面向对象软件FMEA方法研究

论文摘要

FMEA(失效模式及影响分析)方法作为一种传统的可靠性和安全性分析方法已广泛的应用于硬件的可靠性工程中。随着数字化革命的兴起,软件FMEA方法被提出并逐渐应用于软件产品的设计与实现的过程中,有效地提高了安全关键软件的可靠性。但是传统的软件FMEA方法存在精确性低、客观性差、缺乏自动化分析工具等缺陷;同时,由于软件FMEA在安全关键软件的可靠性与安全性分析中起到了非常重要的作用,并取得了良好的效果,因此我们考虑将其推广到通用的软件开发过程中,针对已广泛运用的面向对象软件设计方法,寻找一种基于面向对象软件的FMEA方法。针对以上存在的问题及需求,本文分析面向对象软件的特点,提取面向对象软件特有的失效模式,并尝试给出一种基于依赖关系的面向对象软件FMEA分析方法,该方法跟踪软件开发的全过程,可有效的提高软件的可靠性,并为设计计算机辅助工具提供依据。首先,文章提出基于UML模型的系统级软件FMEA方法。在软件开发的早期,即需求分析和概要设计阶段,利用UML模型产生对系统的理解,通过定义并构建UML依赖关系模型,全面展示目标系统,并以模型为依据提出基于图的可达性结点计算的失效原因及影响分析方法。其次,文章提出基于程序依赖关系的详细级软件FMEA方法。在详细设计及代码实现阶段,通过定义并构建Java系统依赖图展现代码间存在的复杂的依赖关系,为详细级软件FMEA提供分析依据,并给出基于切片思想的详细级软件失效原因及影响分析方法。在以上的分析过程中,失效模式的提取是关键和基础,本文提出了基于启发式规则的失效模式收集方法,这些启发规则包括基于面向对象软件经典的失效模式库的失效模式提取、基于各种UML模型的失效模式提取以及基于目标系统的特定需求与规约的失效模式提取。在此基础上,给出系统级软件FMEA与详细级软件FMEA综合分析方法,使两个分析过程紧密结合。最后,以理论分析为基础,设计并实现了软件FMEA辅助分析工具原型。并通过具体实例,验证面向对象软件FMEA方法的可行性以及辅助工具的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 FMEA 方法发展现状
• 1.2.2 软件FMEA 方法介绍
• 1.3 论文的主要工作及创新
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 基于UML 模型的系统级软件FMEA 方法
• 2.1 系统级软件FMEA 分析步骤
• 2.2 UML 模型及软件建模
• 2.3 基于UML 的依赖关系模型
• 2.3.1 UML 关系模型定义
• 2.3.2 依赖关系模型构造
• 2.4 系统级软件FMEA 实施方法及过程
• 2.4.1 基于启发式规则的失效模式提取
• 2.4.2 基于图的可达性结点计算的失效原因及影响分析
• 2.5 系统级软件FMEA 分析工作表
• 2.6 实例分析
• 2.6.1 确认待分析对象
• 2.6.2 定义约定层次并构建UML 依赖关系模型
• 2.6.3 提取目标系统特定的失效模式
• 2.6.4 用例失效分析
• 2.7 小结
• 第三章 基于程序依赖关系的详细级软件FMEA 方法
• 3.1 详细级软件FMEA 分析步骤
• 3.1.1 详细级软件FMEA 分析任务及研究范围
• 3.1.2 具体分析步骤
• 3.2 程序分析技术
• 3.2.1 程序分析基本概念
• 3.2.2 传统系统依赖图（SDG）介绍
• 3.2.3 面向对象系统依赖图介绍
• 3.2.4 程序切片技术
• 3.3 Java 系统依赖图的构造
• 3.3.1 基本概念
• 3.3.2 类依赖子图（CIDG）
• 3.3.3 类层次子图（CHG）
• 3.3.4 抽象类与接口实现子图
• 3.3.5 Java 系统依赖图实例
• 3.4 类失效模式研究
• 3.4.1 类中属性的失效模式
• 3.4.2 类中方法的失效模式
• 3.5 基于切片思想的失效原因及影响分析
• 3.5.1 分析方法及实施步骤
• 3.5.2 基于活跃变量集的分析结果提取
• 3.6 详细级软件FMEA 工作表
• 3.7 实例分析
• 3.8 小结
• 第四章 系统级与详细级软件FMEA 综合分析
• 4.1 综合分析的目的及任务
• 4.2 综合分析方法实施步骤
• 4.2.1 由具体代码到软件体系结构提炼失效模式
• 4.2.2 由软件体系结构到具体代码精化失效原因
• 4.3 小结
• 第五章 软件FMEA 辅助分析工具设计与实现
• 5.1 设计目标
• 5.2 FMEA 辅助分析工具总体框架
• 5.2.1 Kaffe 运行机制
• 5.2.2 软件FMEA 辅助分析工具设计框架
• 5.3 各功能模块的实现
• 5.3.1 收集执行轨迹模块实现
• 5.3.2 交互式失效原因及失效影响分析模块
• 5.4 实例分析
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果