导读

本文译自NASA2020年度可靠性维修性研讨会（Annual Reliability & Maintainability Symposium ，RAMS）的一份报告。该报告展示了Goddard航天飞行中心（GSFC）利用现有商业软件将可靠性学科纳入基于模型的系统工程（MBSE）并通过对实际子系统建模进行测试的研究成果，同时指出了该项目下一阶段的发展方向。本文为该系列的第二篇文章，介绍用于评估基于模型的安全和任务保证（MBSMA）可靠性的测试方法。

这个用于评估MBSMA可靠性的测试方法针对了此初始评估阶段的分析类型，该分析类型几乎用于所有的任务类别（FMECA，FTA，LLA，PA），用以在此研究的较短时间内实现完整的评估和人工制品的生产，在质量和兼容性的风险评估和危害报告上的初步发现，以及对建模进行指导。

出于相同的原因，在型号和子系统不同的情况下，每种型号的测试用例范围也仅限于一个子系统（1个用于机器人任务的机械子系统、1个探测火箭的电子子系统和1个用于人类任务的机电子系统），来避免结果或指导的偏见或局限性。此外，本研究不包括PRA和可用性/可维护性分析，因为这些分析高度依赖于故障树（FT）和PA结果（已在研究中），并且由于本研究的测试案例有限，无法支撑PRA所具有的复杂性以及可维护性/可用性的数据需求。当然，整个观测台/任务系统或可维修系统的测试案例更为广泛，将能够解决这些附加分析问题并提供足够的评估见解。

尽管今天有许多基于模型的工具和插件可供MBSE使用，但只有其中一些具有特定的任务保证（可靠性，安全性，质量和软件保证）功能。该团队发现这些工具和插件分别是IBM Rational Rhapsody，带有插件（摄像机安全性和可靠性分析器和/或Tietronix可靠性插件（FaultTree，FMECA））的SysML / MagicDraw，WebGME.org，SEAM / modelbasedassurance.org，Methodology Wizards，Model Obfuscator，Product Line Engineering，Eclipse Papyrus和本地定制设计的插件，MADe，SCADE Suite，Reactis Suite和PTC基于模型的系统工程解决方案（Windchill Modeler，Windchill Asset Library和Windchill Process Director）。尽管此工具集并不庞大，但无法根据本研究中的每个模型建模、评估和制定建议。因此，研究团队根据MBSE的利用率、明显的易用性和保证范围的广度选择了两个代表性工具。第一个是带有Tietronix可靠性插件的SysML / MagicDraw（NoMagic提供的基于系统建模语言（SysML）的工具），第二个是Maintenance Aware Design environment（MADe）。

带有Tietronix可靠性插件的SysML / MagicDraw和MADe具有特定的任务保障功能。

建模工具Maintenance Aware Design environment（MADe）提供了一套可用于设计、评估和优化PHM系统的软件工具，该工具使用基于模型的工程技术手段，可用于非常重视安全性和可靠性的各种高风险行业。MADe建模环境（见图1）提供了针对可靠性的特定分析工作流程，包括可靠性分配、可靠性框图、马尔可夫分析和可靠性/可用性分析，以及多种故障分配方法，以在设计过程的每个阶段产生并验证系统的可靠性要求。这些分析允许按需生成FMEA，FMECA，共模分析和功能故障树分析报告。

系统的MADe模型使用图形化的功能框图，并根据基础故障的物理原理自动传播系统中的功能故障，以建立故障的征兆或特征。利用该信息可以根据潜在故障的检测概率（PoD）生成和优化诊断传感器的位置。另外，传播和传感器信息可用于确保故障检测和隔离以及寿命/维护/诊断规则的实现与成本、重量、风险相平衡，并根据所选的传感器组合生成诊断规则。

“系统的MADe模型使用图形化的功能框图，并根据基础故障的物理原理自动传播系统中的功能故障，以建立故障的征兆或特征。”

图1 MADe建模环境

这项研究的系统建模语言（SysML / MagicDraw）建模工具（v19.0）是UML 2.0的扩展，带有Tietronix插件（FaultTree（18.0），FMECA（18.0），MBSE插件（18.0），方法向导（ 19.0SP2），模型混淆器（19.0）和产品线工程（19.0SP2）），旨在支持系统工程和可靠性的建模。它是用于分析、设计和验证可能包括硬件、软件、信息、人员、过程和设施的复杂系统的通用图形建模语言。SysML系统模型由功能/行为模型、性能模型、结构/组件模型和其他工程分析模型（见图2）组成，以将系统需求与工程学科集成在一起。为了执行SMA分析，必须针对SysML系统模型执行FMECA，FTA和PRA（由NoMagic，CAMEO，Tietronix和建模团队开发）的SysML插件。

“SysML / MagicDraw是用于分析、设计和验证可能包括硬件、软件、信息、人员、过程和设施的复杂系统的通用图形建模语言。”

图2 SysML图