飛機(jī)航電系統(tǒng)試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)方法

摘" 要：該文主要對(duì)飛機(jī)航電系統(tǒng)試驗(yàn)流程、用例設(shè)計(jì)、過程管理等方面存在的問題進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)一種包含分解試驗(yàn)需求、結(jié)構(gòu)化原子功能、梳理測(cè)試場(chǎng)景、梳理檢查點(diǎn)、設(shè)計(jì)測(cè)試用例、編制測(cè)試用例和形成測(cè)試用例追溯表等過程的航電系統(tǒng)試驗(yàn)流程，形成一套完整的航電系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理方法，降低試驗(yàn)設(shè)計(jì)與執(zhí)行的復(fù)雜度，提升測(cè)試用例的編制質(zhì)量以及試驗(yàn)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：航電系統(tǒng)；試驗(yàn)流程；試驗(yàn)需求分析；測(cè)試設(shè)計(jì)；測(cè)試用例

中圖分類號(hào)：V243" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）17-0021-05

Abstract： This paper mainly analyzes the problems existing in aircraft avionics system test flow， use case design and process management. an avionics system test process is designed， which includes the process of decomposing test requirements， structured atomic functions， combing test scenarios， combing checkpoints， designing test cases， compiling test cases， forming test case traceability tables， etc.， and forms a complete set of avionics system test design and management methods， thus reducing the complexity of experiment design and execution， and improves the quality of test case compilation and test quality.

Keywords： avionics system; test flow; test requirement analysis; test design; test case

飛機(jī)是一種多學(xué)科高度交叉、多設(shè)備復(fù)雜關(guān)聯(lián)、多軟件系統(tǒng)集成的復(fù)雜裝備系統(tǒng)，隨著現(xiàn)在航空科技的發(fā)展，各型號(hào)飛機(jī)都配置了交聯(lián)復(fù)雜的、先進(jìn)的航電系統(tǒng)，航電系統(tǒng)是飛機(jī)系統(tǒng)的核心組成部分，其可靠性、穩(wěn)定性是飛機(jī)完成各項(xiàng)飛行任務(wù)的關(guān)鍵，而充分的航電系統(tǒng)試驗(yàn)是高質(zhì)量航電系統(tǒng)的保證。為支持航空電子系統(tǒng)試驗(yàn)工作，需要在試驗(yàn)前設(shè)計(jì)充分、完善的用例，進(jìn)而進(jìn)行充分的試驗(yàn)。要對(duì)航電系統(tǒng)進(jìn)行體系化、全要素、全過程的測(cè)試驗(yàn)證是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，主要面對(duì)以下問題：①試驗(yàn)流程過度依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，缺乏顯性化、流程化表達(dá)；②測(cè)試用例設(shè)計(jì)缺乏統(tǒng)一規(guī)范和科學(xué)的工程方法，測(cè)試用例質(zhì)量不高，功能、性能測(cè)試點(diǎn)覆蓋不全，導(dǎo)致測(cè)試場(chǎng)景遺漏；③測(cè)試過程管理要素缺失，無法形成完整的測(cè)試追溯鏈路；④部分設(shè)計(jì)中的問題暴露時(shí)機(jī)晚，增加了修改故障的成本。

針對(duì)以上問題，從試驗(yàn)需求開始，對(duì)航電試驗(yàn)全過程進(jìn)行梳理，形成結(jié)構(gòu)化、流程化和規(guī)范化航電系統(tǒng)試驗(yàn)需求分析模型，以特定功能為典型案例，開展測(cè)試用例設(shè)計(jì)，形成流程完整、用例規(guī)范、過程可追溯的航電系統(tǒng)試驗(yàn)流程，指導(dǎo)后續(xù)試驗(yàn)開展，提升航電系統(tǒng)測(cè)試質(zhì)量。

1" 總體概述

航電系統(tǒng)試驗(yàn)需求分析模型主要用于對(duì)航電系統(tǒng)功能的測(cè)試用例設(shè)計(jì)，該模型分為7大步驟。

第一步，分解試驗(yàn)需求是將任務(wù)書中的試驗(yàn)條目，結(jié)合詳細(xì)設(shè)計(jì)方案和飛行員操作手冊(cè)，按照一定規(guī)則，對(duì)功能進(jìn)行多級(jí)劃分，直至分解到功能的最小單位，稱之為原子功能，該功能是完整的、明確的、可驗(yàn)證的[1]。第二步，結(jié)構(gòu)化原子功能是將詳細(xì)設(shè)計(jì)文件中針對(duì)原子功能的描述或者時(shí)序圖，結(jié)合接口控制文件轉(zhuǎn)換為流程圖或者狀態(tài)遷移圖[2]并定義圖中的開始節(jié)點(diǎn)、結(jié)束節(jié)點(diǎn)、輸入節(jié)點(diǎn)、判斷節(jié)點(diǎn)、輸出節(jié)點(diǎn)、處理節(jié)點(diǎn)的過程。第三步，梳理測(cè)試場(chǎng)景是對(duì)流程圖或者狀態(tài)遷移圖中的路徑進(jìn)行遍歷分析的過程。第四步，梳理檢查點(diǎn)是通過對(duì)流程圖的處理節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合詳細(xì)設(shè)計(jì)文件和飛行員操作手冊(cè)，按照檢查顯示畫面、檢查消息流、檢查告警聲音等分類梳理出檢查點(diǎn)。第五步，設(shè)計(jì)測(cè)試用例是通過對(duì)流程圖中的判斷節(jié)點(diǎn)分析，結(jié)合接口控制文件，梳理出判斷節(jié)點(diǎn)的所有取值，結(jié)合邊界值法、等價(jià)類型劃分法、判定表法、因果圖法、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，形成判定表、因果圖、正交表等。第六步，編制測(cè)試用例是通過對(duì)判定表、因果圖、正交表等分析，按照用例模板要求進(jìn)行用例的編制，形成測(cè)試用例。第七步，形成測(cè)試用例追溯表是將航電系統(tǒng)、分系統(tǒng)、試驗(yàn)條目、多級(jí)功能、原子功能、測(cè)試場(chǎng)景、測(cè)試用例編號(hào)、測(cè)試用例、試驗(yàn)故障編號(hào)和試驗(yàn)故障等多個(gè)對(duì)象記錄、組織管理的過程。

1.1" 分解試驗(yàn)需求

分解試驗(yàn)需求是將航電系統(tǒng)所有功能分解到原子功能的過程。

航電系統(tǒng)包括飛行管理分系統(tǒng)、顯示控制分系統(tǒng)等，航電系統(tǒng)的試驗(yàn)輸入包括航電系統(tǒng)試驗(yàn)任務(wù)書和飛行員操作手冊(cè)，每個(gè)分系統(tǒng)的試驗(yàn)輸入包括詳細(xì)設(shè)計(jì)方案和接口控制文件。試驗(yàn)任務(wù)書中給出各分系統(tǒng)的試驗(yàn)條目。

以航電系統(tǒng)中飛行管理分系統(tǒng)為例，任務(wù)書中飛行管理分系統(tǒng)的試驗(yàn)條目分為導(dǎo)航參數(shù)獲取、飛行計(jì)劃管理等功能，詳細(xì)設(shè)計(jì)文件會(huì)對(duì)飛行管理分系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明，飛行員操作手冊(cè)中會(huì)給出所有飛行管理分系統(tǒng)的畫面，以飛行管理分系統(tǒng)中的飛行計(jì)劃管理功能為例，分為當(dāng)前飛行計(jì)劃頁，當(dāng)前飛行計(jì)劃航段頁等，其中當(dāng)前飛行計(jì)劃頁又包含設(shè)置飛行計(jì)劃名稱、設(shè)置起飛機(jī)場(chǎng)等功能。

以設(shè)置當(dāng)前飛行計(jì)劃頁功能為例，系統(tǒng)名稱、分系統(tǒng)名稱、任務(wù)書中試驗(yàn)條目、多級(jí)功能和原子功能的追溯表見表1。

該過程中的輸入為任務(wù)書、詳細(xì)設(shè)計(jì)文件和飛行員操作手冊(cè)。使用工具為思維導(dǎo)圖，原則就是按照一定規(guī)則分解到功能的最小單位，規(guī)則可分為飛行員使用場(chǎng)景、使用順序、飛行操作程序中的界面元素等。這一階段的輸出為任務(wù)書中試驗(yàn)條目到原子功能的思維導(dǎo)圖以及系統(tǒng)名稱、分系統(tǒng)名稱、任務(wù)書中試驗(yàn)條目、多級(jí)功能和原子功能的追溯表。

在分解試驗(yàn)需求的過程中，可檢查詳細(xì)設(shè)計(jì)文件和飛行員操作手冊(cè)中不一致或者遺漏的地方，提前識(shí)別設(shè)計(jì)文件中存在的問題。

1.2" 結(jié)構(gòu)化原子功能

以航電系統(tǒng)的飛行管理分系統(tǒng)的設(shè)置起飛機(jī)場(chǎng)原子功能為例進(jìn)行說明。圖1為詳細(xì)設(shè)計(jì)中該功能的時(shí)序圖。

將詳細(xì)設(shè)計(jì)文件中針對(duì)原子功能的描述或者時(shí)序圖，結(jié)合接口控制文件轉(zhuǎn)換為流程圖，如圖2所示，同時(shí)對(duì)流程圖中的各節(jié)點(diǎn)按照開始或者結(jié)束節(jié)點(diǎn)、輸入節(jié)點(diǎn)、判斷節(jié)點(diǎn)、輸出節(jié)點(diǎn)和處理節(jié)點(diǎn)。分別標(biāo)注。①和" 為開始或者結(jié)束節(jié)點(diǎn)，②為輸入節(jié)點(diǎn)，⑤、⑧和" 為輸出節(jié)點(diǎn)，③、⑥和⑨為判斷節(jié)點(diǎn)，其余為處理節(jié)點(diǎn)。

該過程的輸入為詳細(xì)設(shè)計(jì)文件和接口控制文件。使用的工具為Visio，原則是流程圖或者狀態(tài)遷移圖[2]要覆蓋到功能描述或者時(shí)序圖的全部流程，圖中的判斷節(jié)點(diǎn)要考慮到接口控制文件中的取值。使用的工程方法是流程圖法、狀態(tài)遷移圖法等。這一階段的輸出為流程圖或者狀態(tài)遷移圖。

在結(jié)構(gòu)化原子功能的過程中，可檢查詳細(xì)設(shè)計(jì)文件和接口控制文件中不一致或者遺漏的地方，提前識(shí)別設(shè)計(jì)文件中存在的問題。

1.3" 梳理測(cè)試場(chǎng)景

將流程圖中的路徑進(jìn)行遍歷分析，形成原子功能的測(cè)試場(chǎng)景，見表2。

該過程的輸入為流程圖或者狀態(tài)遷移圖，使用的工具為思維導(dǎo)圖，原則是路徑全覆蓋，如果有環(huán)，環(huán)至少覆蓋一次。這一階段的輸出為原子功能與測(cè)試場(chǎng)景追溯表。

1.4" 梳理檢查點(diǎn)

通過對(duì)流程圖的處理節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合詳細(xì)設(shè)計(jì)文件和飛行員操作手冊(cè)，按照檢查顯示畫面、檢查消息流、檢查告警聲音等分類梳理出檢查點(diǎn)，詳見表3。

該過程的輸入是流程圖或者狀態(tài)遷移圖、詳細(xì)設(shè)計(jì)文件和飛行員操作手冊(cè)，原則是覆蓋到流程圖或者狀態(tài)遷移圖的處理節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)。這一階段的輸出為該原子功能的全部檢查點(diǎn)。

1.5" 設(shè)計(jì)測(cè)試用例

通過對(duì)流程圖中的判斷節(jié)點(diǎn)分析，結(jié)合接口控制文件，梳理出判斷節(jié)點(diǎn)的所有取值，詳見表4，形成判定表，詳見表5。

原始判定表中的條件遍歷所有判斷節(jié)點(diǎn)的取值，動(dòng)作為1.4章節(jié)梳理的檢查點(diǎn)。通過簡化、合并相似規(guī)則，得到如表6所示的判定表。

由于判斷條件中有先后次序關(guān)系，需要驗(yàn)證功能中實(shí)現(xiàn)的先后次序是否正常，因此，3和4合并時(shí)，輸入的XXX與當(dāng)前信息是否一致的取值為否；5，6，7，8合并時(shí)，將輸入的XXX在數(shù)據(jù)庫中是否存在取值設(shè)置為否，輸入的XXX與當(dāng)前信息是否一致設(shè)置為否，檢查條件判斷的優(yōu)先級(jí)是否正確，形成如表7所示的判定表。

設(shè)計(jì)測(cè)試用例的過程需結(jié)合實(shí)際的功能選擇相應(yīng)的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析[3]，針對(duì)輸入條件也就是判斷節(jié)點(diǎn)有因果關(guān)系時(shí)，優(yōu)先選擇因果關(guān)系圖法；輸入條件無因果關(guān)系且條件也不多，優(yōu)先選擇判定表法，能夠?qū)?fù)雜的問題按照各種可能的情況全部列舉出來；輸入條件無因果關(guān)系且條件較多時(shí)，優(yōu)先選用正交法，該方法可用最小的測(cè)試用例覆蓋多個(gè)變量取值的組合。同時(shí)，在進(jìn)行判斷條件分析時(shí)，還會(huì)結(jié)合邊界值法和有效等價(jià)類劃分法。

該過程的輸入為流程圖或者狀態(tài)遷移圖，原則是覆蓋全部測(cè)試場(chǎng)景、覆蓋判斷節(jié)點(diǎn)的全部取值，使用的工程方法包括但不限于邊界值劃分法、等價(jià)類劃分法、判定表法、因果圖法、正交設(shè)計(jì)法。這一階段的輸出為判定表、因果圖、正交表等。

1.6" 編制測(cè)試用例

通過對(duì)表7分析，按照用例模板要求進(jìn)行用例的編制，形成測(cè)試用例。

編制測(cè)試用例過程的輸入為判定表、因果圖、正交表等，以及飛行員操作手冊(cè)、詳細(xì)設(shè)計(jì)方案、接口控制文件，原則是判定表中的所有測(cè)試用例為最終測(cè)試用例，這一階段的輸出為測(cè)試用例。

1.7" 形成測(cè)試用例追溯表

形成測(cè)試用例追溯表的過程是將航電系統(tǒng)、分系統(tǒng)、試驗(yàn)條目、多級(jí)功能、原子功能、測(cè)試場(chǎng)景、測(cè)試用例編號(hào)、測(cè)試用例、試驗(yàn)故障編號(hào)和試驗(yàn)故障等多個(gè)對(duì)象記錄、組織管理的過程。針對(duì)試驗(yàn)過程中的問題，若未在追溯表中找到對(duì)應(yīng)的用例，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充測(cè)試用例進(jìn)行完善。

2" 結(jié)論

該試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)方法，將測(cè)試設(shè)計(jì)過程顯性化，測(cè)試用例與任務(wù)書、詳細(xì)設(shè)計(jì)的追溯關(guān)系清晰，保證需求在試驗(yàn)過程中不被遺漏，提升了試驗(yàn)大綱編制和試驗(yàn)的質(zhì)量；該方法輸入明確、流程清晰、測(cè)試用例設(shè)計(jì)過程易上手，降低了試驗(yàn)過程對(duì)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的依賴和學(xué)習(xí)成本，提升了工作效率；同時(shí)可將設(shè)計(jì)的問題暴露在試驗(yàn)前，減少后期故障修復(fù)成本[4]。

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