结合STPA和DEMATEL-ISM的民机起落架收放系统风险研究

为从系统整体角度完成对起落架收放系统的风险辨识和影响分析,将系统理论过程分析(Systematic Theory Process Analysis,STPA)与决策实验室分析-解释结构模型(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory Interpretive Structural Modeling,DEMATEL-ISM)相结合来开展分析。首先,定义事故和系统级危险,以民机进近阶段放下起落架为例,运用STPA完成对风险因素的系统化辨识;其次,基于最大平均熵减(Maximum Mean De-entropy,MMDE)算法帮助DEMATEL-ISM模型确定阈值,完成对风险因素影响的重要性分析并识别可能引发系统级危险的风险传递路径,据此挖掘关键致因场景,以给出风险预防建议。结果显示:线路性能退化或失效、位置作动控制组件(Position Action Control Unit,PACU)核心处理器故障为关键原因因素,收放作动筒作动异常、机组成员操作不当、起落架指示灯显示异常、起落架液压选择阀作动异常、PACU信息接收有误为关键结果因素,这些因素均涉及多条可能引发系统级危险的风险传递路径,应予以重点控制。

基于STPA和FTPN的海上自主水面船舶航行实时风险评估

为实时监测海上自主水面船舶(MASS)航行过程风险,基于系统理论事故模型与过程(STAMP)建立MASS的安全控制结构,采用系统理论过程分析法(STPA)确定损失/事故和系统级危险,识别不安全控制行为并分析损失场景,构建系统状态转化过程模型;采用模糊时间Petri网(FTPN)建模,以设定的MASS航行场景得到相关模糊时间函数并推算FTPN的情态演进;引入新的风险水平表达式并通过系统实时损失/事故二维路径图来可视化系统的实时风险水平和系统不安全状态的转化路径。结果表明:设定的航行场景在当前时刻下,缺少安全水深输入、未更新避碰路径、航向航速不安全、搁浅是风险最高的系统不安全状态,并对应4条风险最高的转化路径;STPA驱动下的FTPN过程模型能全面评估MASS航行的实时风险水平,以系统实时损失/事故二维路径图作为可视化界面,用于监管MASS航行中不安全系统状态并描述其转化路径。

基于STPA的飞机交流系统供电转换安全性分析方法研究

飞机交流发电系统是整机的主要电力来源,应对其进行完善的安全性分析。传统安全性分析方法对系统组件间非线性交互引起的安全问题关注较少,当研制型号支持数据不足时,存在分析遗漏风险。根据典型交流发电系统供电转换过程基本特点,基于STPA方法构建安全控制结构图,识别不安全控制行为(UCA),引入相似系统的失效模式及影响分析(FMEA)结果,分析UCA致因因素和致因场景,使用时间自动机理论的形式化工具进行系统建模与验证;通过专家评判及事故对比来验证该方法的正确性。结果表明:在传统分析方法的基础上引入STPA方法,能够有效识别出不安全控制行为和事故发生的原因,该方法可以作为传统方法的有效补充。

基于STPA方法的智能船航行风险评价指标体系构建

针对智能船航行安全风险致因辨识问题,基于STAMP理论,构建基于船员功能替代的智能船系统模型。将船舶航行风险视为系统安全控制问题,运用STPA方法进行风险致因因素分析,在此基础上从组分失效、外部环境干扰和不安全交互三个维度构建智能船航行风险评价指标体系。该指标体系涵盖要素广、风险针对性强,能够科学客观地表征船舶航行系统的安全状态,相关成果为后续开展智能船航行风险定量化评估工作奠定了基础。

STPA和CREAM方法在飞行冲突调配人因差错研究中的应用

为了研究管制员飞行冲突调配的人因差错问题,进而有效评估管制员解决飞行冲突的可靠性,以保障空中交通的安全运行,提出系统理论过程分析(System Theoretic Process Analysis, STPA)与认知可靠性与失误分析方法(Cognitive Reliability and Error Analysis Method, CREAM)相结合的人因可靠性分析方法。首先,通过STPA方法构建系统控制模型,识别不安全控制行为(Unsafe Control Action, UCA)以及致因因素,找到管制员在调配飞行冲突过程中可能存在的差错行为;其次,基于CREAM扩展法对管制员的差错行为进行定量分析,得到管制员调配飞行冲突的人因失误概率。研究显示:使用该方法能够系统、全面地识别出管制员在调配飞行冲突过程中出现的差错行为,进而计算管制员飞行冲突调配的人因失误概率。实例分析表明该方法可以预测管制员在飞行冲突调配过程中的人因失误概率及可靠性,为管制员人因可靠性分析提供了新思路。

基于STPA-BN的船舶航行人为风险因素分析与评估

人为因素是引发船舶事故的最主要因素之一,为了研究船舶人为风险因素的因果关系,从中国海事局发布的船舶事故报告出发,引入系统理论过程分析-贝叶斯网络(STPA-BN)模型对船舶航行人为风险因素进行分析和评估。采用系统理论过程分析(STPA)方法识别出船舶航行中存在的不安全控制行为,结合事故报告内容提取出12种人为风险因素,利用风险因素的内在因果关系和结构学习功能构建贝叶斯网络拓扑结构;将事故报告量化,并对网络进行参数学习,对模型进行验证。在此基础上,利用贝叶斯网络(BN)的推理功能得到船舶航行中7种突出的人为风险因素和3条事故核心致因链,为保障船舶安全航行与船员培训提供数据支持。

基于全自动运行系统组织扩展模型的STPA-M方法及应用

全自动运行系统实现了车上无人驾驶列车的功能改变,对整个系统运营组织方式也带来了全新的模式变化,进一步需要考虑系统设备之上的组织层面的安全分析与管理。基于系统理论过程分析STPA危险分析方法,针对全自动运行系统组织层面的危险辨识提出适应组织控制器的扩展模型OEM-AM,识别全自动运行系统运营组织缺陷OF-AM,补充STPA方法对于组织层面危险分析的不足。以全自动运行系统危险分析应用为例,构建危险分析进程模型,分别基于STPA与STPA-M方法进行危险源辨识并比较致因结果。比较结果表明,STPA-M方法能够对全自动运行系统危险进行更全面的辨识,可以补偿传统安全分析方法在组织方面辨识的缺陷,更大程度地保障线路运营组织安全。

基于STPA的新能源汽车安全性能分析

探讨了如何应用STPA方法来提升新能源汽车的安全性能。通过分析新能源汽车系统架构和关键子系统,识别其安全风险;采用STPA方法,从危险场景识别与分析、控制结构分析等方面,系统审视新能源汽车的安全问题,揭示安全事故的深层次原因,并从系统、硬件、软件等层面,设计了一系列针对性的安全控制措施。研究表明,STPA方法可有效发现传统安全分析方法难以识别的安全隐患。

基于STPA涉火涉危工业控制软件安全性分析方法探索

本文针对涉火涉危工业控制软件安全性测试存在的六个难点,包括需求分析依据不明确、安全要求简单、源代码缺失、故障注入难、与工艺紧密相连、专业性强,提出基于STPA的涉火涉危工业控制软件安全性分析方法,确定软件安全性测试的前期准备、安全需求分析步骤和安全性测试重点,提出工业控制软件研制应注意事项的建议。

基于改进STPA-DEMATEL的智能航电系统致因要素分析

针对智能航电系统在非线性耦合运行场景下产生的预期功能安全(safety of the intended functionality,SOTIF)问题,提出一种将系统理论过程分析(systematic theory process analysis,STPA)与决策试验与评价实验法(decision-making trial and evaluation laboratory,DEMATEL)相结合的致因分析框架。首先,在定义系统级危险的基础上构建安全控制结构,识别其不安全控制行为并提取与智能化缺陷相关的STPA致因要素。接下来,引入毕达哥拉斯模糊加权平均算子和闵可夫斯基距离对传统DEMATEL方法进行优化,专家根据控制反馈回路对致因要素进行评价并计算其中心度与原因度。最后,分析STPA致因要素与SOTIF致因属性之间的映射关系,给出关键致因要素的风险减缓措施。以单一飞行员驾驶(single-pilot operation,SPO)模式下的虚拟驾驶员助理系统为例说明了所提方法的可行性与有效性。研究结果表明,改进的STPA-DEMATEL方法可以有效识别关键致因要素,且能够克服专家评价的模糊性与不确定性,为智能航电系统的安全性设计提供了参考依据。

融合STPA及有限状态机的ADAS触发条件生成机制

现有高级辅助驾驶系统(Advanced Driver Assistance Systems,ADAS)功能不断增多且系统复杂性不断提高,不可避免带来了预期功能安全(Safety of the Intended Functionality,SOTIF)问题。触发条件的识别与生成是预期功能安全活动中重要的一环,然而现有对触发条件识别仅借助系统过程理论分析方法(System Theoretic Process Analysis,STPA)进行分析,未充分考虑系统功能状态转换中存在的问题。本文以知识驱动的方式构建触发条件识别机制,将STPA及有限状态机(Finite State Machine,FSM)理论融合构建拓展型系统控制结构,针对拓展型控制架构及功能状态转换进行安全分析,根据系统存在的功能局限及人为误用,完成触发条件的识别、生成、规范化描述、分类及标签化。最后将本文提出的触发条件生成机制应用于集成式巡航辅助系统(Integrated Cruise Assistance,ICA),得到了该系统的触发条件及其分类,并将本文所提出的生成机制与现有相关触发条件生成方法进行对比分析,证明了本机制的实用性、可行性及有效性。

STPA危险分析方法及其在ATSA-ITP设计中的应用

传统危险分析方法无法胜任对复杂的非线性社会技术系统的分析。系统理论过程分析(STPA)方法是建立在系统理论事故建模和过程(STAMP)基础上的一种新型的危险分析方法,它将安全视为系统的一种涌现特性,认为除了组件失效,组件间的非功能交互也是导致危险的主要原因,并通过定义系统危险、绘制安全控制结构、识别不安全控制行为、确定不安全控制行为起因等4个步骤完成危险分析过程。美国的空中交通态势感知尾随程序(ATSA-ITP)设计案例分析表明,STPA方法的组织形式有序,逻辑结构严谨,分析过程透彻。

基于STPA与多智能体的列控运营场景危险分析及仿真验证方法

针对列控系统运营场景危险行为与危险致因辨识的复杂性特征及其缺乏有效的仿真验证手段等问题,考虑致因因素间呈现的非线性特点,提出1种将系统理论过程分析(STPA)方法与多智能体仿真技术相结合的列控运营场景危险分析及仿真验证方法。以单电台无线闭塞中心(RBC)切换场景为例,构建分层控制多智能体结构模型,利用STPA方法辨识RBC切换场景下潜在的不安全控制行为,分析导致不安全控制的危险致因,并针对危险致因制定系统安全约束;结合多智能体仿真技术,设计与构建RBC切换场景多智能体仿真平台,通过危险致因和安全约束的分别注入,对危险场景进行仿真分析,验证危险分析的正确性以及安全约束的可行性。依托京广高铁武汉—广州段下行线某区段数据,以RBC切换场景中的不安全控制行为RBC1-ATP-USCA-7为例进行仿真验证。结果表明:未加安全约束条件时,存在行车事故风险;而在注入安全约束后,行车安全得到相应的保障。

STPA与ARP4761中的安全性分析方法对比研究

STPA是一种自顶向下的系统工程方法,可用于对复杂系统进行安全性分析,但目前对该方法的应用流程尚不具体,未表明其与传统安全性分析方法的异同,无法很好地体现出该方法的先进性和适用性。通过对比分析STPA方法与ARP4761中提供的安全性分析过程,说明STPA方法对于军用标准GJB900A-2012的符合性,指出其不足之处,并在功能控制结构、不安全控制行为识别、致因分析三个方面提出改进措施,提供符合现代飞机高技术特性的、值得借鉴的理论方法和流程指南,形成复杂航空产品乃至军用飞机系统级安全性设计流程,加深理论与实践的融合,可为STPA方法的进一步发展完善提供借鉴和参考。

面向IMA通用系统管理的STPA安全性分析

通用系统管理(GSM)是综合模块化航电(IMA)系统服务中不可或缺的一部分,为解决传统安全性分析方法难以捕获复杂系统中组件交互所带来的危险。首先,研究GSM的工作环境及相关组件的功能划分,确定层次化系统管理的工作流程;其次,面向GSM建立基于系统理论事故过程的扩展模型,并通过系统理论过程分析(STPA)对动态重构实例的不安全控制行为(UCA)进行识别,生成相关致因场景及其对应的安全性需求;最后,通过时间自动机对实例进行仿真验证。结果表明:模型的逻辑和时序的完整性及UCA的可达性,可为GSM的安全性分析提供形式化依据。

基于STPA的特种设备安全违规致因模型研究

为了减少特种设备领域因违规导致事故发生的现象,从地方特种设备监察体系视角,基于STPA方法特点,确定系统的边界和组件,建立以地方质监局为控制器的特种设备违规致因模型,以浙江省为例验证模型的适用性。结果发现,特种设备安全监察系统中的安全约束为"制定安全技术规范"和"执法监督",安全约束中存在不安全控制行为是造成违规的重要原因。数据的应用分析证明模型可以为地方政府减少特种设备违章现象提供指导。

STPA方法在紧急刹车辅助系统安全分析中的应用

基于系统理论过程分析(system theory process analysis, STPA)提出了一种在汽车驾驶辅助系统中进行安全性分析的方法。该方法应用在紧急刹车辅助系统的原型开发阶段,通过安全分析得到系统的4个不安全控制行为(UCA)。针对不安全控制行为,分析得到不安全控制行为的6个致因场景,导出5个安全需求。

航空四站气体保障过程的STAMP建模与STPA安全性分析

航空四站气体保障装备的可靠性在不断提高,而气体保障过程中的事故仍有发生,需要一种新的方法系统地去识别新的危险因素,从而提高系统的安全性。从控制的角度结合STAMP和STPA对航空四站气体保障过程进行安全性分析。首先,介绍STAMP/STPA的工作机理;然后,对航空四站气体保障过程构建STAMP模型,采用STPA安全分析方法对航空四站气体保障过程的安全性进行分析,识别不安全控制行为,对生成的不安全控制行为进行场景分析;最后,与事故树分析法(ATA)进行分析结果的比较,从而证实了该方法的优越性。结果表明:采用STAMP模型和STPA安全分析法可以更加全面地识别出不安全控制行为及其原因,更有利于保证航空四站气体保障过程的安全。

基于STPA和模糊BN的装配式建筑吊装施工安全风险分析

为有效评估装配式建筑吊装施工中的安全风险状态,识别关键风险因素,运用系统理论过程分析方法(STPA)构建吊装施工过程中的控制反馈结构,识别导致危险的不安全控制行为,确定不安全控制行为的致因因素;基于风险因素间的关联关系构建贝叶斯网络(BN)模型,推理计算装配式建筑吊装施工安全风险状态概率,并结合反向诊断推理分析影响安全事故的风险因素;通过敏感性分析,识别装配式建筑吊装施工安全中的关键风险因素。结果表明:装配式建筑吊装施工安全风险处于低风险状态;起重机械超负荷运行、现场安全管理不到位和吊索吊具存在缺陷等因素是影响装配式建筑吊装施工安全风险的关键风险因素。

基于ATHEANA-STPA混合方法的航空人为因素分析

传统人为因素失误分析技术(ATHEANA)由于缺乏系统化的分析方法,对不安全控制行为(UA)和迫使失误情景(EFC)的识别不充分,因此提出人为因素失误分析技术—系统理论过程分析(ATHEANA-STPA)混合方法对航空人为因素展开分析。基于人为因素失误预测技术(THERP)方法构建系统控制模型,识别UA和与其关联的致因因素;根据各类致因因素的关联性构建EFC,基于THERP提供的基础人为误差数据对UA的触发概率进行评估;基于瓦解EFC的思想制定风险管控措施,通过一起航空安全事故的分析应用验证ATHEANA-STPA混合方法的有效性。结果表明:本文提出的ATHEANA-STPA混合方法所形成的结论能够对风险管控起到更为具体的指导作用。