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随着全球人口的增长，对食物的需求不断上升。农业，作为全球食品供应链的基石，正在经历快速的技术进步以满足这一需求。在这个过程中，农业机械和设备的复杂性日增，尤其是其中的软件系统，其功能安全和软件功能安全成为农业领域的焦点。本书基于GB/T 38874，解析功能安全在农林拖拉机及机械控制系统软件中的应用，以支持我国农业的数字化和智能化发展。本书深入解析GB/T 38874中软件功能安全的关键原则和概念，通过实际案例展示GB/T 38874中的功能安全要求如何应用和实现。我们期望本书对农业从业者、政策制定者、研究人员和学生提供有益的指导，推动我国农业的现代化和全球粮食安全

第1章  绪论	1
1.1　农林拖拉机和机械控制系统软件功能安全的背景和意义	1
1.1.1　功能安全和软件功能安全	1
1.1.2　软件功能安全的背景和意义	2
1.2　功能安全标准的演变	6
1.2.1　IEC 61508	6
1.2.2　ISO 25119	9
1.2.3　GB/T 38874	12
1.2.4　功能安全标准的重要性	14
1.3　GB/T 38874标准相关定义解析	16
1.3.1　农业性能等级	16
1.3.2　农业性能等级要求、观察单元和危险分析及风险评估	19
1.3.3　功能安全概念	26
第2章  农林拖拉机和机械控制系统安全相关部件的系统整体设计	65
2.1　目的和概述	65
2.2　要求	71
2.2.1　前提条件和安全需求的构建	71
2.2.2　功能安全概念	72
第3章  农林拖拉机和机械控制系统安全相关部件的软件设计	81
3.1　软件开发计划	81
3.1.1　目的和概述	81
3.1.2　前提条件	85
3.1.3　要求	88
3.2　软件安全需求规格说明	101
3.2.1　目的、概述、前提条件	101
3.2.2　要求	103
3.3　软件架构设计	128
3.3.1　目的、概述和前提条件	128
3.3.2　软件架构设计要求	129
3.4　软件组件的设计与实现	139
3.4.1　目的和前提条件	139
3.4.2　软件组件设计与实现方法的要求	142
3.5　软件组件测试	233
3.5.1　目的、概述和前提条件	233
3.5.2　软件组件测试要求	235
3.6　软件集成和测试	318
3.6.1　目的、概述和前提条件	318
3.6.2　软件集成和测试要求	321
3.7　软件安全测试	335
3.7.1　目的和前提条件	335
3.7.2　软件安全测试要求	336
3.8　基于软件的参数化	359
3.8.1　目的	359
3.8.2　概述和前提条件	359
3.8.3　要求	361
第4章  系统安全确认与验证	370
4.1　目的、概述和前提条件	370
4.2　系统安全确认与验证的要求	373
4.2.1　SRP/CS 设计的确认与验证	373
4.2.2　安全确认与验证的范围	376
4.2.3　活动	378
4.2.4　确认与验证计划	381
4.2.5　确认与验证的测试规范	385
参考文献	388

自18世纪中叶以来，人类先后经历了三次工业革命：第一次工业革命开创了“蒸汽时代”，标志着人类文明由农耕文明向工业文明的过渡；第二次工业革命开创了“电气时代”，使电力、钢铁、铁路、化工、汽车等重工业兴起；第三次工业革命开创了“信息时代”，使全球信息和资源交流变得更为迅速，工业化与信息化深度融合。三次工业革命的演进和积累使人类发展进入了繁荣的时代。
中国在前两次工业革命中发展迟缓，在第三次工业革命期间奋起直追，特别是最近十多年来，神州天宫、深海蛟龙、太湖之光、中国天眼、华龙一号、纵横高铁等成就举世瞩目，中华民族踏上了伟大复兴的道路，制造强国、网络强国加快推进数字中国建设。当前，制造业面临重大的变革，工业软件、工业互联网、CPS为工业装备的设计、生产、运维提供了新的平台和方法，软件已成为各行业智能化、互联化的关键。随着软件的规模越发庞大、结构日趋复杂，软件会存在问题或缺陷，这些问题或缺陷甚至可能导致产品失效，引发事故。美国“爱国者”导弹失效和“阿丽亚娜”火箭爆炸、我国“7.23甬温线事故”等均是由嵌入式软件的安全性缺陷导致的。软件的安全性、可信性成为业内广泛关注的焦点，软件安全性分析、设计、验证、维护等关键基础技术变得更加重要。
在这个问题的研究上，西方发达国家比我国先走了一步。1995年，麻省理工学院研究团队针对嵌入式软件安全性（Safety）发起了“MIT Safety Project”项目。依托此项目，该团队发表了大量关于软件安全性分析、安全需求管理、安全性设计和验证的论文、著作，为嵌入式软件安全性研究奠定了较好的理论基础。在此之后，该领域的研究在国际上得到了广泛关注。2001年，国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）发布了首个产品安全性标准——IEC 61508《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》。该标准从研发过程管理、安全保障技术等多个方面对安全相关产品（含软件）提出了要求，得到了国际上知名检测认证机构（TUV、SGS、UL、CSA等）、领军企业（波音、空客、GE、ABB、宝马等）的广泛支持，在世界范围内产生了较大影响力。
经过十多年的发展，以该标准为基础，结合各领域知识背景，已形成了适用于航空、核电、轨道交通、工业仪表、医疗电子、电驱设备、智能家电等领域的产品安全技术标准，涉及国计民生各重点行业。虽然标准体系逐渐完善，但是功能安全相关标准仍比较松散，针对具体检测的技术/方法、工具仍十分缺乏。因此，本丛书对软件功能安全标准进行了梳理，围绕功能安全技术，对软件功能安全标准的相关条款进行了详细解析，并以轨道交通、汽车电子、智能家电等作为典型案例，讨论了其现状、功能与信息案例要点，应用及存在的难点和注意事项等，希望能帮助读者理解和掌握标准条款的内涵，推动标准技术的正确应用，引导读者充分理解软件功能安全标准，有效实施软件保证活动。
本丛书由工业和信息化部电子第五研究所组织编写，有20多位工作在软件安全性、软件质量、软件测试评估一线，具有丰富经验的专家和技术人员参与了丛书的编写工作。本丛书具有系统性、实用性和前瞻性，有助于读者全面、系统地了解和掌握软件功能安全技术的全貌。尽管对于书中一些具体概念的提法和技术细节可能存在不同的看法，但是，一方面学术需要争论，另一方面学术争论也会通过具体实践逐步走向共识。相信本丛书能促进轨道行业、汽车电子、智能家电等领域产品软件质量的提升并取得国际认证，助力我国智能制造的高质量发展。

 

 
 

随着世界人口的持续增长，人们对食物的需求也在不断增长。农业作为全球食品供应链的支柱，经历了快速的技术进步以满足人们对食物需求的不断增加。在这个过程中，农林机械变得愈发复杂，核心便是复杂的软件系统。确保功能安全和软件功能安全已成为农业领域关注的焦点，旨在减少潜在危险、事故和经济损失。本书以GB/T 38874为基础，深入探讨功能安全在农林拖拉机和机械控制系统软件中的应用，力求为我国农业数字化、农业智能化的发展提供有力支持。
功能安全是指安全相关系统正常运行以实现所需的风险降低水平，在现代农业中尤为重要。其中的软件功能安全对于软件驱动的农林机械的安全、高效运行具有举足轻重的作用。ISO 25119等功能安全标准的实施，为确保农林拖拉机和机械控制系统软件的安全性与可靠性提供了一个全面的框架。无数农业事故进一步说明了功能安全和软件功能安全的重要性。这些事故往往源于机械控制系统的故障。
发达国家早已认识到功能安全的重要性，并在实施ISO 25119等功能安全标准方面取得了长足进步。这些国家的农业事故有所减少，生产力和可持续性得到了提高。美国实施功能安全标准的成功经验表明，对于许多国家，包括正在努力成为全球农业强国的中国来说，实施功能安全标准具有潜在好处。
2023年中央一号文件《中共中央 国务院关于做好2023年全面推进乡村振兴重点工作的意见》，是我国迈向农业强国道路上的重要战略性政策文件。目前，农业数字化、农业智能化的发展使我国农业正在快速实现现代化。为了与全球农业格局保持同步，我国需要学习发达国家的经验，实施功能安全标准，提高农林机械的安全性与可靠性。
本书旨在让读者全面了解农林拖拉机和机械控制系统软件功能安全相关内容。本书深入介绍了GB/T 38874中软件功能安全的关键原则和概念，以及各种农林拖拉机和机械控制系统的应用案例，强调并解析了软件功能安全在预防事故和降低风险方面的关键作用。本书还从多个层面进行了剖析，包括理论、实践和案例分析。本书详细论述了软件功能安全的理论体系和技术实现及其在农林拖拉机和机械控制系统中的具体应用。本书对各种实际案例进行了分析，使读者能够更直观地感受功能安全和软件功能安全在农业领域的实际价值与意义。
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本书第1章对发达国家和我国的农业发展经验进行了比较与分析，首先重点介绍了功能安全标准的采用和实施情况，其次介绍了从IEC 61508到ISO 25119功能安全标准的演变，再次介绍了我国基于ISO 25119制定的 GB/T 38874，最后依据GB/T 38874.1—2020、GB/T 38874.2—2020解析了农林拖拉机和机械控制系统安全相关部件的设计与开发通则。
本书第2章、第3章基于GB/T 38874.3—2020详细解析了农林拖拉机和机械控制系统安全相关部件的系统整体设计、软件设计要求。第2章解析了农林拖拉机和机械控制系统安全相关部件的系统整体设计要求。系统整体是包含硬件和软件开发的，由于本书主要阐述软件功能安全，因此第3章只解析了农林拖拉机和机械控制系统安全相关部件的软件设计要求。
本书第4章基于GB/T 38874.4—2020详细解析了系统安全确认与验证要求。
最后，我们要感谢所有参与本书撰写、编辑和出版的同人们，是他们辛勤的付出使得本书得以面世。我们期望本书能够对广大农业从业者、政策制定者、研究人员和学生等提供有益的指导，帮助他们更深入地了解功能安全和软件功能安全在农林拖拉机和机械控制系统中的重要地位，将相关知识应用到实际工作和研究中，为我国农业现代化和全球粮食安全贡献力量。我们也期待读者对本书提出宝贵的意见和建议，让我们共同为我国农业功能安全和软件功能安全的发展贡献力量。
由于编者工程实践的局限和对标准的理解水平有限，书中难免有不足之处，请读者不吝赐教，批评指正。任何意见、建议和探讨都欢迎发邮件至luxun@szceprei.com。   

编者
2023年7月31日

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农林机械控制系统软件功能安全标准解析与实践