用于测试技术系统的计算机实现的方法与流程

用于测试技术系统的计算机实现的方法


背景技术：

1.故障树分析（英语为：fault tree analysis，fta）是用于分析系统的故障逻辑并且用于计算总可靠性的已知方法。
2.故障树分析以单个非期望的事件为出发点，所述单个非期望的事件处于故障树的顶峰，即为所谓的顶事件（top
‑
ereignis），所述顶事件例如描述系统的总失效，并且在危害分析的范围中被确定。
3.从所述顶事件出发，在自上而下（top
‑
down）分析中创建故障树，直至组件的各个失效状态为止。在更复杂的系统情况下，划分成子系统，所述子系统类似地被进一步划分，直至整个系统以基本事件形式的不可再进一步划分的最小部分的形式映射为止。利用布尔代数及其符号、尤其是“与”和“或”对故障树中的失效组合进行逻辑运算（verkn
ü
pfen）。
4.在最简单的情况下，通过逻辑“或”函数对系统的组件进行运算，所述组件在其功能能力方面彼此有关。在这种情况下，一个组件的失效已经导致整个系统的失效。在故障树中通过“与”函数对在功能上可以互相代替（冗余）的组件进行运算。
5.在常规的故障树分析中，失效概率被视为精确值、即单个估计值或固定值。但是，如果例如不存在足够的数据或存在事件的不明确的特征，有时可能难以估计组件的精确失效率。当组件的细节可能还未确定并且因此准确的失效率未知时，这尤其是在设计阶段中可能是十分重要的。


技术实现要素：

6.本公开涉及一种用于实时地测试技术系统、尤其是软件、硬件或嵌入式系统的计算机实现的方法，其中技术系统包括多个尤其是技术的组件，并且其中技术系统由模糊故障树拓扑a
ki
代表，其中k = 1和i = 1、...、，并且基于模糊顶事件x
k
为了确定基本事件的优先级，实施以下步骤：提供基本事件的模糊关系函数矩阵，其中λ= 1，并且执行迭代过程，其中每个迭代λ包括以下步骤，其中λ= 1、2、3、...、n：使用迭代算法在考虑模糊顶事件x
k
、模糊故障树拓扑a
ki
和模糊关系函数矩阵的情况下确定辅助矩阵c
ki
，并且在使用最大似然法的情况下基于辅助矩阵c
ki
确定模糊关系函数矩阵。
7.通过基本事件的模糊关系函数尤其是可以说明逐渐在0和1之间的数值上基本事件发生的模糊性。关系函数尤其是梯形或三角形的。但是，关系函数也可以包括其他形式。
8.这如下起作用，即不足够的数据经常使得难以客观地确定概率。因此，通过语言变量进行人类判断变得绝对必要。为了描述事件的概率，例如使用诸如“非常低、低、高和相当高”之类的语言表达。诊断方法例如基于所观察的分析型启发式症状和关于过程的启发式知识。例如观察属于此，所述观察例如通过由操作人员以不同的形式进行检查、例如通过诸如振动之类的声音噪声或诸如颜色或烟雾之类的光学印象获得。但是，通常出现不明确的
症状，所述不明确的症状大多数只能以定性度量或诸如“少”、“中等”或“很多”之类的语言变量的形式来表达。实际上，传统的数学方法由于其不明确性而不能高效地处理自然语言表达。
9.常规故障树分析是静态的、不能实时的、不可编程的，并且基本事件的优先级是不唯一的。
10.所公开的方法通过嵌入式实时确定和应用模糊逻辑而克服常规故障树分析的局限性。
11.通过以模糊顶事件为出发点根据迭代嵌入式优化方法基于模糊故障树拓扑对模糊基本事件的优先级进行嵌入式实时确定，可以有利地考虑基本事件的真实的、由系统决定的模糊关系函数。此外可能的是，确定模糊性基本事件的优先级。另外可能的是，在技术系统运行期间在线地、即实时地监控基本事件的模糊关系函数的变化。
12.对于技术系统的组件，可以经由基本事件的优先级分析：组件在多大程度上对于技术系统的安全性或失效风险重要或关键。
13.有利地可以基于该分析来适配该技术系统，用于减小失效概率或用于提高产品安全性。
14.已经可以在技术系统的尤其是用于设计组件的开发中使用该方法。此外可以在技术系统的运行中使用该方法。于是例如可以根据所确定的优先级作出与安全相关的决定。
15.根据一种实施方式规定，从模糊关系函数矩阵的元素和模糊关系函数矩阵的元素的差中导出基本事件的优先级。迭代λ+1有利地是迭代过程的最后迭代。因此，模糊关系函数矩阵是利用迭代过程计算的最后矩阵。然后将模糊关系函数矩阵与初始的模糊关系函数矩阵进行比较，并且从两个矩阵的差中导出基本事件的优先级。对于两个矩阵、即模糊关系函数矩阵和模糊关系函数矩阵，有利地对于每个行比较行之间的度量距离。具有最大差的基本事件有利地是具有最高优先级的基本事件。具有最小差的基本事件有利地是具有最低优先级的基本事件。
16.根据一种实施方式规定，通过分派当前值、尤其是技术系统的状态和/或测量结果来提供模糊关系函数矩阵，其中λ=1。
17.根据一种实施方式规定，在持续时间期满之后，重新提供基本事件的模糊关系函数矩阵，其中λ=1，并且基于基本事件的当前模糊关系函数矩阵重新执行迭代过程，其中λ=1。以这种方式，可以在任何时候给基本事件分派当前关系函数。例如通过提供值表格来重新提供模糊关系函数矩阵，所述值表格例如包括技术系统的组件的值和/或状态。值表格例如在特定时间段内包括组件在不同时间点的值和/或状态。此外，也可以通过重新测量技术系统的组件的值和/或状态来提供模糊关系函数矩阵。
18.根据一种实施方式规定，通过以下方程式迭代地确定辅助矩阵c
ki
：其中i = 1、2、... n，
其中适用，并且代表模糊关系函数的当前估计，x
k
代表模糊顶事件，以及a
ki
代表模糊故障树拓扑。
19.根据一种实施方式规定，通过确定模糊关系函数矩阵，其中适用的是。
20.迭代算法需要比较少的计算耗费，并且因此能够实现嵌入式实时微控制器应用。
21.根据一种实施方式规定，在技术系统的设计范围中例如根据所谓的需求来预先给定模糊顶事件x
k
。需求通常指定对技术系统的可靠性的要求。
22.根据一种实施方式规定，模糊顶事件x
k
由（1
×
m）向量代表，其中m是模糊关系函数的元素的数量，和/或其中模糊故障树拓扑a
ki
由向量代表，其中n是基本事件的数量，和/或其中模糊关系函数矩阵w由矩阵代表。
23.根据一种实施方式规定，模糊故障树拓扑a
ki
表示通过逻辑与运算符和/或或运算符在基本事件之间的运算。与运算符和/或或运算符是模糊运算符，并且基于模糊方程式。与运算符和/或或运算符是可编程的。
24.根据一种实施方式规定，只要还未达到中止准则，就重复迭代过程的步骤。
25.根据一种实施方式规定，通过达到或超过迭代的特定次数来给出中止准则。有利地可以任意地预先给定迭代次数。在非时间关键地使用该方法的情况下，尤其是在技术系统的开发中，可以例如经历较高次数的迭代。在时间关键地使用该方法的情况下，尤其是在技术系统的运行中，可以经历较少次数的迭代。
26.根据一种实施方式规定，尤其是对于模糊关系函数矩阵和模糊关系函数矩阵的每个元素，通过达到或低于模糊关系函数矩阵和模糊关系函数矩阵的差、尤其是度量距离的特定值来给出中止准则。一个模糊关系函数矩阵与下一个模糊关系函数矩阵之间的差随着迭代增加而变小。
27.其他实施方式涉及一种计算机程序，其中计算机程序包括计算机可读指令，当通过计算机执行所述计算机可读指令时，实施根据所述实施方式的方法。
28.其他实施方式涉及一种用于实时地测试技术系统、尤其是软件、硬件或嵌入式系
统的设备，其中设备被构造用于实施根据所述实施方式的方法。
29.根据一种实施方式规定，该设备是技术系统的控制设备并且被构造用于作为嵌入式实时微控制器应用实施根据所述实施方式的方法。
30.该方法的迭代算法有利地需要比较少的计算耗费，使得由此能够实现嵌入式实时微控制器应用。
31.根据实施方式的计算机实现的方法和/或计算机程序和/或设备尤其是在使用技术系统的情况下可以有利地已经被使用在技术系统的开发中、尤其是在汽车领域中、尤其是在自主驾驶领域中，或者用于测试和/或监控技术系统。在此情况下，技术系统例如被理解为硬件、尤其是控制设备、计算机程序或嵌入式系统。尤其是在运行中根据测量或在投入运行之前根据模拟对技术系统进行测试或监控，并且关于失效概率或产品安全性进行分析。在此，技术系统的组件由基本事件代表。对于这些基本事件，根据该方法确定优先级。根据优先级，可以实时地确定：哪些组件对于技术系统的安全性或失效风险是关键组件。基于所确定的优先级，可以有利地尤其是自动地适配或设计该技术系统，以便从而减小失效概率或提高产品安全性。
附图说明
32.本发明的其他特征、应用可能性和优点从本发明的实施例的随后描述中得出，所述实施例在附图的图中示出。在此，所有所描述的或示出的特征本身或以任意组合的方式构成本发明的主题，而与其在专利权利要求书中的概括或其回引无关以及与其在说明书或在附图中的表述或表示无关。
33.在附图中：图1以流程图示出根据一种实施方式的方法的步骤的示意图；图2示出技术系统的模糊故障树拓扑的示意图，以及图3以框图示出根据一种实施方式的设备的示意图。
具体实施方式
34.图1以流程图示出方法100的步骤的示意图。方法100是用于实时地测试技术系统200（参见图3）、尤其是软件、硬件或嵌入式系统的方法。
35.技术系统200包括多个尤其是技术的组件。在图2中示出了模糊故障树拓扑210的示意图。
36.模糊顶事件220处于模糊故障树拓扑210的顶峰。模糊顶事件220代表非期望的事件、例如技术系统的总失效。模糊顶事件220例如在危害分析的范围中被确定，并且通过描述对技术系统200的可靠性的要求的所谓需求被预先给定。
37.根据图1，示例性地示出了五个基本事件230。基本事件230之间的运算由逻辑“与”运算符和/或“或”运算符240示出。
38.在方法100中，技术系统200作为模糊故障树拓扑a
ki
由向量代表，其中n是基本事件的数量。模糊顶事件220作为模糊顶事件x
k
由（1
×
m）向量代表，其中m是顶事件x
k
的模糊关系函数的元素的数量。
39.基本事件230在模糊关系函数矩阵中由矩阵代表。
40.关系函数尤其是作为三角形或梯形关系函数给出。
41.基于模糊顶事件x
k
，根据方法100为了确定基本事件的优先级，实施以下步骤：提供110基本事件的模糊关系函数矩阵，其中λ= 1，以及执行120迭代过程，其中每个迭代λ包括以下步骤，其中λ= 1、2、3、...、n：使用迭代算法在考虑模糊顶事件x
k
、模糊故障树拓扑a
ki
和模糊关系函数矩阵情况下确定122辅助矩阵c
ki
，以及在使用最大似然方法的情况下基于辅助矩阵c
ki
确定124模糊关系函数矩阵。
42.通过以下方程式迭代地确定辅助矩阵c
ki
：其中i = 1、2、... n，其中适用，并且代表模糊关系函数的当前估计，x
k
代表模糊顶事件，以及a
ki
代表模糊故障树拓扑。
43.在迭代过程中，通过迭代地确定模糊关系函数矩阵，其中适用的是。
44.从模糊关系函数矩阵的元素和模糊关系函数矩阵的元素的差中导出基本事件的优先级。迭代λ+1有利地是迭代过程的最后迭代。因此，模糊关系函数矩阵是利用迭代过程计算的最后矩阵。然后将模糊关系函数矩阵与初始的模糊关系函数矩阵进行比较，并且从两个矩阵的差中导出基本事件的优先级。对于两个矩阵、即模糊关系函数矩阵和模糊关系函数矩阵，有利地对于每个行比较行之间的度量距离。具有最大差的基本事件有利地是具有最高优先级的基本事件。具有最小差的基本事件有利地是
具有最低优先级的基本事件。对于技术系统的组件可以通过基本事件的优先级来进行分析：组件在多大程度上对于技术系统的安全性或失效风险重要或关键。有利地，基于该分析适配技术系统用以减小失效概率或用以提高产品安全性。已经可以在技术系统的尤其是用于设计组件的开发中使用该方法。此外可以在技术系统的运行中使用该方法。于是例如可以根据所确定的优先级作出与安全相关的决定。
45.根据一种实施方式规定，通过分派当前值、尤其是技术系统的状态和/或测量结果来提供模糊关系函数矩阵，其中λ=1。该技术系统例如是车辆的技术系统。值和/或测量结果例如是传感器值和/或技术系统的组件的值或状态。例如这在此也可以是尤其是与温度有关的灵敏度，或是组件的与时间有关的失效概率。
46.根据一种实施方式规定，在持续时间期满之后，重新提供基本事件的模糊关系函数矩阵，其中λ=1，并且基于基本事件的当前模糊关系函数矩阵重新执行迭代过程，其中λ= 1。例如通过提供值表格来重新提供模糊关系函数矩阵，所述值表格例如包括技术系统的组件的值和/或状态。值表格例如在特定时间段内包括组件在不同时间点的值和/或状态。此外，也可以通过重新测量技术系统的组件的值和/或状态来提供模糊关系函数矩阵。例如，可设想的是，在其之后重新提供基本事件的模糊关系函数矩阵（其中λ=1）的持续时间处于大约1ms至10ms的范围内，使得每1ms至10ms重新执行迭代过程。
47.根据一种实施方式规定，只要还没有达到中止准则，就重复该迭代过程的步骤。
48.根据一种实施方式规定，通过达到或超过迭代的特定次数来给出中止准则。有利地可以任意地预先给定迭代次数。在非时间关键地使用该方法的情况下，尤其是在技术系统的开发中，可以例如经历较高次数的迭代。在时间关键地使用该方法的情况下，尤其是在技术系统的运行中，可以经历较少次数的迭代。
49.根据一种实施方式规定，尤其是对于模糊关系函数矩阵和模糊关系函数矩阵的每个元素，通过达到或低于模糊关系函数矩阵和模糊关系函数矩阵的差的特定值来给出中止准则。一个模糊关系函数矩阵与下一个模糊关系函数矩阵之间的差随着迭代增加而变小。
50.图3示出用于测试技术系统200的设备300。设备300被构造用于实施根据所述实施方式方法100。
51.设备300具有计算装置310，例如可以给所述计算装置分配存储装置320，尤其是用于至少暂时存储至少一个计算机程序和/或数据、尤其是要借助于计算装置310处理的数据。进一步优选地，计算机程序prg1可以存放在存储装置320中，用于至少暂时控制设备300的运行，尤其是用于实施根据所述实施方式的方法100。
52.计算装置310例如是微处理器。存储装置320包括以下元件中的至少一个：易失性存储器、尤其是工作存储器（ram）；非易失性存储器、尤其是闪存。
53.根据一种实施方式规定，设备300是技术系统200的控制设备并且被构造用于作为嵌入式实时微控制器应用实施根据所述实施方式的方法100。
54.方法100的迭代算法有利地需要比较少的计算耗费，使得由此能够实现嵌入式实时微控制器应用。