導(dǎo)語：安全科學(xué)中的安全工程論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1安全工程原理定義及其研究對象

1．1安全工程原理定義

安全工程學(xué)是一門多學(xué)科理論和方法交叉的科學(xué)，是研究人、機、環(huán)境之間互相聯(lián)系的工程技術(shù)科學(xué)，是研究技術(shù)工程中各種因素之間的聯(lián)系，以及應(yīng)用相關(guān)的理論、原理和測量方法來達(dá)到系統(tǒng)安全的學(xué)科［8－9］。安全工程原理是專門研究如何利用各種工程技術(shù)的原理和方法來確保實現(xiàn)系統(tǒng)安全功能的科學(xué)思想。它以安全學(xué)和工程學(xué)為理論基礎(chǔ)，以系統(tǒng)工程、人機工程、環(huán)境工程和技術(shù)設(shè)施等為手段，對工程風(fēng)險進(jìn)行分析、評價、控制、改進(jìn)、優(yōu)化等，以期實現(xiàn)系統(tǒng)及其全過程安全目標(biāo)的科學(xué)準(zhǔn)則，是安全科學(xué)發(fā)展過程中必須遵循的基本原則。安全工程原理是研究安全系統(tǒng)中設(shè)備設(shè)施的設(shè)計、操作應(yīng)遵循的準(zhǔn)則，如何保障人體行為活動的舒適高效安全，作業(yè)環(huán)境的安全性，機器裝備研發(fā)和運行當(dāng)中應(yīng)考慮的人體工效機理以及各種物質(zhì)信息的能量和信息輸入輸出過程中固有的基本原則。

1．2安全工程原理的研究對象

原理是對學(xué)科領(lǐng)域的研究內(nèi)容和研究方法的總結(jié)歸納，是學(xué)科發(fā)展所必須遵循的基本準(zhǔn)則和規(guī)律，利于人們立于更高的思想高度、更深的層次來掌握所研究的對象，便于人們認(rèn)識和利用事物的本質(zhì)規(guī)律［10－11］。安全工程原理作為安全工程學(xué)的基本準(zhǔn)則，有它本身的研究對象，一個安全系統(tǒng)通常包括3個組成部分，即從事安全生產(chǎn)活動的操作人員和管理人員，生產(chǎn)過程中所運用到的機器裝備、儀表設(shè)備等物質(zhì)條件，以及工作人員所處的作業(yè)環(huán)境等。這3部分構(gòu)成的人－機－環(huán)系統(tǒng)之間的相互影響的作業(yè)結(jié)果就會對安全系統(tǒng)安全性產(chǎn)生最直接的影響，安全工程原理就是從這3個子系統(tǒng)以及系統(tǒng)之間的關(guān)系出發(fā)，研究分析如何使用系統(tǒng)的原理和方法，來辨別、分析系統(tǒng)中存在的危險因素，并制定解決這些危險因素和保障安全生產(chǎn)的原則機理。安全工程原理的研究對象主要包括以下幾個方面:1)安全系統(tǒng)工程中人為主體的生理、心理特征因素與安全之間的聯(lián)系，以及各種工作方法、規(guī)章制度、管理手段是否符合人的特性，是否能更好地發(fā)揮人的主觀能動性。研究分析人體在安全工作中的生物能量變化、運動動作和活動空間等各方面的適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，以及其對勞動效率和安全行為的影響。2)對安全生產(chǎn)過程中所使用到的各種機器設(shè)備的安全性和工效，從設(shè)備的材料、形狀、強度、大小、工藝、可靠性等方面來研究其與安全作業(yè)的關(guān)系，以及其對操作人員的舒適性和工作效率的影響。從人體測量學(xué)、工效學(xué)、生理心理特征等要求來對儀器和部件的設(shè)計提供要求和標(biāo)準(zhǔn)。3)研究人體勞動工作過程中所面臨的作業(yè)條件和環(huán)境的適宜性，分析各種惡劣環(huán)境因素對人體人健康和勞動效率的影響，以及各種職業(yè)因素危害的預(yù)防方法，其中包括高溫高濕、噪聲、照明不適、振動、粉塵、有毒有害氣體、輻射等因素。

2安全工程原理二級原理及其內(nèi)涵

安全工程是安全工程與各種工程技術(shù)學(xué)科相互交叉的學(xué)科，它主要研究人、機器設(shè)備、環(huán)境之間的關(guān)系，建立這三者之間的平衡狀態(tài)，實現(xiàn)本質(zhì)安全化即進(jìn)行實時安全控制的技術(shù)和管理方法的工程學(xué)科［12－13］。安全工程原理［14］是研究事物安全與危險之間的轉(zhuǎn)變規(guī)律，分析事物安全的本質(zhì)規(guī)律，揭示事物安全的相對應(yīng)的客觀因素及轉(zhuǎn)化條件，研究預(yù)測、消除和控制事物安全與危險影響因素和轉(zhuǎn)化條件的理論和思想。基于安全工程原理的定義和研究對象以及一個工程系統(tǒng)的基本特征，筆者提煉出了安全工程原理主要涉及的下屬原理有:①設(shè)備設(shè)施功能安全原理;②人造物宜人原理;③環(huán)境安全原理;④人造物穩(wěn)固原理;⑤合理空間尺度原理;⑥最小能量原理;⑦輸入輸出暢通原理。

2．1設(shè)備設(shè)施功能安全原理

設(shè)備設(shè)施功能安全原理是指機械設(shè)備在設(shè)計和研發(fā)過程中應(yīng)考慮到能防止危險因素引起的人身傷害，其中危險因素包括設(shè)備故障、超載運行、人的誤操作和不安全行為等，能保障人身安全，指導(dǎo)設(shè)備設(shè)施安全功能的科學(xué)設(shè)計。設(shè)備設(shè)施功能安全原理要求設(shè)備通過自身的功能、結(jié)構(gòu)來限制或防止機器的某些危險運動，或限制其運動速度、振幅、壓力等危險因素，以防止對人體造成危害或減小危害程度。設(shè)備設(shè)施功能安全原理的作用是杜絕或減少機械設(shè)備在正常或故障狀態(tài)，甚至在操作者失誤犯規(guī)或有不安全行為的情況下發(fā)生人身或設(shè)備事故，其特征下面舉例加以說明:1)防止機械設(shè)備因超限運行而發(fā)生事故，機械設(shè)備的超限運行是指超速、超溫、超壓、超載、超位等，當(dāng)設(shè)備處于超限運行狀態(tài)時，相應(yīng)的設(shè)備安全裝置可以使設(shè)備卸載、卸壓、降速或自動停止運行，從避免事故的發(fā)生，保證人身和設(shè)備的安全。2)防止設(shè)備設(shè)施因人的誤操作、犯規(guī)或不安全動作而引發(fā)事故對人體造成傷害，通過設(shè)備中相互制約、相互干涉的功能來避免危險的發(fā)生。當(dāng)機器正常運行時，人可能有意或無意地進(jìn)到設(shè)備運行的危險區(qū)域，或接觸到危險有害因素，設(shè)備的安全功能此時應(yīng)能阻止人進(jìn)入危險區(qū)，或在危險區(qū)令人免遭傷害。3)通過自動監(jiān)測與診斷系統(tǒng)來排出設(shè)備故障產(chǎn)生的危險。通過監(jiān)測監(jiān)控儀器及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的故障，通過自動報警裝置提醒操作者注意危險，并通過診斷系統(tǒng)自動排出產(chǎn)生的故障和危險，避免事故的發(fā)生。

2．2人造物宜人原理

人造物宜人原理是指各種人造物包括建筑物、車船飛機、儀器設(shè)備，設(shè)計的核心都必須是以人為本，設(shè)計的最終目的是滿足人體的各種需求，使人的活動舒適高效安全，充分發(fā)揮人的主觀能動性。人造物在進(jìn)行設(shè)計研發(fā)時，為了使產(chǎn)品更好地滿足人的生理特點，讓人在工作時處于舒適的狀態(tài)和適宜的環(huán)境之中，就必須在設(shè)計中充分考慮到人體各種生理測量參數(shù)特征。在設(shè)計工作空間、機械、交通運輸裝備時，特別是設(shè)計各種運動式機械時，駕駛艙、座位等的相關(guān)尺寸時，也是由人體尺寸及其操作姿勢或舒適的動作來確定的。人造物宜人原理要求各種人造物符合人的特點，根據(jù)人的生理、心理特點來指導(dǎo)人造物的設(shè)計，以人為中心來設(shè)計人造物，使物的設(shè)計與人的特點更加匹配，達(dá)到安全、高效、舒適的目的。人造物宜人原理也指明了在人機系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)以人為主體，機器設(shè)備為客體，注重人的主體感覺，要求客體必須符合主體特點，明確了主客體的地位作用。

2．3環(huán)境安全原理

安全生產(chǎn)與人所處的作業(yè)環(huán)境息息相關(guān)，環(huán)境安全影響著人的生理、心理特征、工效以及設(shè)備的運行狀態(tài)［15］。安全合理的環(huán)境條件不僅可保障人的生理健康和安全作業(yè)，還能提高勞動效率和減小失誤率。環(huán)境安全原理是指在勞動作業(yè)過程中按照相關(guān)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和要求對作業(yè)環(huán)境進(jìn)行改善和設(shè)計，形成一個安全、健康、舒適、高效的作業(yè)環(huán)境。不論在室內(nèi)作業(yè)還是室外作業(yè)，地面工作還是地下工作，人都面臨著不同的環(huán)境因素，其中包括溫度、濕度、噪聲、照度、壓力、風(fēng)速、光照、輻射、粉塵、有毒有害氣體等。環(huán)境安全原理是研究如何保證這些環(huán)境條件處于最適宜的狀態(tài)，避免惡劣環(huán)境因素對人體造成危害，使得勞動人員在作業(yè)環(huán)境中保持旺盛的精神狀態(tài)，減少疲勞感，保持高效率的勞動作業(yè)。環(huán)境安全原理要求對作業(yè)環(huán)境因素進(jìn)行合理的設(shè)計和評價，找出存在的問題，采取相應(yīng)的改善措施，把有害因素轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣蛩兀扇》乐未胧┙档蛺毫迎h(huán)境因素的影響，盡可能地使各項環(huán)境指標(biāo)處于最佳水平，完全符合人的生理心理要求。而在這種無毒無害、無輻射、溫濕度和照明度適宜的環(huán)境條件下，人體工作效率提高，可長時間持續(xù)作業(yè)而不感到疲勞，也避免了各種惡劣環(huán)境因素?fù)p害人體健康，導(dǎo)致職業(yè)病的產(chǎn)生。

2．4人造物穩(wěn)固原理

人造物穩(wěn)固原理是指在人在平時工作、生活中所使用和接觸到的建筑物、公路、橋梁、機器設(shè)備等設(shè)施必須要有良好的穩(wěn)固性，結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料強度都符合安全標(biāo)準(zhǔn)，避免垮塌事故的發(fā)生，保證人體的生命和財產(chǎn)安全。人造物的穩(wěn)固性與人造物的設(shè)計、材料強度、使用時的承載負(fù)荷強度密切聯(lián)系，只有嚴(yán)格按照國家相關(guān)的建筑規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計施工，建立完善的監(jiān)督管理體系，才能保證人造物的質(zhì)量水平和穩(wěn)固性，避免垮塌事故的發(fā)生。下面列舉一些人造物穩(wěn)固性原理的應(yīng)用例子:1)在設(shè)計階段，確定人造物的使用對象群體，根據(jù)使用對象的特征來規(guī)定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確保設(shè)計參數(shù)符合安全標(biāo)準(zhǔn)。2)施工工程中嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，工序和材料都符合國家標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁偷工減料而降低了人造物的質(zhì)量。3)不定期地進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。建立完善的監(jiān)控管理體系，實時監(jiān)測人造物的運行狀況和質(zhì)量水平，預(yù)防事故的發(fā)生。

2．5合理空間尺度原理

合理空間尺度原理是指人從事各種工作時需要足夠的活動空間，作業(yè)空間上的活動范圍設(shè)計應(yīng)該與人體的功能尺寸密切相關(guān)，符合人或人群的活動特點，有足夠大的空間來供人施展各種作業(yè)姿勢。作業(yè)空間設(shè)計應(yīng)當(dāng)以人為本，結(jié)合操作任務(wù)的要求進(jìn)行設(shè)計。相關(guān)設(shè)備設(shè)施的布置應(yīng)當(dāng)滿足為作業(yè)人員提供合理的空間范圍，提供舒適的作業(yè)條件，以達(dá)到提高人體工作效率、保障作業(yè)者安全和減輕作業(yè)者精神與體力負(fù)擔(dān)的目的。合理空間尺度原理在作業(yè)空間設(shè)計中的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1)作業(yè)人員的工作位置與設(shè)備布置應(yīng)符合人的生理活動特征，利于作業(yè)者迅速而準(zhǔn)確地完成動作和使用機器設(shè)備。為了合理地提高作業(yè)空間利用率，作業(yè)中的人流和物流的移動距離應(yīng)盡可能符合最短距離原則，以擴(kuò)大作業(yè)者的有效活動空間，從而提供作業(yè)人員的工作效率。2)合理的作業(yè)空間尺度不僅要使作業(yè)者在工作期間操作、活動方便，并且當(dāng)較長時間保持某種作業(yè)姿勢時，應(yīng)盡可能使其少地產(chǎn)生疲勞感，同時還有利于整個作業(yè)系統(tǒng)的運行。因此在設(shè)計作業(yè)空間時，應(yīng)合理考慮作業(yè)群體的人體尺寸、活動極限與作業(yè)范圍等。3)合理空間尺度的設(shè)計必須考慮到安全性，充分考慮作業(yè)空間對作業(yè)者的生理和心理影響，作業(yè)空間的通道設(shè)計必須保證人流的順利通行，設(shè)備距離足以避免行人無意碰撞而造成人員受傷或機器的意外觸發(fā)。

2．6最小能量原理

最小能量原理是指在生產(chǎn)作業(yè)過程中盡量保持勢能、電能、化學(xué)能、熱能、生物能等能量的總和達(dá)到最低，保持能量密度的最小化。當(dāng)生產(chǎn)體系處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)時，其系統(tǒng)的能量狀態(tài)保持為最低水平。因此，在建筑物設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)備研發(fā)、勞動作業(yè)輪換時應(yīng)盡量充分利用人力資源，使各種機器設(shè)備運行處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，減少能量的消耗，保障安全效率和減少資源的浪費。人體進(jìn)行運動或作業(yè)所消耗的總能量稱為能量代謝量，它的大小與作業(yè)類別、勞動強度有著密切的聯(lián)系，是評價作業(yè)負(fù)荷和工作效率的重要指標(biāo)。最小能量原理體現(xiàn)了能量與安全之間的相互影響，當(dāng)人體在作業(yè)中消耗的能量越小，勞動強度越低，則消耗的體力減少，疲勞度降低，人的勞動效率就會保持在一個很高的水平，從而也減少了安全事故的發(fā)生。

2．7輸入輸出暢通原理

輸入輸出暢通原理是指在安全作業(yè)空間里必須有物質(zhì)、信息、能量等的通道并保證人員能夠安全進(jìn)入和疏散撤離等。物質(zhì)、信息、能量等由環(huán)境向系統(tǒng)的流動就是輸入，而由系統(tǒng)對周圍環(huán)境的作用則是輸出。輸入的主要是人所需要的物質(zhì)和信息源，而輸出則是經(jīng)過人處理操作后的各種形式的完成品和信息。作業(yè)過程中，人在一定場所里使用機器設(shè)備和物質(zhì)材料來完成生產(chǎn)任務(wù)的。作業(yè)場所的設(shè)計不僅要考慮將作業(yè)需要的機器設(shè)備根據(jù)工藝流程、生產(chǎn)任務(wù)和操作要求進(jìn)行合理的布局，給人、物等提供合理的區(qū)域和最佳暢通路線，為預(yù)防意外事故的發(fā)生提供安全措施。作業(yè)空間要保證作業(yè)者在操作過程中能夠通過聽覺、視覺、觸覺與所控制的設(shè)備進(jìn)行信息交流;其次，應(yīng)確保在同一作業(yè)空間內(nèi)的相關(guān)作業(yè)者之間能夠?qū)崿F(xiàn)語言或視線的溝通交流。在各種機器及生產(chǎn)系統(tǒng)中，人必須準(zhǔn)確地獲得機器設(shè)備的工作狀態(tài)、性能參數(shù)、信號參數(shù)等信息，并將工作指令舒暢地傳至機器，實現(xiàn)人與機器之間的信息輸入輸出暢通，這樣才能實現(xiàn)人機系統(tǒng)的平衡。

3安全工程原理應(yīng)用分析

3．1安全工程原理應(yīng)用機理

安全工程原理的7個二級原理在安全工程整個原理體系中扮演著不同的角色，各級原理相互聯(lián)系作為安全工程原理的理論支撐。安全工程原理可以分別從人、物、環(huán)境的角度來進(jìn)行研究分析，而各下屬原理也從不同方向來指導(dǎo)人－物－環(huán)系統(tǒng)的發(fā)展。人造物宜人原理是從人的角度來對人造物的設(shè)計構(gòu)建提出指導(dǎo)要求;設(shè)備設(shè)施功能安全原理和人造物穩(wěn)固原理則是從物的安全角度來對各種設(shè)備、建筑物的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、操作制度進(jìn)行指導(dǎo);環(huán)境安全原理和合理空間尺度原理是環(huán)境發(fā)展必須遵循的安全原理，保證作業(yè)環(huán)境的舒適和健康;最小能量原理則分別從人和物的角度來對安全作業(yè)中各種能量的消耗降到最低，從而提高能量利用率和工作效率，也從能量方面將人因素與物因素相互聯(lián)系起來。輸入輸出暢通原理在人、物、環(huán)3方面都得到了體現(xiàn)，物、環(huán)境方面的信息根據(jù)輸入原理的基本準(zhǔn)則傳入至人體，而在人體對外界信息進(jìn)行識別、處理后通過輸出原理將指令下達(dá)至物和環(huán)境方面，完成信息在人－物－環(huán)系統(tǒng)之間的運轉(zhuǎn)。

3．2安全工程原理實際應(yīng)用例子

筆者在設(shè)計研發(fā)深井受限空間環(huán)境與安全人工智能仿真試驗系統(tǒng)裝備時，曾根據(jù)安全工程原理對裝備的功能、空間、材料和內(nèi)部儀器設(shè)備進(jìn)行規(guī)劃與布置，使其運用起來達(dá)到安全、高效、舒適的效果。深井受限空間與安全人工智能仿真試驗系統(tǒng)是旨在模擬深井作業(yè)空間環(huán)境，研究人體在特殊作業(yè)環(huán)境中工作時人體各種生理、心率參數(shù)指標(biāo)的變化規(guī)律及其對安全行為和勞動效率的影響。根據(jù)設(shè)備設(shè)施功能安全原理，試驗系統(tǒng)內(nèi)均采用本質(zhì)安全性的電氣設(shè)備，而且設(shè)有專門的人員操作區(qū)，人體無需與機器設(shè)備近距離接觸，即使出現(xiàn)機器故障或操作失誤也不會對人體造成危害。根據(jù)人造物宜人原理，該試驗裝備采用的是全自動化操控模式，人體只需在操作平臺上即可完成對整個試驗系統(tǒng)的各種參數(shù)的控制，從而使人的活動舒適高效安全。根據(jù)環(huán)境安全原理，該試驗裝備從溫度、濕度、噪聲、照度、空氣壓力、風(fēng)速、粉塵、有毒有害氣體等方面來模擬深井作業(yè)環(huán)境，目的在于研究惡劣環(huán)境對人體生理健康和安全行為的危害，從而預(yù)防惡劣環(huán)境對人的影響。當(dāng)然在環(huán)境模擬試驗過程中，必須保證各環(huán)境因素都在人體忍受極限范圍之類，保障環(huán)境的安全性。整個試驗艙采用鋼制材料建造，使其牢固可靠，并且整個艙體內(nèi)外噴涂具有隔熱、消音、防輻射功能的涂料，可保證艙體放置在室外長時間不受損害，符合人造物穩(wěn)固原理。試驗艙設(shè)計為正方體艙型，，長8.2m，寬2.5m，高2.2m，設(shè)置有專門的操作區(qū)、試驗區(qū)和儲存區(qū)，空間充足能供人自由地操作活動，滿足合理空間尺度原理。各環(huán)境模擬參數(shù)儀器均采取的智能化控制，即當(dāng)參數(shù)水平值低于設(shè)定值時，儀器可自動啟動運行，當(dāng)水平值高于設(shè)定值時儀器則自動停止來維持穩(wěn)定值，從而避免了資源能量的浪費，達(dá)到了最小能量原理的標(biāo)準(zhǔn)。整個試驗系統(tǒng)安裝有聲音、圖像的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并艙體4面設(shè)有觀察窗，利用內(nèi)外進(jìn)行溝通交流，艙體前后都設(shè)有安全通道利用人員正常的進(jìn)入和疏散等，保證了信息、人員、物質(zhì)的輸入輸出暢通性。

4結(jié)論

在研究安全學(xué)原理結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)安全工程學(xué)的學(xué)科特點，就安全工程原理進(jìn)行了理論探討及應(yīng)用實踐，得到以下主要結(jié)論:1)給出安全工程原理定義，歸納總結(jié)了安全工程原理的研究對象和內(nèi)容。2)提煉和歸納了安全工程原理的7個二級原理，并對各二級原理的概念和內(nèi)涵進(jìn)行了研究，完善了安全工程學(xué)理論體系。3)從人、物、環(huán)境的角度研究了安全工程原理在實際工程中的應(yīng)用機理，結(jié)果表明各二級原理在安全系統(tǒng)工程中人的主觀能動性的發(fā)揮、人造物的設(shè)計和研發(fā)、環(huán)境相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定都有指導(dǎo)性的意義。4)根據(jù)安全工程原理的要求，設(shè)計研發(fā)深井受限空間環(huán)境與安全人工智能仿真試驗系統(tǒng)，并介紹了試驗系統(tǒng)中各組成部分與各原理之間的聯(lián)系，使得安全工程原理在實際應(yīng)用中得到了很好的體現(xiàn)。

作者：游波1吳超1任才清1,2工作單位：1中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院2國防科技大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院