安全評價中的事故樹開發(fā)與應(yīng)用
摘要：事故樹分析是美國貝爾電話實驗室1962年提出的，主要用于分析事故的原因和評價事故風險。近年來，隨著概率論、圖論、集合論和電子計算機的發(fā)展，事故樹分析得以迅速發(fā)展和完善，并應(yīng)用到設(shè)計和生產(chǎn)實踐中。我國近年來在許多行業(yè)和企業(yè)中試用和推廣，取得了不少成果，實踐證明它實用于我國國民經(jīng)濟各部門各行業(yè)的安全生產(chǎn)管理。華北制藥廠在推廣應(yīng)用安全評價過程中就事故樹分析進行了微機開發(fā)，它對安全評價的推廣和應(yīng)用起到了積極的推動作用。
近年來安全評價在我國各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用推廣。在化工生產(chǎn)企業(yè)，由于使用大量易燃、易爆、易中毒的化學原料，其生產(chǎn)過程又常具有高溫、高壓等危險的作業(yè)環(huán)境，因此在整個生產(chǎn)過程中稍有疏忽就有可能發(fā)生重大的著火、爆炸、中毒等事故，給國家財產(chǎn)和職工人身安全帶來嚴重危害。運用安全評價可克服傳統(tǒng)的安全管理的缺陷，能預(yù)先評估出事故發(fā)生的可能，人們據(jù)此可以采取一系列切實可行有效的措施，使事故發(fā)生的可能性降到最低限度，以期達到預(yù)防各種事故的目的。
我廠采用的安全評價方法是依據(jù)《醫(yī)藥工業(yè)企業(yè)安全性評價通則》，這種評價方法是以美國道化公司危險指數(shù)評價法并結(jié)合我國醫(yī)藥企業(yè)生產(chǎn)的特點經(jīng)過全國醫(yī)藥企業(yè)試用并多次修改而產(chǎn)生的，它運用指數(shù)法、安全檢查表法、系統(tǒng)安全分析法，分單元、車間、工廠三個層次評價火災(zāi)爆炸、中毒、作業(yè)三種危險，它參考了眾多國家規(guī)程、導(dǎo)則標準等。這種方法是假想當工藝裝置及關(guān)聯(lián)設(shè)施處于最不利的狀態(tài)下，發(fā)生事故后可能造成的最大損失額，同時影響因素也考慮得較全面，例如泄露、輸送、貯存、溫度、壓力、防電、防雷設(shè)施等，這種方法還使用大量圖表進行分析。依據(jù)這個基本方法將醫(yī)藥生產(chǎn)中可能發(fā)生的火災(zāi)爆炸、中毒等事故與其發(fā)生的基本因素有機的聯(lián)系在一起，形成一個能比較直觀清晰全面反映因果關(guān)系的圖表—事故樹，事故樹是樹的一種特殊形式，是從結(jié)果到原因描述事故的有向邏輯樹，依據(jù)事故樹的結(jié)構(gòu)，列出布爾表達式再進行化簡，求出最小割集和最小徑集以及各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度、臨界重要度系數(shù)，最后依據(jù)定性分析的結(jié)論選擇控制事故降低其發(fā)生概率的方案，從而為保證醫(yī)藥安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。例如我廠潔霉素提煉單元發(fā)生火災(zāi)爆炸的事故樹結(jié)構(gòu)參見下圖。
l.計算最小割集
最小割集在事故樹分析中占有非常重要的地位，它是導(dǎo)致頂上事件(即事故)發(fā)生的基本事件的集合，也就是說，事故樹中一組基本事件發(fā)生就能造成頂上事件發(fā)生。因此求出最小割集就能找出有效合理地控制事故發(fā)生的極其重要的途經(jīng)。因為最小割集明確表明:每個最小割集都是頂上事件發(fā)生的一種可能，亦即表示哪些故障和差錯同時發(fā)生頂上事件就會發(fā)生，事故樹中有幾個最小割集，頂上事件的發(fā)生就有幾種可能，最小割集越多系統(tǒng)越危險。而掌握了最小割集，實際上就掌握了事故發(fā)生的各種可能，據(jù)此可分別采取預(yù)防措施，加以控制。求最小割集我們是采用矩陣法用BASIC語言編制而成，具體步驟是首先求出事故樹的布爾特征割集，然后用布爾代數(shù)進行化簡，最后求出最小割集。
2.計算最小徑集
最小徑集也叫通集或路集，它是頂上事件 (即事故)不發(fā)生所必須的最小基本事件的集合，也就是說，事故樹中某些基本事件不發(fā)生則事故就不會發(fā)生。最/J、徑集表示系統(tǒng)的安全性，求出最小徑集就可以了解要使事故不發(fā)生有幾種可能的方案，依據(jù)最小徑集就可了解到控制住哪幾個基本事件(某一最小徑集)就可以控制住頂上事件使其不發(fā)生，要想使頂上事件不發(fā)生共有幾種可能的方案(有幾個最小徑集就有幾種方案)，從最小徑集還能直觀地看出，哪種事故發(fā)生的可能最危險，哪種稍次，以及如何采取措施降低事故發(fā)生的概率。求最小徑集我們采用的方法亦為矩陣法，是利用它與最小割集的對偶性首先作出與事故樹對偶的成功數(shù)后用BASIC語言編制而成，具體步驟是首先求出事故樹的布爾特征徑集，然后用布爾代數(shù)進行化簡，最后求出最小徑集。
3.計算頂上事件發(fā)生概率
頂上事件(事故)發(fā)生概率反映了基本事件發(fā)生概率對頂上事件發(fā)生的影響程度。因此當頂上事件發(fā)生概率超過了預(yù)定的目標值后就必須采取必要的系統(tǒng)改進措施，使其降至目標值以下，在計算頂上事件發(fā)生概率時我們采用了當前十分流行的FOXBASE語言編制而成。計算頂上事件發(fā)生概率的方法有多種，我們采用的是首項近似法和獨立近似法兩個計算方法，其目的是為了便于比較，從而找出更理想的預(yù)防措施。
(1)首項近似法的計算公式為：
(2)獨立近似法的計算公式為：
其中：
8—頂上事件發(fā)生概率值
gi—第i個基本事件的發(fā)生概率
xi∈kr—第i個基本事件屬于第r個最小割集
r—最小割集的序數(shù)
k—最小割集的個數(shù)
—求概率積
—求概率和
—求K項代數(shù)和
4.結(jié)構(gòu)皿要度分析
結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)是從事故樹的結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的重要程度，該功能是依據(jù)最小割集采用二次近似式求出各基本事件結(jié)構(gòu)重要系數(shù)，并給出從小到大的排列順序，計算公式為：
其中：r j－寸應(yīng)最小割集的階數(shù)
5.概率重要度分析
概率重要系數(shù)是各基本事件發(fā)生概率的變化給頂上事件發(fā)生概率多大影響，該功能利用頂上事件概率8函數(shù)是一個多變線性函數(shù)這一性質(zhì)對自變量基本事件qi求一次偏導(dǎo)，得到各基本事件的概率重要系數(shù)，計算公式為：
6.臨界重要度分析
該功能是從敏感度和自動發(fā)生概率的雙重角度衡量各基本事件的重要標準的計算公式，為：
其中：
Clg(i)—第i個基本事件的臨界重要系數(shù)
qi—第i個基本事件的概率系數(shù)
g—頂上事件發(fā)生的概率
Ig(i)—第i個基本事件的概率重要度系數(shù)
經(jīng)過大量繁瑣的計算，我廠潔霉素提煉單元的事故樹求出的有關(guān)參數(shù)如下：
(1)最小割集：
{X1}
{X2)
{X3}
{X4，X6}
{x4，x7}
{x4，x8}
{X5，X6)
{X5，X7}
{X5， X8)
{x9}
{x10}
{x11)
{X12)
{X13)
(2)最小徑集：
{Xl, X2，X3, X4，X5, X9, X10,X11, X12, X13)
{X1，X2，X3，X6, X7, X8，X9,X10, X11, X12, X13)
(3)頂上事件發(fā)生概率：
g = 0.36093197
(4)結(jié)構(gòu)重要系數(shù)為：
X6=0.75 X7=0.75 X8=0.75
X4 = 0.875 X5 = 0.875 Xl=1.0
X10＝1.0 X11=1.0 X12=1.0
X13=1.0 X2=1.0 X3=1.0
X9=1.0
從小到大排序如下：
X9=X3=X2=X13=X12=X11=X10=X1>X5 = X4>X8 = X7=X6
其中：
(5)概率重要系數(shù)為：
X6= 0.086 X7=0.086 X8=0.086
X4=0.21 X5=0.21 Xl=1.0
X10=1.0 X11=1.0 X12=1.0
X13=1.0 X2=1:0 X3=1.0
X9=1.0
從小到大排序如下:
X9=X3=X2=X13=X12=X11=X10
=X1>X5 = X4>X8 = X7 = X6
(6)臨界重要系數(shù)為：
X3 = 0.0005 X13=0.0009 X12 = 0.0012
X5=0.0029 X7=0.012 X6=0.014
X8 = 0. 0160 X4 = 0. 0391 Xl = 0.1165
X10 = 0.2097 X11= 0.2097 X2＝0.2097
X9 = 0.2097
從小到大排序如下:
X9=X2=X11=X10>X1>X4>X8>
X6>X7>X5>X12>X13>X3
注：各基本事件概率取值為：
X1＝0.05 X2 = 0.09 X3=0.0002
X4=0.08 X5=0.006 X6= 0.06
X7 = 0.06 X8=0.08 X9= 0.09
X10=0.09 X11 = 0. 09 X12 = 0. 0005
Xl3 = 0. 0004
7.程序設(shè)計方法
(1)利用Fusseff算法求得最小割集與最小徑集，F(xiàn)usseff算法又稱矩陣法，它是從終端事件開始，自上而下逐步填寫的，最后得到布爾特征割集，根據(jù)結(jié)果得到降低事故發(fā)生概率的所有可能作為最佳方案，此方法運算效率高，大大節(jié)省了時間。
(2)結(jié)構(gòu)重要度分析、概率重要度分析、臨界重要度分析、頂上事件發(fā)生概率是從不同角度分析各基本事件發(fā)生時對頂上事件所產(chǎn)生的影響大小，是為人們修改系統(tǒng)提供重要信息的主要手段。這幾部分功能是用FOXBASE語言采用模塊化結(jié)構(gòu)編制而成的，各功能塊使用方便靈活，從而為減少事故的發(fā)生提供了必要的理論依據(jù)。
(3)程序結(jié)構(gòu)模塊化。各功能塊相對獨立，便于維護和擴充，同時采用菜單驅(qū)動，人機界面清晰友好，使用方.便靈活，數(shù)據(jù)準確可靠。
8.應(yīng)用效果
(1)將安全評價中的事故樹分析進行微機開發(fā)提高了工作效率，減輕了工作強度，把工作人員從繁瑣的手工系統(tǒng)中解脫了出來。以前在事故樹分析中，由于基本事件的邏輯門有許多變換，計算公式非常復(fù)雜，應(yīng)用手工計算常常發(fā)生遺漏錯算，而且計算結(jié)果亦不準確，由此采用人工系統(tǒng)往往很難勝任。使用計算機進行事故樹分析后徹底解決了人工系統(tǒng)費時費力誤差大速度慢的弊端，僅用幾分鐘時間就可以代替幾小時的工作量，從而節(jié)省了大量人力物力。
(2)計算結(jié)果準確迅速及時，為搞好安全管理保證醫(yī)藥生產(chǎn)提供了可靠的輔助決策依據(jù)。由于計算機具有運算速度決、精度高、結(jié)果準確的特點，因此安全管理人員就可以依據(jù)計算機提供的分析結(jié)果及時采取經(jīng)濟有效的預(yù)防措施，使事故發(fā)生率大大降低，從而大大減少了事故的經(jīng)濟損失。
(3)用數(shù)據(jù)說話，令人信服。我廠是國家大型醫(yī)藥聯(lián)合企業(yè)，是國內(nèi)最大的抗生素生產(chǎn)基地，生產(chǎn)多種優(yōu)質(zhì)藥品，因此我廠的醫(yī)藥生產(chǎn)安全與否直接影響著眾多人口的健康。多年來我廠的安全管理工作保證了醫(yī)藥生產(chǎn)的正常進行，克服了傳統(tǒng)定性管理的缺點，如以前在確定車間或崗位的危險程度時，只能說這個車間或崗位很危險，但具體危險到什么程度傳統(tǒng)的管理方法是無法給予確切回答的，而現(xiàn)在通過事故樹分析借助計算機計算的結(jié)果就可以確切地說出這個車間或崗位的危險程度即危險等級，這樣有理有據(jù)令人信服。
(4)將我廠安全生產(chǎn)納入了現(xiàn)代化的管理中。通過安全評價畫出事故樹，再用計算機進行事故樹分析，從而找出導(dǎo)致事故發(fā)生的原因及其發(fā)生的概率，據(jù)此采取最經(jīng)濟有效的預(yù)防措施，將事故消滅在發(fā)生之前，從而達到了預(yù)防事故發(fā)生促進安全生產(chǎn)的目的。
(5)由于采用了現(xiàn)代化的安全生產(chǎn)管理方法，使我廠在醫(yī)藥生產(chǎn)中取得了巨大的經(jīng)濟效益，我廠自1989年至1996年抗生素產(chǎn)量達1.5萬t，產(chǎn)值近50億元人民幣，利稅近14億元，職工傷亡事故逐年減少，其中1993年至1996年與1989年至1992年相比死亡人數(shù)減少100%，無重傷發(fā)生，輕傷人數(shù)減少20，經(jīng)濟損失減少27，并且無任何重大、大的火災(zāi)爆炸、中毒事故發(fā)生。
幾年來，我廠在安全生產(chǎn)管理方面作了大量有效的工作，其中利用計算機進行事故樹分析協(xié)助有關(guān)人員作好安全管理，保證醫(yī)藥產(chǎn)品安全生產(chǎn)發(fā)揮了很大的作用。此外我廠以事故樹分析與應(yīng)用為核心的安全成果評價項目在1995年召開的全國化工安全衛(wèi)生技術(shù)協(xié)會上獲得優(yōu)秀成果獎。今后我們決心在醫(yī)藥安全生產(chǎn)管理的工作中，依據(jù)現(xiàn)代化管理的需要，進一步作好有關(guān)各項工作，確保我廠醫(yī)藥生產(chǎn)的安全，從而為人類的健康作出更大的貢獻。
