本文从系统论角度研究组件安全与系统安全间的关系,在分析大量安全事故的基础上,得出结论:即使系统中所有组件均未发生故障,但系统未必安全,这就是常被忽略的组件交互故障。所谓组件交互故障是指,组件间出现的意外的、不期望的交互行为,这些不恰当交互可能会导致系统失效。铁路信号系统作为典型的安全苛求系统,其安全性对整个铁路运输系统举足轻重,且信号系统中组件间的交互关系极为复杂,传统基于事件链的安全分析方法对其进行分析存在一定的局限性。因此,针对铁路信号系统的组件交互故障,研究一种适合的方法来辨识各种潜在危险源和故障致因因素显得尤为重要。论文在深入研究组件交互故障机理的基础上,给出组件交互故障的一般分类,提出组件交互故障致因包括与系统需求规范相关的危险源和与组件功能失效相关的危险源两类。然后,采用基于系统理论的新技术:系统理论过程分析方法STPA(STAMP-Based Hazard Analysis)对信号系统中的组件交互故障进行分析,并基于形式化方法提出STPA实施过程的扩展措施,提供了一种更加有效的方法来辨识系统危险致因、分析失效传播路径。论文的主要研究内容如下:(1)采用统一建模语言UML(Unified Modeling Language)补充STPA中的模型构建方法,从系统行为及状态演变两个维度刻画信号系统,并对UML进行面向混成性的扩展设计,有助于提升模型精度。(2)给出UML语言至HYTECH语言的转化规则。在定义组件功能失效描述符号CFFDN的基础上给出故障模型的文本描述语言,对系统组件功能失效进行刻画;给出故障模型与正常模型的整合算法,构建包含组件失效描述的HYTECH模型。(3)研究基于可达集计算的危险源识别方法:利用HYTECH模型验证工具,以STPA辨识出的不恰当控制为目标集合进行可达集计算。通过对系统HYTECH模型进行可达集计算,实现与系统需求规范相关危险源的识别;通过对包含组件失效描述的HYTECH模型进行可达集计算,实现与组件功能失效相关危险源的识别。(4)提出采用并行监控技术来有效减少组件交互故障发生的可能性,并定义了并行监控系统的工作流程,最后,应用本文所介绍方法分析并行监控系统中工作场景的危险致因,分析结果验证了本文所提并行监控系统功能需求的完整性,还找出了导致系统故障的危险源。(5)论文基于安全约束的网络模型,给出综合考虑节点局部重要性和全局重要性的重要度计算方法,实现安全约束的重要度评估,为系统设计人员进行风险控制提供科学依据。图50幅,表16个,参考文献74篇。