基于在線分析儀器的測(cè)試方法與測(cè)試技術(shù)

測(cè)試階段過(guò)程中需要進(jìn)行測(cè)試文檔評(píng)審和缺陷管理，這不僅可以提高測(cè)試效率，而且在項(xiàng)目管理中項(xiàng)目可以根據(jù)缺陷收斂趨勢(shì)平衡產(chǎn)品質(zhì)量、項(xiàng)目進(jìn)度與成本三者關(guān)系。在測(cè)試用例設(shè)計(jì)時(shí)，需要關(guān)注逆向測(cè)試用例和可靠性測(cè)試用例的設(shè)計(jì)，這樣會(huì)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(guò)程分析儀器，是指直接安裝在工藝流程中，對(duì)被測(cè)介質(zhì)的組成成分或物性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)分析的一類儀器。為了拓展在線分析儀器的市場(chǎng)，一些公司開(kāi)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(kāi)發(fā)或改進(jìn)的分析儀器能夠在用戶現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期、可靠地運(yùn)行，除了通過(guò)前期的技術(shù)預(yù)研、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及技術(shù)評(píng)審等方法保證，還需要通過(guò)產(chǎn)品測(cè)試對(duì)產(chǎn)品的功能、性能、可靠性等方面進(jìn)行驗(yàn)證，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前，在線分析儀器在用戶現(xiàn)場(chǎng)暴露出的問(wèn)題主要集中在軟件bug、器件失效、EMC 問(wèn)題、測(cè)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(cè)試中發(fā)現(xiàn)。但是其中的一些問(wèn)題，如軟件部分bug 和測(cè)量受環(huán)境影響等一些缺陷可以在測(cè)試階段通過(guò)加強(qiáng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)，這不僅需要加強(qiáng)測(cè)試人員的質(zhì)量意識(shí)，更需要加深測(cè)試人員對(duì)測(cè)試?yán)碚撝R(shí)的理解和測(cè)試技術(shù)的掌握。

一、測(cè)試基本理論

　　1.1 測(cè)試職責(zé)

　　在線分析儀器測(cè)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(cè)試人員、硬件測(cè)試人員、產(chǎn)品測(cè)試人員和可靠性測(cè)試人員及認(rèn)證測(cè)試人員等。軟件測(cè)試人員主要負(fù)責(zé)軟件黑盒測(cè)試，硬件測(cè)試人員主要負(fù)責(zé)硬件單元測(cè)試和硬件與軟件的集成測(cè)試。可靠性測(cè)試人員負(fù)責(zé)產(chǎn)品可靠性方面的測(cè)試，主要有環(huán)境測(cè)試和壽命測(cè)試等，認(rèn)證測(cè)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(yàn)相關(guān)檢測(cè)項(xiàng)目的測(cè)試。產(chǎn)品測(cè)試人員的主要職責(zé)是協(xié)助單元測(cè)試和集成測(cè)試，執(zhí)行系統(tǒng)測(cè)試、一致性測(cè)試和用戶測(cè)試等，協(xié)助分析、解決測(cè)試問(wèn)題。當(dāng)然不同公司的組織架構(gòu)會(huì)不同，測(cè)試人員職責(zé)的劃分也會(huì)不相同。目前，大多分析儀器公司軟件測(cè)試、硬件測(cè)試及可靠性測(cè)試主要由產(chǎn)品測(cè)試人員完成。

　　1.2 測(cè)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(duì)測(cè)試的定義和測(cè)試原則進(jìn)行了基本的闡述，在該書中測(cè)試是指是為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過(guò)程。

　　目前，對(duì)于測(cè)試的定義，不同的人對(duì)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(yǔ)中，將軟件測(cè)試定義為：使用人工或自動(dòng)手段來(lái)運(yùn)行或評(píng)價(jià)某個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)部件的過(guò)程，其目的在于檢驗(yàn)它是否滿足規(guī)定的需求或是弄清預(yù)期結(jié)果和實(shí)際結(jié)果之間的差別。盡管不同人對(duì)測(cè)試定義存在差異，然而不同的定義均明確了測(cè)試應(yīng)該是以查找缺陷為目標(biāo)的一種過(guò)程。

　　1.3 測(cè)試目的

　　測(cè)試的目的不僅是為了發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷，而且通過(guò)分析缺陷分布特征和缺陷產(chǎn)生原因可以幫助項(xiàng)目改進(jìn)當(dāng)前開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一些問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)缺陷分析也能幫助我們?cè)O(shè)計(jì)出有針對(duì)性的測(cè)試用例，提高測(cè)試有效性。測(cè)試?yán)硐肽繕?biāo)是達(dá)到“產(chǎn)品*”，即使測(cè)試過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何缺陷，該過(guò)程的測(cè)試也具有意義，完整的測(cè)試是評(píng)價(jià)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(diǎn)，將產(chǎn)品缺陷按照嚴(yán)重程度分為四級(jí)：致命、嚴(yán)重、一般和建議。

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

　　1）缺陷累計(jì)發(fā)現(xiàn)數(shù)；

　　2）各階段缺陷提交數(shù)；

　　3）缺陷數(shù)。

　　測(cè)試缺陷累計(jì)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(duì)比較穩(wěn)定，但是并不代表產(chǎn)品質(zhì)量好。缺陷數(shù)趨勢(shì)曲線下跌的時(shí)候，表示產(chǎn)品質(zhì)量有所改進(jìn)，缺陷數(shù)趨勢(shì)曲線逐漸上升時(shí)，表示產(chǎn)品質(zhì)量在持續(xù)惡化。缺陷數(shù)收斂趨勢(shì)曲線越趨近于0，產(chǎn)品質(zhì)量越好。

　二、測(cè)試方法

　　根據(jù)測(cè)試人員對(duì)被測(cè)對(duì)象的了解程度來(lái)劃分，測(cè)試用例設(shè)計(jì)方法可分為白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試。

　　白盒測(cè)試：又稱為結(jié)構(gòu)測(cè)試或邏輯驅(qū)動(dòng)測(cè)試，必須知道軟件或產(chǎn)品內(nèi)部工作過(guò)程，通過(guò)測(cè)試來(lái)檢測(cè)其內(nèi)部是否按照需求、設(shè)計(jì)正常運(yùn)行。通過(guò)邏輯覆蓋、路徑覆蓋等方式選擇測(cè)試用例，可以用測(cè)試覆蓋率評(píng)價(jià)測(cè)試用例。在線分析儀器一般在單元測(cè)試階段中軟件測(cè)試和硬件測(cè)試采用白盒測(cè)試方法，主要驗(yàn)證軟件流程、軟件算法是否滿足需求和硬件信號(hào)鏈路是否正確等。

　　黑盒測(cè)試：又稱數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測(cè)試或功能測(cè)試，是針對(duì)軟件或產(chǎn)品的功能需求進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)測(cè)試來(lái)檢測(cè)每個(gè)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(cè)試中常用的幾種黑盒測(cè)試方法。

　　2.1 等價(jià)類劃分法

　　測(cè)試人員應(yīng)該首先了解并掌握的功能測(cè)試相關(guān)技術(shù)是等價(jià)類劃分，理解這種技術(shù)的用法十分重要，因?yàn)樗呛芏嗥渌浖y(cè)試技術(shù)和途徑的基礎(chǔ)。等價(jià)類是某個(gè)輸入域的集合，在這個(gè)集合中每個(gè)輸入條件都是等效的，如果其中一個(gè)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(cè)試時(shí)也不會(huì)發(fā)現(xiàn)缺陷。等價(jià)類分為有效等價(jià)類和無(wú)效等價(jià)類，有效等價(jià)類就是由對(duì)產(chǎn)品規(guī)格說(shuō)明有意義的、合理的輸入數(shù)據(jù)所構(gòu)成的集合；無(wú)效等價(jià)類就是對(duì)產(chǎn)品的規(guī)格說(shuō)明不合理的或無(wú)意義的輸入數(shù)據(jù)所構(gòu)成的集合，設(shè)計(jì)測(cè)試用例時(shí)需要同時(shí)考慮這兩種等價(jià)類。

　　2.2 邊界值分析法

　　從長(zhǎng)期的測(cè)試工作經(jīng)驗(yàn)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(jì)測(cè)試用例，首先應(yīng)該確定邊界情況，輸入等價(jià)類與輸出等價(jià)類的邊界，是應(yīng)該著重測(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)，而不是選取等價(jià)類中的典型值或者任意值作為測(cè)試數(shù)據(jù)。在測(cè)試過(guò)程中，考慮了邊界條件的測(cè)試用例與其他沒(méi)有考慮邊界條件的測(cè)試用例相比，具有更高的測(cè)試回報(bào)率。

　　2.3 因果圖法

　　等價(jià)類劃分和邊界值分析的測(cè)試方法，主要考慮單一輸入條件，但是不考慮各個(gè)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(gè)相應(yīng)動(dòng)作的測(cè)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(gè)結(jié)果的情況。在較為復(fù)雜的情況下，這個(gè)測(cè)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(jì)出、非冗余的測(cè)試用例。

　　2.4 錯(cuò)誤推測(cè)法

　　錯(cuò)誤推測(cè)法，基于經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)推測(cè)產(chǎn)品中可能存在的各種錯(cuò)誤，從而有針對(duì)性的設(shè)計(jì)測(cè)試用例的方法。錯(cuò)誤推測(cè)方法的基本思想是，根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)推測(cè)出產(chǎn)品中所有可能存在的錯(cuò)誤和容易發(fā)生錯(cuò)誤的特殊情況，根據(jù)他們選擇測(cè)試方法和設(shè)計(jì)測(cè)試用例。

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

　三、結(jié)論

　　在線分析儀器的測(cè)試是保證產(chǎn)品質(zhì)量一項(xiàng)非常重要的工作，測(cè)試人員需要掌握豐富的測(cè)試?yán)碚撝R(shí)和測(cè)試技術(shù)，合理設(shè)計(jì)測(cè)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(cè)試用例和產(chǎn)品可靠性測(cè)試用例的設(shè)計(jì)。在實(shí)際的工作中發(fā)現(xiàn)在線分析儀器系統(tǒng)測(cè)試階段過(guò)程，通過(guò)逆向測(cè)試用例和可靠性測(cè)試用例發(fā)現(xiàn)的缺陷數(shù)比例的確很高。隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的測(cè)試方法會(huì)被應(yīng)用在分析儀器行業(yè)中，這將有效地提高測(cè)試效率和產(chǎn)品質(zhì)量。