面向eVTOL运营的STPA需求管理可扩展框架：一个案例研究
软件工程
2025-08-26 v1
摘要
系统化过程分析（STPA）是一种用于分析复杂系统的方法，能够识别出传统技术如失效模式和影响分析（FMEA）和故障树分析（FTA）常常遗漏的成千上万的安全要求。然而，缺乏用于管理和优先排序这些要求的结构化框架在快速开发环境中 presents 挑战。本文引入了一个用于优先排序STPA推导出的要求的可扩展框架。该框架整合了每个STPA步骤的输出，并 Incorporating基于四个关键因素（实施时间、成本、要求类型和监管覆盖）的专家评估。为减少主观性，采用蒙特卡洛模拟（MCS）来计算和稳定要求排名。一个自动化工具链支持该框架，使能够在扩缩矩阵中动态映射优先排序的要求。这种可视化有助于决策并确保跨开发阶段的可追溯性。该框架适用于从早期概念化到更高级阶段，增强了其在迭代系统开发中的实用性。该框架通过一个真实的案例研究进行了验证，该案例研究聚焦于电动垂直起降（eVTOL）运营，与英国民航局合作开展。研究发现直接贡献于CAP3141，一份民航出版物，标识了监管方、运营方和垂直起降机场场所的系统性操作风险和安全缓解措施。优先排序过程支持决策，通过帮助利益相关者有效识别和管理高影响要求。该工作为管理STPA输出提供了实用解决方案，弥合了需求优先排序中的差距，并支持新兴技术在安全关键开发中的应用。
引用
@article{arxiv.2508.16708,
title = {A Scalable Framework for the Management of STPA Requirements: a Case Study on eVTOL Operations},
author = {Shufeng Chen and Halima El Badaoui and Mariat James Elizebeth and Takuya Nakashima and Siddartha Khastgir and Paul Jennings},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.16708},
year = {2025}
}