论文摘要：软件FMEA与软件开发过程一体化应用研究

目前，软件已成为新一代武器装备系统中不可缺少的一部分，且所占功能的比重也越来越大。随着硬件技术的不断进步，硬件系统的可靠性工程技术已经日臻成熟，因此软件可靠性工程技术已经成为影响系统可靠性的瓶颈。软件可靠性分析是软件可靠性工程的重要环节，它通过在软件开发过程中对潜在的软件失效进行分析，并采取必要的措施来避免或缓解失效可能带来的影响，来提高系统可靠性。软件可靠性分析是一种事前分析，这些工作不仅能大大提高软件的可靠性，也符合了软件工程中尽早发现软件缺陷的思想。软件FMEA方法是一种公认的最常用软件可靠性分析方法之一。软件FMEA方法是一种自底向上的分析方法，它通过分析软件底层模块潜在的失效模式，并分析引起失效模式发生的原因，可能的影响，并针对原因给出相应的改进措施，来提高软件的可靠性与安全性。目前软件FMEA方法中还存在着一些不足之处，如缺少失效模式分析方法、失效影响并未严格按照软件功能的执行逻辑来分析，纯手工的分析，效率较低，缺少有效的辅助工具的支持等，软件FMEA方法常用在安全关键软件中，在常规软件开发过程中并未推广应用。因此本文首先针对软件FMEA方法中的不足之处进行了改进，为软件FMEA辅助工具的设计提出了相应的方法理论，并开发实现了该辅助分析工具。为了将软件FMEA方法在常规软件开发过程中推广应用，本文提出了软件FMEA与面向过程软件开发一体化应用过程，并将此一体化过程定义为标准的过程域。本文主要研究内容包括：1．基于特定过程元模型的软件FMEA方法。为建立类似于硬件标准部件PDM数据库的软件失效模式数据库，提出了特定过程元模型的概念。并提出了基于特定过程元模型的软件功能分解建模方法。将软件功能最终分解为特定过程，并建立特定过程失效模式PDM数据库。在此基础上提出了基于特定过程元模型的软件FMEA方法，该方法为设计与实现软件FMEA辅助分析工具提供了方法基础，而建立的特定过程失效模式PDM数据库为软件FMEA辅助分析工具提供了数据支持。在该方法中提出了一种基于Borda值方法的排序模型，用于指导改进措施执行的优先级顺序的决策。本文还提出了一种基于特定过程功能分解的软件故障树分层构建方法，为构建软件故障树过程提供了方法指导。2．对象失效模式分析方法（Object-FMA）。针对软件FMEA方法中缺少失效模式分析方法的不足，提出了对象失效模式分析方法。从面向对象的视角来分析软件功能对象的失效模式，并提出了失效模式的新定义。该方法提供一种系统地分析失效模式的方法，不仅能提高失效模式分析的充分性，也能够从方法上保证失效模式分析的质量，避免失效模式分析过多地依赖分析人员的经验，造成失效模式分析的遗漏。该方法也为建立特定过程失效模式PDM数据库提供了方法指导。Object-FMA还能用于其它方面，本文提出了一种基于Object-FMA方法的代码审查方法，从另一方面证明了Object-FMA方法的实用性。3．软件系统级FMEA辅助工具的设计与实现。以基于特定过程元模型的软件FMEA方法为方法基础，设计与开发了软件系统级FMEA辅助工具，该工具集成了前期建立的软件特定过程失效模式PDM数据库，提供了图形化的软件功能分解建模方法，可直接使用数据库中已定义的特定过程来作为软件功能分解建模的元素，能够高效直观地建立软件功能分解模型，该工具能方便地配置建模时使用的已定义特定过程的失效模式，建立的功能分解模型中描述了失效模式影响传递关系，能够提高影响分析的准确性，数据库记录的经验数据也为失效原因分析，改进措施分析提供了参考，该工具还提供了自动生成FMEA报告的功能，因此，该工具能够从多方面提高软件FMEA的效率。4．软件FMEA与软件开发过程一体化应用。将软件FMEA与面向过程的软件开发紧密结合，在需求分析阶段，建立软件功能分解模型，该模型既为软件需求分析与软件设计提供了指导，也作为软件FMEA的依据。对软件需求规格说明书中的功能性需求、内外接口需求、性能需求进行FMEA，对安全性需求进行FTA，将分析的结果作为软件功能的风险因素，在软件开发的后续阶段进行追踪与验证。并将上述过程定义为软件功能风险因素分析、追踪与验证过程域，将其作为软件开发的过程域之一，与其它过程域一起实施，从而将软件FMEA过程与软件开发过程融为一体。5．实例验证。以某型号的发动机控制软件为实例验证的对象，该软件采用面向过程的软件开发，尚处于需求分析阶段。应用本文提出的软件FMEA与软件开发过程一体化方法，首先建立该软件的需求分解模型，并对需求文档中的功能性需求、内外接口需求、性能需求进行FMEA，对安全性需求进行FTA，得到软件的功能风险因素。在实施软件FMEA时使用开发的辅助分析工具，在实施FTA时采用本文提出的基于特定过程分解的嵌入式软件故障树分层构建方法。实例过程验证了辅助工具对软件FMEA的辅助分析的支持，验证了故障树分层构建方法对故障树构建过程的指导，得到的功能风险因素将在后续的开发过程中进行追踪与验证。

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