發(fā)布時間：2020-06-19 18:14

【摘要】：隨著安全關(guān)鍵系統(tǒng)的復(fù)雜度以及集成度越來越高,系統(tǒng)出現(xiàn)故障往往集中在系統(tǒng)組件之間的不安全交互。傳統(tǒng)的失效-事故模型的安全性分析方法,如故障樹分析,失效模式影響分析等不能有效地找到交互性錯誤。工程實踐表明,系統(tǒng)理論過程分析(STPA)方法可以有效解決這一問題。但是,目前STPA方法缺少有效的自動化工具的支持,所以本文通過對STPA方法過程和要素的研究,設(shè)計了一個支持危害分析和安全性需求捕獲的自動化工具,并賦予其對安全需求的驗證能力,有效支撐安全性分析的工程應(yīng)用。論文的主要研究工作包括以下幾個方面:首先,針對現(xiàn)有工具的不足,對STPA基本元素模型、生成不安全控制動作、自動化驗證方面進行了深入研究。解決現(xiàn)有工具只能輔助STPA方法進行安全性分析的簡單編輯功能的問題,使得工具能夠完整支撐STPA方法的步驟和流程,并能夠?qū)崿F(xiàn)自動化生成不安全控制動作以及自動化驗證。其次,研究和解決了工具實現(xiàn)中的具體技術(shù)難點,主要包括如何構(gòu)建STPA基本元素模型及其之間的約束關(guān)系,設(shè)計不安全控制動作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和自動生成算法,以及模型驗證性質(zhì)的描述等。實現(xiàn)了控制結(jié)構(gòu)圖模型設(shè)計功能,不安全控制動作表自動生成等重要功能和安全性質(zhì)驗證等拓展功能。這些功能可以很大程度上減少安全性分析人員的重復(fù)工作,降低人為引發(fā)錯誤的概率。最后,以飛行導(dǎo)引系統(tǒng)(FGS)的安全性分析為實例研究對象,展示如何使用本工具進行安全性分析的過程,并給出了分析結(jié)果。通過與傳統(tǒng)安全性分析結(jié)果對比,體現(xiàn)了STPA方法的優(yōu)越性以及借助本工具進行安全性分析的有效性。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V249;N941
【圖文】：

支持危害分析和安全性需求捕獲的自動化工具研究與實現(xiàn)（2） 自動化生成不安全控制動作STPA 方法是尋求復(fù)雜關(guān)鍵系統(tǒng)在組件交互的過程中發(fā)生的安全性錯誤。不安全控制動作本質(zhì)上其實就系統(tǒng)控制器的控制信號在某種上下文環(huán)境中出現(xiàn)出錯，是一種錯誤發(fā)生的場景。所以，分析不安全的控制動作是 STPA 方法流程中耗時最長也是內(nèi)容最多的一環(huán)。為了提高安全性分析人員的工作效率，由麻省理工大學(xué) John Thomas 提出的形式化 STPA 是實現(xiàn)不安全控制動作自動生成的主要理論支撐。通過加入過程模型變量，計算引導(dǎo)詞與過程模型變量的笛卡爾積，確定規(guī)則表，可以自動化生成所有的不安全控制動作。通過自動化生成不安全的控制動作不僅提高整個安全性分析效率，還可以減少由人工在安全性分析過程中產(chǎn)生的人為錯誤，降低分析過程中的錯誤可能性。本工具在自動化生成不安全控制動作部分有三部分功能：首先，將過程模型變量加入系統(tǒng)控制器中，通過計算引導(dǎo)詞以及過程模型變量之間的笛卡爾積得到系統(tǒng)控制器所有潛在的不安全控制動作列表。通過對所有模型的變量化，以及變量取值的遍歷，我們可以遍歷整個系統(tǒng)模型的狀態(tài)空間，并將其自動化的顯示在工具軟件中。如圖4. 6 所示：

配置好驗證工具基本信息以及需要驗證的系統(tǒng)模型文件，便可以實現(xiàn)自動化驗。通過管道重定向系統(tǒng)的輸入輸出流，我們可以方便的將外部檢測工具的功能，集成到之中。提供特定接口與外部檢測工具對接，將外部檢測工具的所有內(nèi)容重定向至本工具戶在做安全性分析的過程中不必使用多個軟件。自動化的驗證功能，會將外部檢測工具輸入輸出呈現(xiàn)在本工具界面中，通過對接口功能的封裝，用戶也不需要知道 NuSMV 這的使用方法，僅需簡單的點擊按鈕，便可以實現(xiàn)自動化驗證，具體功能實現(xiàn)請參照 4.3 小3 具體實現(xiàn)1） 工具開發(fā)環(huán)境及內(nèi)容 程序語言：Java 平臺框架：Eclipse Rich Client Platform 開發(fā)環(huán)境：Eclipse 4.6 Neon Plugin Development Environment 類數(shù)量統(tǒng)計：155 個 代碼行數(shù)統(tǒng)計：19566 行

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本文編號：2721159