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基于模型的发动机软件可靠性与安全性分析

        

        一、案例背景

        通过分析可知,发动机可调静子叶片(VSV)控制与输出功能,对于发动机喘振有影响。VSV控制与输出功能数据流图如下图所示。通过N2传感器采集的数据,以及T25传感器采集的数据,将这些数据进行初步的诊断与处理之后,输入到VSV_d几何期望控制模块,然后将输出的VSV值输入到VSV小闭环控制模块,从而产生控制阀门的角度参数,进行阀门控制。为分析VSV控制与输出功能(嵌入式软件)对发动机喘振的影响,了解内部具体的故障模式以及影响,现采用POSFIA软件建立其模型,并进行FMEA分析、FHA分析、RBD分析、FTA分析。通过该简单的示例,了解如何基于模型进行软件可靠性、安全性分析,以及如何基于POSFIA进行模型驱动的软件可靠性、安全性分析(注:案例部分数据来源黄百乔等人)。

        二、建立软件可靠性、安全性分析模型

        根据VSV控制与输出功能的需求及数据流图,了解到N2和T25传感器采集的数据,经过处理之后,输入到VSV_d几何期望控制模块,VSV_d几何期望控制模块内部调用N2T25算法进行计算、VSV插值计算之后,输出VSV_d值。VSV_d值再输入到VSV小闭环控制模块进行计算、处理之后,得到VSV值输出。

        根据上述信息,利用IPO功能分解之后,确定了各模块的输入、处理、输出信息。然后在POSFIA软件分层方式建立其模型。

        第一层模型包含N2频率采集与转换模块、T25模拟量采集与转换模块、故障诊断与处理模块、VSV_d几何期望控制模块、VSV小闭环控制模块;输入信号为N2传感器数据、T25传感器数据;输出为VSV输出。

        第二层模型是对VSV_d几何期望控制模块、VSV小闭环控制模块的进一步细化与分解。其中,VSV_d几何期望控制模块包括N2T25算法模块、VSV插值算法模块,输入为N2、T25值,输出为VSV_d值。

模型驱动的软件可靠性与安全性分析

        具体在POSFIA软件建立的模型及结构如下图所示

模型驱动的软件可靠性与安全性分析

第一层模型

模型驱动的软件可靠性与安全性分析

第二层(VSV_d几何期望控制模块的下一层结构)

        同时,根据IPO的功能分解得到的数据,设置各模块的输入、输出、状态、逻辑信息。

模型驱动的软件可靠性与安全性分析

        设置好上述各模块的信息之后,即可查看FMEA、FTA、FHA、RBD、概率风险评价(PRA,也称PSA)等计算结果了。这些FMEA、FTA、FHA、RBD分析结果自动生成,都是基于前面建立的模型自动生成的,若模型更改,这些数据自动跟着更改、更新。对于设计人员来说,只要关系如何建立综合模型,如何基于IPO分解确定输入、输出、状态、逻辑关系即可。FMEA、FTA、FHA、RBD等计算结果自动根据设计师所构建的模型自动产生,方便查看、分析、验证及迭代设计。

模型驱动的软件可靠性与安全性分析

模型驱动的软件可靠性与安全性分析

        若需要根据软件测试、软件失效数据进行软件可靠性分析、可靠性增长评估,可使用POSREL工具进行分析。

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