AltaRica 3.0模型到Promela模型转换与验证方法研究

AltaRica语言用于安全关键系统的建模,其拥有一套完整的建模分析工具,但随着AltaRica3.0的更新,ARC等传统的AltaRica建模分析工具已不再支持,而SPIN作为一个穷尽式模型验证工具被广泛应用。介绍了AltaRica3.0相对于之前版本在表达能力方面的改进,以及其底层模型GTS的基本结构。以AltaRica3.0扁平化为GTS模型的思想为基础,提出了一种AltaRica3.0模型向Promela模型的转换规则。以民用飞机中机轮刹车系统WBS为例,建立了AltaRica3.0模型,并且通过转换规则转为Promela模型。最后根据民用航空标准SAE ARP 4761中对机轮刹车系统的安全性要求,利用SPIN工具对机轮刹车系统的安全属性进行了验证。     

一种基于四变量模型的系统安全性建模与分析方法

近年来,基于模型的系统安全性分析与验证方法是安全关键系统工程领域中的一个重要研究方向。提出了一种基于四变量模型的系统安全性建模与分析验证方法,该方法利用AltaRica建模语言对系统进行建模。通过对四变量模型及AltaRica进行语义研究构建二者之间的映射规则,以民用飞机中机轮刹车系统(Wheel Brake System,WBS)为例来说明整个验证过程,即首先利用四变量模型从系统的需求层次上对WBS进行需求分析并根据映射关系构建AltaRica模型,接着利用故障树分析方法对WBS进行安全性研究,最后基于AltaRica配套工具ARC对系统的安全性属性进行验证。验证结果表明了该方法在系统安全工程领域中的实用性。     

面向SysML的系统安全性分析工具与实例研究

基于模型的安全性分析方法能够提高对目前复杂安全关键系统的建模与分析能力。系统建模语言(System Modeling Language,SysML)是一类在工业领域被广泛应用的非形式化系统功能建模语言,AltaRica是面向系统安全性分析的形式化建模语言。针对国内目前缺乏面向SysML的系统安全性分析工具的现状,设计实现了一个面向SysML的系统安全性分析工具并进行了实例研究。首先建立了SysML设计模型到AltaRica分析模型的映射规则;同时根据映射规则设计算法实现两种模型的自动转换,并集成了Altarica的分析引擎对系统模型进行自动化安全性分析;最后以SAE-AIR6110标准中的一个复杂的机轮刹车系统(Wheel Brake System,WBS)为实例,验证了所提工具的可行性和有效性。实验结果表明,对于包含25个组件类型、34个组件实例的复杂系统,该工具可有效地完成SysML模型到AltaRica模型的转换并进行正确的安全性分析。     

模型驱动的嵌入式系统设计安全性验证方法研究

基于模型的嵌入式系统安全性分析与验证方法是近年来在安全攸关系统工程领域中出现的一个重要研究热点。提出一种基于模型驱动架构的面向SysML/MARTE状态机的系统安全性验证方法,具体包括:构建了具备SysML/MARTE扩展语义的状态机元模型,以及安全性建模与分析语言AltaRica的语义模型GTS的元模型;然后建立了从SysML/MARTE状态机模型分别到时间自动机模型以及AltaRica模型的语义映射模型转换规则,并基于AMMA平台和时间自动机验证工具UPPAAL设计实现了对SysML/MARTE状态机的模型转换与系统安全性形式化验证的框架。最后给出了一个飞机着陆控制系统设计模型的安全性验证实例分析。     

基于模型驱动的航电系统安全性分析技术研究

针对综合化航空电子系统安全性分析存在的失效模式完备性和动态失效问题以及数据一致性问题,将航电系统分为3个层次:应用操作层、功能层和资源层,采用形式化方法分别对每个层次进行建模,利用模型转换技术实现3个层次之间的语义转换,确保语义的一致性。利用Event-B语言对系统应用操作和功能层建模,实现对应用操作模式完备性的检查,利用AltaRica语言能够对系统的异常行为建模,实现对系统动态失效问题的分析。以飞机自动飞行控制系统为例,利用Event-B建模工具Rodin实现对应用操作模式的分析,借助基于AltaRica语言的SimFia工具对其安全性进行分析,结果验证了所提方法的有效性和实用性。     

基于模型驱动的航电系统安全性分析

针对综合化航空电子系统安全性分析存在的失效模式完备性和动态失效问题以及数据一致性问题,将航电系统分为应用操作层、功能层和资源层3个层次,采用形式化方法分别对每个层次进行建模,利用模型转换技术实现3个层次之间的语义转换,确保语义的一致性。利用AADL语言对系统应用操作和功能层建模,实现对应用操作模式完备性检查,利用AltaRica语言对系统的异常行为建模,实现对系统的动态失效问题分析。本文以飞机自动驾驶系统为例,利用AADL建模工具Osate实现对应用操作模式的分析,借助于基于AltaRica语言的SimFia工具对其安全性进行分析,结果验证了所提出方法的有效性和实用性。     

一种基于航电系统架构模型的故障树自动建模方法

航电系统作为安全关键系统,利用故障树对其进行安全性分析十分必要。然而,传统的故障树依靠手工构建,主要依赖于分析人员对系统的理解程度;同时由于安全性分析人员与系统设计人员对系统的理解不同而很难保证失效模式与系统架构的一致性。针对上述问题,提出了一种基于航电系统架构模型的故障树自动建模方法:通过向系统设计模型中添加相应的安全性属性,并嵌入高级形式化语言AltaRica中的断言机制描述故障转移过程,由此形成安全性分析模型;基于此模型利用路径追溯的方法完成故障树自动建模。以某飞机驾驶舱显示系统为案例的研究结果表明,所提出的方法能基于航电系统架构模型有效进行故障树自动建模,从而确保了故障树分析结果的完整性。     

基于模型的故障树自动生成方法

基于模型的安全性分析方法能够提高复杂安全关键系统的建模与分析能力.目前故障树被广泛应用于系统安全及可靠性分析中.故障树分析(Fault Tree Analysis,FTA)是一种自上而下的演绎式失效方法,根据故障树分析系统中不希望出现的状态,系统工程中可以尽早确定当前系统模型可能出现的问题并及时避免.面向一类安全关键性系统领域中的系统安全性建模语言AltaRica,基于其语义模型卫士转换系统(Guarded Transition Systems,GTS),设计了从平展化的GTS模型自动构造系统故障树的方法,节省了人工构造故障树的时间,从而加快了系统分析的进度.根据AltaRica3.0语言的语义规则,提取平展化GTS模型的数据构建实例对象;设计了GTS模型划分算法,得到一组独立GTS模型与一个独立断言,通过邻接矩阵构建独立GTS的可达图并获取关键事件序列.最后将处理结束的独立GTS与独立断言相结合,通过断言传播算法得到整个系统的状态及关键事件序列,生成系统故障树.最后通过实例来检验算法的有效性,结果表明,该算法能有效完成从平展化GTS模型自动生成故障树.     

一种AltaRica 3.0模型中类的平展化方法

AltaRica是一类面向复杂安全关键系统的建模语言,卫士转换系统(Guarded Transition System,GTS)是最新的AltaRica 3.0的执行语义模型。AltaRica 3.0层次结构语法模型中类的平展化是将AltaRica 3.0语法模型转换为等价的平展化GTS语义模型过程中的一个重要步骤。文中提出了一种AltaRica 3.0模型中类的平展化优化方法。首先,设计专用的数据结构来存储AltaRica 3.0模型中类的语义结构,并对原有的ANTLR(Another Tool for Language Recognition)元语言描述的AltaRica 3.0模型颗粒度进行重新精化和定义;其次基于ANTLR生成相应的词法和语法分析器,并自动构造输入模型的语法树,通过对语法树的遍历,取得细粒度的类的关键信息并进行存储;然后设计了专用的算法,高效地实现了类的平展化过程;最后通过实例系统的分析,验证了所提方法的正确性和有效性。     

一个基于形式化方法的系统安全性建模分析实例研究

随着安全关键性系统的日益复杂,如何提高安全关键系统的安全性成为急需解决的问题.基于形式化模型的复杂系统设计与分析是一种重要的安全性分析方法.本文工作对AIR6110标准中的机轮刹车实例系统进行了基于形式化方法的安全性分析研究,包括:在系统模型设计层级对机轮刹车系统(WBS)的架构进行层次化分析,将自然语言描述的WBS系统功能用形式化语言(AADL的子集SLIM)进行严格的建模描述,消除AIR6110标准中自然语言描述存在的需求语义的二义性,从而建立了WBS系统的形式化模型;考虑系统可能发生的故障并设计多种类的故障模式,基于这些故障模式对建立的形式化功能模型进行失效行为语义的扩展,然后对获得的扩展系统模型进行安全性分析.实例分析论证了基于模型的安全性分析方法在工业系统中的有效性和实用性.     

基于UML的环境空间决策支持系统的分析与设计

统一建模语言(UML)是一种面向对象，定义明确的可视化系统建模语言，在地理信息系统工程的分析和设计中已逐渐被采用。以福建省海岸带环境调控空间决策支持系统为例，简述了系统建设背景和基本功能需求，研究了统一建模语言(UML)在空间决策支持系统分析和设计中的应用。重点提出了以系统需求用例图、活动图，类图和序列图为核心的UML辅助空间数据建模的基本原理和方法，并结合具体示例给出了基本操作流程过程和软件文档制品，最后给出了系统实现结果的典型用户界面。     

提高软件开发质量和效率的方法研究

通过对生命周期模型、原型模型优缺点的比较,结构化分析和设计方法不足之处的阐述,以及标准对象建模语言ＵＭＬ及其支持的ＣＡＳＥ工具,提出在软件开发中,实现以面向对象ＣＡＳＥ工具支持的原型系统开发模式,是提高软件开发质量和效率的有效途径之一。