1 / 31 硬件可靠性建模与评估方法
第一部分 硬件可靠性建模基础 ........................................................................................... 2
第二部分 常见硬件故障类型分析 ....................................................................................... 4
第三部分 可靠性模型分类及应用 ....................................................................................... 7
第四部分 随机变量与概率分布介绍 ................................................................................. 10
第五部分 生存函数与可靠度函数详解 ............................................................................. 14
第六部分 负指数分布及其在硬件中的应用 ..................................................................... 16
第七部分 Weibull 分布及其在硬件中的应用 .................................................................. 20
第八部分 失效时间数据的统计分析方法 ......................................................................... 23 2 / 31 第一部分 硬件可靠性建模基础
科技成果——数控系统可靠性试验测试方法与装置
技术开发单位
北京航空航天大学
适用范围
数控机床与基础制造装备
成果简介
研究数控系统可靠性试验测试方法及装置，建立“数控系统可靠性试验测试中心”，选取国内外典型高档数控系统开展长时间、批量化“定时截尾”试验测试，获取准确、客观、可比的数据，找出国产高档数控系统薄弱环节及影响可靠性的关键问题所在，为厂家科学评估产品可靠性水平及实现可靠性增长、提升市场竞争力提供测试手段及数据支持。
研究并提出数控系统可靠性试验测试技术规程、试验测试方法（标准草案）等；建立具有冗余功能的数控系统可靠性试验测试物理环境及软硬件系统；研究解决数控系统可靠性试验测试长时间运行、双冗余数据采集和存储、批量化试验大量数据分析等关键技术；已完成对7种国产高档数控系统（含伺服装置）和3种国外典型
高档数控系统，每种3台套共计30台套，开展10000小时以上试验测试。
创新点与先进性
（1）制定的《数控系统可靠性试验测试技术规范》及《数控系统可靠性试验方法（标准草案）》等文件，为数控系统、数控机床等产品的可靠性研究、可靠性设计、可靠性试验等提供参考和指导。
（2）建设了国内首个批量化长时间实测获取数控系统可靠性数据的物理环境和网络系统，具有第三方较大规模试验现场测试能力，可为数控系统和机床生产厂商提供可靠性试验测试、理论研究和数据处理分析等应用服务，提升行业内可靠性水平。
（3）科学的分析了国内外典型高档数控系统产品的差距，增强了参试厂商的产品可靠性意识，提升了行业内企业对可靠性工作的重视程度。
效益分析
项目实施取得的成果，可为科学评估国内外典型高档产品的差距，分析国产数控系统薄弱环节提供测试平台，并通过分析参试数控系统产品的故障特征和模式分析、可靠性影响因素分析、FMEA分析等，为国产数控系统提高可靠性，特别是早期故障的定位和排除起到了关键的支撑作用，进一步为产品升级的改进设计、可靠性增长提供测试方法、装置等技术支持。
软件学报ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@
Journal of Software,2019,30(7):19661979 [doi: 10.13328/ki.jos.005753]
©中国科学院软件研究所版权所有. Tel: +86-10-62562563
面向实时数据的CPS一体化建模方法
罗晨霞1, 王 瑞1, 关 永2, 李晓娟1, 施智平1, Xiaoyu SONG 3
1(轻型工业机器人与安全验证北京市重点实验室(首都师范大学 信息工程学院),北京 100048)
2(电子系统可靠性与数理交叉学科国家国际科技合作示范型基地(首都师范大学),北京 100048)
3(Portland State University, Portland 97207, OR 97207, USA)
通讯作者: 王瑞, E-mail: rwang04@
摘 要: 信息物理系统(cyber-physical system,简称CPS)是一个在环境感知的基础上整合了物理和计算元素的系
统,它可以智能地响应真实世界的动态变化,具有重要而广阔的应用前景.然而,CPS工作在复杂的物理环境中,周围
的物理变化会对CPS的行为产生影响.因此,确保CPS在复杂环境中的安全性和可靠性至关重要.提出了一种面向实
时数据的一体化建模方法,通过定义一系列的规则,将领域环境模型组合到运行时验证过程中去,从而保证CPS在不
确定环境中的安全性和可靠性.该方法首先为环境建立数学模型.然后,设计合并规则将相同系统参数下仅有一个环
境影响因子的数学模型合并为相同系统参数下有一个或多个环境影响因子的数学模型.之后,定义转换规则,将数学
模型转换为伪代码表示的环境模型.最后,根据组合规则将环境模型组合到运行时监视模型中执行验证.该方法使得
２０１７年第８期 计算机与现代化 ＪＩＳＵＡＮＪＩ ＹＵ ＸＩＡＮＤＡＩＨＵＡ 总第２６４期
文章编号：１００６－２４７５（２０１７）０８－００７８－０６
一种嵌入式软件可靠性建模与评估方法
刘维维，庄毅，李蜜
（南京航空航天大学计算机科学与技术学院，江苏南京２１００１６）
摘要：虽然ＡＡＤＬ已经被广泛应用于嵌入式软件体系结构的建模与分析，但其作为一种半形式化建模语言，不能满足严 格分析评估软件可靠性的要求。为了解决这个问题，本文首先采用离散时间马尔可夫链ＤＴＭＣ刻画ＡＡＤＬ可靠性模型，
主要描述系统的状态转移与转移概率。然后基于概率计算树逻辑ＰＣＴＬ提出一种可靠性定量评估方法，通过计算可用度 评估可靠性。最后设计可靠性评估器，并通过一个飞行管理系统的实例研究验证所提出的建模与评估方法的有效性。
关键词：可靠性；体系结构分析与设计语言；离散时间马尔可夫链；概率计算树逻辑；模型检测
中图分类号：ＴＰ３１１．５ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－２４７５．２０１７．０８．０１７
Ａｎ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ
ＬＩＵ Ｗｅｉ－ｗｅｉ，ＺＨＵＡＮＧ Ｙｉ，ＬＩ Ｍｉ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１ ００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｔｈｏｕｇｈ ＡＡＤＬ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｉｔ’ｓ ａ ｓｅｍｉ—ｆｏｒ— ｒｅａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｌａｎｇｕａｇｅ ａｎｄ ｃａｎｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｉｇｏｒｏｕｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ，ｆｉｒｓｔ ｏｆ ａｌｌ，ｗｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｔｈｅ ＡＡＤＬ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｍｏｄｅｌ ｂｙ ｄｉｓｃｒｅｔｅ—ｔｉｍｅ Ｍａｒｋｏｖ ｃｈａｉｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｎ，ｗｅ ｐｒｏｐｏｓｅ ａ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ Ｏ１３＿ＰＣＴＬ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｅ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｔｏｏ１．Ｂｙ ｔｈｅ ｔｏｏｌ，ａ ｃａｓｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａ ｆｌｉｇｈｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ＡＡＤＬ；ＤＴＭＣ；ＰＣＴＬ；ｍｏｄｅｌ ｃｈｅｃｋｉｎｇ
