[发明专利]基于Rhapsody状态机的高容错电子系统任务可靠性仿真分析方法

说明书

本发明提出一种基于Rhapsody状态机的高容错电子系统任务可靠性仿真分析方法，按以下步骤进行：确定系统任务可靠性要求与仿真分析目标；根据系统的FMEA结果提取系统组成单元的关键信息；建立基于Rhapsody状态机的故障仿真模型；将使用场景要素和任务失效判据与所述准确的故障仿真模型元素进行关联；对系统容错能力进行分析，对任务可靠度、平均严重故障时间等任务可靠性定量指标进行评估，最终实现对高容错复杂电子系统的任务可靠性仿真分析与评估。本发明在Rhapsody正常功能仿真模型基础上，建立满足任务可靠性分析需求的故障仿真模型，同时开发一套自动化任务可靠性仿真分析机制和算法，为复杂电子系统任务可靠性分析和评估提供有效手段。

技术领域

本发明涉及属于电子系统可靠性设计与分析技术领域，涉及一种基于Rhapsody状态机的高容错电子系统任务可靠性仿真分析方法。

背景技术

任务可靠性是对系统在规定任务剖面内完成规定功能能力的表征，任务可靠性分析是可靠性设计的核心工作之一，主要目的是确定系统中影响任务的关键故障模式及组合，对系统的容错能力、任务可靠性水平进行分析和评估，进而指导系统的余度架构、功能逻辑的设计改进和优化。

传统的任务可靠性建模分析方法主要包括可靠性框图法、故障树等。这些方法对于装备运行周期内故障逻辑固定不变的情况是适用的，但对于具有高容错能力的电子系统，其一般会采用多余度表决、动态功能重构、软件算法重构等复杂设计手段，因此其系统故障逻辑一般是动态的，而且故障是否会影响任务通常与具体的使用场景及输入值紧密相关，传统的任务可靠性建模对于此类系统是不适用的。近几年来新发展的Petri网方法、马尔科夫建模等方法尽管可以解决一部分动态系统任务可靠性建模的问题，但是也存在明显的缺陷。一是其建立的模型不是装备本身的功能模型，多数需要在装备功能原理的基础上进行简化和重建模，这不仅增加了设计师的工作量，而且无法保证模型的真实性、正确性；二是受制于建模语言，此类通用模型只能简单描述系统的状态变化，不能对系统的复杂计算逻辑和算法进行建模，无法对系统的故障重构逻辑进行充分的分析和验证。因此，针对具有高容错能力的电子系统，必须寻求新的任务可靠性建模分析手段。

Rhapsody是IBM公司开发的一个基于模型的系统工程软件工具套件，目前在电子系统基于模型的设计过程中得到了广泛的应用。其建立的状态机模型，不仅可以全面描述系统的单元组成、功能操作、信号流以及状态模式变换，同时还可以采用伪代码或C语言来描述系统的各种复杂逻辑处理，因此是实现高容错复杂系统电子系统任务可靠性分析的有效工具。但是，目前Rhapsody使用过程中主要是对系统功能正常状态的建模，缺乏对系统故障状态和冗余、容错设计逻辑的建模方法，还不能实现对系统任务可靠性的同步分析和评估。

发明内容

本发明的目的在于针对高容错电子系统缺乏有效的任务可靠性分析手段的问题，以目前基于模型的系统工程常用软件工具Rhapsody为基础，提出一种基于Rhapsody状态机的任务可靠性仿真分析方法，在Rhapsody正常功能仿真模型基础上，建立满足任务可靠性分析需求的故障仿真模型，同时开发一套自动化任务可靠性仿真分析机制和算法，为复杂电子系统任务可靠性分析和评估提供有效手段。

具体的，本发明提供一种基于Rhapsody状态机的高容错电子系统任务可靠性仿真分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、确定系统任务可靠性要求与仿真分析目标；

系统任务可靠性要求与仿真分析目标包括典型任务剖面{MP1，…，MPs}、每个典型任务剖面的持续时间{Mt1，…，Mts}以及在每一个典型任务剖面下的任务可靠性要求，所述任务可靠性要求包括任务可靠度R、平均严重故障时间MTTCF和容错能力要求；

S2、根据系统的FMEA结果提取系统组成单元的关键信息；

所述关键信息包括系统组成单元的产品功能、故障模式、局部影响和设计改进措施；