[发明专利]基于AltaRica的航电系统动态重构建模方法

说明书

本发明是一种基于AltaRica的航电系统动态重构建模方法，用于航电系统任务可靠性建模。本发明在分析航电系统特征的基础上，提出以有限状态机为理论基础，基于AltaRica模型对系统的任务可靠性进行建模。该方法可以实现系统功能与故障逻辑一体化建模，通过故障状态和触发事件的扩展定义,以完整描述系统在故障发生与容错设计条件下各组件工作状态的跳变与影响关系,真实地反映出航电系统的设计特征。本发明使复杂的动态重构过程模型化，便于分析动态重构过程的任务可靠性，将AltaRica模型与航电系统动态重构过程结合，创立了全新的过程建模方法。

技术领域

本发明属于航空系统任务可靠性建模技术领域，具体涉及一种基于AltaRica的航电系统动态重构建模方法。

背景技术

随着新一代航空装备向综合化、模块化、智能化方向发展，以动态可重构技术、容错技术、测试性技术、内容管理系统(CMS)技术为代表的大量新技术在装备中得到普及和应用。动态可重构是航电系统的重要特性，重构系统最突出的优点在于当故障发生时，系统的功能动态重构的方式是预先设定好的，当一个配置集合中的模块发生故障时，系统将按照设计蓝图(Blue Print)寻找下一可用的配置集合并完成配置。

由于动态可重构系统自身具有系统功能复杂、系统功能失效时序相关、各子系统相互依赖、重资源调度等典型特征，因此给系统任务可靠性建模工作带来了新的挑战。如何有效构建系统任务可靠性模型、准确表征容错设计的复杂交互过程和状态交联关系，成为开展动态可重构航电系统任务可靠性分析评估的关键难题。

在可靠性动态建模技术方面，国内外学者作了大量的研究，并对一系列可靠性建模方法进行了探索，如Markov、动态故障树、Petri网方法、有限状态机等，但是这些方法在工程中开展全面推广与技术应用还存在一定不足。马尔科夫模型广泛用作复杂的故障容错系统进行可靠性分析的技术，但是随着系统复杂度的不断提高，其状态集合的数量将呈指数级增长，进而导致模型状态空间产生爆炸致使模型无法求解。动态故障树模型把传统的故障树分析扩大到动态系统性能，具有顺序相关、资源共享、可修复以及冷、热备份等特性，但是由于其最终解析过程是转化为相应的Markov模型而做进一步求解，故同样面临着空间爆炸导致模型无法求解的问题。Petri网与有限状态机模型都用于描述存在条件与事件间的关系，是一种重要的动态系统建模工具，但随着系统复杂度提高，依靠人工梳理系统各层级的动态交互及影响关系变得十分困难，且模型构建结果无法有效表征系统架构特性，不利于模型的检查与复用，从而导致其工程的可用性不高。

AltaRica是法国工业界和学术界联合开发，以卫士转换系统(GuardedTransition System,GTS)语义为基础进行系统正常和故障行为建模与分析的语言。该建模方法是以参量化的状态定义为核心，通过事件的触发描述系统或组件的工作模式或故障状态变化，并进一步采用函数调用的方式实现对系统架构层级、组件交互逻辑(正常/故障状态的传递及影响)的定义，可满足复杂系统关于可靠性分析过程中关于系统架构、故障逻辑信息建模工作。AltaRica模型的主构元素包括模块、输入/输出端口、状态、事件和转换。

(1)模块，用于表示系统的功能模块或软硬件单元，通过对模块相关元素(包括端口、状态、事件等)的补充定义，可实现系统内部的故障传播逻辑定义；

(2)输入/输出端口，用于定义模块中被传递的输入或输出数据，这些数据可来自于系统架构、ICD文件、FMEA/FMES等相关数据内容；

(3)状态，用于表述组件模块在系统运行过程中可能所处的所有状态集合，其定义主要分为如下两类：功能状态——系统正常情况下的工作模式或工作状态；失效状态——来自系统各研制阶段下的故障模式数据，如组件的功能故障模式；

(4)事件，事件是模块状态发生跳变的触发条件，是构建系统动态行为的核心元素，事件的定义内容可包括：系统正常行为下各组件自身工作状态发生跳变的触发条件；其他模块的输入激励信息；组件故障模式；