本书将"任务安全性"这一抽象的学术概念解析为"要素组成、结构框架、模型形态"，并按装备工程化过程进行建模分析、评估验证、应用探索，科学回答了"为何研究任务安全性、如何设计任务安全性、如何应用任务安全性"一系列问题，为任务安全性进入装备研制、融入型号研发、牵引任务执行提供了理论和方法依据。

本书作为国家自然科学基金项目资助出版的学术专著，既可作为军队和地方高校装备安全领域相关课程的本科和研究生教材，也可作为科研院所、军工单位、部队一线从事装备安全性研究、装备型号研制、作战任务保障、安全管理和问题查处专业人员学习阅读和工作参考。

前言

随着航空技术飞速发展，现代航空装备以高性能隐身战斗机、电子战飞机、战略轰炸机、大型无人机等为标志，集自主导航、主动控制、精确打击、精确保障于一体，可遂行的任务维度更大、挂载更多、空域更宽、范围更广。航空装备与任务的紧密耦合，决定了航空装备发展方向、功能定位、设计边界，也引发了任务与安全的相互制约、相互牵引、相互依赖。航空装备是战斗力生成的物质基础，其安全性的高低直接影响作战任务能否顺利完成。高可靠质量、高安全装备，将为任务遂行提供坚实的基础和保证，有助于实现 全时待命、听令召唤、闻令而动 的战场环境，能控战、战必胜的作战目标。

面对复杂的未来之战，航空装备的安全性受到人、机（软件、硬件）、环等多重因素的共同作用。任务的执行过程与上述因素紧密耦合，构成任务约束下的 软件－硬件－环境－人 系统，本书称为 M－SHEL 架构。本书针对装备进行任务有赖安全保证这一先决条件，围绕任务与安全的关系、任务对安全的要求、任务安全性内涵、任务安全性要素、任务安全性架构、任务安全性建模、任务安全性评估等主题，开展探索性研究。

全书采取 总－分－总 结构，包括 7 章和 3 个附录。按照 问题提出－概念界定－模型探索－建模评估－实例验证 的递进逻辑，将 任务安全性 这一抽象的学术概念解析为 要素组成、结构框架、模型形态，并按装备工程化过程，进行建模分析、评估验证、应用探索，科学回答了 为何研究任务安全性、如何设计任务安全性、如何应用任务安全性 一系列问题，为任务安全性进入装备研制、融入型号研发、牵引任务执行提供了理论和方法依据。第一部分绪论，总体上回答了 为何研究任务安全性 这一命题，综述了国内外研究现状，阐述了任务安全性这一概念提出的来龙去脉，明确了本书研究的技术路线和结构组成，起到提纲与总括作用。第二部分模型，分为概念模型和架构模型，分别从 术语定义、要素组成、结构构架、相互关系 等角度，进行概念释义和模型表达，并回答 任务安全性是什么 这一命题，起到界定和延展作用，为 任务安全性 概念的引入和理解做好铺垫。第三部分建模，分为三个章节，依次从 能力结构、任务逻辑、任务效益 角度，阐述建模思路、分析框架、工具方法，实现从装备到任务、再到效果的递进建模。在建模场景、背景问题、方法创新、工程实现上进行探索，回答 如何设计任务安全性 这一命题，解决从什么视角建模、如何建模、方法如何创新等问题，起到出方案、给思路、解难题的作用。第四部分评估，采取与建模内容承接、分章描述的方式，与建模一起共同形成三章支撑。通过选取典型案例，分析问题背景，阐述建模过程，进行量化计算，给出评估结论，回答 如何应用任务安全性 这一命题，示例说明用在哪、如何用，起到验证评估、示范说明的作用，解决模型应用的工程实践落地问题。

本书内容来源于国家自然科学基金面上项目 不确定视角下的人－机－环复杂系统任务安全性建模与灵敏度分析，是对基金项目中任务安全性理论部分研究成果的整体描述和体现，反映了基金项目的创新思路与创新点。全书是基金项目团队长期从事装备任务安全性研究的努力与总结，考虑到任务安全性这一概念的提出时间较短，其研究内容、框架构成、应用场景等都处于探索阶段，随着任务安全性研究广度和深度的拓展，其理论体系、知识框架、工程应用将会逐渐走向成熟，在装备研制、任务遂行、战备训练、能力建设等方面日益发挥重要作用。

由于作者研究背景和工作经历局限，书中难免存在纰漏和不足，敬请广大读者批评指正。书中不仅引用国内外相关文献，还受到其他学者的研究启发，但未能一一列举，在此一并深表谢意！

本书出版受到国家自然科学基金委和作者所在单位领导大力支持，以及团队成员的相扶相助、努力付出，在此表示衷心感谢！

作者2024 年 12 月

目录

第 1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 安全性建模

1.2.2 安全性评估

1.2.3 面向任务的安全性分析建模

1.3 研究思路与内容安排

1.3.1 研究思路

1.3.2 研究内容

1.3.3 章节安排

第 2 章 航空装备任务安全性的概念模型

2.1 安全性与任务的关系

2.1.1 航空装备安全性的概念范畴

2.1.2 任务的概念界定

2.1.3 任务对安全性的约束作用

2.2 航空装备任务安全性的概念与内涵

2.2.1 概念定义

2.2.2 范畴界定

2.2.3 本质内涵

2.3 航空装备任务安全性的 M－SHEL 架构描述

2.3.1 任务系统的组成

2.3.2 SHEL 系统的组件

2.3.3 SHEL 系统组件间的依赖关系

2.3.4 M－SHEL 架构下的风险模式

2.4 航空装备任务安全性的相关分析方法

2.4.1 安全结构理论

2.4.2 功能依赖网络分析方法

2.4.3 顺序二元决策图

2.4.4 三支决策理论

2.5 本章小结

第 3 章 航空装备任务安全性的 M－SHEL 架构模型

3.1 航空装备任务安全性的基本描述

3.1.1 构建 M－SHEL 架构的基本原则

3.1.2 M－SHEL 架构下任务安全性建模的数学基础

3.2 SHEL 系统的构建与表达

3.2.1 SHEL 系统的分解

3.2.2 SHEL 系统的拓扑结构

3.2.3 SHEL 系统的数学表达

3.3 任务系统的构建与表达

3.3.1 任务系统的分解

3.3.2 任务系统的拓扑结构

3.3.3 任务系统的数学表达

3.4 M－SHEL 架构内部相互作用的表达

3.4.1 M－SHEL 架构内部交互的数学表达

3.4.2 任务安全结构的数学表达

3.4.3 任务系统对 SHEL 系统的约束作用的数学表达

3.5 M－SHEL 架构下任务安全性的演化

3.5.1 任务安全结构的演化过程

3.5.2 任务安全问题的演化机制

3.6 M－SHEL 架构下任务安全性的度量

3.6.1 基于成本－收益的风险测度

3.6.2 任务过程中安全风险的刻画

3.7 本章小结

第 4 章 能力－结构视角的航空装备任务安全性建模与评估

4.1 基于能力－结构的航空装备任务安全性分析框架

4.1.1 问题的任务背景

4.1.2 基于能力－结构的问题分析思路

4.1.3 分析框架的数学表达

4.2 基于 FDNA 方法的航空装备任务安全性建模方法

4.2.1 M－SHEL 架构中组件的建模

4.2.2 层间约束关系与层内依赖关系的建模

4.2.3 基于改进 FDNA 的能力－结构框架建模

4.2.4 节点参数的确定

4.3 基于级联失效的航空装备任务安全性评估方法

4.3.1 组件的安全运行水平

4.3.2 组件的安全运行能力

4.3.3 不安全依赖关系的表达

4.3.4 基本假设

4.3.5 评估指标

4.4 应用案例分析

4.4.1 问题背景

4.4.2 单个节点与依赖关系失效的试验结果与分析

4.4.3 不同攻击策略下的级联失效试验结果和分析

4.4.4 组合攻击模式下的级联失效试验结果和分析

4.5 本章小结

第 5 章 考虑任务逻辑的航空装备任务安全性建模与评估

5.1 基于任务－能力－结构的航空装备任务安全性分析框架

5.1.1 问题的任务背景

5.1.2 基于任务－能力－结构的问题分析思路

5.1.3 分析框架的数学表达

5.2 基于 SBDD 的航空装备任务安全性建模方法

5.2.1 任务逻辑－DFT－SBDD 的转换方法

5.2.2 任务逻辑－DFT 的转换

5.2.3 DFT－SBDD 的转换

5.3 基于 SBDD 的航空装备任务安全性评估方法

5.3.1 航空装备在于任务系统下的任务安全度表达

5.3.2 航空装备在任务系统下的任务安全度计算

5.3.3 子任务系统重要度计算与关键阶段任务识别

5.4 应用案例分析

5.4.1 问题背景

5.4.2 任务系统的建模过程

5.4.3 任务安全度的计算与分析

5.4.4 关键阶段任务识别

5.5 本章小结

第 6 章 任务收益约束的航空装备任务安全性建模与评估

6.1 基于任务－活动－能力－结构的航空装备任务安全性分析框架

6.1.1 问题的任务背景

6.1.2 基于任务－活动－能力－结构的问题分析思路

6.1.3 分析框架的数学表达

6.2 基于 IHFS－3WD 的航空装备任务安全性建模方法

6.2.1 直觉犹豫模糊集的定义

6.2.2 基于单个直觉模糊数的三支决策模型

6.2.3 基于直觉犹豫模糊集的三支决策模型

6.3 考虑成本－收益的航空装备任务安全性评估方法

6.3.1 阶段活动的拓扑结构

6.3.2 共同任务的分解转换

6.3.3 航空装备的风险成本

6.3.4 任务系统的任务收益

6.3.5 基于双评价函数的评估方法

6.4 应用案例分析

6.5 本章小结

第 7 章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 主要创新点

7.3 工作展望

参考文献

附录 A 缩略语表

附录 B 符号说明

附录 C 第 4 章算例的相关图表