基于模糊综合评判的装备软件可靠性研究

・・第４期计算机软件的可靠性是指软件在规定的时间内和规定的条件下完成规定功能的能力。

可靠性作为软件最重要的质量特性，是在２０世纪８０年代以后才被人们逐步认识并得到日益重视的。

计算机软件尤其是武器装备中的软件作为整个系统的一个组成部分，必须对其可靠性进行定量分析后，才能对整个系统的可靠性进行评估。

因此，装备软件可靠性的定量分析是装备软件质量保证的一个重要环节。

通过对软件可靠性的评估，可以使人们对与软件可靠性有关的参数有量化的认识，为软件产品的使用建立信心。

传统上，软件可靠性评估的一般步骤是：收集软件失效的数据，提出软件可靠性模型，软件可靠性相关参数估计及验证。

至９０年代初，已从不同的角度提出上百种软件可靠性模型。

但是，由于软件可靠性模型不但要反映软件可靠性本身，大都还要反映软件故障检测的规律，同时，由于软件的千变万化及软件测试技术的差异，给出完全准确的软件可靠性模型是非常困难的。

对同一批数据，不同的软件可靠性模型，对上述参数的计算结果存在很大的差异，这使人们很难相信对其它参数的估计是准确的。

本文的研究抛开了软件的可靠性模型，直接从软件质量模型出发，给出了一种较为实用的计算方法。

２装备软件质量模型中的可靠性参数软件质量框架如图１所示，是一个“质量特性－质量子特性－度量元”的三层结构模型：上层是面向管理的质量特性，每一个质量特性代表软件质量的一个方面；第二层的质量子特性是上层质量特性的细化，是管理人员和技术人员关于软件质量问题的通讯渠道；最基于模糊综合评判的装备软件可靠性研究余琳陶欢解放军电子工程学院（合肥２３００３７）摘要：从软件质量框架模型出发，结合装备软件的特点，分析了影响装备软件可靠性的因素，提出了运用模糊综合评判方法对可靠性进行评估的方法。

最后，给出了一个实例。

关键词：质量模型；可靠性；模糊综合评判ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆＥｑｕｉｐｍｅｎｔＳｏｆｔｗａｒｅＢａｓｅｄｏｎＦｕｚｚｙＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎＹｕＬｉｎＴａｏＨｕａｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰＬＡ（ＨｅＦｅｉ２３００３７）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｏｍｔｈｅｖｉｅｗｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｑｕａｌｉｔｙｍｏｄｅｌ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｓｅｄｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｗｈｉｃｈａｆｆｅｃｔｔｈｅｒｅｌｉａ－ｂｉｌｉｔｙｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄａｄｖａｎｃｅｄａｍｅｔｈｏｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｂａｓｅｄｏｎｆｕｚｚｙｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｊｕｄｇｍｅｎｔ．Ａｎｅｘａｍｐｌｅｉｓｇｉｖｅｎｉｎｔｈｅｅｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｌｉｔｙｍｏｄｅｌ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｆｕｚｚｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎ１引言ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＣＯＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥＳ通信对抗第４期２００５年Ｎｏ．４２００５２００５年通信对抗・・下面一层是度量元（包括各种参数）用来度量质量特性。

定量化的度量元可以直接测量或统计得到，为最终得到软件质量子特征值和特征值提供依据。

根据ＩＳＯ９１２６标准质量模型，结合武器装备软件的结合性、适应性、实时性与特殊性等特点，将可靠性细化为成熟性、稳定性、易恢复性［２］等。

对于装备软件的可靠性评价可以采用定量与定性评价相结合的方法，即选择合适的可靠性度量元（可靠性参数），然后分析可靠性数据而得到参数具体值，最后进行评价。

经过对软件可靠性细化分解并依据装备软件的特点，可以得到装备软件的可靠性度量元［３］（可靠性参数），如图２所示。

①可用度Ａ指装备软件运行后在任一随机时刻需要执行规定任务或完成规定功能时，软件处于可使用状态的概率。

可用度是对应用软件可靠性的综合（即综合各种运行环境以及完成各种任务和功能）度量。

其计算方法为：Ａ＝ＭＴＢＦＭＴＢＦ＋ＭＴＴＦ②初期故障率装备软件在初期故障期（一般以软件交付给用户后的三个月内为初期故障期）内单位时间的故障数。

一般以每１００ｈ的故障数为单位。

可以用它来评价交付使用的软件质量与预测什么时候软件可靠性基本稳定。

初期故障率的大小取决于软件设计水平、检查项目数、软件规模、软件调试彻底与否等因素。

③偶然故障率指装备软件在偶然故障期（一般以软件交付给用户的四个月以后为偶然故障期）内单位时间的故障数。

一般以每１０００ｈ的故障数为单位，它反映了软件处于稳定状态下的质量。

④平均失效等待时间ＭＴＴＦ指装备软件在失效前正常工作的平均统计时间。

其计算方法为：假设装备软件系统在规定的环境条件（包含复杂的战术背景）中运行ｎ次，每次的战术背景有所不同，其失效时间分别为ｔ１、ｔ２、…ｔｎ，则ＭＴＴＦ＝１ｎｎｉ＝１!ｔｉ⑤平均失效间隔时间ＭＴＢＦ指装备软件在相继两次失效之间正常工作的平均统计时间。

在实际使用时，ＭＴＢＦ通常是指当ｎ很大时，系统第ｎ次失效与第ｎ＋１次失效之间的平均统计时间。

对于失效率为常数和系统恢复正常时间很短的情况下，ＭＴＢＦ与ＭＴＴＦ几乎是相等的。

⑥平均失效恢复时间ＭＴＴＲ指装备软件失效后恢复正常工作所需的平均统计时间。

其计算方法为ＭＴＴＲ＝１ｎｎｉ＝１!△ｔｉ其中，ｎ是应用软件运行失效的次数，△ｔｉ是第ｉ次失效后恢复正常工作的时间。

对于装备软件，其失效恢复时间为排除故障或系统重新启动所用的时间，而不是对软件本身进行修改的时间（因软件已经固化在机器内，修改软件势必涉及重新固化问题，而这个过程的时间是无法确定的）。

３模糊综合评判法将模糊逻辑理论运用到软件工程领域以形成软件质量的定量评价，实现在模糊环境下的有效判断和决策，符合模糊逻辑理论的应用特点和软件工程的发展方向。

３．１模糊变换模糊综合评判是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，考虑被评价对象的各个因素或分项指标，对其进行综合评价［４］。

评价的着眼点是所要考虑的各个相关因素。

在评价某对象时，可根据情况将评价结果分成一定的等级，如：Ａ．五个好坏等级：很好、较好、一般、较差、很差Ｂ．三个满意等级：很满意、大体满意、不满意Ｃ．三个满意要求等级：满足要求，基本满足要求，不满足要求图１软件质量框架模型可用度初期故障率偶然故障率ＭＴＴＦＭＴＢＦＭＴＴＲ成熟性稳定性易恢复性可靠性图２软件可靠性分解图软件质量质量特性质量特性质量特性质量子特性质量子特性质量子特性度量度量度量…………４０・・第４期上述评价结果等级称作评语集合Ｖ＝｛ｖ１，ｖ２，…，ｖｎ｝。

假设评价对象的各个因素构成集合Ｕ＝｛ｕ１，ｕ２，…，ｕｎ｝，首先对因素集Ｕ中单因素ｕｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）进行单因素评判，从因素ｕｉ着眼考虑确定给定对象的评价等级ｖｊ的隶属度是ｒｉｊ，这样就得出第ｉ个因素的单因素评判集ｒｉ＝｛ｒｉ１，ｒｉ２，…，ｒｉｎ｝。

它是评语集合Ｖ上的模糊子集，这样ｍ个因素的评价集就构造出一个总的评价矩阵Ｒ＝（ｒｉｊ）ｍ×ｎ＝ｒ１１，ｒ１２，…，ｒ１ｎｒ２１，ｒ２２，…，ｒ２ｎ…ｒｍ１，ｒｍ２，…，ｒｍｎ!""""""""""#$%%%%%%%%%%&也就是说每输入一个模糊向量Ａ，就可输出一个相应的综合评判结果Ｂ，其关系如图３所示：３．２多级模糊综合评判对各个因素进行模糊变换后，就可使用不同的模糊运算模型进行运算，这里使用算子’＝（∧，∨），“∧”表示模糊与运算，“∨”表示模糊或运算。

另外，当评价的对象或系统特别复杂时，考虑的评判因素就会很多，如果用一级评判模糊，将难于确定各因素权重，同时由于权重的归一性，每一因素的权得必然太小，通过（∧，∨）运算将会使较小权重因素的信息丢失。

因此，就必须把因素集合按某些属性分类，先对每一类作综合评判，然后再对评判结果进行类之间的高层综合评判。

类的划分可不止一次，依此类推，就有了二级、三级甚至更多级的模糊综合评判。

一般实际中多用到三级综合评判。

多级模糊综合评判方法即是一个多级模糊变换器，其原理如图４所示。

各级的运算如下①顶级综合评判Ｂ＝Ａ’Ｒ＝Ａ’Ｂ１Ｂ２…Ｂｎ!"""""""""#$%%%%%%%%%&②中间级综合评判Ｂｉ＝Ａｉ’Ｒｉ＝Ａｉ’Ｂｉ１Ｂｉ２…Ｂｉｎ!"""""""""#$%%%%%%%%%&（ｉ＝１，２，…，ｎ）③最底级综合评判Ｂｉｊ＝Ａｉｊ’Ｒｉｊ，（ｉ＝１，２，…，ｎ；ｊ＝１，２，…，ｎ）４应用举例考虑对某武器装备系统软件采用模糊多级综合评判进行可靠性的定性分析。

这里选取的因素有可用度Ａ、初期故障率、偶然故障率、平均失效等待时间、平均失效间隔时间、平均失效恢复时间六个因素。

为简化起见，这里采用二级模糊综合评判。

将以上六个因素分别记为Ｕ＝｛ｕ１，ｕ２，…，ｕ６｝。

评判分为四等：ｖ１＝很好，ｖ２＝较好，ｖ３＝一般，ｖ４＝差。

于是Ｖ＝｛ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４｝。

评判小组由专家、设计人员和使用人员三类组成，分别得出单因素评判矩阵：Ｒ１＝０．３６０．２４０．１３０．２７０．２００．３２０．２５０．２３()Ｒ２＝０．３００．２８０．２４０．１８０．２６０．３６０．１２０．２０(*Ｒ３＝０．３８０．２４０．０８０．２００．３４０．２５０．３００．１１+*将Ｕ分为Ｕ１＝｛ｕ１，ｕ２｝，Ｕ２＝｛ｕ３，ｕ４｝，Ｕ３＝｛ｕ５，ｕ６｝它们对应的单因素评判矩阵为Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３。

Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３各自的权重分配为：Ａ１＝｛０．４，０．６｝Ａ２＝｛０．３，０．７｝Ａ３＝｛０．５，０．５｝于是有Ｂ１＝Ａ１’Ｒ１＝｛０．２６４，０．２８８，０．２０２，０．１３８｝Ｂ２＝Ａ２’Ｒ２＝｛０．２７２，０．３３６，０．１５６，０．１９４｝Ｂ３＝Ａ３’Ｒ３＝｛０．３６０，０．２４５，０．１９０，０．１５５｝取Ｒ＝Ｂ１Ｂ２Ｂ３(*＝０．２６４０．２８８０．２０２０．１３８０．２７２０．３３６０．１５６０．１９４０．３６００．２４５０．１９００．１５５(*（下转第５２页）输入Ａ,,模糊变换Ｒ输出Ｂ图３模糊变换器图４三级综合评判流程图余琳陶欢：基于模糊综合评判的装备软件可靠性研究４１２００５年通信对抗・・（上接第４１页）若Ｕ＝｛Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３｝的权重分配为：Ａ＝（０．２０，０．３５，０．４５）则Ｂ＝Ａ!Ｒ＝（０．３１，０．２９，０．１８，０．１７）因此，该武器装备软件系统的可靠性等级为很好。

５结论由于装备软件可靠性的固有特点，对其进行定量分析通常十分困难。

因此，在实际中多采用定性分析方法。