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《南京航空航天大学》 2019年
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基于系统设计模型的动态故障树构建与分析方法研究

宛伟健  
【摘要】:伴随嵌入式系统在航空、航天、核工业等安全关键领域被广泛应用,其规模和复杂度在不断增加,如何保证安全关键嵌入式系统的可靠性和安全性已经成为当前学术界和工业界的研究重点。一方面,嵌入式系统研发周期中大部分错误主要集中产生于系统设计阶段,而由于系统设计和系统分析相互分离,后期进行系统分析时,修正每个错误所要花费的代价是系统早期设计阶段修正错误代价的几倍甚至几十倍。另一方面,动态故障树作为一种有效的且被广泛应用的系统可靠性和安全性分析模型,其构建方式通常基于分析工程师手动构建,大大降低了模型的可靠性。随着系统规模的不断增加,手动构建动态故障树变得愈发困难,且基于马尔可夫链的动态故障树定量分析方法由于缺乏有效工具的支撑,存在计算过程复杂且容易出现人为错误、耗费大量人力物力和计算结果不精确等缺点。针对以上问题,本文提出一种基于系统设计模型SysML的动态故障树自动构建方法,将系统设计与系统分析相结合,在系统设计的同时进行可靠性分析;并结合概率模型检测方法,提出一种基于概率模型检测工具PRISM的动态故障树定量分析方法,能够高效精确的对动态故障树进行定量分析。论文的主要研究内容如下:(1)提出一种基于SysML活动图和扩展后的SysML模块定义图的动态故障树构建方法,首先基于SysML的Profile扩展机制,对SysML模块定义图进行故障描述语义扩展,然后结合SysML活动图提出一种动态故障树的自动构建算法,自动生成动态故障树。(2)提出一种结合概率模型检测工具PRISM的动态故障树定量分析方法,使用连续时间马尔可夫链模型对动态故障树进行形式化规约,并用PRISM语言对连续时间马尔可夫链模型进行描述,生成PRISM工具的输入模型,然后定义定量分析CSL属性规约公式,最后运行工具得出定量分析的结果。(3)设计实现了动态故障树自动生成和转换到PRISM代码的原型工具T-CDFT2PRISM,并对一个飞机结冰探测系统案例进行分析,说明本文所提方法的可行性和合理性。为安全关键嵌入式系统的可靠性分析工作提供了一种新思路。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:N945.1

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