软件可靠性设计与分析

软件可靠性分析与设计

软件可靠性分析与设计

软件可靠性分析与设计的原因?软件在使用中发生失效(不可靠会导致任务的失败,甚至导致灾难性的后果。因此,应在软件设计过程中,对可能发生的失效进行分析,采取必要的措施避免将引起失效的缺陷引入软件,为失效纠正措施的制定提供依据,同时为避免类似问题的发生提供借鉴。

?这些工作将会大大提高使用中软件的可靠

性,减少由于软件失效带来的各种损失。

Myers 设计原则

Myers 专家提出了在可靠性设计中必须遵循的两个原则:

?控制程序的复杂程度

–使系统中的各个模块具有最大的独立性

–使程序具有合理的层次结构

–当模块或单元之间的相互作用无法避免时,务必使其联系尽量简单,

以防止在模块和单元之间产生未知的边际效应

?是与用户保持紧密联系

软件可靠性设计

?软件可靠性设计的实质是在常规的软件设计中,应用各种必须的

方法和技术,使程序设计在兼顾用户的各种需求时, 全面满足软件的可靠性要求。

?软件的可靠性设计应和软件的常规设计紧密地结合,贯穿于常规

设计过程的始终。?这里所指的设计是广义的设计, 它包括了从需求分析开始, 直至实现的全过程。

软件可靠性设计的四种类型

软件避错设计

?避错设计是使软件产品在设计过程中,不发生错误或少发生错误的一种设计方法。的设计原则是控制和减少程序的复杂性。

?体现了以预防为主的思想,软件可靠性设计的首要方法

?各个阶段都要进行避错

?从开发方法、工具等多处着手

–避免需求错误

?深入研究用户的需求(用户申明的和未申明的

?用户早期介入, 如采用原型技术

–选择好的开发方法

?结构化方法:包括分析、设计、实现

?面向对象的方法:包括分析、设计、实现

?基于部件的开发方法(COMPONENT BASED

?快速原型法

软件避错设计准则

? (1模块化与模块独立

–假设函数C(X定义了问题X 的复杂性, 函数E(X定义了求解问题X 需要花费的工作量(按时间计,对于问题P1和问题P2, 如果C(P1>C(P2,则有

E(P1> E(P2。

–人类求解问题的实践同时又揭示了另一个有趣的性质:(P1+P2>C(P1 +C(P2

–由上面三个式子可得:E(P1+ P2> E(P1+E(P2?这个结论导致所谓的“分治法” ----将一个复杂问题分割成若干个可管理的小问题后更易于求解,模块化正是以此为据。

?模块的独立程序可以由两个定性标准度量,这两个标准分别称为内聚和耦合。耦合衡量不同模块彼此间互相依赖的紧密程度。内聚衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度。

软件避错设计准则

? (2抽象和逐步求精

–抽象是抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节

?举例

–抽象Ⅰ该CAD 软件系统配有能与绘图员进行可视化通信的图形界面,能用鼠标代替绘图工具画各种直线和曲线; 能完成所有几何计算以及所有截面视图和辅助视图的设计。

–抽象Ⅱ CAD软件任务;

–用户界面子任务;

–创建二维图形子任务;

–管理图形文件子任务;

– END CAD

–抽象III………………

?软件工程过程的每一步都是对软件解法的抽象层次的一次精化

软件避错设计准则

? (3信息隐蔽和局部化

–信息隐藏原理指出:应该这样设计和确定模块,使得一个模块内包含的信息对于不需要这些信息的模块来说, 是不能访问的。“只有需要才能知道”–

–如果绝大多数数据和过程对于软件的其他部分而言是隐蔽的, 那么在修改期间由于疏忽而引入的错误就很少可能传播到软件的其它部分

–局部化是指把一些关系密切的软件元素物理地放得彼此靠近

?局部变量

启发规则? 改进软件结构提高模块独立性?模块规模应该适中

?深度、宽度、扇出和扇入都应适当–深度表示软件结构中控制的层数,它

往往能粗略地标志一个系统的大小和复杂程度。

–宽度是软件结构内同一层次上的模块总数的最大值。

–扇入是指有多少个上级模块直接调用它,扇入越大则共享该模块的上级模块数目越多,这是有好处的。–扇出是一个模块直接调用的模块数目,扇出过大意味着模块过分复杂, 需要控制和协调过多的下级模块。

其中E 函数扇入数为2, 扇出数为3。

圈复杂度115的控制流图

圈复杂度10的控制流图

启发规则

?模块的作用域应该在控制域之内

?力争降低模块接口的复杂程度

– QUAD-ROOT(TBL,X=>QUAD-ROOT(A,B,C,ROOT1,ROOT2 ?设计单入口单出口的模块

?模块功能应该可以预测

软件避错设计

?慎重使用容易引入缺陷的结构和技术–浮点数

–指针

–动态内存分配

–并行

–递归

–中断

–继承

–别名

–默认输入的处理

GJB/Z102-97软件可靠性和安全性设计准则

序设计

软件查错设计

软件查错设计

?软件查错设计是指在设计中赋予程序某些特殊的功能,使程序在运行中自动查找存在错误的一种设计方法。

?被动式错误检测

–在程序的若干部位设置检测点,等待错误征兆的出现

?主动式错误检测

–对程序状态主动进行检查

被动式错误检测

?检测原则

–相互怀疑原则:在设计任何一个单元、模块时, 假设其它单元、模块存在着错误; –立即检测原则:当错误征兆出现后,要尽快查明,以限制错误的损害并降低排错的难度。

?负效应

–所设置的“接收判据”不可能与预期的正确结果完全吻合,导致错判或漏判;–软件增加了冗余可能降低可靠性

被动式错误检测的实施方法?看门狗定时器

–当出现潜在不安全的系统状态或有可能转移到这种状态时,将系统转移到规定的安全状态。

?循环等待次数控制

?配合硬件进行处理的设计

–如:电源失效、电磁干扰、系统不稳定、接口故障、干扰信号,以及错误操作等。

?按照已知的数据极限检查数据;

?按照变量间恒定关系检验;

?检查所有多值数据的有效性;

?对冗余的输入数据进行一致性检验;

?

……

看门狗的设计

看门狗技术是控制运行时间的一种有效方法。看门狗实际上是一种计时装置,当计时启动后看门狗在累计时间, 当累计时间到了规定值

时触发到时中断(即狗叫,看门狗在不需要时可以关闭。看门狗的设计要

首先明确其目的性。如:

(1要防某段程序可能的死循环,则在此段程序前启动狗,在此段程序后关闭狗,在狗叫中断中进行超时异常处理。

(2要防外来的信息长时间不来,则在开始等外来信息时启动狗,在接收到外来信息时关闭狗,在狗叫中断中进行超时异常处理。

(3要防计算超时,则在开始计算时启动狗,在计算完毕后关闭狗,在

狗叫中断中进行超时异常处理。

显然,不可能要求一个狗可以看管好所有的超时情况。

避免潜在的死循环

在等待外部信号的程序段中,不允许无限制地等待。正确的做法应是,或采用循环等待次数控制, 或使用定时器,使得规定时间内(无论成功或失败必须保证退出等待外部信号的程序段

。

不允许的设计方法建议采用的设计方法

注意通过双口RAM进行握手

通过双口RAM进行信息交换是设计师经常采用的一种设计方案。的

确双口RAM提供了信息交换双方的方便读写,但仅靠双口RAM要做到

读写的时序要求就要格外小心。

如此的设计是要避免的:通过双口RAM交换信息,在双口RAM中设置了握手信号单元。读方检查到握手信号为01H , 表明对方已准备好数据, 再读数据, 读完后将握手信号置为00H ; 写方检查到握手信号为00H , 表明对方已取走数据, 再写数据, 写完数据后再将握手信号置为01H , 表明自己已准备好数据。这种设计不一定可靠,可能会出现写方要写握手信号时, 读方正在读握手信号,则写方要写的值写不进去。可靠的设计应用硬件连线保证握手,而不要靠双口RAM中的握手信号。如果一定要靠双口RAM 进行握手,则写握手信号单元数据时一定要写完后接着再读出, 经验证确实写成功后再进行下面的操作, 否则需继续写。

当然这必须与避免潜在的死循环的设计准则联合使用。

可靠的设计方法

握手标志置不上的可能

数据采集的多路冗余设计

关键数据的采集可采用多路冗余设计, 即可以从多个通讯口对同一数据进行采集,通过表决进行有效数据的裁决。通常多采用奇数路的冗余设计, 如3路、5路等。

(1开关量的裁决可采用多数票的裁决,如3取2、5取3等。

(2模拟量的裁决可采用中间数平均值的裁决,如3路数的中间值、5路数去掉最大最小值后的平均值等。

主动式错误检测

?软件BIT

–对ROM 中的代码进行和检验(sum check;

–检测RAM , 以保证正确的操作用数码;

–检测内存的正确性, 以确保正确操作;

–对关键及重要的函数功能及逻辑功能进行典型较核。–……

据统计,将硬件看门狗定时器及软件BIT相结合,一般可检测出98%的故障。

?主动式错误检测可作为周期性任务来安排,也可作为一个低优先级的任务来执行。

故障恢复措施

?完全恢复(依靠冗余备份

?降级恢复(只提供重要的功能?立即停止程序运行(安全停机?记载错误

–将发生错误时的状态记录在一个外部文件上,然后让系统恢复运行, 再由维护人员对记录进行深入的分析研究。

软件改错设计

软件改错设计

?改错设计是指在设计中, 赋予程序自我改正错误、减少错误危害程度的能力的一种设计方法。?改正错误的前提是已经准确地找出软件错误的起因和部位(故障检测与故障定位合称故障诊断,程序又有能力修改、剔除有错误的语句。?现阶段仅限于减少软件错误造成的有害影响,或将有害影响限制在一个较小的范围。常采用故障隔离技术。

?现阶段没有人的参与几乎不可能

故障隔离

?权限最小化原则是实现故障隔离的主要思想。?为了限制故障的

蔓延,要求对过程和数据加以严格的定义和限制。例如,针对操作系统的故障隔离方法:

–不允许一个用户的应用程序引用或修改其它用户的应用程序或数据;

–绝对不允许一个应用程序引用或修改操作系统的编码或操作系统内部的数据;

–保护应用程序及其数据,使其不致由于操作系统的错误而引起程

序和数据的偶然变更;

–应用程序绝对不能终止系统工作、不能诱发操作系统去改变其它

的应用程序或数据;

–……

软件容错设计

软件容错设计

?软件容错设计是指在设计中赋予程序某种特殊的功能,使程序在

错误已被触发的情况下,系统仍然具有正常运行能力的一种设计方法。–时间容错

–结构容错

–信息容错

时间容错

?所谓“时间容错”就是不惜以牺牲时间为代价来换取软件系统

高可靠性的一种手段,它包括指令的重复执行和程序(一个模块或一个子

程序重复执行,两种常被采用而行之有效的方法

–指令重复执行是当应用软件系统检查出正在执行的指令出错误后, 让当前指令重复执行n 次(n>=3, 若故障是瞬时性的干扰,在指令重复执行时间内,故障有可能不再复现,这时程序就可以继续往前执行下去。

这时指令执行时间比正常时大n 倍

–程序(一个模块或一个子程序重复执行是当应用软件系统检查出正在执行的程序出错误后,中断当前正在运行的软件, 反复调用n 次(n>=3运行出错的程序(一个模块或一个子程序。在反复调用过程中若故障不再复现,这时程序继续从中断的地址往F执行。这时所需的运行时间比重复执行n 条指令的时间要大得多

?对于复执不成功的情况,通常的处理办法是发出中断,转入错误处理程序,或对程序进行复算,或重新组合系统, 或放弃程序处理。

For (i=0,i<3,i++

{

…

x[i]=ReadData(…; //读入数据…

}

2From3(x;//三取二方法函数

结构容错

?结构容错的基本思想来源于硬件可靠性中的冗余技术。

静态冗余N 版本程序设计法(NVP

动态冗余恢复块法(RB Q: 使用多个完全相同的软件能够实现

容错吗

软件N 版本程序设计

?美加州大学Avizienis 和L.Chen 提出?基本思想

–对相同的要求进行多个不同版本的设计–对相同的初始条件和相同的输入的操作结果实行表决(多数决定、一致决定

?针对的错误来源:设计人员对需求说明理解不正确、不完全

导致的缺陷

?要求需求说明完全、精确

NVP 的基本结构

表决器

冗余软件的设计原则

?相异性是指对实现同一功能的多版本产品,在制作时为防止出现共因故障而有意识地使之产生某种差异的性质;

?冗余版本之间相互屏蔽故障不能完全依靠背靠背编程(随机相异;

?应有意识地实行相异化编程(强制相异:–相互独立的不同人员

–不同的算法

–不同的编程语言

–不同的编译程序

–不同的设计工具、测试方法

–……

恢复块法

M 1

A 2

M 2

A 3

M 3

接收测试失效基本块替换块N 告警输入

接收测试1

“正确”输出“正确”输出

恢复块法

?恢复块法适合只有一台计算机的情况;

?允许只对较为复杂、容易出故障的程序段进行冗余;

?基本块与替换块的设计应尽可能相异;

?接收测试的作用非常重要,应能检测程序执行结果与预期结果的偏离,或检测和防止能触发安全事故的输出:

–需求检查法

–帐目检查法

–合理性检查法

–计算机运行时检查法

信息容错(检错及纠错

?一般非关键信息可以使用奇偶校验码。

?关键、重要信息与其它信息之间应保持一定的Hamming 距离,不会因一位或两位差错而引起系统故障。

–例如不能用01表示一级点火, 10表示二级点火, 11表示三级点火。

?如安全关键信息有差错,应能检测出来, 并返回到规定的状态(例如安全状态。

–如循环码

可靠性设计的主要内容

可靠性设计的主要内容 1、研究产品的故障物理和故障模型 搜集、分析与掌握该类产品在使用过程中零件材料的老化、损伤和故障失效等（均为受许多复杂随机因素影响的随机过程）的有关数据及材料的初始性能（强度、冲击韧性等）对其平均值的偏离数据，揭示影响老化、损伤这一复杂物理化学过程最本质的因素，追寻故障的真正原因。研究以时间函数形式表达的材料老化、损伤的规律，从而较确切的估计产品在使用条件下的状态和寿命。用统计分析的方法使故障（失效）机理模型化，建立计算用的可靠度模型或故障模型，为可靠性设计奠定物理数学基础，故障模型的建立，往往以可靠性试验结果为依据。 2、确定产品的可靠性指标及其等级 选取何种可靠性指标取决于产品的类型、设计要求以及习惯和方便性等。而产品可靠性指标的等级或量值，则应依据设计要求或已有的试验，使用和修理的统计数据、设计经验、产品的重要程度、技术发展趋势及市场需求等来确定。例如，对于汽车，可选用可靠度、首次故障里程、平局故障间隔里程等作为可靠性指标，对于工程机械则常采用有效度。 3、合理分配产品的可靠性指标值

将确定的产品可靠性指标的量值合理分配给零部件，以确定每个零部件的可靠性指标值，后者与该零部件的功能、重要性、复杂程度、体积、重量、设计要求与经验、已有的可靠性数据及费用等有关，这些构成对可靠性指标值的约束条件。采用优化设计方法将产品（系统、设备）的可靠性指标值分配给各个零部件，以求得最大经济效益下的各零部件可靠性指标值最合理的匹配。 4、以规定的可靠性指标值为依据对零件进行可靠性设计 即把规定的可靠性指标值直接设计到零件中去，使它们能够保证可靠性指标值的实现。

通用的可靠性设计分析方法

通用的可靠性设计分析方法 1.识别任务剖面、寿命剖面和环境剖面 在明确产品的可靠性定性定量要求以前，首先要识别产品的任务剖面、寿命剖面和环境剖面。 （1）任务剖面“剖面”一词是英语profile的直译，其含义是对所发生的事件、过程、状态、功能及所处环境的描述。显然，事件、状态、功能及所处环境都与时间有关，因此，这种描述事实上是一种时序的描述。 任务剖面的定义为：产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。它包括任务成功或致命故障的判断准则。 对于完成一种或多种任务的产品，均应制定一种或多种任务剖面。任务剖面一般应包括：1）产品的工作状态； 2）维修方案； 3）产品工作的时间与程序； 4）产品所处环境（外加有诱发的）时间与程序。 任务剖面在产品指标论证时就应提出，它是设计人员能设计出满足使用要求的产品的最基本的信息。任务剖面必须建立在有效的数据的基础上。 图1表示了一个典型的任务剖面。 （2）寿命剖面寿命剖面的定义为：产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。寿命剖面包括任务剖面。 寿命剖面说明产品在整个寿命期经历的事件，如：装卸、运输、储存、检修、维修、任务剖面等以及每个事件的持续时间、顺序、环境和工作方式。 寿命剖面同样是建立产品技术要求不可缺少的信息。 图2表示了寿命剖面所经历的事件。

（3）环境剖面环境剖面是任务剖面的一个组成部分。它是对产品的使用或生存有影响的环境特性，如温度、湿度、压力、盐雾、辐射、砂尘以及振动冲击、噪声、电磁干扰等及其强度的时序说明。 产品的工作时间与程序所对应的环境时间与程序不尽相同。环境剖面也是寿命剖面和任务剖面的一个组成部分。 2.明确可靠性定性定量要求 明确产品的可靠性要求是新产品开发过程中首先要做的一件事。产品的可靠性要求是进行可靠性设计分析的最重要的依据。 可靠性要求可以分为两大类：第一类是定性要求，即用一种非量化的形式来设计、分析以评估和保证产品的可靠性；第二类是定量要求，即规定产品的可靠性指标和相应的验证方法。 可靠性定性要求通常以要求开展的一系列定性设计分析工作项目表达。常用的可靠性定性设计工作项目见表1。

系统可靠性设计与分析

可靠性设计与分析作业 学号：071130123 姓名：向正平一、指数分布的概率密度函数、分布函数、可靠度函数曲线 （1）程序语言 t=(0:0.01:20); Array m=[0.3,0.6,0.9]; linecolor=['r','b','y']; for i=1:length(m); f=m(i)*exp(-m(i)*t); F=1-exp(-m(i)*t); R=exp(-m(i)*t); color=linecolor(i); subplot(3,1,1); title('指数函数概率密度函数曲线'); plot(t,f,color); hold on subplot(3,1,2); title('指数函数分布函数函数曲线'); plot(t,F,color); hold on subplot(3,1,3); title('指数指数分布可靠度函数曲线 plot(t,R,color); hold on end （3）指数分布的分析 在可靠性理论中，指数分布是最基本、最常用的分布，适合于失效率为常数 的情况。指数分布不但在电子元器件偶然失效期普遍使用，而且在复杂系统和整 机方面以及机械技术的可靠性领域也得到使用。 有图像可以看出失效率函数密度f(t)随着时间的增加不断下降，而失效率随 着时间的增加在不断的上升，可靠度也在随着时间的增加不断地下降，从图线的 颜色可以看出，随着m的增加失效率密度函数下降越快，而可靠度的随m的增加 而不断的增加，则失效率随m的增加减小越快。 在工程运用中，如果某零件符合指数分布，那么可以适当增加m的值，使零 件的可靠度会提升，增加可靠性。 二、正态分布的概率密度函数、分布函数、可靠性函数、失效率函数曲线 （1）程序语言 t=-10:0.01:10; m=[3,6,9]; n=[1,2,3]; linecolor=['r','b','y'];

可靠性设计的基本概念与方法

4．6 可靠性设计的基本概念与方法 一、结构可靠性设计概念 1．可靠性含义 可靠性是指一个产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；而一个工业产品(包括像飞机这样的航空飞行器产品)由于内部元件中固有的不确定因素以及产品构成的复杂程度使得对所执行规定功能的完成情况及其产品的失效时间(寿命)往往具有很大的随机性，因此，可靠性的度量就具有明显的随机特征。一个产品在规定条件下和规定时间内规定功能的概率就称为该产品的可靠度。作为飞机结构的可靠性问题，从定义上讲可以理解为：“结构在规定的使用载荷／环境作用下及规定的时间内，为防止各种失效或有碍正常工作功能的损伤，应保持其必要的强刚度、抗疲劳断裂以及耐久性能力。”可靠度则应是这种能力的概率度量，当然具体的内容是相当广泛的。例如，结构元件或结构系统的静强度可靠性是指结构元件或结构系统的强度大于工作应力的概率，结构安全寿命的可靠性是指结构的裂纹形成寿命小于使用寿命的概率；结构的损伤容限可靠性则一方面指结构剩余强度大于工作应力的概率，另一方面指结构在规定的未修使用期间内，裂纹扩展小于裂纹容限的概率．可靠性的概率度量除可靠度外，还可有其他的度量方法或指标，如结构的失效概率F(c)，指结构在‘时刻之前破坏的概率；失效率^(()．指在‘时刻以前未发生破坏的条件下，在‘时刻的条件破坏概率密度；平均无故障时间MTTF(MeanTimeToFailure)，指从开始使用到发生故障的工作时间的期望值。除此而外，还有可靠性指标、可靠寿命、中位寿命，对可修复结构还有维修度与有效度等许多可靠性度量方法。 2．.结构可靠性设计的基本过程与特点 设计一个具有规定可靠性水平的结构产品，其内容是相当丰富的，应当贯穿于产品的预研、分析、设计、制造、装配试验、使用和管理等整个过程和各个方面。从研究及学科划分上可大致分为三个方面。 (1)可靠性数学。主要研究可靠性的定量描述方法。概率论、数理统计，随机过程等是它的重要基础。 (2)可靠性物理。研究元件、系统失效的机理，物理成固和物理模型。不同研究对象的失效机理不同，因此不同学科领域内可靠性物理研究的方法和理论基础也不同． (3)可靠性工程。它包含了产品的可靠性分析、预测与评估、可靠性设计、可靠性管理、可靠性生产、可靠性维修、可靠性试验、可靠性数据的收集处理和交换等．从产品的设计到产品退役的整个过程中，每一步骤都可包含于可靠性工程之中。 由此我们可以看出，结构可靠性设计仅是可靠性工程的其中一个环节，当然也是重要的环节，从内容上讲，它包括了结构可靠性分析、结构可靠性设计和结构可靠性试验三大部分。结构可靠性分析的过程大致分为三个阶段。 一是搜集与结构有关的随机变量的观测或试验资料，并对这些资料用概率统计的方法进行分析，确定其分布概率及有关统计量，以作为可靠度和失效概率计算的依据。

软件可靠性技术发展与趋势分析

软件可靠性技术发展及趋势分析 1引言 1)概念 软件可靠性指软件在规定的条件下、规定的时间内完成规定的功能的能力。 安全性是指避免危险条件发生，保证己方人员、设施、财产、环境等免于遭受灾难事故或重大损失。安全性指的是系统安全性。一个单独的软件本身并不存在安全性问题。只有当软件与硬件相互作用可能导致人员的生命危险、或系统崩溃、或造成不可接受的资源损失时，才涉及到软件安全性问题。由于操作人员的错误、硬件故障、接口问题、软件错误或系统设计缺陷等很多原因都可能影响系统整体功能的执行，导致系统进入危险的状态，故系统安全性工作自顶至下涉及到系统的各个层次和各个环节，而软件安全性工作是系统安全性工作中的关键环节之一。 因此，软件可靠性技术解决的是如何减少软件失效的问题，而软件安全性解决的是如何避免或减少与软件相关的危险条件的发生。二者涉及的范畴有交又，但不完全相同。软件产生失效的前提是软件存在设计缺陷，但只有外部输入导致软件执行到有缺陷的路径时才会产生失效。因此，软件可靠性关注全部与软件失效相关的设计缺陷，以及导致缺陷发生的外部条件。由于只有部分软件失效可能导致系统进

入危险状态，故软件安全性只关注可能导致危险条件发生的失效。以及与该类失效相关的设计缺陷和外部输入条件。 硬件的失效，操作人员的错误等也可能影响软件的正常运行，从而导致系统进入危险的状态，因此软件安全性设计时必须对这种危险情况进行分析，井在设计时加以考虑。而软件可靠性仅针对系统要求和约束进行设计，考虑常规的容错需求，井不需要进行专门的危险分析。在复杂的系统运行条件下，有时软件、硬件均未失效，但软硬件的交互 作用在某种特殊条件下仍会导致系统进入危险的状态，这种情况是软件安全性设计考虑的重点之一，但软件可靠性并不考虑这类情况。2）技术发展背景 计算机应用范围快速扩展导致研制系统的复杂性越来越高。软硬件密切耦合，且软件的规模，复杂度及其在整个系统中的功能比重急剧上升，由最初的20%左右激增到80%以上。伴随着硬件可靠性的提高，软件的可靠性与安全性问题日益突出。 在军事、航空航天、医疗等领域，核心控制软件的失效可能造成巨大的损失甚至威胁人的生命。1985年6月至1987年1月，Therac-25治疗机发生6起超大剂量辐射事故，其中3起导致病人死亡。1991年海湾战争。爱国者导弹在拦截飞毛腿导弹中几次拦截失败，其直接原因为软件系统未能及时消除计时累计误差。1996年阿里亚娜5型运载火箭由于控制软件数据转换溢出起飞40秒后爆炸，造成经济损

软件可靠性和安全性设计指南

软件可靠性和安全性设计指南 (仅供内部使用) 文档作者：_______________ 日期：___/___/___ 开发/测试经理：_______________ 日期：___/___/___ 产品经理： _______________ 日期：___/___/___ 管理办：_______________ 日期：___/___/___ 请在这里输入公司名称 版权所有不得复制

软件可靠性和安全性设计指南 1 范围 1 .1主题内容 [此处加入主题内容] 1 .2适用范围 [此处加入适用范围] 2 引用标准 GBxxxx 信息处理——数据流程图、程序流程图、系统流程图、程序网络图和系统资源图的文件编制符号及约定。 GB/Txxx 软件工程术语 GB/Txxxxxx 计算机软件质量保证计划规范 GB/T xxxxx 计算机软件配置管理计划规范 GB/T xxxxx 信息处理——程序构造及其表示的约定 GJBxxxx 系统安全性通用大纲 GJBxxxxx 系统电磁兼容性要求 GBxxxx 电能质量标准大纲 GBxxxxx 电能质量标准术语 3 定义 [此处加入定义] 3 .1失效容限 [此处加入失效容限] 3 .2扇入 [此处加入扇入] 3 .3扇出 [此处加入扇出] 3 .4安全关键信息 [此处加入安全关键信息] 3 .5安全关键功能 [此处加入安全关键功能]

3 .6软件安全性 [此处加入软件安全性] 4 设计准则和要求 4 .1对计算机应用系统设计的有关要求 4 .1.1 硬件软件功能的分配原则 [此处加入硬件软件功能的分配原则] 4 .1.2 硬件软件可靠性指标的分配原则[此处加入硬件软件可靠性指标的分配原则] 4 .1.3 容错设计 [此处加入容错设计] 4 .1.4 安全关键功能的人工确认 [此处加入安全关键功能的人工确认] 4 .1. 5 设计安全性内核 [此处加入设计安全性内核] 4 .1.6 记录系统故障 [此处加入记录系统故障] 4 .1.7 禁止回避检测出的不安全状态[此处加入禁止回避检测出的不安全状态] 4 .1.8 安全性关键软件的标识原则 [此处加入安全性关键软件的标识原则] 4 .1.9 分离安全关键功能 [此处加入分离安全关键功能] 4 .2对硬件设计的有关要求 [此处加入对硬件设计的有关要求] 4 .3软件需求分析 4 .3.1 一般要求 [此处加入一般要求] 4 .3.2 功能需求 [此处加入功能需求] 4.3.2.1输入 [此处加入输入] 4.3.2.2处理 [此处加入处理] 4.3.2.3输出 [此处加入输出]

北京航空航天大学系统可靠性设计分析期末试卷a

1．判断题（共20分，每题2分，答错倒扣1分） (1)（）系统可靠性与维修性决定了系统的可用性和可信性。 (2)（）为简化故障树，可将逻辑门之间的中间事件省略。 (3)（）在系统寿命周期的各阶段中，可靠性指标是不变的。 (4)（）如果规定的系统故障率指标是每单位时间0.16，考虑分配余量，可以按每单位时间0.2 进行可靠性分配。 (5)（）MTBF和MFHBF都是基本可靠性参数。 (6)（）电子元器件的质量等级愈高，并不一定表示其可靠性愈高。 (7)（）事件树的后果事件指由于初因事件及其后续事件的发生或不发生所导致的不良结果。 (8)（）对于大多数武器装备，其寿命周期费用中的使用保障费用要比研制和生产费用高。 (9)（）所有产品的故障率随时间的变化规律，都要经过浴盆曲线的早期故障阶段、偶然故障 阶段和耗损故障阶段。 (10)（）各种产品的可靠度函数曲线随时间的增加都呈下降趋势。 2．填空题（共20分，每空2分） (1)MFHBF的中文含义为。 (2)平均故障前时间MTTF与可靠度R(t)之间的关系式是。 (3)与电子、电器设备构成的系统相比，机械产品可靠性特点一是寿命不服从分 布，二是零部件程度低。 (4)在系统所处的特定条件下，出现的未预期到的通路称为。 (5)最坏情况容差分析法中，当网络函数在工作点附近可微且变化较小、容差分析精度要求不 高、设计参数变化范围较小时，可采用；当网络函数在工作点可微且变化较大，或容差分析精度要求较高，或设计参数变化范围较大时，可采用。 (6)一般地，二维危害性矩阵图的横坐标为严酷度类别，纵坐标根据情况可选下列三项之一： 、 或。

3．简要描述故障树“三早”简化技术的内容。（10分）

嵌入式软件可靠性设计规范checklist

嵌入式软件可靠性设计规范汇总

43.高级报警显示：红色，1.4Hz～ 2.8Hz，信占比率20%～60%开 44.中级报警显示：黄色，0.4Hz～0.8Hz，信占比率20%～60%开 45.低级报警显示：蓝绿色或者黄色，常开，信占比率100% 46. 高优先级和中优先级的报警上、下限设置值，一旦超出可能引起较严重后果的非合理报警数值区域时，均需加单独的对话弹出框予以提醒操作者 47. 默认的报警预置不允许修改，并提供让用户能恢复到出厂默认报警设置的操作途径 48.做报警日志记录，为以后的故障分析、维修检查或商业纠纷提供依据 与硬件接口的软件49. 数据传输接口的硬件性能限制了数据传输速率的提高，在确定波特率前，要确认硬件所能承受的最高传输率，光耦、485、232、CAN、传输线上有防护 器件（TVS或压敏电阻）的端口 50.硬件端口读进来的数据必须加值域范围的判断 51.硬件端口读取数据，必须加可控时间或次数的有限次限制 52.A/D的位数比前端放大电路的精度要求略高即可，并通过数学计算验证 53. 对运动部件的控制，正向运动突然转向反向运动时，必须控制先正向减速到0，然后再反向加速的控制方式 54. 运动部件停机后、再快速启动的工作控制方式是不允许的。须停机、开机、delay延时、再启动执行机构，以确保执行机构先释放原来运动状态的惯性，然后再从静态下启动 55. 运动部件都有过渡过程特性，软件驱动时的上升沿和下降沿的过渡特性会 直接影响到硬件的安全和执行效果 56. 板卡启动时，先initMCU、然后Delay、然后initIO，以确保各芯片的上电 电源都已经稳定下来再启动工作 57. 对采集自有可能受到干扰的模拟端口输入的数字量数据，一定要加上、下 限、Δ/Δt、规律性干扰的滤波措施三个方面的容错性机制 58. 对数字端口传输数据可以连续传输两遍，以防范随机性偶发干扰，实时性要求较高的，可以连续传三遍，2：1判定 59. 模块之间的数据通信联络，用周期性读取的方式、或请求-应答的方式传送 数据，一旦超出周期性时间要求，或未应答，则判定硬件失效，需有软件的

可靠性试验分析及设计

ji 第四章(44) 可靠性试验与设计 四、最小二乘法 用图估法在概率纸上描出[],()i i t F t 点后,凭目视作分布检验判别所作的回归直线往往因人而异，因此最好再通过数值计算求出精确的分布检验结论和求出数学拟合的回归直线。通常用相关系数作分布检验，用最小二乘法求回归直线。 相关系数由下式求得： ()() n i i X X Y Y γ--= ∑ 其中X,Y 是回归直线的横坐标和纵坐标，它随分布的不同而不同。下表是不同分布的 坐标转换 只有相关系数γ 大于临界值0γ时，才能判定所假设的分布成立。0γ临界系数可查相应的临界相关系数表，如给定显著水平0.05α=，n=10,可查表得00.576γ=。若计算的0γγ，则假设的分布成 立。 如果回归的线性方程为 Y mX B =- 则由最小二乘法得到系数为

1 1 111 221 1??1?1 ()n n i i i i n n n i i i i i i i n n i i i i Y m X B N X Y X Y N m X X N =======-+=-=-∑∑∑∑∑∑∑ 代入上表中的不同的分布，就可以得到相应分布的参数估计值。 五、最好线性无偏估计与简单线性无偏估计 1、无偏估计 不同子样有不同的参数估计值?q ，希望?q 在真值q 附近徘徊。若?()E q q =，则?q 为q 的无偏估计。如平均寿命的估计为?i t n q =? ，是否为无偏估计？ Q 1 [] ?()[]n i i i i t E t E E n n n q q q === = =? 邋 \ ?q 为q 的无偏估计 2、最好无偏估计定义 若?k q 的方差比其它无偏估计量的方差都小，即?()min ()k k D D q q =，则?k q 为最好无偏估计。 3、线性估计定义 若估计量?q 是子样的一个线性函数，即1 ?n i i i a q ==C ? ，则称?q 为线性估计。 4、最好线性无偏估计 当子样数25n ￡时，通过变换具有()F m s C -形式的寿命分布函数，其,m s 的最好线性无偏估计为： 1 ?(,,)r j i D n r j X m ==? ?(,,)j C n r j X s =? 其中(,,),(,,)D n r j C n r j 分别为,m s 的无偏估计，有了,,n r j 后，可有专门表格查无偏系数(,,),(,,)D n r j C n r j 。

人机系统可靠性设计基本原则(设备改善遵循的原则)

人机系统可靠性设计基本原则 1．系统的整体可靠性原则 从人机系统的整体可靠性出发，合理确定人与机器的功能分配，从而设计出经济可靠的人机系统。 一般情况下，机器的可靠性高于人的可靠性，实现生产的机械化和自动化，就可将人从机器的危险点和危险环境中解脱出来，从根本上提高了人机系统可靠性。 2．高可靠性组成单元要素原则 系统要采用经过检验的、高可靠性单元要素来进行设计。 3．具有安全系数的设计原则 由于负荷条件和环境因素随时间而变化，所以可靠性也是随时间变化的函数，并且随时间的增加，可靠性在降低。因此，设计的可靠性和有关参数应具有一定的安全系数。 4．高可靠性方式原则 为提高可靠性，宜采用冗余设计、故障安全装置、自动保险装置等高可靠度结构组合方式。 (1)、系统“自动保险”装置。自动保险，就是即使是外行不懂业务的人或不熟练的人进行操作，也能保证安全，不受伤害或不出故障。 这是机器设备设计和装置设计的根本性指导思想，是本质安全化追求的目标。要通过不断完善结构，尽可能地接近这个目标。 (2)、系统“故障安全”结构。故障安全，就是即使个别零部件

发生故障或失效，系统性能不变，仍能可靠工作。 系统安全常常是以正常的准确的完成规定功能为前提。可是，由于组成零件产生故障而引起误动作，常常导致重大事故发生。为达到功能准确性，采用保险结构方法可保证系统的可靠性。 从系统控制的功能方面来看，故障安全结构有以下几种： ①消极被动式。组成单元发生故障时，机器变为停止状态。 ②积极主动式。组成单元发生故障时，机器一面报警，一面还能短时运转。 ③运行操作式。即使组成单元发生故障，机器也能运行到下次的定期检查。 通常在产业系统中，大多为消极被动式结构。 5．标准化原则 为减少故障环节，应尽可能简化结构，尽可能采用标准化结构和方式。 6．高维修度原则 为便于检修故障，且在发生故障时易于快速修复，同时为考虑经济性和备用方便，应采用零件标准化、部件通用化、设备系列化的产品。 7．事先进行试验和进行评价的原则 对于缺乏实践考验和实用经验的材料和方法，必须事先进行试验和科学评价，然后再根据其可靠性和安全性而选用。

软件可靠性设计与分析

软件可靠性分析与设计 软件可靠性分析与设计 软件可靠性分析与设计的原因?软件在使用中发生失效(不可靠会导致任务的失败,甚至导致灾难性的后果。因此,应在软件设计过程中,对可能发生的失效进行分析,采取必要的措施避免将引起失效的缺陷引入软件,为失效纠正措施的制定提供依据,同时为避免类似问题的发生提供借鉴。 ?这些工作将会大大提高使用中软件的可靠 性,减少由于软件失效带来的各种损失。 Myers 设计原则 Myers 专家提出了在可靠性设计中必须遵循的两个原则: ?控制程序的复杂程度

–使系统中的各个模块具有最大的独立性 –使程序具有合理的层次结构 –当模块或单元之间的相互作用无法避免时,务必使其联系尽量简单, 以防止在模块和单元之间产生未知的边际效应 ?是与用户保持紧密联系 软件可靠性设计 ?软件可靠性设计的实质是在常规的软件设计中,应用各种必须的 方法和技术,使程序设计在兼顾用户的各种需求时, 全面满足软件的可靠性要求。 ?软件的可靠性设计应和软件的常规设计紧密地结合,贯穿于常规 设计过程的始终。?这里所指的设计是广义的设计, 它包括了从需求分析开始, 直至实现的全过程。 软件可靠性设计的四种类型

软件避错设计 ?避错设计是使软件产品在设计过程中,不发生错误或少发生错误的一种设计方法。的设计原则是控制和减少程序的复杂性。 ?体现了以预防为主的思想,软件可靠性设计的首要方法 ?各个阶段都要进行避错 ?从开发方法、工具等多处着手 –避免需求错误 ?深入研究用户的需求(用户申明的和未申明的 ?用户早期介入, 如采用原型技术 –选择好的开发方法

?结构化方法:包括分析、设计、实现 ?面向对象的方法:包括分析、设计、实现 ?基于部件的开发方法(COMPONENT BASED ?快速原型法 软件避错设计准则 ? (1模块化与模块独立 –假设函数C(X定义了问题X 的复杂性, 函数E(X定义了求解问题X 需要花费的工作量(按时间计,对于问题P1和问题P2, 如果C(P1>C(P2,则有 E(P1> E(P2。 –人类求解问题的实践同时又揭示了另一个有趣的性质:(P1+P2>C(P1 +C(P2 –由上面三个式子可得:E(P1+ P2> E(P1+E(P2?这个结论导致所谓的“分治法” ----将一个复杂问题分割成若干个可管理的小问题后更易于求解,模块化正是以此为据。 ?模块的独立程序可以由两个定性标准度量,这两个标准分别称为内聚和耦合。耦合衡量不同模块彼此间互相依赖的紧密程度。内聚衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度。 软件避错设计准则 ? (2抽象和逐步求精 –抽象是抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节 ?举例

企业网络安全风险分析及可靠性设计与实现研究

企业网络安全风险分析及可靠性设计 与实现研究 摘 要：现今，伴随信息、通信技术的完善，网络攻击技术的革新，网络安全问题日益显现。网络安全的管控，可以从侧面反映网络的安全状态，确保企业的网络安全。网络的安全性，关系企业的长远发展问题，同时也会间接影响社会的发展，作为企业的管理者我们应确保企业网络的安全，进而提高企业的经济效益。因此，本文就从网络安全风险分析、网络可靠性设计、企业网络安全的实现几方面进行一定的探讨，期望可以为企业的正常运行提供一定的帮助。 关键词：企业；网络风险分析；可靠性设计与实现现今，伴随信息、通信技术的完善，计算机网络中信息与数据的汇聚，都给人们的生活带来了极大的便捷性。经由网络系统，不仅提高了企业信息保存、传输的速度；提高了市场的反映速度；还带动了企业业务的新发展。企业内部中的网络信息，在现实运用中都实现了资源共享[1]。但是，在资源共享的前提下，就存在企业内部机密的安全性问题，尤其是现今的网络安全问题频发，我们更应提高对于企业的网络安全问题的关注度。因此，本文就对企业网络安全进行一定的探讨，期望可以对企业的正常运行提供有效帮助。 1网络安全风险分析 1.1安全威胁的分类 网络安全威胁，具体就是指潜在的、会对企业资产形成损失的安全问题。导致安全威胁的因素诸多，具体分类为：恶意攻击；系统软件问题；自然灾害；人为因素等[2]。

1.2网络系统安全影响因素[3] 1.2.1缺乏完善的管理体系 完善的网络管理体系，不单需要投入大量的网络设备，同时也要求有技术的支持。网络安全建设，其主要因素还应建立规范的网络安全管理机制。在任何企业，为了有效的保证网络的安全性，都应注重管理与技术的结合。在企业中，应注重员工的安全教育，同时管理者应依据现实状况，不断的完善企业的管理制度。 1.2.2缺乏网络安全知识 企业中的员工，其安全防范意识欠缺，对于网络安全知识认识较少，常会因个人信息的丢失，导致公司机密文件的泄漏。企业的网络安全，关系到企业的长远发展策略，因此公司应增强员工的安全知识教育，从根本上确保公司的网络安全。首先，企业员工在获取资源时，应该警惕病毒的侵入，防患于未然。其次，企业员工应该对于网络程序的安全性，有自己的初步判断能力，同时安装防病毒软件，并定时进行更新。第三，企业员工中对于文件的管理，应该注重文件的安全问题，应由员工自己管理文件，并设置权限。 1.2.3网络拥塞 网络拥塞，具体讲就是指当用户对网络资源的需求量，超过了网络固有容量的时候，出现的一种网络过载的状况[4]。企业员工的访问时间；交换机与路由器的端口传输速率等，都是造成网络拥塞的原因。当企业中出现网络拥塞的情况，就会出现数据不能进行转发，进而影响正常的网络运转工作，因此，企业在网络管理中，应依据这一情况制定合理的规划。 1.2.4系统漏洞的问题 现今，多数企业都是应用TCP/IP

系统的可靠性设计 和 数据容灾与备份

论系统可靠性设计 摘要：随着计算机网络应用的逐步普及和深入，业务处理越来越依赖于计算机网络系统，网络的可靠性必然是建立网络系统首要考虑的问题之一，否则网络故障会造成巨大的经济损失和社会影响。本人有幸作为项目负责人之一参与了某大学二期网络的建设，并负责了校园网络可靠性的设计和实施。该校园网主要分为行政办公大楼，教学楼群，实验楼群，图书馆，信息中心和网络中心机房6个主要区域。本文主要从电缆级别，通信线路，服务器，网络管理，网络中心系统等方面介绍如何建立高可靠性的应用网络系统，以满足实际需求。 正文： 随着计算机网络应用的逐步普及和深入，业务处理越来越依赖于计算机网络系统，网络的可靠性必然是建立网络系统首要考虑的问题之一，否则网络故障的产生会造成巨大的经济损失和社会影响。2007年7月到2008年7月，作为××公司的一名技术骨干，本人参与了××大学二期网络的建设，全程参与了整个网络可靠性的规划设实施，以下是项目在可靠性方面所采取的方案。 第一级容错，网络电缆。无论是光纤，同轴电缆，双绞线还是组合布线，都可能出现各种 各样的故障。首先由于选用的电缆电气指标达不到要求，造成信号衰减过度，引起网络故障；其二，电缆接插头虚接，松落；其三电缆线受到外界老化，朽蚀，机械等原因损坏。若损坏的电缆只是连接在一个独立的设备，则定位和修复容易，而如果是连接多个网络设备的电缆线路或主干电缆线路损坏，则很难定位及修复。本方案在主干线路和其他重要支路上布置双线甚至多线，当主线断路时，自动切换到辅线工作。为了考虑降低电缆线路同时损坏的可能，电缆布置在不同的路途上。（250） 第二级容错，冗余拓扑。首先，本方案采用了三层的网络拓扑结构，并在分布层和核心 层的交换机之间使用冗余路径，防止网络因单点故障而无法运行，以此提升网络拓扑的可靠性。然而，对网络中的交换机和路由器添加多余路径会在网络中引入需要动态管理的通信环路，处理不当将产生不必要的广播风暴，造成网络瘫痪。所以必须启用生成树协议STP。STP 会特地阻塞可能导致环路的冗余路径，以确保网络中所有目的地之间只有一条逻辑路径。一旦网络出现故障，STP会重新计算路径，将必要的端口解除阻塞，使冗余路径进入活动状态。其次，采用端口聚合技术。端口聚合可将多物理连接当成一个单一的逻辑连接来处理。它允许两个交换器之间通过多个端口并行连接同时传输数据以提供更高的带宽，更大的吞吐量和可恢复性技术。一般来说，两个普通的连接器连接的最大带宽取决于媒介的传输速度（比如100BAST-TX为200M），而是用Trunk技术可以将4个200M的端口捆绑后成为一个高达800M的连接。这一技术的优点是以较低的成本通过捆绑多端口提高带宽，从而消除网络访问中的瓶颈。另外，Trunk还具有自动带宽平衡，即使Trunk只有一个连接存在时，仍然会工作，提供了网络的可靠性。（520） 第三级容错，设备冗余。 首先，该网络采用了双核心拓扑结构。核心层采用两台CISCO C6500交换机，两者之间使用双千兆光纤互联，利用链路聚合技术，在两台核心交换机之间扩大通信吞吐量，提高可靠性，实现复杂均衡的冗余连接。当一条交换机出现故障或核心交换机与汇聚层交换机之间的某条链路出现故障，系统会自动将通信业务快速切换到另一台正常的交换机上，从而实现系统的可靠性。（170） 其次，DNS服务器冗余配置。该校园网里有自己的DNS服务器，服务器采用两台，一台主DNS服务器，一台辅助DNS服务器。这样可以实现DNS服务器的容错，也就是当一天DNS

软件可靠性和安全性设计报告

数字音频信息系统(AudioMIS) 软件可靠性和安全性设计报告 作者：AudioMIS 项目开发小组 完成日期：2005年9月1日 签收人： 签收日期： 修改情况记录：

软件可靠性和安全性设计报告 (1) 1 范围 (1) 1.1主要内容 (1) 1.2适用范围 (1) 2 引用标准 (1) 3 定义 (2) 3.1扇入 (2) 3.2扇出 (2) 3.3可靠性 (2) 3.4软件可靠性 (2) 3.5M C C ABE指数 (2) 4 设计准则和要求 (3) 4.1对计算机应用系统设计的有关要求 (3) 4.1.1 硬件软件功能的分配原则 (3) 4.1.2 硬件软件可靠性指标的分配原则 (3) 4.1.3 容错设计 (3) 4.1.4 安全关键功能的人工确认 (3) 4.1.5 记录系统故障 (3) 4.1.7 禁止回避检测出的不安全状态 (4) 4.1.9 分离安全关键功能 (4) 4.2软件需求分析 (4) 4.2.1 一般要求 (4) 4.2.2 功能需求 (4) 4.2.3 性能需求 (5) 4.2.3.1 精度 (5) 4.2.3.2 容量 (5) 4.2.3.3 时间特性 (5) 4.2.3.4 灵活性 (5) 4.2.4 接口需求 (6) 4.2.4.1 与外部设备的接口 (6) 4.2.4.2 与其他系统的接口 (6) 4.2.4.3 人机接口 (7) 4.2.5 数据需求 (7) 4.2.6 环境需求 (7) 4.2.6.1 硬件 (7) 4.2.6.2 软件 (7) 4.2.7 软件可靠性和安全性需求 (8) 4.2.8 其他需求 (8) 4.2.8.1 数据库 (8) 4.2.8.2 操作 (8) 4.3软件设计 (8) 4.3.1 一般要求 (8)

可靠性设计

可靠性设计 可靠性设计的概述： 可靠性设计(reliability design):为了满足产品的可靠性要求而进行的设计;对系统和结构进行可靠性分析和预测，采用简化系统和结构、余度设计和可维修设计等措施以提高系统和结构可靠度的设计。 可靠性问题是一种综合性的系统工程。机电产品（零件、部件、设备或系统）的可靠性也和其他产品的可靠性一样，是与其设计、制造、运输、储存、使用、维修等各个环节紧密相关的。设计只是其中的一个环节，但却是保证产品可靠性最重要的环节，它为产品的可靠性水平奠定了先天性的基础。因为机械产品的可靠性取决于其零部件的结构形式与尺寸、选用的材料及热处理制造工艺、检验标准、润滑条件、维修方便性以及各种安全保护措施等，而这些都是在设计阶段决定的。 可靠性问题的研究是因处理电子产品不可靠问题于第二次世界大战期间发展起来的。可靠性设计用在机械方面的研究始于20世纪60年代，首先应用于军事和航天等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。随着现代科学技术的发展和对产品质量要求的日益提高，可靠性逐步成为科学和工程中一个非常重要的概念。机械结构的可靠性及其设计直接决定了机械结构的可靠度，因此，对机械可靠性设计的研究具有十分重要的意义。 所谓可靠性，则是指产品在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能的能力。它不但直接反映产品各组成部件的质量，而且还影响到整个产品质量性能的优劣。可靠性分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性。可靠性的度量指标一般有可靠度、无故障率、失效率3种。 对于一个复杂的产品来说，为了提高整体系统的性能，都是采用提高组成产品的每个零部件的制造精度来达到；这样就使得产品的造价昂贵，有时甚至难以实现（例如对于由几万甚至几十万个零部件组成的很复杂的产品）。事实上可靠性设计所要解决的问题就是如何从设计中入手来解决产品的可靠性，以改善对各个零部件可靠度（表示可靠性的概率）的要求。可靠度的分配是可靠性设计的核心。其分配原则为①按重要程度分配可靠度。②按复杂程度分配可靠度。③按技术水平、任务情况等的综合指标分配可靠度。④按相对故障率分配可靠度。 可靠性设计的现状与发展 国内外的实践经验表明，机械结构的可靠性是由设计决定的，而由制造、安装和管理来保证的。因此将概率设计理论和可靠性分析与设计方法应用于机械结构设计中，才能得到既有足够安全可靠性，又有适当经济性的优化结构。这样，以估计结构系统可靠度为目标的、以概率统计和随机过程理论为基础的、以各种结构分析技术为工具的多种结构可靠性分析与设计方法迅速发展。Raizer综述了一次二阶矩法和以一次二阶矩法为基础的现代可靠性分析理论。赵国藩等建立了广义随机空间内考虑随机变量相

可靠性设计与分析—试卷

《可靠性设计与分析》试卷 单位：成绩： 姓名： 可靠性是指产品在下和内，完成规定功能的能力。 1) 2)产品的故障按照其原因可以分为早期故障和，早期故障是 指产品在寿命的早期因的缺陷等原因发生的故障。 3)可靠性定性要求一般分为六个方面，即简单性、冗余、降额、采用 成熟技术、和。 4)可靠性的定量要求是确定产品的以及验证时机 和，以便在设计、生产、实验验证、使用过程中用量化方法评价或验证产品的可靠性水平。 5)在进行FMEA之前，应首先规定FMEA从哪个产品层次开始到哪个 产品层次结束，这种规定的FMEA层次称为，一般将最顶层的约定层次称为。 6)是指在系统所处的特定条件下出现的、没有预期到（常 常也是不希望有的）的通路，它的出现会引起功能异常或抑制正常功能的实现。 7)空间粒子辐射环境主要由四部分构成，分别是地球辐射 带、、、高空核辐射环境。 8)故障树构图的元素是和。

9)应力分析法用于阶段的故障率预计。 10)各种可靠性设计分析工作主要集中在、 和三个阶段。2．判断题（共20分，每题2分） 如果你认为正确，在括号里划“√”；如果你认为错误，在括号里划“×”。 1)（）非工作储备系统的可靠性一定比工作储备系统的可靠性高。 2)（）产品经过老炼筛选后可靠性一定提高。 3)（）所谓虚单元就是把一些单元组合在一起，构成一个虚拟单元， 从而简化可靠性框图。 4)（）系统优化权衡的核心是效能、寿命周期费用两个概念之间的 权衡。 5)（）系统可靠性预计是以组成系统的各单元的预计值为基础，根 据系统可靠性模型，对系统基本可靠性和任务可靠性进行预计。 6)（）相似产品可靠性预计法要求新产品的预计结果必须好于相似 的老产品。 7)（）所有故障都要经历潜在故障到功能故障这一变化过程。 8)（）任务可靠性是指产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能 力。确定任务可靠性值时仅考虑在任务期间内哪些影响任务完成 的故障。 9)（）可靠性定性设计要求项目中，“简化设计”和“余度设计” 是相互矛盾的，因此对同一产品只能取其一项。

软件可靠性设计规范

软件可靠性设计规范

1.建立以可靠性为核心的质量标准 在软件项目规划和需求分析阶段就要建立以可靠性为核心的质量标准。这个质量标准包括实现的功能、可靠性、可维护性、可移植性、安全性、吞吐率等等，虽然还没有一个衡量软件质量的完整体系，但还是可以通过一定的指标来指定标准基线。 软件质量从构成因素上可分为产品质量和过程质量。 产品质量是软件成品的质量，包括各类文档、编码的可读性、可靠性、正确性，用户需求的满足程度等。 过程质量是开发过程环境的质量，与所采用的技术、开发人员的素质、开发的组织交流、开发设备的利用率等因素有关。 还可把质量分为动态质量和静态质量。静态质量是通过审查各开发过程的成果来确认的质量，包括模块化程度、简易程度、完整程度等内容。动态质量是考察运行状况来确认的质量，包括平均故障间隔时间(MTBF)、软件故障修复时间(MTRF)、可用资源的利用率。在许多实际工程中，人们一般比较重视动态质量而忽视静态质量。 所定的质量标准度量，至少应达到以下两个目的: (1).明确划分各开发过程(需求分析过程，设计过程，测试过程，验收过程)，通过质量检验的反馈作用确保差错及早排除并保证一定的质量。 (2).在各开发过程中实施进度管理，产生阶段质量评价报告，对不合要求的产品及早采取对策。 确定划分的各开发过程的质量度量： (1).需求分析质量度量 需求分析定义是否完整、准确(有无二义性)，开发者和用户间有没有理解不同的情况，文档完成情况等，要有明确的可靠性需求目标、分析设计及可靠性管理措施等。 (2).设计结果质量度量 设计工时，程序容量和可读性、可理解性，测试情况数，评价结果，文档完成情况等。

可靠性设计分析试题BWord版

1．判断题（共20分，每题2分） (1)（）系统优化权衡的核心是效能、寿命周期费用两个概念之间的权衡。 (2)（）产品的故障密度函数反映了产品的故障强度。 (3)（）对于含有桥联的可靠性框图，在划分虚单元后得到的可靠性框图应是一个简洁的串、 并联组合模型。 (4)（）提高机械零件安全系数，就可相应提高其静强度可靠度。 (5)（）相似产品可靠性预计法要求新产品的预计结果必须好于相似的老产品。 (6)（）并非所有的故障都经历潜在故障再到功能故障这一变化过程。 (7)（）故障树也是一种可靠性模型。 (8)（）事件树中的后续事件是在初因事件发生后，可能相继发生的非正常事件。 (9)（）电子元器件是能够完成预定功能且不能再分割的电路基本单元。 (10)（）与电子产品相比，机械产品的失效主要是耗损型失效。 2．填空题（共20分，每空1分） (1)系统效能是系统 、及的综合反映。 (2)产品可靠性定义的要素为、和。 (3)可靠性定量要求的制定，即对定量描述产品可靠性的 及其。 (4)应力分析法用于 阶段的故障率预计。 (5)在进行FMEA之前，应首先规定FMEA从哪个产品层次开始到哪个产 品层次结束，这种规定的FMEA层次称为，一般将最顶层的约定层次称为

。 (6)故障树构图的元素是和。 (7)事件的风险定义为与的乘积。 (8)PPL的含义是。 (9)田口方法将产品的设计分为三次： 、和。3．简答题（20分） （1）（10分）画出典型产品的故障率曲线，并标明： 1)故障阶段； 2)使用寿命； 3)计划维修后的故障率变化情况。 （2）（10分）什么是基本可靠性模型？什么是任务可靠性模型？举例说明。

可靠性设计

第三篇可靠性设计（五） 1．5 冗余设计技术 冗余设计技术是大幅度提高系统可靠性水平的有效措施之一，当采用其它设计技术使系统难以达到预定的可靠性目标值时，采用冗余设计技术则常常能解决这一难题。冗余设计技术简而言之就是用一台（套）或多台（套）相同单元（系统）构成并联（可采用热备冗余、温备冗余、冷备冗余等方式），当其中的一套单元发生故障时，系统仍能正常工作的设计技术。 由于冗余设计技术需增加成本，因而不是最先采用的设计方法，只有当其它方法都用尽或当元器件及分系统改进的成本高于使用冗余技术成本时，冗余技术才发挥其效用。 1．冗余系统的分类 按工作特点来分，可分为工作冗余和非工作冗余。所谓工作冗余是指与产品的基本成分处于同样的工作状态的冗余，构成方式有并联冗余和表决冗余；非工作冗余则是指与产品的基本成分不同时工作，仅在基本成分失效时才开始工作的冗余方式。 从冗余的程度分为二重冗余、三重冗余、多重冗余以及N中取K的表决冗余。 从冗余的范围分为元件冗余、部件冗余、子系统冗余和系统冗余等。 2．冗余设计及可靠度计算

①．工作冗余 a）、并联冗余 可靠度公式为： b）、表决冗余 （2/3）表决系统的可靠度公式为： （k/N）表决系统的可靠度公式为： ②．非工作冗余 对于非工作冗余的计算则视实际情况而定。 例如某系统在设计过程中对许多单元采用了冗余设计技术，如对其中的局部操作站的终端、中速通讯网的信道、过程控制站的机柜电源等处采用了冗余设计技术，有效

地提高了这几个功能单元及系统的可靠性水平，部分详细计算数据见表1 表 1 采用冗余设计与否的数据对比 正是由于冗余设计技术的采用，从而使该系统的平均无故障工作时间由原来的9700h提高到10400h。 3．冗余设计的特点 （ 1）、冗余设计的局部性 冗余设计不是万能的，多重冗余后，效果并非最好，同时还要受经费的制约。 （2）、部件冗余比全系统冗余更有利提高可靠性 证明如下： 假若有N个单元先串联，然后再冗余，则可靠度为：（式1）