自動(dòng)測(cè)試軟件可靠性量化評(píng)估技術(shù)研究

　　0引言

　　隨著計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)的發(fā)展，各種電子裝備如電臺(tái)、通信控制器等在部隊(duì)得到大量應(yīng)用。為完成戰(zhàn)場(chǎng)快速測(cè)試維修，各軍種研制和集成了各種通用和專用測(cè)試系統(tǒng)，以及配套研發(fā)的系統(tǒng)級(jí)和板級(jí)TPS軟件。由于被測(cè)對(duì)象內(nèi)部檢測(cè)點(diǎn)、PCB文件、SCH文件、內(nèi)外部輸入輸出功能等測(cè)試資料不完整和不齊套，以及TPS研制時(shí)間的緊迫性，加上缺乏TPS軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，目前軟件的可靠性及其測(cè)試存在需求、測(cè)試方法、評(píng)估等問(wèn)題。軟件是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行的核心，軟件的可靠性直接關(guān)系到自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的作戰(zhàn)使命與任務(wù)。影響軟件的可靠性因素較多，本文僅對(duì)TPS軟件故障失效模式、影響及危害性分析(FMECA)和軟件故障樹(shù)分析技術(shù)(FTA)等軟件可靠性評(píng)估中存在的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了探討，方便開(kāi)展TPS軟件可靠性量化評(píng)估。

　　1 FMECA技術(shù)

　　故障模式、影響及危害性分析(failure mode，effects and criticality analysis，FMECA)是在工程實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的，它以故障模式為基礎(chǔ)，以故障影響或后果為目標(biāo)的分析技術(shù)。根據(jù)對(duì)故障模式的分析，確定每-個(gè)故障模式對(duì)產(chǎn)品性能的影響，它通過(guò)逐一分析各組成部分的不同故障對(duì)系統(tǒng)工作的影響，全面識(shí)別設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵項(xiàng)目，指導(dǎo)可靠性增長(zhǎng)工作，并為評(píng)價(jià)和改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性提供基本信息。FMECA技術(shù)具有原理簡(jiǎn)單、方法成熟、技術(shù)規(guī)范、易于操作、收效顯著等特點(diǎn)。

　　1.1軟件的失效模式分類

　　軟件失效是指軟件出現(xiàn)如下的狀態(tài)：

　　(1)功能部件執(zhí)行其功能的能力的喪失；
　　(2)系統(tǒng)或系統(tǒng)部件喪失了在規(guī)定的限度內(nèi)執(zhí)行所要求功能的能力；
　　(3)程序操作背離了程序需求。

　　在實(shí)際的軟件應(yīng)用中，按習(xí)慣，軟件失效(故障)可分為：

　　(1)死機(jī)；軟件停止輸出。
　　(2)運(yùn)行速度不匹配：數(shù)據(jù)接受(輸入)或輸出的速度與系統(tǒng)的需求不符。
　　(3)計(jì)算精度不夠：因數(shù)據(jù)采集量不夠或算法問(wèn)題導(dǎo)致某一或某些輸出參數(shù)值的計(jì)算
　　(4)精度不合要求。
　　(5)輸出項(xiàng)缺損：缺少某些必要的輸出值。
　　(6)輸出項(xiàng)多余：軟件輸出了系統(tǒng)不期望的數(shù)據(jù)／指令。

　　軟件的故障模式原因，即缺陷的分類問(wèn)題，可分類為需求缺陷、設(shè)計(jì)缺陷、編碼缺陷、文檔缺陷、管理缺陷、安裝缺陷六類。

　　1.2軟件失效模式、影響分析

　　軟件失效模式、影響分析(S-FMEA)是一種軟件可靠性、安全性設(shè)計(jì)與分析技術(shù)，它是一種誘導(dǎo)式的分析方法，通常是在軟件初始設(shè)計(jì)完成后展開(kāi)，并在其后的各開(kāi)發(fā)階段反復(fù)修改。

　　其通常的步驟是：

　　(1)從軟件的各單元(子程序、模塊)的FEMA人手，找出其所有可能的故障模式，估計(jì)對(duì)其是一層次軟件單元和硬件單元輸入的影響，確定其具體原因；
　　(2)分析對(duì)整個(gè)軟件輸出變量的影響；
　　(3)再分析對(duì)所關(guān)聯(lián)系統(tǒng)(包括硬設(shè)備)的危害。根據(jù)其影響，記錄其危害程度等級(jí)，并結(jié)合故障所在程序的調(diào)用頻率，得出危害的定性或量化值。

　　S-FMEA分析的軟件失效影響分為局部影響、上一層次影響和最終影響：

　　(1)局部影響為該軟件／軟件單元的某一服務(wù)功能的喪失，或者為不正確的輸出(輸出值出錯(cuò)、輸出遺漏、多余輸出)。
　　(2)上一層次影響為對(duì)調(diào)用該軟件／軟件單元的其它模塊／主程序的功能和輸出的影響。
　　(3)最終影響為對(duì)所控制硬件(或整個(gè)系統(tǒng))功能的影響。

　　1.3軟件失效的危害性等級(jí)

　　根據(jù)失效影響和作用反應(yīng)將軟件失效危害度分為致命的(cfitical)、嚴(yán)重的(serious)、一般的(moderate)、輕微的(cosmetic)四種。

　　1.4軟件失效模式、影響分析形式化分析方法

　　(1)危險(xiǎn)-原因-關(guān)鍵軟件變量關(guān)系

　　通過(guò)確定危險(xiǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入、輸出變量值的對(duì)應(yīng)范圍，來(lái)標(biāo)識(shí)、定位可能的軟件缺陷，并在軟件的可靠性、安全性設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的措施。

　　(2)變量失效模式分析

　　S-FMEA不僅要考慮軟件本身的失效模式如賦值錯(cuò)、變?cè){(diào)用錯(cuò)等重要的問(wèn)題，還要考慮輸入數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，如傳感器獲取的數(shù)據(jù)的誤差太大等。

　　(3)矩陣分析法

　　矩陣圖是建立輸入變量失效模式、軟件的其他失效模式(如處理邏輯等)與軟件輸出量的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系矩陣的有效方法。

　　這些方法是以軟件的功能和邏輯為主要分析對(duì)象，在軟件的概要設(shè)計(jì)完成后開(kāi)始，在以后的開(kāi)發(fā)周期反復(fù)進(jìn)行，逐步深入，分析結(jié)論指導(dǎo)設(shè)計(jì)和測(cè)試，達(dá)到將軟件缺陷消滅在設(shè)計(jì)的測(cè)試階段，提高軟件的可靠性和安全性的目的。

　　2 FTA技術(shù)

　　FTA技術(shù)(軟件故障樹(shù)分析技術(shù))分析造成產(chǎn)品某種故障狀態(tài)的各種原因和條件，確定各種原因或其組合，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)措施。

　　FTA分析是以故障樹(shù)的形式進(jìn)行分析的方法。它用于確定哪些組成部分的故障模式或外界事件或它們的組合可能導(dǎo)致產(chǎn)品的一種已給定的故障模式。它以系統(tǒng)的故障為頂事件，自上而下地逐層查找故障原因，直至找出全部直接原因(基本事件，即硬件和軟件故障、人為差錯(cuò)和環(huán)境因素等)，并根據(jù)它們之間的邏輯關(guān)系用圖表示。

　　FTA分析既可用于設(shè)計(jì)階段作潛在故障發(fā)生原因的深入分析，亦可用于中階段的故障診斷和事后的失效分析。既可用于定性分析，也可用于定量分析。在安全分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中也是常用的方法。

　　故障樹(shù)是一種特殊的倒立樹(shù)狀邏輯因果關(guān)系圖，它用事件符號(hào)、邏輯的符號(hào)和轉(zhuǎn)移符號(hào)描述產(chǎn)品系統(tǒng)中各種事件之間因果關(guān)系。 FTA包括定性分析和定量分析：

　　(1)定性分析的主要目的是尋找與系統(tǒng)有關(guān)的故障事件發(fā)生的原因和原因的組合，即尋找導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有故障模式；
　　(2)定量分析的主要目的是當(dāng)給定所有底事件發(fā)生概率時(shí)，求出項(xiàng)事件發(fā)生的概率及其他定量指標(biāo)。

　　在繪制故障樹(shù)時(shí)步驟為：列出故障事件，分析各故障之間的邏輯關(guān)系，逐級(jí)有層次地放置基本的獨(dú)立的故障事件，采用故障樹(shù)符號(hào)聯(lián)接表示因果關(guān)系，簡(jiǎn)化和整理故障樹(shù)，消除任何反饋通道等。可靠性分析可以借助可靠性分析工具來(lái)輔助TPS軟件的可靠性分析工作。 

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　隨著技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，在復(fù)雜電磁環(huán)境下，電子裝備的快速測(cè)試維護(hù)已越來(lái)越重要。TPS軟件擔(dān)負(fù)著電子裝備戰(zhàn)場(chǎng)快速自動(dòng)測(cè)試和故障診斷的任務(wù)，因而，TPS軟件的可靠性保證是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，針對(duì)TPS測(cè)試軟件可靠性測(cè)試技術(shù)、量化評(píng)估技術(shù)的研究已勢(shì)在必行。