题目：面向安全的飞机使用场景建模与危险分析技术研究

航空业的发展是现代科技进步的重要标志，航空技术是引领社会前进的主要动力，但与此同时，航空安全也成为摆在人们面前的一大课题。无论是民用还是军用航空领域，飞机的安全性问题一直以来都受到极大的关注。而在飞机安全性问题的理论研究和工程应用领域，安全性建模与危险分析技术始终都是其核心。本文从安全科学基础理论出发，以飞机的安全性问题为落脚点，对安全的本质、面向安全的建模和危险分析技术等开展研究，最终为飞机研制中的安全性工作服务。为了揭示安全问题的本质和机理，本文首先通过分析安全状态与危险状态的特性以及二者之间的转化关系，借助状态空间理论，提出了安全状态空间和危险状态空间的概念，在此基础上从状态变量的动态变化以及危险控制的角度，解释了安全、危险和事故的状态转换机理；其次，应用系统论的观点，论证了安全问题所具有的整体性、涌现性、有机关联性以及动态性等特征，明确了安全问题的系统论范畴。基于前述研究结论并结合安全科学领域的“弹性工程”理论，本文提出了将控制论作为安全科学的方法论用以指导安全性研究的思想。基于控制论的原理，本文指出控制与信息反馈是安全状态存在和维持的根本原因，并将研究对象中与安全相关的人、机和环境作为一个整体系统来考虑，提出了“安全控制系统”的概念。利用现代控制理论的状态空间方法，将安全控制系统用状态空间的形式进行了数学描述。应用稳定性理论，研究了安全控制系统的稳定性问题，在此基础上从安全控制系统稳定性的角度对事故的起因进行了全新阐释。针对传统的飞机系统安全性分析与评估的局限性，引申出飞机研制中使用安全评估的需求，并依据安全控制系统理论提出了“使用场景”的概念，进一步得到使用场景危险分析这一新的安全性分析途径。开展使用场景危险分析的前提是建立面向安全的使用场景模型，为此，提出了在飞机研制过程中应用系统建模语言（SysML）进行使用场景建模的思路，并分别基于SysML的用例图、活动图和顺序图建模规范确立了飞机面向安全的功能建模、任务过程建模和使用场景建模的方法，给出了面向安全的飞机使用场景建模程序。依据安全控制系统理论和在其基础上提出的事故模型，本文将基于使用场景模型的危险分析要素确定为安全控制系统中的控制流与信息流。通过对危险和可运行性（HAZOP）方法的研究，指出了将HAZOP方法应用于使用场景危险分析便于处理安全控制系统中控制流与信息流的失效行为，从而为飞机运行中由“人-机-环”复杂的动态交互行为引发的危险提供了可行的分析手段。将HAZOP方法与使用场景建模方法相结合，针对SysML所建立的使用场景模型的特点，提出了将使用场景模型中的消息要素作为HAZOP分析的对象，并在消息属性类别划分的基础上，对HAZOP的引导词进行了扩展，建立了飞机使用场景危险分析的实用程序。利用本文提出的使用场景建模和危险分析方法，对大型飞机的反推力使用场景进行了建模，并开展了反推力使用场景危险分析，验证了本文提出的方法的可行性。