基于关键缺陷分析的核安全软件可靠性建模及测试策略研究

Nuclear safety software, which is responsible for emergent reactor scram at the nuclear accident, is related to the safety lifeline of nuclear power plant, and its reliability evaluation and test strategy optimization is the hotspot of research. The characteristics of nuclear safety software include: it is highly sensitive to critical faults; testing is difficult with a wide range and a long period; independent third-party team performs software verification and validation. At present, nuclear safety software is still the weak point of probabilistic safety assessment of nuclear power plant. It needs to carry out targeted research on the study of reliability modelling and develop reasonable testing strategies to improve its reliability..This project focuses on the characteristics of nuclear safety software and first builds the critical-fault-ratio model based on the fault severity obtained during the fault detection process and the features of the data. Secondly, based on the correction process of nuclear safety software, build the exponential order statistic model. Finally, based on above models and the data of critical faults during past tests, build the testing knowledge base with fuzzy Petri net, and correspondingly develop software testing strategies, including critical fault early identification, efficient test case design, testing resource allocation, and so on, so as to improve the efficiency, accuracy, and adequacy of the test..On the basis of theoretical and methodological research, the project uses the software test data of China’s first commercial nuclear safety software to verify proposed models and methods.

核安全软件负责在核事故时停闭反应堆，关系核电厂安全命脉，其可靠性评价及测试策略优化是研究的热点。核安全软件的特点包括：对关键缺陷高度敏感；测试范围广、周期长、难度大；独立第三方团队执行复杂的软件验证与确认。目前核安全软件仍是核电厂概率安全评价的软肋，须有针对性的开展可靠性建模研究，同时制订合理的测试策略以提高其可靠性。.本项目针对核安全软件的特点，首先基于检测过程的缺陷严重程度属性，结合数据特点研究关键缺陷的检测规律，建立关键缺陷占比模型。其次，针对核安全软件的剔除过程，建立基于次序/顺序统计量的关键缺陷剔除模型。最后，结合上述模型及以往测试过程的关键缺陷数据，利用模糊Petri网建立测试知识库，并据此制订关键缺陷早期识别、高效用例设计、资源分配优化等软件测试策略，以提高测试的效率、准确性和充分性。.在理论和方法研究基础上，项目将采用我国首套商用核安全软件的测试数据对模型和方法进行验证。

核电厂安全级软件可靠性对于仪表和控制系统乃至整个核电厂的安全稳定运行都具有重要意义。核安全软件相比常规工业软件，具有关键缺陷敏感性、测试过程复杂性、执行独立的软件验证与确认等特点，提高软件可靠性、实现关键缺陷检测与剔除是核能监管机构、软件开发、电厂运维等人员的迫切需求。.本项目针对核安全软件及仪控系统特点，以软件可靠性评价和仪控系统测试策略优化为目标，研究关键缺陷的软件可靠性及检测剔除过程建模，并基于以往测试数据和在役电厂缺陷数据，建立关键缺陷知识库和仪控系统测试策略。.首先，项目基于GO模型，建立了一种同时考虑软件缺陷严重程度及测试人员分类意愿的软件可靠性增长模型。所建模型可以很好的拟合测试数据，在测试初期测试数据有限时，仍具有较好的缺陷曲线预测能力。通过考虑更多的测试信息，所建模型更加接近实际测试过程。.其次，项目开展了核电厂仪控系统关键缺陷检测和剔除过程建模。在确定仪控系统关键和重要特性基础上，项目从特定应用环境、特定应用方式、长期动态运行三个维度，建立关键缺陷检测和剔除环境模型。项目梳理了我国在役核电厂实际已发生的关键缺陷检测案例19项，建立起关键缺陷与环境模型的映射关系，并采用粗糙集方法，建立产生式规则的关键缺陷知识库；项目建立基于缺陷征兆的关键缺陷决策推理模型，实现关键缺陷的检测决策。.最后，项目考虑系统自诊断覆盖率、定期试验周期、定期试验资源分配等因素，基于Petri网建立安全级保护系统动态可靠性模型。项目论证了系统定期试验导致的降级运行过程、系统在线自诊断功能对可靠性的影响显著，并分别进行了测试策略的安全性和经济性分析，给出保护系统测试策略确定方法。.项目研究有助于软件测试团队尽早安排测试计划、分配测试资源，有助于核电厂开展仪控系统设备关键缺陷的识别，有助于仪控系统关键缺陷测试策略的制订，有助于提高核电厂仪控系统软件可靠性及系统可靠性。项目具有较高的学术价值和工程实用价值。