種協(xié)同效應(yīng)。系統(tǒng)整體性的強(qiáng)弱，要由要素之間協(xié)同作用的大小決定。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。要素以一定的結(jié)構(gòu)形成系統(tǒng)，各要素在系統(tǒng)中的地位會有一定的差異，尤其在復(fù)雜系統(tǒng)中，各要素的地位就更加復(fù)雜。如在人的生命系統(tǒng)中，一根神經(jīng)和一根頭發(fā)在人體中的地位和對人體的貢獻(xiàn)大不相同。頭發(fā)掉了并不影響整體，神經(jīng)斷了就會喪失相應(yīng)的功能，中樞神經(jīng)如果出了問題，就會危及整體、危及健康與生命。所以，安全這個復(fù)雜的大系統(tǒng)中，有些要素處于主導(dǎo)地位和支配地位，有些要素處于從屬地位和被支配地位，應(yīng)注意各要素關(guān)系，以利于實現(xiàn)系統(tǒng)的整體安全。三、安全中的質(zhì)變與量變哲學(xué)中的量變與質(zhì)變，在安全科學(xué)中表現(xiàn)為流變與突變。安全科學(xué)的流變與突變現(xiàn)象普遍存在。在歷史上人們往往只習(xí)慣于流變，而不習(xí)慣于突變。因為流變對人的感覺不明顯，而突變會對人造成嚴(yán)重的沖擊和傷害。恩格斯在《自然辯證法》中研究了流變和突變的范疇，認(rèn)為流變是一種緩慢的變化過程，突變則是流變過程的中斷，是質(zhì)的飛躍。流變和突變是量變和質(zhì)變在自然界中的具體表現(xiàn)。因此，流變和突變的范疇與量變和質(zhì)變的范疇屬于不同的層次。一般說來，流變相當(dāng)于量變，突變相當(dāng)于質(zhì)變。由此可見，無論是量變還是質(zhì)變，都可能出現(xiàn)流變和突變兩種形式，都是流變和突變的統(tǒng)一。其統(tǒng)一性主要表現(xiàn)在三個方面：（1）流變與突變的相對性作為一對對立的概念，流變與突變是相互依存的。在安全科學(xué)的研究中，沒有絕對的流變和突變。離開了流變，就無所謂突變；離開了突變，流變也無從談起。事實上，要把影響安全的質(zhì)劃分出流變和突變的界限是很困難的，因為事物的發(fā)展總保持自身的連續(xù)性，總在一切對立概念所反映的客觀內(nèi)容之間存在中間過渡環(huán)節(jié)。所以，從這個意義上講，一切對立都是相對的。如河流的水位總在一定的范圍內(nèi)變化，沒有超過河床，就什么事也不會發(fā)生；河水溢出了河床，就成了洪水?？傊?，在空間規(guī)模、時間速度、結(jié)構(gòu)、形態(tài)及能量變化程度上或采取的形式上，流變與突變都只有相對意義。（2）流變和突變的層次性在討論事物安全度的流變和突變時，總是聯(lián)系某一具體的物質(zhì)層次。在同一物質(zhì)層次上，流變和突變有其具體的表現(xiàn)形式，可以進(jìn)行嚴(yán)格地界定。在這個意義上講不同物質(zhì)層次的流變和突變有其不同的表現(xiàn)形式和質(zhì)的規(guī)定。某種具體的安全變化過程，在低層次可以稱為突變，而在高層次則屬于流變。例如人體某一器官損傷，針對小區(qū)域來說，是一次突變事件；對整個人體而言，是綜合功能的流變。（3）流變和突變的相互轉(zhuǎn)化在一定條件下，流變可以轉(zhuǎn)變?yōu)橥蛔?，突變也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱髯?。例如，生物演化過程是一個緩慢的流變過程，但幾百年來，因人類砍伐森林、捕殺動物、使用農(nóng)藥和排放廢物，造成了幾次大量生物物種滅絕的突變事件。又如，人類依靠科學(xué)技術(shù)，采取了種種措施，有效地避免了許多危及人類生存和發(fā)展的自然界突變事件或減弱了突變事件的強(qiáng)度（洪水、泥石流、風(fēng)暴、動植物病蟲害等）。流變表現(xiàn)為事物微小而緩慢的量的變化，突變表現(xiàn)為顯著而迅速的質(zhì)的飛躍，在流變中往往也有部分質(zhì)變（災(zāi)變），在質(zhì)變（災(zāi)變）中也伴隨著量的變化。在質(zhì)變發(fā)生之后，又會出現(xiàn)流變和突變的新周期，事物就是如此循環(huán)往復(fù)以至無窮地變化和轉(zhuǎn)化。流變向突變的轉(zhuǎn)化，往往是在事物達(dá)到極端狀態(tài)后出現(xiàn)的質(zhì)變過程?？词峭晟频氖挛?，由于某種隨機(jī)因素的影響，猛然間會發(fā)生雪崩式的變化。突變向流變的轉(zhuǎn)化與流變向突變的轉(zhuǎn)化不同，突變向流變的轉(zhuǎn)化往往是在事物發(fā)生突變后，在新質(zhì)的規(guī)定下，出現(xiàn)平穩(wěn)的變化狀態(tài)，開始新的變化周期，這時微小的擾動和漲落，對事物沒有明顯的影響。事物的流變和突變具有復(fù)雜性和多樣性，在研究和處理時切忌千篇一律，要用不同的方法進(jìn)行具體研究。四、安全問題的簡單性和復(fù)雜性，精確性和模糊性客觀世界是復(fù)雜的，同時又是簡單的。安全工程學(xué)所要研究的系統(tǒng)也是復(fù)雜和簡單的統(tǒng)一體。一方面，系統(tǒng)中包含無窮多層次的安全和不安全矛盾，相互間形成極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能，同時與外部世界又有多種多樣的聯(lián)系，存在多種相互作用；另一方面，系統(tǒng)又是可以分解的，任何復(fù)雜多樣的系統(tǒng)都可以分為簡單要素、元素、單元，可以看成許多單一的集合，內(nèi)、外部的聯(lián)系和所遵循的基本規(guī)律往往又是簡單的。安全科學(xué)的認(rèn)識，總是從模糊走向精確，模糊和精確是辯證統(tǒng)一的。安全與危險之間沒有精確的界限，是個模糊概念，但模糊又可用精確的數(shù)字來更好地進(jìn)行解釋。精確和模糊是一個問題的兩個方面，模糊性可以說明精確性，適當(dāng)?shù)哪：炊_。無疑，定性描述可指導(dǎo)實施建設(shè)性的和組織上的安全措施，并已對安全工程的不斷完善做出了很大貢獻(xiàn)。但是，就對技術(shù)裝備的了解來說，模糊定性描述的邊界太廣，在具體情況下，這種邊界將會降低安全程度，從而不能應(yīng)用明確的相關(guān)準(zhǔn)則。安全方面的欲求狀態(tài)因此不能精確地確定，還會導(dǎo)致欲求狀態(tài)和實際狀態(tài)之間的界限模糊。這就是人們在觀察同一實際情況時，有的認(rèn)為是安全的，有的認(rèn)為是不安全的。因此，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。必然性和偶然性不僅相互聯(lián)系、相互依賴，而且在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化。在礦井通風(fēng)中通風(fēng)機(jī)房的反風(fēng)門，正常情況下是可以上下提升的安全門，靈巧自如地運(yùn)轉(zhuǎn)具有必然性，災(zāi)害時不能調(diào)節(jié)的情況是偶然的。但由于疏于管理、未按規(guī)定維修、滑輪生銹，框架變形等原因，災(zāi)害時這一安全措施不能正常發(fā)揮作用成為必然，偶然性轉(zhuǎn)化為必然性。這類事故在煤礦中時有發(fā)生。所以在處理系統(tǒng)安全問題時，對于有利的偶然因素我們應(yīng)創(chuàng)造條件促使其發(fā)生，不能抱著“守株待兔”的僥幸心理；對于有害的偶然因素我們應(yīng)盡可能地減弱和避免其影響，并做好應(yīng)付突發(fā)事件的一切準(zhǔn)備，做到有備無患。馬克思主義哲學(xué)既是世界觀又是認(rèn)識世界、改造世界的方法論，是最高層次的思維方法，它提供了處理主觀思維與客觀規(guī)律的最高理論和原則。安全科學(xué)作為一門新興的交叉學(xué)科，在分析與認(rèn)識問題上一定要以它作為理論指導(dǎo)：第一，一切從實際出發(fā)，以客觀對象的全部事實及事實之間的相互關(guān)系為認(rèn)識的出發(fā)點(diǎn)。每一次災(zāi)害的前因后果都要客觀地分析，達(dá)到主觀與客觀的統(tǒng)一，印證事件從發(fā)生、發(fā)展到滅亡的全部過程。第二，在普遍聯(lián)系中把握事物的本質(zhì)。任何一個事件的發(fā)生都不是孤立的，它同周圍事件有著密切聯(lián)系。這其中包括橫向縱向聯(lián)系、直接間接聯(lián)系、內(nèi)部外部聯(lián)系、本質(zhì)與非本質(zhì)聯(lián)系、必然聯(lián)系和偶然聯(lián)系。要正確認(rèn)識安全問題，就必須全面了解和具體分析事物客觀存在的復(fù)雜聯(lián)系，在眾多的聯(lián)系中找出事物直接的、內(nèi)部的、本質(zhì)的、必然的聯(lián)系，從而把握安全活動規(guī)律。第三，在動態(tài)中把握安全規(guī)律的方法。唯物辯證法不僅是聯(lián)系的學(xué)說，而且也是運(yùn)動發(fā)展的學(xué)說，絕對靜止和不變的事物是不存在的，整個世界就是一個川流不息的運(yùn)動發(fā)展過程。因此，在安全學(xué)研究中，必須加入時間的概念，在動態(tài)中加以認(rèn)識，打破僵化的思維模式和各種陳腐陋見，善于抓住安全度發(fā)展的趨勢和苗頭，不斷研究新情況和新問題，緊緊抓住對事物的未來分析，以加深對事物安全的現(xiàn)狀認(rèn)識。第四，矛盾分析法。矛盾分析法就是運(yùn)用唯物辯證法關(guān)于矛盾學(xué)說的觀點(diǎn)，對客觀事物的矛盾進(jìn)行辨證分析的方法。安全科學(xué)就是討論安全與危險這一對矛盾運(yùn)動變化發(fā)展規(guī)律的科學(xué)。區(qū)分主要矛盾和次要矛盾、矛盾的主要方面和次要方面十分必要。矛盾在不同時期有各自不同的特殊性，這就使安全的發(fā)展，顯示出過程性和階段性。在這里，必須用質(zhì)和量的兩個方面加以分析，矛盾的質(zhì)發(fā)生變化，事物的安全狀態(tài)也要發(fā)生根本性變化；矛盾的質(zhì)沒有發(fā)生變化，但量發(fā)生了變化，使同一事件的發(fā)展顯示出階段性。如果能深刻認(rèn)識安全領(lǐng)域中的各種矛盾，并能正確地解決矛盾，就會促進(jìn)安全科學(xué)的迅速發(fā)展?！?-3安全科學(xué)的數(shù)理基礎(chǔ)基礎(chǔ)科學(xué)知識1.基本邏輯運(yùn)算(Boole代數(shù))和邏輯函數(shù)2.隨機(jī)事件與概率計算3.可靠性及基本事件發(fā)生概率計算一、基本邏輯運(yùn)算和邏輯函數(shù)（一）基本邏輯運(yùn)算邏輯代數(shù):又稱布爾代數(shù),英國數(shù)學(xué)家GeorgeBoole在19世紀(jì)中葉創(chuàng)立；是事故/件邏輯分析方法的理論基礎(chǔ)及計算工具；它比普通代數(shù)簡單,因為它的變量僅有0﹑1兩個；變量0﹑1并不表示兩個數(shù)值，而是表示兩種不同的邏輯狀態(tài)；如是與否，真與假,高與低,有與無,開與閉等；在邏輯代數(shù)中，最基本的邏輯有3種:與﹑或﹑非；用邏輯代數(shù)符號表示也稱:與門，門，門；可以用一個表來表示Boole代數(shù)的基本邏輯運(yùn)算。1. 與運(yùn)算，邏輯乘運(yùn)算，邏輯乘:2. 或運(yùn)算，邏輯加運(yùn)算,邏輯加:3. 非運(yùn)算，邏輯求反運(yùn)算，邏輯非(否定):各種符號所表示的函數(shù)關(guān)系及其含義，見表1。表2-1基本邏輯運(yùn)算名稱邏輯符號函數(shù)式含義與門z(ab)=ab1×1=11×0=0或門z(ab)=a+b1+1=11+0=10+0=0非門z(a)=a′a=1,a′=0a=0,a′=1與運(yùn)算——也叫邏輯乘運(yùn)算，簡稱邏輯乘，表示輸入變量為a、b時，輸出，即決定事件z的條件a與b全部具備時，事件z才會發(fā)生，否則不會發(fā)生。或運(yùn)算——也叫邏輯加運(yùn)算，簡稱邏輯加。表示輸入變量為a、b時，輸出，即決定事件z的條件a或b只要一個或兩個全具備時z才會發(fā)生。當(dāng)a與b都不具備時，z才不會發(fā)生。非運(yùn)算——也叫邏輯求反運(yùn)算，簡稱邏輯非(或邏輯否定)。表示輸入變量為a時，輸出，讀作a非。即決定事件z的條件為a時，z與a相反，a存在z則不會發(fā)生，反之亦然。(二)邏輯變量與邏輯函數(shù)一般來講，如果輸入變量a,b,c…的取值確定之后，輸出變量z的值也就確定了。那么，就稱z是abc…的邏輯函數(shù)，并寫成：z=F(abc…)在邏輯代數(shù)中，不管是變量還是函數(shù)，它們只有兩個取值(0與1)。因為對決定事件是否發(fā)生的條件(相當(dāng)于變量)來講，盡管會有很多，但對任何一個條件來講，都只有具備和不具備兩種可能。對相當(dāng)于函數(shù)的事件來講，也只有發(fā)生和不發(fā)生兩種情況。所以用0與1作為上述條件的兩種可能與事件的兩種情況的函數(shù)關(guān)系，是很容易理解的。(三)真值表描述邏輯函數(shù)，各個變量取值組合和函數(shù)值對應(yīng)關(guān)系的表格叫做真值表。每個變量有0，1兩個取值，n個變量有個不同的取值組合。如果將輸入變量的全部取值組合和相應(yīng)的輸出函數(shù)值一一列舉出來，即可得到真值表，如表2所列。表2-2邏輯基本函數(shù)真值表變量值函數(shù)與或非abcabca+b+ca′b′c′0000011100101110010011010110110010001011101010101100100111111000（四）布爾代數(shù)的運(yùn)算法則與化簡1．布爾代數(shù)的運(yùn)算法則布爾代數(shù)中的變量代表一種狀態(tài)或概念，數(shù)值1或0并不是表示變量在數(shù)值上的差別而是代表狀態(tài)與概念存在與否的符號。布爾代數(shù)主要運(yùn)算法則如下：（1）冪等法則Ⅰ.（或）。根據(jù)集合的性質(zhì)，由于集合中的元素是沒有重復(fù)現(xiàn)象的，兩個A集合的并集的元素都具有A的屬性，所以還是A。Ⅱ.（或）。兩個A集合的交集的元素仍具備A集合的屬性，所以還是A。（2）交換法則Ⅰ.（或）Ⅱ.(或)（3）結(jié)合法則Ⅰ.[或]Ⅱ.[或]（4）分配法則I．［或]Ⅱ．[或]Ⅲ.[或]（5）吸收法則Ⅰ.。Ⅱ.2．布爾化簡布爾代數(shù)式是一種結(jié)構(gòu)函數(shù)式，必須將它化簡，方能進(jìn)行判斷推理?；喌姆椒ň褪欠磸?fù)運(yùn)用布爾代數(shù)法則，化簡的程序是：①代數(shù)式如有括號應(yīng)先去括號將函數(shù)展開；②利用冪等法則，歸納相同的項；③充分利用吸收法則直接化簡。二、隨機(jī)事件與概率計算在安全系統(tǒng)工程分析及可靠性工程中經(jīng)常遇到概率的概念，在進(jìn)行定量計算時還要用有關(guān)公式計算頂上事件或系統(tǒng)的發(fā)生概率及故障率，并根據(jù)其大小評價系統(tǒng)的安全性，提出適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)措施，以降低該值。先簡要介紹有關(guān)知識如下：（一）隨機(jī)事件自然界和社會實踐中發(fā)生的現(xiàn)象是多種多樣的。在一定條件下必然發(fā)生的現(xiàn)象，稱為必然事件。例如，在地球上向上拋一石子必然會下落，這類事件常用S表示。另有一類現(xiàn)象是在一定條件下必然不發(fā)生的現(xiàn)象。例如，電場內(nèi)同性電荷相互吸引，這類事件稱為不可能事件，常用表示。再一類現(xiàn)象是在一定條件下可能發(fā)生，也可能不發(fā)生的現(xiàn)象。例如，用同一門炮向同一目標(biāo)射擊，各次彈著點(diǎn)各不相同，而且不論怎樣控制射擊條件，在一次射擊之前無法斷定彈著點(diǎn)的確切位置；又如某一時刻工人生產(chǎn)的零件可能是合格品，也可能是廢品；再如，傷亡事故及其相關(guān)因素，在一定條件下可能發(fā)生也可能不發(fā)生；……。這類現(xiàn)象歸納起來，可以看作在相同的一組條件下，進(jìn)行一系列試驗或觀察，而每次試驗或觀察的可能結(jié)果不止一個，在每次試驗或觀察之前無法預(yù)知確切的結(jié)果，即呈現(xiàn)出不確定性。在數(shù)學(xué)上把這類現(xiàn)象稱為“隨機(jī)現(xiàn)象”，也稱“隨機(jī)事件”，簡稱為“事件”。1．子事件如果事件A發(fā)生必然導(dǎo)致事件B的出現(xiàn)，則稱事件A是事件B的子事件，記作。2．和事件如果事件A發(fā)生或者事件B發(fā)生（兩事件A、B中至少有一個發(fā)生）必然導(dǎo)致事件C發(fā)生，稱事件C為事件A與B的和事件，記為。例如“甲射中目標(biāo)”（A）與“乙射中目標(biāo)”（B），這兩個事件的和就是“甲或乙射中目標(biāo)”（C）。記作。這兩個事件的和事件如圖1-4所示。類似有，對任意k個事件，可定義的和，即中至少有一個出現(xiàn)，記作，或。3．積事件在任一試驗中，若A事件發(fā)生，B事件也同時發(fā)生，我們把兩個事件同時發(fā)生的這事件稱為A與B的積，記為或。例如：“甲和乙都射中目標(biāo)”（C）是“甲射中目標(biāo)”（A）與“乙射中目標(biāo)”（B）兩個事件的積事件。記作。兩個事件的積如圖l-5所示。類似地可定義k個事件的積，記為或。4.互斥事件設(shè)A、B是兩個互斥事件，苦事件A與事件B不能同時發(fā)生，亦即，則稱事件A與事件B是互斥（不相容）事件。例如擲一個骰子，“出現(xiàn)1點(diǎn)”和“出現(xiàn)2、3、……6”不能同時發(fā)生，則它們是互斥的。兩個互斥事件可用圖1-6表示。SSAB圖1-6兩個互斥事件示意圖5．事件的逆事件對于事件A、B如果有①，即A、B不能同時出現(xiàn)；②，即A、B一定有一個要出現(xiàn)，則稱A、B為互道事件（對立事件），這時事件B就稱為事件A的逆事件（同樣A也稱為B的逆事件）。一個事件A的逆事件常用A表示。若把A看作是一個集合時，就是A的補(bǔ)集。注意：A、B互逆，則一定互斥；但A、B互斥不一定互逆。例如擲一個骰子，“出現(xiàn)偶數(shù)點(diǎn)”和“出現(xiàn)奇數(shù)點(diǎn)”不能同時發(fā)生，且非此即波。這兩事件互逆，而且互斥。對立事件可用圖1-7表示。6．差事件有A、B兩事件，如果C發(fā)生就是事件A發(fā)生且事件B不發(fā)生的一個事件，我們則稱事件C為事件A與事件B的差，記作。兩事件的差事件如圖1-8所示。顯然（二）頻率與概率1、頻率若隨機(jī)事件A在n次試驗中發(fā)生了m次，則比值m／n稱為隨機(jī)事件A的頻率（或相對頻率），記作W（A），用公式表示如下：（1）由于，所以隨機(jī)事件的頻率值分子0與1之間。必然事件的頻率恒等于1；不可能事件的頻率恒等于O。在一組條件下，重復(fù)做n次相互獨(dú)立的試驗，設(shè)m為在n次試驗中事件A發(fā)生的次數(shù)。如果對于大量的試驗（即n很大），頻率m／n穩(wěn)定在某一數(shù)值q左右擺動，則稱q為事件A在這組條件下發(fā)生的概率。記作：同樣0≤≤1隨機(jī)事件的頻率與進(jìn)行試驗的次數(shù)有關(guān)，而隨機(jī)事件的概率卻是客觀存在的。在實際進(jìn)行的試驗中，隨機(jī)事件的頻率可以看作是它的概率的隨機(jī)表現(xiàn)。雖然進(jìn)行一次試驗并不能斷定該事件是否一定發(fā)生，但是如果進(jìn)行大量重復(fù)試驗，隨機(jī)事件就會呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，這種規(guī)律為隨機(jī)事件的統(tǒng)計規(guī)律。概率論與數(shù)理統(tǒng)計的研究對象，就是研究和揭示隨機(jī)現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律性。2．概率的統(tǒng)計定義定義：在同一條件下進(jìn)行n次重復(fù)試驗，其中事件人出現(xiàn)m次，事件A的頻率m／n隨試驗次數(shù)的變化穩(wěn)定在某一個數(shù)值P，則定義事件A的概率為P，記為。一般，數(shù)值P很難等到準(zhǔn)確值，因此，實際上當(dāng)n充分大時，以事件A的頻率作為事件A的概率的近似值，即：（2）由定義可以看出事件的概率與頻率一樣，有下列幾個性質(zhì)：①；②；③3．概率的古典定義定義：一個隨機(jī)試驗，若①只有有限個可能的結(jié)果（基本事件）；②每個結(jié)果的出現(xiàn)都是等可能的。則稱這樣的隨機(jī)現(xiàn)象模型為古典概率。在古典概率中，如果基本事件的總數(shù)是。，而且事件A包含了其中的m個，則事件A的概率定義為（3）4．獨(dú)立事件的概率計算在一組隨機(jī)事件中，按事件的影響關(guān)系，又可分為獨(dú)立事件與排斥事件。若A事件的發(fā)生與否，并不影響B(tài)事件的概率，反之亦然，則稱兩事件相互獨(dú)立。即獨(dú)立事件是一組概率互不影響的事件。設(shè)事件A，B，C，…，N發(fā)生的概率依次為，它們的邏輯積與邏輯和的概率如下：①邏輯積的概率（獨(dú)立事件是與門連接的）（4）②邏輯和的概率（獨(dú)立事件是或門連接的）（5）5．非獨(dú)立事件的概率計算設(shè)事件A，B，C，…，N發(fā)生的概率依次為，則①邏輯和的概率為：（6）②邏輯積的概率為：（7）式中是在A發(fā)生的條件下B發(fā)生的概率（條件概率）；是在B發(fā)生的條件下A發(fā)生的概率（條件概率）。三、可靠性及基本事件發(fā)生概率計算對于一個系統(tǒng)（或人、設(shè)備等）而言，在進(jìn)行系統(tǒng)分析及評價時，往往要對其進(jìn)行量化計算，為此引人有關(guān)可靠性的內(nèi)容。（一）可靠性的基本概念1．可靠性定義：可靠性是指研究對象在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。在這里研究對象所處的條件包括溫度、濕度、振動、沖擊、負(fù)荷、壓力等，還包括維修方法、自動操作與人工操作以及作業(yè)人員的技術(shù)水平等廣義的環(huán)境條件。規(guī)定的時間，一般指通常的時間概念，也有因?qū)ο蟛煌褂弥T如次數(shù)、周期、距離等相當(dāng)于時間指標(biāo)的量。規(guī)定的功能是指研究對象的某些特定的技術(shù)指標(biāo)，這種功能是根據(jù)使用的需要和生產(chǎn)可能來規(guī)定的。2．可靠度與不可靠度可靠度是指研究對象在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。通常記為R。不可靠度是指研究對象在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)喪失規(guī)定功能的概率，又叫失效概率。通常記為F?？煽慷群筒豢煽慷仁且煌陚涫录M，所以有：或（8）研究對象的不可靠度可以通過大量的統(tǒng)計實驗得出。例如，有個研究對象在規(guī)定條件下工作到某規(guī)定時間有個研究對象失效。我們把工作時間按為一段，分成時刻，如圖1—9所示。圖中的縱坐標(biāo)是每個單位時間內(nèi)失效的研究對象數(shù)。如在i段，就是從到為止，這一單位時間內(nèi)失效研究對象數(shù)為，由于全部對象為個，在（，）這一單位時間內(nèi)，發(fā)生失效的概率為。我們?nèi)∧硶r刻，那么在之前的累計失效總數(shù)則為：（9）上式用坐標(biāo)表示如圖1－10，因此，在時間內(nèi)發(fā)生失效的概率由下式結(jié)出：（10）當(dāng)所取的試驗時間段數(shù)愈來愈多，而單位時間愈來愈小時，亦即時，則圖1－10中的拆線就趨于曲線。此時，t時間內(nèi)失效對象數(shù)趨向于，失效概率（不可靠度）趨向于。根據(jù)公式（10）得（11）若令（12）則（13）公式（12）中的是以t為隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)，亦稱為失效密度函數(shù)。而公式（13）中的F（t）是其概率分布函數(shù)，稱為累積失效分布函數(shù)，通常稱為不可靠度函數(shù)，它具有下式所示的特征：（14）若與t時間內(nèi)的失效研究對象數(shù)相對應(yīng)，設(shè)在t時間內(nèi)殘存的未失效研究對象數(shù)為，則可靠度函數(shù)可定義為：（15）可靠度函數(shù)有時又稱為“殘存概率”。（16）根據(jù)（15）式和（16）式得：（17）根據(jù)（3）式、（9）式可得（18）根據(jù)（13）式、（14）式、（18）式可得（19）同樣也可以把表示為20）、和三者的關(guān)系如圖1－11所示。3．故障率與維修度在評價研究對象可靠性時，故障率與維修度是重要的特征量，下面分別闡述。（l）故障率表示研究對象在某時刻t的單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率，用下式定義：（21）式中，表示當(dāng)時，在時間區(qū)間內(nèi)的故障次數(shù)，表示到t時刻為止未發(fā)生故障的次數(shù)，所以表示在區(qū)間內(nèi)時，研究對象發(fā)生故障的概率。在公式（21）中把再除以，即表示在單位時間內(nèi)研究對象發(fā)生故障的概率。由于，所以實際上為t時刻的瞬時故障率。若對公式（17）進(jìn)行微分并代人（21）式得：（22）若將公式（15）代人可得（23）當(dāng)時，。對公式（23）進(jìn)行積分變換后可得（24）根據(jù)此式就可確定故障率與可靠度的關(guān)系，特別當(dāng)（常數(shù)）時，公式（24）可以寫成（25）此時研究對象的可靠度是按指數(shù)分布的。據(jù)式（20）和（23）可將故障率表示為：（26）（2）維修度維修度是表征可維修的難易程度。可定義為：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)完成維修的概率記為。越容易維修的系統(tǒng)，在同樣時間內(nèi)，它的就越大。維修度是停工時間的分布函數(shù)。（27）維修度的密度函數(shù)可以用下式表示：（28）在時間內(nèi)修復(fù)的概率為，則有維修率：（29）經(jīng)過一系列積分變換得（30）當(dāng)（常數(shù)）時，（31）4．系統(tǒng)的壽命過程正常狀態(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，稱為平均無故障時間，記為MTTF（MeanTimeToFailure的縮寫），也稱平均壽命。正常狀態(tài)的可修復(fù)系統(tǒng)過渡到故障狀態(tài)的工作時問期望值，稱為平均故障間隔時間，記為MTBF（MeanTimeBetweenFailure的縮寫）。平均無故障時間和平均故障間隔時間可用下式定義：MTTF或MTBF=（32）經(jīng)過一系列變換，若（常數(shù)）時，則有MTTF或MTBF=（33）即：系統(tǒng)的平均維修時間，稱為平均修理更換時間，記作MTTR(MeannTimeToRepair的縮寫)。平均修理更換時間可由下式定義：（34）經(jīng)過一系列變換，若（常數(shù)）時，則有：MTTR=（35）MTTF、MTBF和MTTR表達(dá)了系統(tǒng)的壽命過程。對可修復(fù)系統(tǒng)而言，MTBF是系統(tǒng)平均正常工作的時間，MTTR是平均修理時間。對不可修復(fù)系統(tǒng)，MTTF是系統(tǒng)的平均壽命，MTTR是平均更換時間。5．可維修系統(tǒng)的有效度有效度是可靠度和維修度合起來的尺度。其定義為系統(tǒng)在規(guī)定條件下，在任意時刻正常的概率，稱為有效度，用表示。當(dāng)系統(tǒng)的可靠度與維修度均服從指數(shù)分布時，則系統(tǒng)的有效度為；（36）（二）基本事件發(fā)生概率計算在系統(tǒng)安全分析及定量計算時，必須首先知道基本事件的發(fā)生概率，而基本事件的發(fā)生概率主要由設(shè)備的故障率和人的失誤概率所決定。設(shè)備故障率是指單位時間內(nèi)故障發(fā)生的概率。故障率的確定是通過設(shè)備單元（部件或元件）的故障實驗和統(tǒng)計分析得到。對于一般可修復(fù)系統(tǒng)（即系統(tǒng)故障修復(fù)后仍可投入正常運(yùn)行的系統(tǒng)）其單元故障概率為（37）因，MTTR=，MTBF=將MTTR和MTBF的表達(dá)式代人（l37）式并整理得：一般來說，，所以，故有（38）式中，為平均修復(fù)時間。設(shè)備的故障率可通過故障實驗或統(tǒng)計分析得到。實驗條件下得到的故障率為，在實際使用時，由于設(shè)備受到如溫度、濕度、振動、沖擊、壓力等的干擾和影響，故實際的設(shè)備故障率應(yīng)表示為（39）式中為嚴(yán)重系數(shù)，一般的取值為l～10，對于振動或沖擊大的地方盡的值可達(dá)數(shù)百。表2-3為不同環(huán)境下的值。表2-3不同環(huán)境下的k值使用場所使用場所實驗室1導(dǎo)彈試驗車60普通室內(nèi)1.1~10飛機(jī)80~150船舶10~18導(dǎo)彈400~1000鐵路、車輛、牽引車13~30這樣求出的q是設(shè)備的瞬時故障概率。（三）應(yīng)用舉例[例1]某綜采工作面，據(jù)礦井統(tǒng)計，由于前探梁支護(hù)不及時，平均每200d發(fā)生1次冒頂，而修復(fù)時間平均需1d，求該工作面的瞬時冒頂概率。解：根據(jù)題意，該綜采工作面的瞬時冒頂概率為0.005。對于不可修復(fù)（使用一次就報廢）的系統(tǒng)，設(shè)備的單元故障概率為（40）式中t為設(shè)備運(yùn)行時間。該概率是元件運(yùn)行累積時間的概率。如果把按無窮級數(shù)展開，且略去后面的無窮小，則可近似為：（41）[例2]對于井底車場中的運(yùn)輸大巷與回風(fēng)巷之間的風(fēng)門，由于每天上下班的工人都要通過此處，若每天風(fēng)門的打開與關(guān)閉的次數(shù)為500次。而統(tǒng)計結(jié)果表明，這個風(fēng)門在開閉100000次后，就需修理密封裝置，且每次處理需8h做有：MTBT=100000/500=200（d）=200×24（h）=4800（h）MTTR＝8（h）于是風(fēng)門密封故障率為；若假設(shè)風(fēng)門是一次性報廢，則單元的故障率為，其中，這樣在風(fēng)門正常運(yùn)行了400h的時候，其故障概率即為：還有一種基本事件故障率，即人的失誤率。每種作業(yè)的動作失誤車數(shù)值，需要有大量的。經(jīng)驗和試驗數(shù)據(jù)做依據(jù)。但一般正常情況下，在0.01～0.001之間的失誤率是概率的概念，即每一次作業(yè)動作都有l(wèi)%～0.1%失誤的可能性，但人的失誤率由于受作業(yè)環(huán)境、緊迫性、單調(diào)性、人的安全感、心理和生理狀態(tài)的影響，因此可根據(jù)情況再乘一個修正系數(shù)k(k=1～0.1)。§2-4安全科學(xué)的流變-突變規(guī)律本節(jié)主要學(xué)習(xí)內(nèi)容1.流變-突變理論產(chǎn)生背景及其基本觀點(diǎn)流變、突變定義及特性，流變-突變理論實質(zhì)流變-突變理論的基本觀點(diǎn)：物質(zhì)觀、時空觀、運(yùn)動觀2.安全流變-突變的基本特征（定性描述）表現(xiàn)在礦山災(zāi)害（自燃、冒頂、突出）、機(jī)械事故、社會變革和改革、人的衰亡過程（生命傷、亡）等方面的基本特征。安全流變-突變?nèi)^程分析3.安全流變-突變的基本理論（定量分析）基本概念物理模型、數(shù)學(xué)模型及其舉例。4. 安全流變-突變理論的應(yīng)用研究（簡介）①含瓦斯煤巖流變-突變行為②人的生理與心理功能特征參數(shù)隨時間的流變過程。一、流變-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。山是靜止的，但經(jīng)過長久的地質(zhì)年代也可發(fā)生流變；水是可以流動的，不能施加任何剪切力，但在突然施加外力的情況下，亦可表現(xiàn)為靜止。這些現(xiàn)象說明事物本身具有修復(fù)（保護(hù)）和損傷（流變）的性質(zhì)。毛澤東在《矛盾論》中指出；“人的認(rèn)識物質(zhì)，就是認(rèn)識物質(zhì)的運(yùn)動形式，因為除了運(yùn)動的物質(zhì)以外，世界上什么也沒有，而物質(zhì)的運(yùn)動必取一定的形式?！蓖蛔円辉~的本意有徹底轉(zhuǎn)變之意，最初提出是在1968年Thorn的《結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形態(tài)發(fā)生學(xué)》著作中。突變主要指事物從臨界破壞點(diǎn)向前發(fā)生的趨勢，具有質(zhì)的徹底改變的意義，也就是說事物已不具有原來的性質(zhì)或特征了。突變的發(fā)生有多種途徑，可以是跳躍式的，也可以是緩慢式的，但重要的一點(diǎn)是事物的性質(zhì)發(fā)生了變化和事物的敏感程度增加了，某個因素的連續(xù)變化會導(dǎo)致系統(tǒng)形態(tài)的突然變化，即系統(tǒng)從一種形式突然跳躍到完全不同的另一種形式。流變和突變綜合起來形成流變一突變理論，它描述了事物從誕生-發(fā)展-消亡的全部過程。事物的運(yùn)動變化，總是先從事物的誕生起進(jìn)行流變，一種光滑的、連續(xù)不斷的變化。在整個變化過程中，可以感覺到事物狀態(tài)、性質(zhì)的統(tǒng)一、相持和平衡，事物的本質(zhì)屬性沒有發(fā)生變化。當(dāng)事物流變到某一閾限值時，事物狀態(tài)、性質(zhì)突然發(fā)生變化，導(dǎo)致新質(zhì)的產(chǎn)生或功能和特征的完全喪失。1.流變-突變理論的物質(zhì)觀流變-突變理論承認(rèn)世界的物質(zhì)性和物質(zhì)對意識的根源性，認(rèn)為世界的統(tǒng)一性在于它自身的物質(zhì)性。物質(zhì)世界是互相聯(lián)系并發(fā)展變化的客觀存在，流變-突變理論就是對客觀物質(zhì)世界的反映。從“一切皆流，一切皆變”出發(fā)，認(rèn)識物質(zhì)的具體形態(tài)、具體表（一）、產(chǎn)生背景（二）、基本觀點(diǎn)對存在物質(zhì)現(xiàn)象的認(rèn)識現(xiàn)、具體關(guān)系?？茖W(xué)的發(fā)展使人們對事物的量和質(zhì)有了更深的認(rèn)識，看到量與質(zhì)更為緊密的關(guān)系；使人的認(rèn)識沒有停留在量的規(guī)定性與質(zhì)的規(guī)定性的傳統(tǒng)理解上，認(rèn)識到在質(zhì)中不僅包含定性的質(zhì)，而且包含定量的質(zhì)。近代化學(xué)早已把硬度、熔點(diǎn)、比重看成定量的質(zhì)；近代物理學(xué)中把硬度、能量、功、電阻等看成定量的質(zhì)。正因為質(zhì)不僅包含定性的質(zhì)，而且包含定量的質(zhì)，才會有量的增加和減少所引起的質(zhì)變。在流變-突變理論中，把質(zhì)、量、質(zhì)變、量變的概念通過實踐活動已抽象出來，并在實踐中得到了進(jìn)一步深化。物質(zhì)世界具有質(zhì)的多樣性，而多樣性只能統(tǒng)一于物質(zhì)。流變-突變理論是從一個側(cè)面描述了物質(zhì)世界的多樣性、運(yùn)動性，認(rèn)為物質(zhì)世界在不斷流變中突變。2.流變一突變理論的時空觀空間和時間是一切存在的基本形式，時空是一定物質(zhì)關(guān)系的表現(xiàn)，是從物質(zhì)的運(yùn)動來認(rèn)識時空的屬性。時空不但在量上是無限的，在質(zhì)上也是無限的。一個事物或一個物體的空間廣延和時間持續(xù)的特征，是該事物或物體的內(nèi)在屬性；而這種特征只能通過同本身也具有一定量的時空特征的其他事物或物體進(jìn)行比較，才能被人們所認(rèn)識。流變-突變理論中包含上述時空觀，認(rèn)為一切流變-突變現(xiàn)象離不開空間內(nèi)物質(zhì)的相互作用，不論這種相互作用是微觀的、細(xì)觀的還是宏觀的，其共性總是在時空中要表現(xiàn)出來。質(zhì)的地方就有矛盾，就有運(yùn)動，這是運(yùn)動的絕對性。流變-突變是一事物向另一事物轉(zhuǎn)變的流程。流變-突變理論就是要從事物的常住性和變動性中找出事物綜合特征變化的規(guī)律性。流變-突變現(xiàn)象中變化的原因是一種廣義的力，如溫度差、環(huán)境變化等。二、安全流變-突變的基本特征根據(jù)流變-突變的基本理論，一個事物從誕生到消亡是一個“安全流變與突變”的過程。所謂的“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的運(yùn)動過程。這一矛盾隨時間的運(yùn)動過程就決定了事物發(fā)展各個階段的安全狀態(tài)。下面就礦山災(zāi)害現(xiàn)象、人的傷亡過程、社會的變革或改革及機(jī)械災(zāi)害過程等四方面的典型過程簡要敘述其“安全流變與突變”的基本特征。（一）礦山災(zāi)害在地下采礦過程中，常常伴有各種災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生，自燃火災(zāi)、煤與瓦斯突出、沖擊地壓、冒頂和底鼓等。1．自燃火災(zāi)礦井火災(zāi)是煤礦的主要災(zāi)害之一，在礦井火災(zāi)事故中，自燃火災(zāi)約占70%，故研究煤炭自然發(fā)火規(guī)律，及時采取預(yù)防措施，對保證煤礦安全生產(chǎn)，保護(hù)煤炭資源有重要意義。煤炭自燃是煤與氧氣兩相組分在空間發(fā)生激烈化學(xué)反應(yīng)的過程，常伴有放熱、發(fā)光以及生成新物質(zhì)。按安全流變論，OA段是煤與氧氣接觸開始氧化階段，煤剛一暴露在空氣中，氧化速度特別快，但隨著熱量的放出和煤氧化復(fù)合物的產(chǎn)生，消耗掉周圍空間的大量氧氣，再四維系統(tǒng)定性描述縱軸為氧化速度，AB1為很慢的氧化階段，BC為快速氧化由于復(fù)合物對深層煤樣的包裹，對煤的氧化過程有一個阻滯作用，所以氧化速度減慢，但氧化程度在不斷增加。煤的氧化產(chǎn)熱量和散發(fā)熱量大抵相同，氧化速度在A點(diǎn)后幾乎為一恒值，熱量略有聚積，溫度有所上升。該狀態(tài)可能持續(xù)一段時間，當(dāng)溫升達(dá)到某一值時（B點(diǎn)）煤的氧化速度突然又要加快，產(chǎn)熱多，溫升更高，導(dǎo)致煤的氧化速度越來越快，一旦到達(dá)D點(diǎn)就自然發(fā)火，形成自燃火災(zāi)，完成了煤的自燃突變。點(diǎn)B這個狀態(tài)點(diǎn)是個關(guān)鍵點(diǎn)，可對應(yīng)一系列反映發(fā)火危險程度的參數(shù)。如t≥70℃，CO的濃度，煤的干熘產(chǎn)物量。C點(diǎn)是人為設(shè)置的報警點(diǎn)，BC段是處理火災(zāi)措施段，時間可能很短，但是是處理火災(zāi)的關(guān)鍵時期，如果處理適當(dāng)，氧化速度可能下降，氧化程度不變，不能進(jìn)一步形成自燃火災(zāi)。2．冒項冒頂也是煤礦常見事故之一，在開巷過程中，破壞了掘巷前圍巖應(yīng)力的平衡狀態(tài)，巷道圍巖壓力重新分布，出現(xiàn)應(yīng)力集中和巷道周圍的極限平衡區(qū)。新掘出的巷道頂板下沉速度最大，頂?shù)装逄锵鄬咏俣葞缀撩字翈资撩撞坏龋芸炀蛳镆鸬膰鷰r應(yīng)力趨于穩(wěn)定后，巷道表面圍巖頂板的變形速率也趨于穩(wěn)定。由于煤巖一般都具有流變性質(zhì)，在應(yīng)力不變的情況下，圍巖變形隨著時間的延長而不斷增加，頂?shù)装迦障鄬咏俣仍?.5mm以下，但當(dāng)進(jìn)入集中應(yīng)力帶或頂板周期來壓后，壓力高于頂板（支柱）所能承擔(dān)的極限壓力時，頂板（支柱）斷裂下沉，發(fā)生冒頂事故。在安全流變理論中，縱坐標(biāo)為反映冒頂危險程度的量。OA段為剛掘出新巷道變形速度遞減段，減到某一變形速度后，圍巖以一較小的速度變形，當(dāng)穩(wěn)定一段時間后，圍巖壓力或其他條件發(fā)生變化，危險程度超過B這個屈服點(diǎn)，變形速度加快，發(fā)生冒頂。B點(diǎn)這個狀態(tài)點(diǎn)由下列參數(shù)決定：頂板最大下沉量、頂板的脆性程度、支柱的支撐力和伸縮量，周期來壓應(yīng)力等。通過實驗或?qū)崪y一量掌握B點(diǎn)參數(shù)的規(guī)律，就可以對冒頂事故進(jìn)行預(yù)測和控制。3．謀與瓦斯突出煤與瓦斯突出是煤巖介質(zhì)在外載荷的作用下隨時間的形變和破壞過程。從采掘空間在地層中形成時開始，較強(qiáng)烈的煤巖流變損傷現(xiàn)象就開始發(fā)展，并在一定的范圍內(nèi)形成災(zāi)害發(fā)生的準(zhǔn)備區(qū)域。隨著時間的延續(xù)，準(zhǔn)備區(qū)域內(nèi)的煤巖將可能向兩種安全狀態(tài)發(fā)展：一種是流變損傷加速使煤巖進(jìn)入到安全突變的災(zāi)害狀態(tài)；另一種是流變損傷的速度衰減并最終恒定而使煤巖進(jìn)入安全狀態(tài)。決定煤巖是否進(jìn)入危險狀態(tài)或安全狀態(tài)的因素有兩方面：一方面是煤巖自身的性質(zhì)，即內(nèi)部因素；另一方面是作用于煤巖的外部因素，如載荷大小、采掘空間的幾何條件、擾動等。此外，在考察兩因素的影響時，時間是確定安全狀態(tài)的重要因素。一旦煤巖進(jìn)入危險狀態(tài)，則安全流變-突變就開始發(fā)生。災(zāi)害事故發(fā)生后隨之便是災(zāi)害事故的發(fā)展階段，在此階段內(nèi)，造成災(zāi)害的物質(zhì)釋放出大量的能量。當(dāng)能量得到比較充分的釋放后，煤巖便進(jìn)人由危險狀態(tài)向新的安全狀態(tài)轉(zhuǎn)化的災(zāi)害事故結(jié)束階段，該階段也是下一個災(zāi)害準(zhǔn)備階段的開始。因此，由煤巖破壞所造成的災(zāi)害事故過程可分為安全流變階段、安全突變階段、結(jié)束階段和后效階段4個階段。在煤巖達(dá)到安全突變之前的“安全流變”特征如圖1－12所示。圖中橫軸為時間軸，縱軸為煤巖的安全流變變形量軸（或損傷量軸）。理論上的安全突變點(diǎn)應(yīng)在D=1處，但在實際的事物安全過程研究中，一般人為規(guī)定在某D<1的點(diǎn)C為安全流變的臨界損傷值。圖中所示的流變變形曲線已為煤巖的流變變形試驗所證實。從圖中可以看出，煤巖在外載荷作用下具有3個典型的損傷階段。OA段為損傷減速增加階段；AB段為損傷穩(wěn)定發(fā)展階段；BC段為損傷加速段；CD段為災(zāi)害的發(fā)展階段；D為災(zāi)害的突變點(diǎn)。煤巖的危險度正比于煤巖的損傷量。（二）機(jī)械事故機(jī)械事故是由構(gòu)成機(jī)械設(shè)備的部分元件的破壞磨損等機(jī)械因素造成的故障現(xiàn)象。每一種或每一臺新機(jī)器的投入使用就孕育著新的故障或事故的發(fā)生。由安全向危險轉(zhuǎn)化的過程也具有如圖1－12所示的基本特征。這里，縱軸表示機(jī)器的磨損老化程度（損傷量軸）。OA段為機(jī)器在投入使用初期的零部件跑合磨損段，具有減速增加磨損的特征；AB段為機(jī)器在初潮后損后的恒速磨損老化段，在此階段中機(jī)器的故障率較低，運(yùn)行平穩(wěn)；BC段是與元器件壽命相關(guān)的加速磨損老化段，在此階段中機(jī)器的故障率增高，磨損老化量劇增；C點(diǎn)為機(jī)器由安全流變向安全突變轉(zhuǎn)化的臨界磨損老化量。這一磨損老化曲線也已為試驗所證實。機(jī)械事故的全過程也同樣具有安全流變階段、安全突變階段、結(jié)束階段和后效階段4個階段。（三）社會變革或改革縱觀人類社會的發(fā)展史，每一次變革或改革都是從前一次變革或改革后就開始孕育和逐漸發(fā)展起來的。每一次變革或改革都是上層建筑與經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)之間矛盾逐漸激化的結(jié)果。每一次變革或改革都是對原社會某些秩序的更新。因此，社會的發(fā)展和變革過程即是社會從一種安全狀態(tài)向另一種安全狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，該過程也同樣具有圖l－12所示的基本特征。這穩(wěn)定發(fā)展階段；BC段表示在；日的管理體制阻礙生產(chǎn)力發(fā)展后的矛盾加劇階段；C點(diǎn)為矛盾激化程度的臨界值，即安全突變點(diǎn)。（C、D點(diǎn)分別為安全突變的實際和理想突變點(diǎn)。）每一次變革或改革的全過程也同樣可分為變革或改革的安全流變階段、安全突變階段、結(jié)束階段和后效階段4個階段。（四）人的衰亡過程1．人的生命過程人的整個生命過程是一個“安全流變與突變”過程。從生命誕生的時刻起就孕育著衰老和死亡的發(fā)生。這一“安全流變與突變”過程仍然具有如圖1－12所示的基本特征。這里圖l－12中的縱軸代表人體的衰老度（或損傷量軸）。曲線的OA段為從生命誕生到青春期結(jié)束這一生命階段，該階段中人體的發(fā)育速度逐漸減緩（也即是生命衰老的減速增加）；AB段為青春期結(jié)束到老年期開始這一人體穩(wěn)定衰老階段；BC段為人體進(jìn)入到老年期后的加速衰老階段；C為生命衰亡的臨界值。上述的人體“安全流變與突變”過程已為生理學(xué)所證實。生命的衰亡過程同樣具有4個階段，即生命的安全流變階段、安全突變階段、結(jié)束階段和后效階段4個階段。生命的安全突變階段是指疾病在人體內(nèi)的擴(kuò)散和暴發(fā)；結(jié)束階段是指知覺的喪失和血液的停止流動；后效階段是指尸體的僵化和腐爛。因此，生孕育著死，死孕育著生，人類就是在這種無限的循環(huán)中得以延續(xù)。2．人的傷亡過程人的衰亡除了衰老病死還有工傷事故死亡。工作環(huán)境和工作對象也能造成人身的危險狀態(tài)。人從開始進(jìn)入工作狀態(tài)就孕育著新的危險狀態(tài)的發(fā)生，該過程同樣具有圖1－12所示的特征。這里圖l－12中縱軸表示人體傷亡事故發(fā)生的概率（危險度）。曲線的OA段表示人開始進(jìn)入工作環(huán)境接觸工作對象時對工作環(huán)境和工作對象的認(rèn)識過程，在該階段中事故發(fā)生的概率減速增加；AB段為對工作環(huán)境和對象熟悉后的傷亡事故發(fā)生概率的穩(wěn)定增加段，該階段中人的精力充沛并易于集中；BC段表示隨工作時間增長人的精力開始分散，反應(yīng)速度下降，身體疲勞，感覺閾限增大而導(dǎo)致的危險度加速增長段。C為危險度的臨界值。因此，正確地確定工作時間使其在人體的適當(dāng)承受能力之內(nèi)對安全生產(chǎn)是非常重要的。由于篇幅所限，以上僅是對某些典型事例的“安全流變與突變”過程進(jìn)行的簡要分析，但由此我們可以看出，事物的發(fā)生發(fā)展過程均具有“安全流變與突變”的基本特征。（五）安全流變-突變論從前述典型事例的“安全流變與突變”過程分析中可以得知，安全與危險這一矛盾貫穿事物存在的始終。安全狀態(tài)是相對的，危險狀態(tài)是絕對的。從一個事物誕生的時刻起就孕育著危險狀態(tài)的出現(xiàn)，危險狀態(tài)隨事物在時間和空間中的發(fā)展而發(fā)展。事物安全與危險的矛盾運(yùn)動受兩方面因素的影響。一方面是事物的內(nèi)在因素，例如人體細(xì)胞的衰亡，社會生產(chǎn)力的發(fā)展，煤巖的物理化學(xué)性質(zhì)等都屬于內(nèi)在危險因素；另一方面是事物的外部環(huán)境因素，又稱之為外部危險因素。如環(huán)境對人，機(jī)器對人都屬于外部危險因素。內(nèi)外因在一定的條件下可以互相轉(zhuǎn)化。內(nèi)在危險因素決定事物“安全流變與突變”的性質(zhì)和程序；外部危險因素決定事物“安全流變與突變”的速度和形式。對于某一事物的“安全流變與突變”過程，外部危險因素往往是極其復(fù)雜而又千變?nèi)f化的。因此，在研究事物的“安全流變與突變”過程時，必須首先這一原則。綜上所述。事物“安全流變與突變”的全過程可以表述為：當(dāng)某一新事物誕生后的初期（OA階段），其損傷量隨時間呈減速遞增，新秩序在此期間逐漸形成和完善。當(dāng)新秩序發(fā)展到成熟階段時（AB階段），完善的新秩序使損傷量勻速緩慢增加。經(jīng)過一個穩(wěn)定增加的時期后，原秩序?qū)⒃俅蜗驘o序方向發(fā)展，進(jìn)而使損傷量值開始加速增大（BC段）。任何事物都具有其固有的損傷量承受能力或界限，超出此限后，事物將發(fā)生安全突變。事物發(fā)生安全突變時的損傷值即為該事物的臨界損傷量。當(dāng)原秩序被破壞后，事物又開始回歸到一個新的安全狀態(tài)，即損傷量為新的近似零值，原事物的秩序消失，從而又形成了另一個同類新事物誕生的起點(diǎn)（O點(diǎn)）。物質(zhì)世界就是在安全到危險的無限循環(huán)中存在和發(fā)展。從上述的安全流變過程分析中，人們對事物安全流變與突變特征有了定性的概念。下面將對該過程進(jìn)行定量的數(shù)學(xué)模型描述，并建立起安全流變的數(shù)學(xué)模型。二、安全流變-突變的基本理論（一）安全流變一突變的事本低意安全科學(xué)是一門新的交叉科學(xué)，它以系統(tǒng)論、控制論、信息論等現(xiàn)代組織理論為宏觀策略指導(dǎo)；以流變論、突變論、協(xié)同論等自組織理論作指導(dǎo)。它所研究的對象是當(dāng)今人類極富有挑戰(zhàn)性的事故和災(zāi)害等人類發(fā)展所面臨的負(fù)效應(yīng)。顯然安全科學(xué)涉及到的系統(tǒng)是一個以人、社會、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素構(gòu)成的復(fù)雜協(xié)調(diào)系統(tǒng)。但它作為一門科學(xué)必須有它自身的定義體系，一切概念和原理的提出應(yīng)以此為基礎(chǔ)。概念1安全：是一個相對的狀態(tài)概念，是認(rèn)識主體在某一限度內(nèi)受到損傷和威脅的狀態(tài)。概念2危險：是一個相對的狀態(tài)概念，是認(rèn)識主體受到損傷和威脅超過某一限度的狀態(tài)。（l）危險源：是認(rèn)識主體中產(chǎn)生和強(qiáng)化負(fù)效應(yīng)的核心，是危險能量暴發(fā)點(diǎn)。（2）危險場：是危險源對某些受體形成損害的威脅范圍，表示傷害的終結(jié)域。這種范圍可以具有時間和空間的特征，即在時間和空間上可以度量，可以劃出邊界范圍，危險場既與危險源的強(qiáng)度有關(guān)，又與受體的承受能力有關(guān)，是一個可度量的安全量。（3）危險梯度：在危險場中，危險程度的變化率，即危險源釋放的能量因受體或環(huán)境的變化率。（4）危及勢V：是系統(tǒng)功能殘缺或喪失后造成的損害總和。概念3災(zāi)害：是指事物原來的秩序發(fā)生崩潰的狀態(tài)，是事物達(dá)到損傷極限而發(fā)生質(zhì)變的狀態(tài)，是事物不安全狀態(tài)的極限。定量分析，17個概念如生產(chǎn)、加工、搬運(yùn)、存儲危險物質(zhì)，當(dāng)數(shù)量超過國家規(guī)定的危險物質(zhì)單元時。是造成災(zāi)害的危險程度的量化指標(biāo)。（1）自然災(zāi)害：是以自然變異為主要原因而產(chǎn)生的并表現(xiàn)為自然態(tài)的災(zāi)合如地震、風(fēng)暴等。（2）人為災(zāi)害：以人為主要原因而造成的災(zāi)害。如交通事故、過度采伐森林引起水土流失導(dǎo)致的江河決堤等。