HBSE 的基礎概念
「以防制危害為本位的安規工程」(Hazard-Based Safety Engineering, HBSE) 理論是近幾年由安捷倫公司 (Agilent Technologies) 及惠普科技 (Hewlett-Packard) 所發展出的產品安全訓練課程，主要目的是提供產品設計工程師一套系統化的工具，評估分析產品的安全性。HBSE 完全著眼於危害的防範，其以基礎科學 (物理、電學、 熱力學等) 的原理分析危害的存在、與事發的機制，並提供完整的分析流程及工具，以確保產品的設計已備有足夠的保護設置。

雖然 HBSE 是由安捷倫及惠普科技所發展，但其應用層面並不僅受限於資訊類產品，亦適用於所有日常生活使用的家電產品之危害分析，諸如烤箱表面到達幾度會造成燙傷?果汁機的刀片在何種條件下可能會造成使用者的傷害等。

欲防止危害的發生，首先必須知道產生危險的條件及模式，此可由〈圖一〉之三方塊圖的 HBSE 核心理論出發，以進行下一步的分析。

危險的發生模式是起始於「危險能量來源」的存在 (如圖一所示)。舉例來說，烤箱表面若溫度夠高，即是一個引起燙傷的熱源，或旋轉中的刀片，即具備割傷人體的動能。危害發生的條件，則是「傳遞機制」與「使用者人體」的同時存在。HBSE 的危害發生模式與條件理論淺顯易懂，但也是所有分析的原始起步。

在進行「量化分析」前，我們分別以 f(e)、f(x) 及 f(b) 表示「能量來源」、「傳遞機制」及「人體對危害的承受度」的可變函數。在大多數的場合中，「能量來源」及「人體之間」的「傳遞機制」扮演著「隔離保護」或「能量衰減」的角色， 因此，我們可以把〈圖一〉的模式轉換為〈圖二〉：

當 f(e) < f(b) 時，即表示「能量」低於「人體承受度」；或 f(e) / f(a) < f(b) 時，即為「能量」經過「衰減」後，低於「人體承受度」，皆不會產生危害。舉例說明，若以柳丁榨汁機 (Reamer Juicer) 為前者 (表示能量) 時，由於其轉速慢，亦無銳邊， 因此即使直接接觸，所有動能轉移至人體時 (f(a) = 1)， 亦不會對人體造成傷害；而第二種狀況，擁有 120V 電壓 (即為能量來源) 的電源線，因有電源線絕緣皮的阻抗，即使用手直接觸碰，也僅是微弱的洩漏電流流經人體，因此也不會造成危害。由前例可知， 不同能量 (f(e))、衰減機制 (f(a))、及人體承受度 (f(b)) 的數值， 將會是 HBSE 量化分析的重點。

HBSE 的分析方式與工具
在家電產品中，最經常性的危害來源，莫過於高溫的傷害，尤其是烹調用小家電，如烤箱、電鍋、油炸鍋等，所以在此以燙傷為例，並採用 HBSE 的基本模式協助我們做進一步的分析。

第一步是找出「能量來源」，在此即是「熱能」，我們以 Q 表示，由於「熱能」的傳遞為一相對值，其與「來源的溫度」及「人體承受的溫度」息息相關，且和「熱源材料的比熱」、「質量」有關，因此可由公式一取得 Q 值：

(公式一) Q = M C_p (T – T₀)

※ 公式一的 M 表「熱源質量」， C_p為「熱源材料的比熱」， 單位為 joule/g-°C， T 與 T₀ 則分別為「熱源」及「人體的溫度」，以上述的手指碰觸烤箱表面為例試算其熱能 (Q) 值：

【手指碰觸烤箱表面的 (熱能 / Q) 值】
Q = 50 g (鋁外殼質量) * 0.9 (C_p 鋁比熱) * (90°C - 32°C) = 2,610 焦耳

在正式討論「傳遞」或「衰減機制」 (f(a)) 前，應須探討人體對熱能的承受度。根據研究，如果每平方公分每秒傳遞的能量超過 2.5 焦耳時，即使只是一秒鐘的接觸，便可使人有疼痛的感覺；而當每平方公分每秒傳遞的能量超過 5 焦耳時，即會導致灼傷；假若熱能傳遞的速度越慢，則造成的疼痛或燙傷所需的時間自然會更長。以上可知，熱的傳遞機制 (f(a)) 是取決於以下係數，在此亦導出下列的「溫度差 (T – T₀) 」及「熱傳遞速率」計算公式。

【傳遞機制的影響係數】

• k (單位為 j / s-cm-°C)：物質的熱傳導係數
• A (單位為 cm²)：傳遞截面積
• l (單位為 cm)：傳遞距離 (即厚度)

【導出之相關公式】

(公式二) q = -kA(T – T₀) / l 或
(公式三) 定義熱阻 R = l / kA (單位為 s-°C/J)
整合公式二與公式三，則公式二可為：q = - (T – T₀) / R，即為 (公式四) T = T₀ + qR

現在再回至原先我們設定的狀況：當手指碰到灼熱的烤箱外殼時，究竟多少度的溫度才會造成危害?或更精確的問，若手指觸碰外殼僅一秒鐘時，外殼的溫度究竟要在多少度以下，才算安全?

一般而言，皮膚的厚度約為 0.025 – 0.043 公分，其視部位不同而有差異，而皮膚的 k 值為 0.004 (J / s-cm-°C)，因此由公式三計算，即可算出皮膚的 R 值 (熱阻值) 為 6.25 (s-°C / J)；現若以 q 值為 2.5 焦耳是安全數值，則由公式四可計算出 T 值 (外殼溫度) 在 48°C 以下是安全的。當產品擁有熱阻較大的外殼材料，如 PC 時，我們亦可採用同樣的方式，計算出安全的溫度值。

〈圖三〉手指燙傷發生之故障樹的分析

接著，我們可再利用 HBSE 的另一個工具─「故障樹分析 (Fault Tree Analysis)」，做為進一步防止燙傷發生的探討。〈圖三〉為手指燙傷發生之故障樹的分析表示，左半部是代表危險熱源的發生條件，而右半部則為「手指接觸熱源」事件之發生條件。

由〈圖三〉可知，在烤箱表面溫度無法降低的前提下，手指燙傷的發生必須是在三個保護機制 (產品保護、人體保護、及行為保護 ) 同時失效時。大多數產品的保護機制是仰賴使用者的行為保護，如使用隔熱手套或在碰觸前先試探溫度；抑或遵循產品的高溫警示，故其唯一可採取的產品保護方案，為採用低傳導係數的外殼材質來防範危害發生時對於人體的傷害。

結語
上述的範例中，我們簡單示範了以「 HBSE 的危害模式」分析燙傷的發生、再採用「HBSE 的量化工具」進一步分析危害的能量來源與人體承受度，最後再利用「 HBSE 故障樹分析」做為最有效且合於成本效益的保護機制之選擇。同樣地，我們亦可利用 HBSE 的概念及工具做為家電產品的其他安全問題的分析，如電擊的危害分析、物理性傷害 (如割傷) 的分析、燃燒危險的分析等…，皆可採取前述的〈圖一〉與〈圖二〉的三方塊圖之危害模式開始進行分析的工作。接著，再以基礎科學的原理進行各方塊圖的的量化分析，進而建立安全的基準後，最後再以專門設定特定危害的故障樹進行分析，進一步瞭解各種保護機制與危害發生間的關聯性，然後選擇主要及第二層的保護機制，再由不同的測試方法評估其選擇的保護機制之有效性。

HBSE 對家電產品設計者及安規工程師而言，的確提供了一套別於傳統的安全規範，尤其是其專注於危害發生的系統分析機制，即便對於消費者而言，在了解 HBSE 的概念後，對日常生活的產品使用及維護也具有相當正面的價值。