随着科学技术的发展，特别是近二十年来，各项技术取得了突破性的进展，使得现代的各种系统朝着综合化、信息化的方向迅猛发展，导致系统变得越来越复杂。这种复杂性不仅体现在系统的结构和规模上，还体现在系统的动态特性、工作条件和功能层次上，这使得对系统可靠性的研究变得越来越困难。本书主要针对软硬件综合系统，从系统的软件需求建模及可靠性综合试验、分析、评价技术等方面展开研究。上述研究工作具有重要的理论与应用价值，也将有助于指导软件密集型系统的设计、维护，并为系统的进一步完善奠定基础。

科学技术的飞速发展和新技术革命的兴起，使得现代的各种软硬件系统越来越复杂。这种复杂性涵盖系统的静态结构、动态特性、工作条件和功能层次等多个方面，因此对系统可靠性的研究变得越来越困难。软硬件综合系统通常包含多个功能模块和多层结构。每个模块和层次都由不同的部件或子功能组成，部分部件或子功能的失效并不代表整个系统的失效。同时，系统内子系统间或部件间的关系又较为密切，关联性强，影响因素众多且影响程度不一，因此通常具有比较复杂或特殊的动态特性，如系统失效形式。此外，这类系统的软件密集型发展趋势及伴随而来的自适应行为的凸显，要求系统必须具备在高度动态的工作条件下正常运行的能力。现有研究已经证明工作条件的变化会对系统的可靠性产生不同的影响。这些影响条件既包括温度、湿度和电压等环境条件，也包括操作人员或维修人员的操作、生理状况等人因条件。综上所述，软硬件综合系统承载的信息量越大，其重要性就越髙，应用范围就越广，一旦系统失效，所带来的损失将是巨大的，甚至是灾难性的。如果能够准确、有效地对系统的可靠性进行研究，并在此基础上给出一套切实可行的试验及分析方法，则无论是对正确估计实际系统的性能，还是对进行可靠性增长设计，以及减少投资、降低风险，都具有极为重要的意义。 本书是关于软硬件综合系统软件需求建模及可靠性综合试验、分析、评价技术的著作，全面系统地介绍了可靠性基础理论及可靠性综合试验、分析、评价技术。全书共13章。第1章介绍了可靠性理论的发展、几个基本概念、常规可靠性的数学表征、软件工程与软件可靠性、传统系统可靠性建模与分析、软硬件综合系统可靠性、确信可靠度等内容。第2、3章介绍了软件缺陷、故障及失效的相关内容，以及软件测试技术。第4章介绍了软件缺陷模式及软件需求缺陷模式概念，并对这两个概念的核心三要素，即场景、缺陷和解决方案进行了详细介绍。第5章介绍了软件需求缺陷模式本体表示，包括单叶节点软件需求缺陷模式表示和多叶节点软件需求缺陷模式表示。第6章介绍了多本体需求知识框架的建立。本书基于实践经验，选取软硬件综合系统中的航电系统进行上述框架的建立。该框架由航电系统泛化本体、任务本体、领域本体和应用本体等组成。实例验证部分详细介绍了考虑地理环境因素的无人机飞行控制与管理系统软件需求抽取本体构建及评价过程。第7章介绍了基于多本体需求知识框架的软件需求抽取。这一方法克服了现有方法中存在的需求规约不充分、部分利益相关者参与度不足及需求易变性等问题。案例部分介绍了采用对比实验的方法验证本章提出的基于本体的需求抽取方法的全过程，并验证了该方法的有效性。第8章介绍了可靠性试验，内容包括可靠性试验类型、可靠性鉴定试验及传统可靠性试验的不足。第9章介绍了软硬件综合系统可靠性综合试验技术，内容包括可靠性试验的任务剖面信息扩充、软硬件综合系统可靠性综合试验设计等。第10章介绍了软硬件综合系统可靠性综合试验的软件测试用例优化，内容包括基于CMC的软硬件综合系统状态模型构建和不同情况下的软件测试用例优化技术等。第11章介绍了软硬件综合系统可靠性分析，内容包括用于研究稳态可靠性的基于HSRN的系统可靠性分析和用于研究瞬时可靠性的基于Markov过程的系统可靠性分析，以及基于飞行剖面的任务可靠性模型构建及任务可靠性评估。第12章介绍了软硬件综合系统安全性分析，内容包括一般性的软件系统安全性分析、软件系统级FMEA知识本体构建、软件系统级模糊FMEA、软硬件综合FMEA。实例验证部分介绍了将软件系统级分析方法应用于某型无人机飞行控制与管理系统软件的全过程，并验证了该方法的有效性。第13章介绍了基于确信可靠度的软硬件综合系统可靠性评价。实例验证部分介绍了以某软硬件综合系统的子系统为实验对象进行基于确信可靠度的可靠性评价的全过程，并验证了该方法的有效性。 由此可见，本书内容较为丰富，理论结合实际，实用性强。本书融合了编著者从事可靠性工作近20年的经验和体会，可为广大可靠性专业人员及科技工作者提供参考。 衷心感谢工业和信息化部电子第五研究所的刘杰研究员和纪春阳研究员对本书提出的宝贵意见，同时向为编著本书时提供参考文献的作者表示谢意，向为本书出版发行做了大量工作的电子工业出版社有关领导和同志表示衷心的感谢。 由于编写时间紧，加之编著者经验和知识有限，书中难免有疏漏之处，敬请读者批评指正。

第1章 绪论 1 1.1 可靠性理论的发展 1 1.2 几个基本概念 2 1.3 常规可靠性的数学表征 3 1.4 软件工程与软件可靠性 5 1.4.1 软件工程的内涵及目标 6 1.4.2 软件需求工程及需求抽取 6 1.4.3 软件可靠性 9 1.4.4 软件工程与软件可靠性的关系 11 1.5 传统系统可靠性建模与分析 13 1.6 软硬件综合系统可靠性 15 1.7 确信可靠度 16 参考文献 17 第2章 软件缺陷、故障及失效 20 2.1 几个基本概念 20 2.2 软件缺陷分类 23 2.2.1 Goel软件缺陷分类法 24 2.2.2 Thayer软件缺陷分类法 25 2.2.3 层次化软件缺陷分类法 26 2.3 已有软件缺陷分类法的不足 35 参考文献 36 第3章 软件测试 37 3.1 静态测试技术 38 3.2 动态测试技术 39 3.2.1 动态测试的特点 39 3.2.2 黑盒测试和白盒测试 40 3.3 软件可靠性测试 42 3.3.1 软件可靠性测试概念 42 3.3.2 软件可靠性测试过程 43 参考文献 46 第4章 软件缺陷模式及软件需求缺陷模式 48 4.1 软件缺陷模式定义及场景的产生 49 4.1.1 软件缺陷模式定义 49 4.1.2 软件缺陷模式场景的产生 52 4.2 软件需求缺陷模式定义及场景的产生 53 4.2.1 软件需求缺陷模式定义 54 4.2.2 软件需求缺陷模式场景的产生 59 4.3 软件需求缺陷模式实例 61 参考文献 62 第5章 软件需求缺陷模式本体表示 65 5.1 本体概述 66 5.1.1 本体发展历史及定义 66 5.1.2 本体结构与本体语言 67 5.1.3 本体类型及建模方法 70 5.1.4 本体编辑工具 74 5.1.5 本体集成 75 5.1.6 本体评价 75 5.2 领域相关软件需求缺陷模式本体表示 76 5.2.1 需求模型及环境框架构建 76 5.2.2 两种情况下的软件需求缺陷模式本体表示 77 参考文献 80 第6章 多本体需求知识框架的建立 84 6.1 基于面向对象本体方法 85 6.2 知识模型 86 6.3 软硬件综合系统需求知识本体构建 88 6.3.1 航电系统简介 88 6.3.2 航电系统需求知识本体构建方法论 89 6.3.3 航电系统多本体需求知识框架结构 96 6.4 实例验证 102 6.4.1 实验背景 102 6.4.2 UAV FCMS软件需求抽取本体构建及地理本体构建 103 参考文献 132 第7章 基于多本体需求知识框架的软件需求抽取 137 7.1 现有需求抽取过程中存在的问题 138 7.2 基于多本体的需求抽取 139 7.2.1 基于多本体的需求抽取流程 139 7.2.2 基于多本体需求抽取的优点 164 7.3 基于多本体需求抽取案例 164 参考文献 166 第8章 可靠性试验 168 8.1 可靠性试验类型 168 8.2 可靠性鉴定试验 170 8.2.1 二项试验 170 8.2.2 序贯试验 172 8.3 传统可靠性试验的不足 175 参考文献 175 第9章 软硬件综合系统可靠性综合试验技术 176 9.1 可靠性试验的任务剖面信息扩充 176 9.1.1 基本概念 176 9.1.2 任务剖面信息扩充 179 9.2 软硬件综合系统可靠性综合试验设计 180 9.2.1 单任务剖面匹配及软件可靠性测试剖面设计 180 9.2.2 软件可靠性测试用例生成 185 9.2.3 软件可靠性测试用例个数的确定 188 9.2.4 软件可靠性测试充分性的判定 190 9.2.5 多任务剖面下软件可靠性测试剖面设计及测试用例生成 196 参考文献 197 第10章 软硬件综合系统可靠性综合试验的软件测试用例优化 199 10.1 可靠性综合试验中测试用例生成总体方案 199 10.2 基于CMC的软硬件综合系统状态模型构建 201 10.3 无约束的软件测试用例优化方法 203 10.4 带有时间资源约束的软件测试用例优化 204 参考文献 207 第11章 软硬件综合系统可靠性分析 208 11.1 基于HSRN的复杂系统可靠性分析 208 11.1.1 SRN的定义 208 11.1.2 SRN的层次化 209 11.1.3 HSRN的度量 209 11.1.4 HSRN的等效变换 210 11.1.5 HSRN模型求解 212 11.2 基于HSRN的飞控计算机系统可靠性分析 213 11.2.1 余度技术 213 11.2.2 某型飞机电传主飞控计算机结构 214 11.2.3 分层混合建模分析 215 11.3 基于Markov过程的系统可靠性分析 219 11.3.1 双机热备系统分析 220 11.3.2 双机热备系统可靠性模型 220 11.3.3 双机热备系统可靠性分析 222 11.4 基于飞行剖面的任务可靠性模型 223 11.4.1 飞行剖面定义 223 11.4.2 飞行剖面折合系数 224 11.4.3 可靠性模型 225 11.4.4 作战飞机任务可靠性评估 226 11.4.5 考虑内场故障数据的任务可靠性评估 227 参考文献 228 第12章 软硬件综合系统安全性分析 229 12.1 软件系统安全性分析 229 12.1.1 软件系统的安全性工作 229 12.1.2 软件系统安全性分析项目 230 12.2 软件系统级FMEA知识本体构建 233 12.2.1 软件系统级FMEA过程模型 234 12.2.2 软件系统级FMEA知识多本体框架 235 12.2.3 软件系统级FMEA知识本体定义 235 12.3 软件系统级模糊FMEA 239 12.3.1 基于软件模块复杂度的风险因子评估 239 12.3.2 基于熵权和模糊TOPSIS的故障模式评级 241 12.3.3 实例验证 243 12.4 软硬件综合FMEA 252 12.4.1 软硬件综合故障生命周期 252 12.4.2 软硬件综合故障模式 253 12.4.3 软硬件综合FMEA本体结构 264 12.4.4 基于软硬件综合故障（模式）的软件测试用例生成 277 参考文献 281 第13章 基于确信可靠度的软硬件综合系统可靠性评价 284 13.1 确信可靠度定义 284 13.2 软硬件综合系统认知不确定因子的确定 285 13.2.1 FMEA应用效果评价 285 13.2.2 软硬件可靠性综合试验应用效果评价 289 13.2.3 认知不确定因子的计算 292 13.3 实例验证 292 参考文献 295