基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法技术

一种基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法，基于SysML模型构造系统功能运行状态模型并从中提取出功能逻辑关系和运行状态级联关系，生成模型交互关系矩阵集合；再根据级联失效搜索算法从集合中的交互信息中生成失效传播链条；最后将失效传播链条整合为级联失效动态图形化结构以实现失效传播路径和影响范围的可视化。本发明专利技术能够对于复杂综合系统失效传播过程的动态描述与影响分析，达到失效传播路径和失效影响范围的可视化。

Dynamic analysis method of cascaded failure propagation effect based on SysML model

【技术实现步骤摘要】
基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法
本专利技术涉及的是一种信息安全领域的技术，具体是一种基于对象管理组织(OMG)的SysML(SystemsModelingLanguage,系统建模语言)模型的级联失效传播效应动态分析方法。
技术介绍
安全性分析是安全苛求系统研制的核心环节之一，其中某一部分或元件的失效经传播导致系统其它部分失效，即级联失效是复杂系统安全性分析的重要关注点。级联失效使得物理部件间的动态耦合关系将进一步增强，由此引入的级联失效、共模失效等因素将进一步增加失效影响归纳的难度。对于安全性分析方法，目前工程实践中主要通过失效模式与影响分析方法(FMEA)，以清单的形式对失效的影响范围进行评估。然而传统的安全性分析方法高度依赖工程经验，基于静态分析难以描述复杂系统的动态行为和失效传播过程。现有安全性分析工具与设计过程中存在一定分隔，不能全面反映系统各类复杂机制，难以保障设计过程和安全性过程一致性；同时对于级联失效传播的动态性，以往方法基于物理部件之间直接交联关系，但系统的实际功能实现是基于各类运行机制的灵活耦合，因此对于复杂运行过程下的失效传播分析过程缺少灵活性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法，能够对于复杂综合系统失效传播过程的动态描述与影响分析，达到失效传播路径和失效影响范围的可视化。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术基于SysML模型构造系统功能运行状态模型并从中提取出功能逻辑关系和运行状态级联关系，生成模型交互关系矩阵集合；再根据级联失效搜索算法从集合中的交互信息中生成失效传播链条；最后将失效传播链条整合为级联失效动态图形化结构以实现失效传播路径和影响范围的可视化。所述的功能运行状态模型，以SysML为表达方式，使用模块定义图对系统的功能运行过程进行建模，从中提取功能逻辑关系，再使用状态图对系统的功能运行状态进行建模，从中提取功能运行状态间的级联关系，最后汇总为模型交互关系矩阵集合。所述的模块定义图自上而下包括：功能模型、运行过程模型和物理模型，其中：功能模型由若干运行过程模型组成，物理模型为运行过程模型所匹配的物理部件。所述的运行过程模型为系统功能实现的必要环节，为对完成共同功能目标的多个分立的行为步骤的罗列，可组合为包含逻辑关系的运行过程框架。所述的功能逻辑关系是指：通过有向连线对所述的功能运行过程模型进行组合，所表现的功能实现的逻辑流向关系，并由相衔接的上下游运行过程模型的状态推测功能的整体完成情况。所述的功能运行状态为功能运行模型的现有状态，通过状态图表现，包括：闲置、运行、降级和失效模式，其中运行模式可表征系统综合机制和安全性机制。所述的系统综合机制的维度包括：输入参数、资源、能源、控制指令和物理部件；安全性机制通过状态转移关系判定机制表述系统的安全性预防和处理行为。所述的运行状态级联关系是指：不同状态之间的可转移性，包括：基于失效模式的触发事件和影响事件机制与事件广播机制描述全局运行状态间的显式级联关系和隐式级联关系，其中：显式级联关系是指：在状态转移关系始末端状态间引入表现失效模式的触发事件语句和影响事件语句以描述同过程内部状态间的显式转移条件与影响；隐式级联关系是指：事件广播机制在转移关系被触发时提取影响事件语句中的失效事件进行全局广播，由下游状态转移关系进一步响应。所述的模型交互关系矩阵集合包括：功能逻辑矩阵和状态转移矩阵，其中：功能逻辑矩阵通过提取运行过程模型的上下游结构关系得到；状态转移矩阵通过提取状态显式级联关系和隐式级联关系，将触发事件语句与影响事件语句嵌入转移关系矩阵的对应节点得到。所述的级联失效搜索算法是指：以所建立的运行状态模型为对象，根据模型交互关系矩阵集合的状态转移关系，对以触发事件形式存在的失效影响的级联关系开展动态搜索，设置初始失效事件，通过动态事件队列存储级联影响，实时刷新队列中的触发事件并生成失效传播链条。所述的失效传播链条包括：失效影响传播过程中途经的状态节点和由节点组合而成的失效传播路径。所述的级联失效动态图形化结构通过动态状态激活图、动态事件队列、状态切换时序图表现建模环境中所有运行过程模型中的各个状态的激活情况、级联失效传播步骤，通过影响范围雷达图表现失效影响范围。本专利技术涉及一种实现上述方法的系统，包括：功能运行状态模型构建单元、模型关系提取单元、级联失效影响搜索单元、影响分析起始事件预置单元、级联失效影响显示单元，其中：功能运行状态模型构建单元与模型关系提取单元相连并传输运行过程模型与模型交互信息、运行状态模型与模型交互信息，模型关系提取单元与级联失效影响搜索单元相连并传输模型交互关系矩阵集合信息，级联失效影响搜索单元与级联失效影响显示单元相连并传输状态激活情况、动态事件队列更新事件和级联影响传播链条信息，影响分析起始事件预置单元与级联失效影响显示单元相连并传输单个起始失效事件信息或多个起始失效事件集合信息，级联失效影响显示单元进行级联失效影响搜索结果的可视化。所述的功能运行状态模型构建单元包括：运行过程模型构建模块、运行状态模型构建模块，其中：运行过程模型构建模块与运行状态模型构建模块相连并传输功能运行过程模型集合，用于对集合中的每个运行过程构建状态模型，对于运行过程，运行过程模型构建模块与模型关系提取单元相连并传输运行过程模型与模型交互信息；对于运行状态，运行状态模型构建模块与模型关系提取单元相连并传输运行状态模型与模型交互信息。所述的模型关系提取单元包括：运行过程模型提取模块、运行过程逻辑关系提取模块、运行状态提取模块、状态转移关系提取模块、触发事件与影响事件提取模块、模型交互关系矩阵集合生成模块，其中：运行过程模型提取模块、运行过程逻辑关系提取模块分别提取得到运行过程模型参数信息、模型间逻辑关系传输给相连的功能逻辑矩阵生成模块，生成功能逻辑矩阵；运行状态提取模块、状态转移关系提取模块、触发事件与影响事件提取模块分别提取得到运行状态模型的状态组成、状态转移关系、转移关系中的触发事件与影响事件，分别传输给相连的状态转移矩阵生成模块，生成状态转移矩阵。所述的模型交互关系矩阵集合生成模块包括：状态转移矩阵生成模块、功能逻辑矩阵生成模块，其中：功能逻辑矩阵生成模块、状态转移矩阵生成模块共同组合为模型交互关系矩阵集合，由模型交互关系矩阵集合生成模块传输给相连的级联失效影响搜索单元中的级联失效动态搜索模块。所述的级联失效影响搜索单元包括：状态当前激活情况存储模块、动态事件队列更新模块、失效传播链条生成模块、级联失效动态搜索模块，其中：对于级联关系影响的搜索，级联失效动态搜索模块分别与状态当前激活情况存储模块、动态事件队列更新模块相连，动态事件队列更新模块中的当前事件信息和状态当前激活情况存储模块中的当前状态信息将一并传输给级联失效动态搜索模块开展级联失效的搜索，同时搜索得到的更新后的状态信息和所衍生的级联事件将分别反向传输给状态当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法，其特征在于，基于SysML模型构造系统功能运行状态模型并从中提取出功能逻辑关系和运行状态级联关系，生成模型交互关系矩阵集合；再根据级联失效搜索算法从集合中的交互信息中生成失效传播链条；最后将失效传播链条整合为级联失效动态图形化结构以实现失效传播路径和影响范围的可视化；/n所述的功能运行状态模型，以SysML为表达方式，使用模块定义图对系统的功能运行过程进行建模，从中提取功能逻辑关系，再使用状态图对系统的功能运行状态进行建模，从中提取功能运行状态间的级联关系，最后汇总为模型交互关系矩阵集合；/n所述的模块定义图自上而下包括：功能模型、运行过程模型和物理模型，其中：功能模型由若干运行过程模型组成，物理模型为运行过程模型所匹配的物理部件。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法，其特征在于，基于SysML模型构造系统功能运行状态模型并从中提取出功能逻辑关系和运行状态级联关系，生成模型交互关系矩阵集合；再根据级联失效搜索算法从集合中的交互信息中生成失效传播链条；最后将失效传播链条整合为级联失效动态图形化结构以实现失效传播路径和影响范围的可视化；
所述的功能运行状态模型，以SysML为表达方式，使用模块定义图对系统的功能运行过程进行建模，从中提取功能逻辑关系，再使用状态图对系统的功能运行状态进行建模，从中提取功能运行状态间的级联关系，最后汇总为模型交互关系矩阵集合；
所述的模块定义图自上而下包括：功能模型、运行过程模型和物理模型，其中：功能模型由若干运行过程模型组成，物理模型为运行过程模型所匹配的物理部件。


2.根据权利要求1所述的基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法，其特征是，所述的运行过程模型进一步组合为包含逻辑关系的运行过程框架，该功能逻辑关系是指：通过有向连线对所述的功能运行过程模型进行组合，所表现的功能实现的逻辑流向关系，并由相衔接的上下游运行过程模型的状态推测功能的整体完成情况。


3.根据权利要求1所述的基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法，其特征是，所述的功能运行状态为功能运行模型的现有状态，通过状态图表现，包括：闲置、运行、降级和失效模式，其中运行模式可表征系统综合机制和安全性机制；
所述的系统综合机制的维度包括：输入参数、资源、能源、控制指令和物理部件；安全性机制通过状态转移关系判定机制表述系统的安全性预防和处理行为；
所述的运行状态级联关系是指：不同状态之间的可转移性，包括：基于失效模式的触发事件和影响事件机制与事件广播机制描述全局运行状态间的显式级联关系和隐式级联关系，其中：显式级联关系是指：在状态转移关系始末端状态间引入表现失效模式的触发事件语句和影响事件语句以描述同过程内部状态间的显式转移条件与影响；隐式级联关系是指：事件广播机制在转移关系被触发时提取影响事件语句中的失效事件进行全局广播，由下游状态转移关系进一步响应。


4.根据权利要求1所述的基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法，其特征是，所述的模型交互关系矩阵集合包括：功能逻辑矩阵和状态转移矩阵，其中：功能逻辑矩阵通过提取运行过程模型的上下游结构关系得到；状态转移矩阵通过提取状态显式级联关系和隐式级联关系，将触发事件语句与影响事件语句嵌入转移关系矩阵的对应节点得到。


5.根据权利要求1所述的基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法，其特征是，所述的级联失效搜索算法是指：以所建立的运行状态模型为对象，根据模型交互关系矩阵集合的状态转移关系，对以触发事件形式存在的失效影响的级联关系开展动态搜索，设置初始失效事件，通过动态事件队列存储级联影响，实时刷新队列中的触发事件并生成失效传播链条。


6.根据权利要求1或5所述的基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法，其特征是，所述的失效传播链条包括：失效影响传播过程中途经的状态节点和由节点组合而成的失效传播路径。


7.根据权利要求1所述的基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法，其特征是，所述的级联失效动态图形化结构通过动态状态激活图、动态事件队列、状态切换时序图表现建模环境中所有运行过程模型中的各个状态的激活情况、级联失效传播步骤，通过影响范围雷达图表现失效影响范围。


8.一种实现权利要求1～7中任一所述基于SysML模型的级联失效传播效应动态分析方法的的系统，其特征在于，包括：功能运行状态模型构建单元、模型关系提取单元、级联失效影响搜索单元、影响分析起始事件预置单元、级联失效影响显示单元，其中：功能运行状态模型构建单元与模型关系提取单元相连并传输运行过程模型与模型交互信息、运行状态模...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚，吴瑀倩，徐冬蕾，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31