醫(yī)用非織造布及毛巾吸水性能檢測儀測試技術(shù)研究

丁 帥，王中珍 ，楊 琳

(1.山東省紡織科學(xué)研究院, 山東 青島 266032；2.山東省特種紡織品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266032)

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醫(yī)用非織造布及毛巾吸水性能檢測儀測試技術(shù)研究

丁 帥1,2，王中珍1,2，楊 琳1,2

(1.山東省紡織科學(xué)研究院, 山東 青島 266032；2.山東省特種紡織品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266032)

文章介紹了用組合測試的方法測試醫(yī)用非織造布及毛巾吸水性能檢測儀的恒溫水浴系統(tǒng)，通過最優(yōu)化組合測試用例，闡述了該儀器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

檢測儀；非織造布；吸水檢測；軟件系統(tǒng)；軟件測試；

1 醫(yī)用非織造布及毛巾吸水性能檢測儀簡介

隨著我國以及其它國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和醫(yī)護(hù)水平的不斷提升，對(duì)高品質(zhì)、高附加值、多功能、舒適、環(huán)保、安全的醫(yī)用非織造布產(chǎn)品需求量急劇增加，使產(chǎn)量迅速增長，這對(duì)中國的醫(yī)用非織造產(chǎn)品的改革有著極其巨大的意義。

但市場上醫(yī)用非織造布及毛巾的質(zhì)量參差不齊,研究一種高質(zhì)量的醫(yī)用非織造布檢測儀,對(duì)保障醫(yī)用非織布產(chǎn)品質(zhì)量有著關(guān)鍵意義。本論文以開發(fā)該醫(yī)用非織造布及毛巾吸水性能檢測儀為研究內(nèi)容，給出系統(tǒng)的時(shí)間、吸水量、吸收速率、恒水溫等部件的機(jī)器結(jié)構(gòu)和電器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量醫(yī)用非織物吸水性能。

系統(tǒng)的控制軟件部分主要由試驗(yàn)系統(tǒng)控制模塊、行程控制模塊、稱重模塊、電磁鐵控制模塊、電磁閥控制模塊這五大模塊組成。這些部分協(xié)同工作，構(gòu)建非織布吸水性能測試的一個(gè)完備環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)織物的吸水量、吸收時(shí)間以及芯吸速率的測量。

為提高檢測測試儀器的產(chǎn)品質(zhì)量，本文主要采用組合測試技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量檢測，該檢測儀器具有非織造布吸收時(shí)間參數(shù)、液體吸收量參數(shù)、液體保水量參數(shù)、芯吸速參數(shù)、吸水性能參數(shù)等多種輸入?yún)?shù)，這些參數(shù)的協(xié)同設(shè)置可以完成非織造布的不同測試環(huán)境，還有一些流速控制參數(shù)、溫度控制參數(shù)、水位控制參數(shù)等。采用組合測試技術(shù)，通過參數(shù)有效組合方式檢測系統(tǒng)缺陷，保障產(chǎn)品質(zhì)量，通過多種吸水測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，產(chǎn)品滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求[1]。

2 可穩(wěn)定控溫的恒溫水浴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制

由于吸水性測試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都要求試驗(yàn)水溫保持在(20±2)℃，而且水溫對(duì)試樣吸水性能的影響也非常關(guān)鍵。因此在一個(gè)試樣的整個(gè)試驗(yàn)循環(huán)過程中，水浴溫度必須嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)要求的(20±2)℃。而且水浴溫度還可以按照試驗(yàn)要求在一定范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)設(shè)、調(diào)節(jié)。為了使儀器能夠滿足測試的需求，水溫控制范圍在18～35℃以內(nèi)，恒溫水浴控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成由特定加熱功率的加熱管和可為系統(tǒng)提供冷水的循環(huán)水系統(tǒng)組成。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水浴溫度的預(yù)先設(shè)定和試驗(yàn)過程中的精確控溫這兩項(xiàng)功能。

采用具有PID運(yùn)算調(diào)節(jié)功能的溫控器來對(duì)水浴進(jìn)行精確的控溫。溫控器的工作原理是：溫度傳感器將水浴的溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳給溫控器，并在溫控器內(nèi)部與設(shè)定機(jī)構(gòu)的設(shè)定值通過比較機(jī)構(gòu)進(jìn)行比較(或PID運(yùn)算)后，溫控器的轉(zhuǎn)換顯示機(jī)構(gòu)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示指示出來，輸出給操控器(接觸器、固態(tài)繼電器或功率控制器)，操控器再對(duì)加熱管和冷水供水系統(tǒng)進(jìn)行控制[2]。

當(dāng)水溫傳感器采集的被測溫度偏離所希望的給定值時(shí)，PID控制可根據(jù)測量信號(hào)與給定值的偏差進(jìn)行比例(P)、積分(I)、微分(D)運(yùn)算，從而輸出某個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)給加熱管和冷水循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行間歇加熱或間歇供給冷水，促使測量值恢復(fù)到給定值，達(dá)到自動(dòng)控制的效果。

圖1 水浴溫度控制原理圖

3 組合測試的研究現(xiàn)狀

組合測試其本質(zhì)是一種特殊的黑盒測試。于是一種相對(duì)低級(jí)別功能測試技術(shù)，能廣泛應(yīng)用軟件發(fā)展周期中，從單元測試到客戶接受程度測試，都能有良好的效果。在所有的功能測試方法中，一組測試數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，通過對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，檢測系統(tǒng)內(nèi)部缺陷。

組合測試方法根據(jù)測試要求生成測試用例，與測試者人工選擇輸入不同，測試者根據(jù)測試要求建模，通過運(yùn)算組合策略自動(dòng)生成測試用例。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求(Priciples from design experiment-DOE)用來選擇代表性用例，因此組合測試用例設(shè)計(jì)核心是用最少的測試用例數(shù)檢測盡可能多的缺陷。根據(jù)不同測試環(huán)境設(shè)計(jì)的測試用例更注重效率而非可靠性?；诮o定的參數(shù)模型和覆蓋準(zhǔn)則，研究組合測試用例的生成方法。據(jù)多年來的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)許多軟件故障是由單個(gè)變量引起的，70%的故障是由兩個(gè)以下變量的相互作用引起的。即使在非常復(fù)雜的分布式系統(tǒng)中，軟件錯(cuò)誤最多由4～6個(gè)變量的相互作用引起。

解決醫(yī)用非織造布及毛巾產(chǎn)品吸水性能研究與評(píng)價(jià)的技術(shù)難題，從而打破我國目前尚存在的醫(yī)用非織造布及毛巾產(chǎn)品吸水性能研究有標(biāo)準(zhǔn)無儀器的現(xiàn)狀。儀器研制成功后，測試其能否正確工作也是一個(gè)非常重要的問題。事實(shí)上，沒有一種軟件測試技術(shù)能夠提供完整的測試。每一種測試方法都是從自己獨(dú)特的視角生產(chǎn)測試用例。例如，結(jié)構(gòu)測試軟件根據(jù)源代碼結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)覆蓋設(shè)計(jì)測試用例。組合測試用例一般都是易于操作和管理的，當(dāng)參數(shù)可控時(shí)，能夠有效避免測試用例爆炸問題，從而節(jié)約資源。組合測試方法以覆蓋數(shù)組為基礎(chǔ)。組合測試用例可以用矩陣表示，每一行代表一個(gè)測試用例，每一列代表一個(gè)參數(shù)，每一項(xiàng)代表參數(shù)取值。組合測試采用覆蓋數(shù)組。

覆蓋數(shù)組。 覆蓋數(shù)組CA(N;t,k,v)是值域大小為v的N×k矩陣,任意一個(gè)N×t子矩陣包含在v值域上所有大小為t的排列。這里 k被稱為階數(shù)(degree)，t被稱為強(qiáng)度(strength)，v稱為序(order)。如果覆蓋數(shù)組有最小的行數(shù),就被稱為最優(yōu)的。最小的行數(shù)稱為覆蓋數(shù)(covering array number),記做CAN(t,k,v)。

通常情況下,強(qiáng)度是t 的覆蓋數(shù)組被稱做t 覆蓋數(shù)組(t-covering array)。 覆蓋數(shù)組矩陣的每一列都必須有相同大小的值域。特殊情況下,t=2 的覆蓋數(shù)組稱作成對(duì)覆蓋數(shù)組(pairwise covering array)。

4 測試模型設(shè)計(jì)

4.1 儀器輸入?yún)?shù)模型

根據(jù)系統(tǒng)功能框架結(jié)構(gòu)圖，研究系統(tǒng)構(gòu)成模塊和模塊之間的調(diào)用關(guān)系，分析輸入?yún)?shù)的類型、值域范疇和參數(shù)的約束問題。從而能夠設(shè)計(jì)每個(gè)模塊的參數(shù)模型和系統(tǒng)組合的參數(shù)模型[3]。

根據(jù)醫(yī)用非織造布及毛巾吸水性能檢測的國家標(biāo)準(zhǔn)，提取測試覆蓋的準(zhǔn)則模型，儀器的測試水浴在恒溫狀態(tài)下進(jìn)行，這在國內(nèi)屬于首創(chuàng)技術(shù)。為保證水浴溫度恒定，需要PID運(yùn)算控制，溫控器的工作原理是：溫度傳感器將水浴的溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳給溫控器。溫控器的轉(zhuǎn)換顯示機(jī)構(gòu)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示或模擬指示出來，并在溫控器內(nèi)部與設(shè)定機(jī)構(gòu)的設(shè)定值通過比較機(jī)構(gòu)進(jìn)行比較(或PID運(yùn)算)后，通過輸出機(jī)構(gòu)輸出給操控器(接觸器、固態(tài)繼電器或功率控制器)，然后操控器再對(duì)加熱管和冷水供水系統(tǒng)進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)出符合參數(shù)組合模型的覆蓋準(zhǔn)則。

4.2 測試用例選取規(guī)則

本文基于給定的參數(shù)模型和覆蓋準(zhǔn)則，研究組合測試用例的生成方法。在設(shè)計(jì)組合測試用例產(chǎn)生技術(shù)時(shí)，需要根據(jù)參數(shù)關(guān)鍵作用，設(shè)計(jì)不超過6個(gè)參數(shù)覆蓋模型的測試生成技術(shù)。在具體生成技術(shù)中，擬采用搜索與啟發(fā)式結(jié)合的測試用例方法產(chǎn)生技術(shù)，在能夠保障滿足國家測試標(biāo)準(zhǔn)的框架內(nèi)采用覆蓋關(guān)聯(lián)規(guī)則的啟發(fā)式算法進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)不同類型的參數(shù)約束需要對(duì)搜索方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在有效的時(shí)間內(nèi)完成高效的用例設(shè)計(jì)。

根據(jù)吸水性能檢測儀的工作原理，選取關(guān)鍵參數(shù)，提取輸入?yún)?shù)的類型、范圍和參數(shù)約束機(jī)制是構(gòu)建組合測試模型的關(guān)鍵。

設(shè)計(jì)合適的組合測試用例產(chǎn)生方法，覆蓋關(guān)鍵參數(shù)、參數(shù)約束確保測試既精簡又有效。儀器采用可穩(wěn)定控溫的恒溫水浴系統(tǒng)，采用PID運(yùn)算控制。最早推薦的組合測試方法是OATS，即正交矩陣測試系統(tǒng)。它應(yīng)用正交矩陣作為測試模型，正交矩陣比較難建立，而且測試用例也比較龐大，但是正交矩陣有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如比較容易檢測出錯(cuò)誤。測試n-way 覆蓋矩陣稱為n-way 測試，是一種組合測試方法，要求對(duì)于任意參數(shù)值，所有的組合都只是測試一遍。在本儀器中，為測試溫控器是否正常工作，將參數(shù)設(shè)為(水浴溫度，預(yù)設(shè)溫度)。表1是n-way的組合測試生成用例[4～5]。

表1 n-way()組合測試生成用例

簡化的一次一個(gè)元素方法,讓t=()為一個(gè)測試用例，改變t值，產(chǎn)生測試用例,其中*代表可允許又與原先不一樣的值。

例如，讓t=(18 ,20)為一個(gè)測試用例,由SOFOT產(chǎn)生的測試用例測試溫控器的降溫和加熱系統(tǒng)是否正確工作。

正交矩陣測試系統(tǒng)和簡化的一次一個(gè)元素方法SOFOT都是組合測試的重要方面，本儀器的恒溫水浴的溫度控制范圍為18～35℃，兩種方法都采用可控范圍的臨界值進(jìn)行測試，能夠更明確地顯示控制效果。

在軟件測試環(huán)境中，沒有現(xiàn)成的教科書，也沒有總是確保成功的典范，雖然組合測試被看作是檢測軟件缺陷的有效途徑，但由于測試可以被看成是提供一種測試軟件的捷徑，但是如果參數(shù)和參數(shù)值沒有被正確選擇，將會(huì)降低檢測效率，而且如果我們不能確定出參數(shù)的所有互動(dòng)，組合測試并不能自動(dòng)檢測出漏掉的互動(dòng)，如果操作不當(dāng)，檢測結(jié)果將大不相同。為確保正確檢測，我們要正確運(yùn)用組合測試。這要求專業(yè)技巧和正確判斷，當(dāng)然，組合測試的優(yōu)缺點(diǎn)還有待于進(jìn)一步探討[6]。

5 結(jié)論

試驗(yàn)證明，該儀器功能正常，完全按照所有可能的指令準(zhǔn)確完成操作。

當(dāng)軟件功能越復(fù)雜時(shí)，運(yùn)行環(huán)境就越多元化、網(wǎng)絡(luò)化，從而越復(fù)雜?，F(xiàn)代軟件系統(tǒng)能夠被設(shè)計(jì)成高配置，以便于能在不同平臺(tái)上最優(yōu)化運(yùn)行，并且支持不同的使用場景。采用新的軟件發(fā)展技術(shù)，例如基于組件的軟件和服務(wù)為導(dǎo)向的軟件，軟件系統(tǒng)會(huì)用到越來越多的參數(shù)。這些參數(shù)的組合會(huì)誘發(fā)軟件缺陷而使系統(tǒng)失效。但通常系統(tǒng)能夠有更多的參數(shù)，每種參數(shù)又有更多的取值。再加上參數(shù)之間可能存在著相關(guān)、不相關(guān)、時(shí)序、時(shí)間、強(qiáng)制等各類約束，增加了測試用例設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。如何根據(jù)實(shí)際應(yīng)用問題設(shè)計(jì)有效測試用例生成方法是組合測試技術(shù)能夠?qū)嶋H應(yīng)用的前提。

[1] Shiba Toshiaki,Tsuchiya Tatsuhiro ,Kikuno Tohru .Using artificial life techniques to generate test cases for combinatorial testing.Proceedings of 28thAnnual International Computer Software and Applications Conference (COMPSAC`04).2004.

[2] 盧開澄，盧華明.組合數(shù)學(xué)(第3版)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

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[5] Kobayashi,Noritaka,Tsuchiya Tatssuhio,etc. A new method for constructing pair-wise covering designs for software testing[J].Informtion processing letters,2002,81(2):85—91.

[6] 朱小駿.參數(shù)配對(duì)組合的軟件測試方法研究與實(shí)現(xiàn)[D].上海:上海師范大學(xué)，2004.

Research of Testing Technology of Water Absorption Tester on Medical Non-woven Fabric and Towel

DingShuai1,2,WangZhongzhen1,2,YangLin1,2

(1.Shandong Textile Science& Research Institute,Qingdao 266032; 2.Shandong province key laboratory of special textile process technology ,Qingdao 266032)

Combination test on medical non-woven fabric and towel water absorption tester was presented .The stability and accuracy were assured by optimized combination examples .

medical care; nonwoven fabric; water-absorption test; software system; software test

2016-04-12

丁 帥(1978—)，女，山東青島人，高級(jí)工程師。

TS103.6

A

1009-3028(2016)04-0025-04