核電廠操縱員支持系統(tǒng)測(cè)試方法研究

周健文 王宇帆 王政彥

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司,上海 200233)

0 引言

核電廠操縱員支持系統(tǒng)主要包含三個(gè)子系統(tǒng):報(bào)警顯示系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)化規(guī)程系統(tǒng)和操縱員支持系統(tǒng)計(jì)算分析平臺(tái)。操縱員支持系統(tǒng)通過與電廠儀控系統(tǒng)的通信獲取電廠的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù),經(jīng)過處理或計(jì)算后為操縱員的運(yùn)行決策提供支持。操縱員支持系統(tǒng)的核心部分主要由各算法和邏輯(核應(yīng)用程序算法、規(guī)程步邏輯、報(bào)警邏輯等)組成, 為了確保操縱員支持系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性和正確性等,在與儀控系統(tǒng)集成前,需要經(jīng)過完善的測(cè)試過程,包括單元測(cè)試、集成測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試[1-4]。

1 單元測(cè)試

1.1 基本概念

單元測(cè)試的目的是驗(yàn)證用于搭建操縱員支持系統(tǒng)應(yīng)用程序軟件的獨(dú)立軟件模塊(功能塊)是否完全滿足其設(shè)計(jì)的要求。在單元測(cè)試中,通過模擬正常和異常輸入數(shù)據(jù),驗(yàn)證功能塊的設(shè)計(jì)正確性。在單元測(cè)試中,除了對(duì)功能塊的正確性進(jìn)行測(cè)試外(黑盒測(cè)試),為了保證測(cè)試的充分性,要求所有的邏輯必須完備地被一系列測(cè)試用例覆蓋,即要求模型中的任何一個(gè)分支可能都需要進(jìn)行測(cè)試,以此來檢測(cè)模型中的非預(yù)期功能(白盒測(cè)試)。

對(duì)于操縱員支持系統(tǒng)單元測(cè)試,白盒測(cè)試主要是對(duì)基本功能模塊開展覆蓋率測(cè)試,以驗(yàn)證基本功能模塊的覆蓋率是否達(dá)到100%。黑盒測(cè)試主要是對(duì)照基本功能模塊需求中描述的條目化需求開展功能測(cè)試,以驗(yàn)證基本模塊的功能是否滿足需求中羅列的功能需求。

1.2 測(cè)試方法

以比較大小功能塊(COM0)為例,單元測(cè)試方法如圖1所示。首先開展黑盒測(cè)試,針對(duì)功能塊需求,分別對(duì)應(yīng)編寫測(cè)試用例,測(cè)試用例需與相應(yīng)的需求對(duì)應(yīng),將測(cè)試用例與需求建立追溯關(guān)系。

圖1 單元測(cè)試方法Fig.1 Unit test method

測(cè)試用例中需明確寫出期望的輸出結(jié)果,并通過單元測(cè)試軟件中的仿真測(cè)試模塊,將實(shí)際計(jì)算結(jié)果與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比對(duì),如出現(xiàn)兩者不一致的結(jié)果,測(cè)試結(jié)果將以紅色進(jìn)行顯示,當(dāng)所有計(jì)算結(jié)果與期望結(jié)果一致后,測(cè)試結(jié)果將全部用綠色表示測(cè)試通過。

黑盒測(cè)試完成后,將通過白盒測(cè)試(即覆蓋率測(cè)試)來保證覆蓋測(cè)試程序的所有路徑,防止“死代碼”的存在。覆蓋率測(cè)試示意如圖2 所示,當(dāng)測(cè)試路徑?jīng)]有全覆蓋,測(cè)試結(jié)果將通過黃色或者紅色來表示,并顯示未覆蓋的測(cè)試路徑,當(dāng)測(cè)試覆蓋所有路徑,測(cè)試結(jié)果將通過綠色表示覆蓋率測(cè)試通過。

圖2 覆蓋率測(cè)試示意圖Fig.2 Schematic diagram of coverage test

通過上述黑盒測(cè)試和白盒測(cè)試的測(cè)試方法,完成了COM0基本模塊的單元測(cè)試,對(duì)于操縱員支持系統(tǒng)應(yīng)用程序中的所有功能塊,都需按上述方法開展單元測(cè)試。

2 集成測(cè)試

2.1 基本概念

集成測(cè)試的目的是驗(yàn)證由各個(gè)功能塊組合而成的操縱員支持系統(tǒng)應(yīng)用程序軟件能夠正確實(shí)現(xiàn)功能要求。在集成測(cè)試中,根據(jù)程序應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能要求,通過模擬輸入數(shù)據(jù),驗(yàn)證程序的設(shè)計(jì)正確性。在集成測(cè)試中,只需開展正確性測(cè)試(黑盒測(cè)試)即可。

操縱員支持系統(tǒng)軟件集成測(cè)試主要是對(duì)操縱員支持系統(tǒng)組態(tài)(由基本功能模塊搭建而成的規(guī)程步邏輯、報(bào)警抑制邏輯和計(jì)算應(yīng)用程序)開展仿真測(cè)試,如果組態(tài)內(nèi)容較多,可以先開展子程序邏輯的組態(tài)集成測(cè)試,再開展完整程序邏輯的組態(tài)集成測(cè)試。

2.2 測(cè)試方法

在集成測(cè)試中,實(shí)際計(jì)算結(jié)果與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比對(duì)時(shí),由于輸入信號(hào)數(shù)量和輸出信號(hào)數(shù)量較龐大,如果采用傳統(tǒng)的人工比較的方式,將顯著增加測(cè)試的工作量。因此,在集成測(cè)試中,應(yīng)采用支持自動(dòng)化測(cè)試的工具開展集成測(cè)試。自動(dòng)化測(cè)試工具應(yīng)具備如下功能:

(1)支持腳本語(yǔ)言的測(cè)試用例導(dǎo)入;

(2)支持自動(dòng)比對(duì)實(shí)際計(jì)算結(jié)果與預(yù)期結(jié)果;

(3)支持自動(dòng)分析每一周期的測(cè)試執(zhí)行結(jié)果正確性,如實(shí)際計(jì)算結(jié)果與預(yù)期結(jié)果,應(yīng)能提供指示;

(4)輸出結(jié)果支持以圖形化趨勢(shì)的方式進(jìn)行顯示,以便對(duì)于復(fù)雜計(jì)算程序,能以定性方式對(duì)程序邏輯的正確性進(jìn)行分析。

通過自動(dòng)化測(cè)試工具,可大大降低在測(cè)試過程中,人為比對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)正確性的工作量。以本文采用的集成測(cè)試工具為例,如實(shí)際計(jì)算結(jié)果與預(yù)期結(jié)果出現(xiàn)兩者不一致,測(cè)試結(jié)果將通過紅色進(jìn)行顯示,當(dāng)所有計(jì)算結(jié)果與期望結(jié)果一致,測(cè)試結(jié)果會(huì)顯示綠色表示測(cè)試通過。

集成測(cè)試的方法和流程與單元測(cè)試類似,但僅進(jìn)行黑盒測(cè)試,即功能測(cè)試(根據(jù)功能塊需求條目編寫測(cè)試用例),而不進(jìn)行覆蓋率測(cè)試,具體測(cè)試過程如圖3所示,在集成測(cè)試完成后,需保存集成測(cè)試的輸出文件(該文件包含所有的輸入數(shù)據(jù)以及輸出結(jié)果),該輸出文件將作為系統(tǒng)測(cè)試時(shí)的測(cè)試輸入。

圖3 集成測(cè)試方法Fig.3 Integration test method

3 系統(tǒng)測(cè)試

3.1 基本概念

系統(tǒng)測(cè)試的主要工作是將通過集成測(cè)試的應(yīng)用程序軟件與操縱員支持系統(tǒng)平臺(tái)集成后開展的測(cè)試。系統(tǒng)測(cè)試主要目的是在完成系統(tǒng)軟硬件集成后(此時(shí)還未與儀控系統(tǒng)進(jìn)行集成),再次驗(yàn)證系統(tǒng)的功能是否滿足設(shè)計(jì)的要求。

系統(tǒng)測(cè)試除了驗(yàn)證加載了應(yīng)用程序的系統(tǒng)軟件的功能正確性外,還需開展接口測(cè)試、性能測(cè)試、雙機(jī)冗余測(cè)試等。因此,系統(tǒng)測(cè)試的過程較為復(fù)雜,經(jīng)調(diào)研,市場(chǎng)上的傳統(tǒng)測(cè)試工具,難以滿足如上的多個(gè)測(cè)試要求,為了滿足系統(tǒng)測(cè)試的要求,以及提升系統(tǒng)測(cè)試階段的自動(dòng)化測(cè)試效率,需要在系統(tǒng)測(cè)試階段開發(fā)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái),以支持系統(tǒng)測(cè)試。

3.2 測(cè)試方法

系統(tǒng)測(cè)試方法如圖4所示,在該測(cè)試過程中,自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)用以模擬核電廠儀控系統(tǒng),通過通信接口向操縱員支持系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。同時(shí),為了減少測(cè)試工作量,應(yīng)充分利用集成測(cè)試時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)。自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)支持將集成測(cè)試時(shí)使用的測(cè)試輸入作為激勵(lì)發(fā)送給下裝或加載了應(yīng)用程序的系統(tǒng)軟件進(jìn)行運(yùn)行,并通過比較集成測(cè)試結(jié)果和系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果來自動(dòng)驗(yàn)證進(jìn)行軟硬件集成后,系統(tǒng)加載的應(yīng)用程序是否能夠正確運(yùn)行。通過以上分析,通過自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的開發(fā)和應(yīng)用,在系統(tǒng)測(cè)試中,對(duì)于計(jì)算結(jié)果可定量分析的功能,可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試,而無需人為編寫測(cè)試用例或進(jìn)行測(cè)試分析,大大地提升測(cè)試效率。

圖4 系統(tǒng)測(cè)試方法Fig.4 System test method

4 總結(jié)

本文研究了核電廠操縱員支持系統(tǒng)的測(cè)試方法,在操縱員支持系統(tǒng)與儀控系統(tǒng)集成前,通過本文的測(cè)試方法,可顯著提升操縱員支持系統(tǒng)軟件的功能正確性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。本文的測(cè)試方法同樣適用于其他儀控系統(tǒng)應(yīng)用軟件,為核電廠儀控系統(tǒng)應(yīng)用軟件的測(cè)試提供了有價(jià)值的參考。