軟硬件綜合系統軟件需求建模及可靠性綜合試驗、分析、評價技術

隨著科學技術的發展，特別是近二十年來，各項技術取得了突破性的進展，使得現代的各種系統朝著綜合化、信息化的方向迅猛發展，導致系統變得越來越復雜。這種復雜性不僅體現在系統的結構和規模上，還體現在系統的動態特性、工作條件和功能層次上，這使得對系統可靠性的研究變得越來越困難。本書主要針對軟硬件綜合系統，從系統的軟件需求建模及可靠性綜合試驗、分析、評價技術等方面展開研究。上述研究工作具有重要的理論與應用價值，也將有助於指導軟件密集型系統的設計、維護，並為系統的進一步完善奠定基礎。

胡璇，北京航空航天大學博士畢業，就職於工業和信息化部電子第五研究所，致力於軟件可靠性技術的研究和實踐。發表SCI,EI及核心期刊論文20餘篇。論文"Researches on software requirements elicitation approach of the aviation electronics system□ □ased on multi-ontology”及"The orthogonal defect classification-based software error pattern ontology construction researches"獲ICACT 2020（韓國）優秀論文獎。論文"The reliability evaluation method of software and hardware integrated system□ □ased on belief reliability"獲WCSE 2020(上海)優秀論文報告獎。論文"產業技術基礎公共服務平台建設聚焦三大重點領域產業 助力製造強國戰略”獲工業和信息化部首屆青年干部論文大賽二等獎。參與編寫《可靠性設計》。

第1章 緒論1
1．1 可靠性理論的發展1
1． 2 幾個基本概念2
1．3 常規可靠性的數學表徵3
1．4 軟件工程與軟件可靠性5
1．4．1 軟件工程的內涵及目標6
1．4． 2 軟件需求工程及需求抽取6
1．4．3 軟件可靠性9
1．4．4 軟件工程與軟件可靠性的關係11
1．5 傳統系統可靠性建模與分析13
1．6 軟硬件綜合系統可靠性15
1．7 確信可靠度16
參考文獻17

第2章 軟件缺陷、故障及失效20
2． 1 幾個基本概念20
2． 2 軟件缺陷分類23
2． 2． 1 Goel軟件缺陷分類法24
2． 2． 2 Thayer軟件缺陷分類法25
2． 2． 3 層次化軟件缺陷分類法26
2． 3 已有軟件缺陷分類法的不足35
參考文獻36

第3章 軟件測試37
3．1 靜態測試技術38
3． 2 動態測試技術39
3． 2． 1 動態測試的特點39
3． 2． 2 黑盒測試和白盒測試40
3．3 軟件可靠性測試42
3．3．1 軟件可靠性測試概念42
3．3． 2 軟件可靠性測試過程43
參考文獻46

第4章 軟件缺陷模式及軟件需求缺陷模式48
4．1 軟件缺陷模式定義及場景的產生49
4．1．1 軟件缺陷模式定義49
4．1． 2 軟件缺陷模式場景的產生52
4． 2 軟件需求缺陷模式定義及場景的產生53
4． 2． 1 軟件需求缺陷模式定義54
4． 2． 2 軟件需求缺陷模式場景的產生59
4．3 軟件需求缺陷模式實例61
參考文獻62

第5章 軟件需求缺陷模式本體表示65
5．1 本體概述66
5．1．1 本體發展歷史及定義66
5．1． 2 本體結構與本體語言67
5．1．3 本體類型及建模方法70
5．1．4 本體編輯工具74
5．1．5 本體集成75
5．1．6 本體評價75
5． 2 領域相關軟件需求缺陷模式本體表示76
5． 2． 1 需求模型及環境框架構建76
5． 2． 2 兩種情況下的軟件需求缺陷模式本體表示77
參考文獻80

第6章 多本體需求知識框架的建立84
6．1 基於面向對象本體方法85
6． 2 知識模型86
6．3 軟硬件綜合系統需求知識本體構建88
6．3．1 航電系統簡介88
6．3． 2 航電系統需求知識本體構建方2289
6．3．3 航電系統多本體需求知識框架結構96
6．4 實例驗證102
6．4．1 實驗背景102
6．4． 2 UAV FCMS軟件需求抽取本體構建及地理本體構建103
參考文獻132

第7章 基於多本體需求知識框架的軟件需求抽取137
7．1 現有需求抽取過程中存在的問題138
7． 2 基於多本體的需求抽取139
7． 2． 1 基於多本體的需求抽取流程139
7． 2． 2 基於多本體需求抽取的優點164
7．3 基於多本體需求抽取案例164
參考文獻166

第8章 可靠性試驗168
8．1 可靠性試驗類型168
8． 2 可靠性鑑定試驗170
8． 2． 1 二項試驗170
8． 2． 2 序貫試驗172
8．3 傳統可靠性試驗的不足175
參考文獻175

第9章 軟硬件綜合系統可靠性綜合試驗技術176
9．1 可靠性試驗的任務剖面信息擴充176
9．1．1 基本概念176
9．1． 2 任務剖面信息擴充179
9． 2 軟硬件綜合系統可靠性綜合試驗設計180
9． 2． 1 單任務剖面匹配及軟件可靠性測試剖面設計180
9． 2． 2 軟件可靠性測試用例生成185
9． 2． 3 軟件可靠性測試用例個數的確定188
9． 2． 4 軟件可靠性測試充分性的判定190
9． 2． 5 多任務剖面下軟件可靠性測試剖面設計及測試用例生成196
參考文獻197

第10章 軟硬件綜合系統可靠性綜合試驗的軟件測試用例優化199
10．1 可靠性綜合試驗中測試用例生成總體方案199
10． 2 基於CMC的軟硬件綜合系統狀態模型構建201
10．3 無約束的軟件測試用例優化方法203
10．4 帶有時間資源約束的軟件測試用例優化204
參考文獻207

第11章 軟硬件綜合系統可靠性分析208
11．1 基於HSRN的複雜系統可靠性分析208
11．1．1 SRN的定義208
11．1． 2 SRN的層次化209
11．1．3 HSRN的度量209
11．1．4 HSRN的等效變換210
11．1．5 HSRN模型求解212
11． 2 基於HSRN的飛控計算機系統可靠性分析213
11． 2． 1 餘度技術213
11． 2． 2 某型飛機電傳主飛控計算機結構214
11． 2． 3 分層混合建模分析215
11．3 基於Markov過程的系統可靠性分析219
11．3．1 雙機熱備系統分析220
11．3． 2 雙機熱備系統可靠性模型220
11．3．3 雙機熱備系統可靠性分析222
11．4 基於飛行剖面的任務可靠性模型223
11．4．1 飛行剖面定義223
11．4． 2 飛行剖面折合係數224
11．4．3 可靠性模型225
11．4．4 作戰飛機任務可靠性評估226
11．4．5 考慮內場故障數據的任務可靠性評估227
參考文獻228

第12章 軟硬件綜合系統安全性分析229
12． 1 軟件系統安全性分析229
12． 1．1 軟件系統的安全性工作229
12． 1． 2 軟件系統安全性分析項目230
12． 2 軟件系統級FMEA知識本體構建233
12． 2． 1 軟件系統級FMEA過程模型234
12． 2． 2 軟件系統級FMEA知識多本體框架235
12． 2． 3 軟件系統級FMEA知識本體定義235
12． 3 軟件系統級模糊FMEA239
12． 3．1 基於軟件模塊複雜度的風險因子評估239
12． 3． 2 基於熵權和模糊TOPSIS的故障模式評級241
12． 3．3 實例驗證243
12． 4 軟硬件綜合FMEA252
12． 4．1 軟硬件綜合故障生命週期252
12． 4． 2 軟硬件綜合故障模式253
12． 4．3 軟硬件綜合FMEA本體結構264
12． 4．4 基於軟硬件綜合故障（模式）的軟件測試用例生成277
參考文獻281

第13章 基於確信可靠度的軟硬件綜合系統可靠性評價284
13．1 確信可靠度定義284
13． 2 軟硬件綜合系統認知不確定因子的確定285
13． 2． 1 FMEA應用效果評價285
13． 2． 2 軟硬件可靠性綜合試驗應用效果評價289
13． 2． 3 認知不確定因子的計算292
13．3 實例驗證292
參考文獻295