基于在線分析儀器的測試方法與測試技術(shù)

測試階段過程中需要進(jìn)行測試文檔評審和缺陷管理，這不僅可以提高測試效率，而且在項目管理中項目可以根據(jù)缺陷收斂趨勢平衡產(chǎn)品質(zhì)量、項目進(jìn)度與成本三者關(guān)系。在測試用例設(shè)計時，需要關(guān)注逆向測試用例和可靠性測試用例的設(shè)計，這樣會更加有效地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中隱藏的缺陷，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

　在線分析儀器又稱過程分析儀器，是指直接安裝在工藝流程中，對被測介質(zhì)的組成成分或物性參數(shù)進(jìn)行自動連續(xù)分析的一類儀器。為了拓展在線分析儀器的市場，一些公司開始研發(fā)或改進(jìn)相應(yīng)的在線分析儀器產(chǎn)品。

　　若使新開發(fā)或改進(jìn)的分析儀器能夠在用戶現(xiàn)場長期、可靠地運行，除了通過前期的技術(shù)預(yù)研、設(shè)計開發(fā)及技術(shù)評審等方法保證，還需要通過產(chǎn)品測試對產(chǎn)品的功能、性能、可靠性等方面進(jìn)行驗證，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前，在線分析儀器在用戶現(xiàn)場暴露出的問題主要集中在軟件bug、器件失效、EMC 問題、測量受環(huán)境溫度影響等。根據(jù)Pareto 原則，產(chǎn)品中所有缺陷并不是都可以在測試中發(fā)現(xiàn)。但是其中的一些問題，如軟件部分bug 和測量受環(huán)境影響等一些缺陷可以在測試階段通過加強測試發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)，這不僅需要加強測試人員的質(zhì)量意識，更需要加深測試人員對測試?yán)碚撝R的理解和測試技術(shù)的掌握。

一、測試基本理論

　　1.1 測試職責(zé)

　　在線分析儀器測試人員角色根據(jù)負(fù)責(zé)產(chǎn)品模塊的類別不同，分可以分為軟件測試人員、硬件測試人員、產(chǎn)品測試人員和可靠性測試人員及認(rèn)證測試人員等。軟件測試人員主要負(fù)責(zé)軟件黑盒測試，硬件測試人員主要負(fù)責(zé)硬件單元測試和硬件與軟件的集成測試。可靠性測試人員負(fù)責(zé)產(chǎn)品可靠性方面的測試，主要有環(huán)境測試和壽命測試等，認(rèn)證測試人員則主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品的CMC 認(rèn)證、防爆認(rèn)證等型式試驗相關(guān)檢測項目的測試。產(chǎn)品測試人員的主要職責(zé)是協(xié)助單元測試和集成測試，執(zhí)行系統(tǒng)測試、一致性測試和用戶測試等，協(xié)助分析、解決測試問題。當(dāng)然不同公司的組織架構(gòu)會不同，測試人員職責(zé)的劃分也會不相同。目前，大多分析儀器公司軟件測試、硬件測試及可靠性測試主要由產(chǎn)品測試人員完成。

　　1.2 測試定義

　　Glenford J.Myers 在《The Art of Software Testing》中從心理學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)兩方面對測試的定義和測試原則進(jìn)行了基本的闡述，在該書中測試是指是為了發(fā)現(xiàn)錯誤而執(zhí)行程序的過程。

　　目前，對于測試的定義，不同的人對其描述也略有不同。1993 年，IEEE 提出的軟件工程標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語中，將軟件測試定義為：使用人工或自動手段來運行或評價某個系統(tǒng)或系統(tǒng)部件的過程，其目的在于檢驗它是否滿足規(guī)定的需求或是弄清預(yù)期結(jié)果和實際結(jié)果之間的差別。盡管不同人對測試定義存在差異，然而不同的定義均明確了測試應(yīng)該是以查找缺陷為目標(biāo)的一種過程。

　　1.3 測試目的

　　測試的目的不僅是為了發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷，而且通過分析缺陷分布特征和缺陷產(chǎn)生原因可以幫助項目改進(jìn)當(dāng)前開發(fā)過程中的一些問題。同時，通過缺陷分析也能幫助我們設(shè)計出有針對性的測試用例，提高測試有效性。測試?yán)硐肽繕?biāo)是達(dá)到“產(chǎn)品零缺陷”，即使測試過程中沒有發(fā)現(xiàn)任何缺陷，該過程的測試也具有意義，完整的測試是評價產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。

　　1.4 缺陷收斂度

　　關(guān)于缺陷管理的理論研究起步比較晚，發(fā)展遠(yuǎn)未成熟。參考CMM5 中定義規(guī)范和目前在線分析儀器行業(yè)特點，將產(chǎn)品缺陷按照嚴(yán)重程度分為四級：致命、嚴(yán)重、一般和建議。

　　通過測試缺陷收斂趨勢能夠反映被測試產(chǎn)品的質(zhì)量變化情況，不僅可以輔助項目進(jìn)行決策，而且也可以做為產(chǎn)品發(fā)布的一個重要參考，測試缺陷收斂度評估示例圖見圖1.在線分析儀器的測試缺陷收斂度可以從以下三個方面進(jìn)行評估。

　　1）缺陷累計發(fā)現(xiàn)數(shù)；

　　2）各階段缺陷提交數(shù)；

　　3）缺陷數(shù)。

　　測試缺陷累計發(fā)現(xiàn)數(shù)趨于穩(wěn)定和各階段缺陷提交數(shù)趨近于0，表示產(chǎn)品質(zhì)量相對比較穩(wěn)定，但是并不代表產(chǎn)品質(zhì)量好。缺陷數(shù)趨勢曲線下跌的時候，表示產(chǎn)品質(zhì)量有所改進(jìn)，缺陷數(shù)趨勢曲線逐漸上升時，表示產(chǎn)品質(zhì)量在持續(xù)惡化。缺陷數(shù)收斂趨勢曲線越趨近于0，產(chǎn)品質(zhì)量越好。

　二、測試方法

　　根據(jù)測試人員對被測對象的了解程度來劃分，測試用例設(shè)計方法可分為白盒測試和黑盒測試。

　　白盒測試：又稱為結(jié)構(gòu)測試或邏輯驅(qū)動測試，必須知道軟件或產(chǎn)品內(nèi)部工作過程，通過測試來檢測其內(nèi)部是否按照需求、設(shè)計正常運行。通過邏輯覆蓋、路徑覆蓋等方式選擇測試用例，可以用測試覆蓋率評價測試用例。在線分析儀器一般在單元測試階段中軟件測試和硬件測試采用白盒測試方法，主要驗證軟件流程、軟件算法是否滿足需求和硬件信號鏈路是否正確等。

　　黑盒測試：又稱數(shù)據(jù)驅(qū)動測試或功能測試，是針對軟件或產(chǎn)品的功能需求進(jìn)行測試。通過測試來檢測每個功能是否符合需求，不考慮其內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)。下面介紹幾種在線分析儀器測試中常用的幾種黑盒測試方法。

　　2.1 等價類劃分法

　　測試人員應(yīng)該首先了解并掌握的功能測試相關(guān)技術(shù)是等價類劃分，理解這種技術(shù)的用法十分重要，因為它是很多其它軟件測試技術(shù)和途徑的基礎(chǔ)。等價類是某個輸入域的集合，在這個集合中每個輸入條件都是等效的，如果其中一個的輸入條件不能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品或軟件缺陷，那么集合中其它輸入條件進(jìn)行測試時也不會發(fā)現(xiàn)缺陷。等價類分為有效等價類和無效等價類，有效等價類就是由對產(chǎn)品規(guī)格說明有意義的、合理的輸入數(shù)據(jù)所構(gòu)成的集合；無效等價類就是對產(chǎn)品的規(guī)格說明不合理的或無意義的輸入數(shù)據(jù)所構(gòu)成的集合，設(shè)計測試用例時需要同時考慮這兩種等價類。

　　2.2 邊界值分析法

　　從長期的測試工作經(jīng)驗得知，大量的故障往往發(fā)生在輸入定義域或輸出值域的邊界上，而不是在其內(nèi)部。使用邊界值分析方法設(shè)計測試用例，首先應(yīng)該確定邊界情況，輸入等價類與輸出等價類的邊界，是應(yīng)該著重測試的邊界情況。邊界值分析方法的基本思想是，選取正好等于、剛剛小于或剛剛大于邊界的值作為測試數(shù)據(jù)，而不是選取等價類中的典型值或者任意值作為測試數(shù)據(jù)。在測試過程中，考慮了邊界條件的測試用例與其他沒有考慮邊界條件的測試用例相比，具有更高的測試回報率。

　　2.3 因果圖法

　　等價類劃分和邊界值分析的測試方法，主要考慮單一輸入條件，但是不考慮各個輸入條件之間的相互制約關(guān)系，也不考慮輸入條件的各種組合情況。如果考慮使用一種適合于描述多種輸入條件的組合，產(chǎn)生多個相應(yīng)動作的測試方法，可以使用因果圖，因果圖法適用于多種條件的組合、相應(yīng)產(chǎn)生多個結(jié)果的情況。在較為復(fù)雜的情況下，這個測試方法能有效地幫助我們檢查多種條件組合下的輸出是否正確，并且設(shè)計出、非冗余的測試用例。

　　2.4 錯誤推測法

　　錯誤推測法，基于經(jīng)驗和直覺推測產(chǎn)品中可能存在的各種錯誤，從而有針對性的設(shè)計測試用例的方法。錯誤推測方法的基本思想是，根據(jù)以往的工作經(jīng)驗推測出產(chǎn)品中所有可能存在的錯誤和容易發(fā)生錯誤的特殊情況，根據(jù)他們選擇測試方法和設(shè)計測試用例。

　　當(dāng)然，還有其他一些測試方法可以在測試用例設(shè)計中使用，如：正交設(shè)計法、特殊值法、流程分析法和組合設(shè)計法等。各種測試方法各有所長，應(yīng)該針對產(chǎn)品的具體需求，選擇合適的測試方法，設(shè)計的測試用例，有效地將產(chǎn)品中隱藏的缺陷揭露出來。

　三、結(jié)論

　　在線分析儀器的測試是保證產(chǎn)品質(zhì)量一項非常重要的工作，測試人員需要掌握豐富的測試?yán)碚撝R和測試技術(shù)，合理設(shè)計測試用例才能有效地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中隱藏的缺陷，尤其軟件中的逆向測試用例和產(chǎn)品可靠性測試用例的設(shè)計。在實際的工作中發(fā)現(xiàn)在線分析儀器系統(tǒng)測試階段過程，通過逆向測試用例和可靠性測試用例發(fā)現(xiàn)的缺陷數(shù)比例的確很高。隨著測試技術(shù)的發(fā)展，越來越多的測試方法會被應(yīng)用在分析儀器行業(yè)中，這將有效地提高測試效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

　　使用熱分析儀時注意事項
　　
　　在我們使用熱分析儀時要注意些什么事項：
　　
　　一、樣杯的使用問題
　　
　　（a）對于成分分析，一定取為孕育的原鐵液燒入樣杯；
　　
　?。╞）注入鐵液溫度高于初晶溫度50攝氏度，溫度低則不能測出初晶溫度，溫度太高則容易熔斷熱電偶絲；
　　
　?。╟）注入鐵液量要求充滿樣杯體積的90%~100%，太少則溫度平臺變陡，不能識別出正確的特征點；太少時鐵液溢出使成分及性能測定樣杯中的添加劑丟失，不能發(fā)揮作用。在球化率測定中鐵液量還引起樣杯的熱容量變化。
　　
　?。╠）一次測量完成后，盡快取下用過的樣杯，避免樣杯座溫度升高，影響以后測量精度。
　　
　　二、冷卻曲線異常的問題
　　
　　（a）冷卻曲線Tl明顯，但共晶溫度出現(xiàn)回升，Ts測試失敗.
　　
　　原因：1.樣杯中曲線Tl或無Te;2.鐵液中微量元素干擾（Ti）;3.孕育后鐵液，強烈的孕育作用抵消看白口化元素的作用。
　　
　?。╞）冷卻曲線無Tl點，但Ts平臺存在。
　　
　　原因：1。燒注溫度低于初晶溫度；2.鐵液碳當(dāng)量太高或太低，超出儀器的測量范圍。
　　
　?。╟）初晶平臺出現(xiàn)過冷。
　　
　　原因：一些合金元素在初晶階段放出大量結(jié)晶潛熱。高Cr鑄鐵發(fā)生此現(xiàn)象的情況較多。
　　
　　三、儀器的接地問題
　　
　　在大功率電氣設(shè)備附近使用熱分析儀器，曲線的形狀有時出現(xiàn)鋸齒狀或共晶平臺處出現(xiàn)溫度漂移，造成測量的失敗。此時，補償導(dǎo)線及儀器的屏蔽室關(guān)鍵問題，一定要單獨做地線，保證絕緣電阻小于1Ω一下。
　　
　　四、合金鑄鐵的問題
　　
　　特殊的合金鑄鐵，由于合金元素的含量偏大，合金元素對冷卻曲線的影響程度要大于金屬液體中的碳、硅對曲線的影響。雖然CE%、C%、Si%都在儀器的測量范圍之內(nèi)，但也不能很準(zhǔn)確卻的測量該種鐵液的相應(yīng)成分。上海，廣州、秦皇島等都有這一情況發(fā)生過。
　　
　　五、其他
　　
　?。╝）高磷鑄鐵問題：高磷鑄鐵中，磷的作用相當(dāng)于1/3的硅，對硅的成分分析有很大的影響，使用時需要進(jìn)行特殊處理。
　　
　?。╞）沖天爐熔煉時，偶爾的共晶再輝，除少數(shù)白口元素丟失或鐵液倒多白口化元素作用減弱外，大多數(shù)客戶是由于爐料中微量元素的偶然變化所造成的。
　　
　?。╟）一些孕育后的鐵液，也能直接用白口化樣杯進(jìn)行測量，但不使用強烈孕育劑后，可能就不能測量了，需要改在孕育前使用。

本文由南京第四分析儀器有限公司發(fā)布，公司：