医用非织造布及毛巾吸水性能检测仪测试技术研究

丁 帅，王中珍 ，杨 琳

(1.山东省纺织科学研究院, 山东 青岛 266032；2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室, 山东 青岛 266032)



医用非织造布及毛巾吸水性能检测仪测试技术研究

丁 帅1,2，王中珍1,2，杨 琳1,2

(1.山东省纺织科学研究院, 山东 青岛 266032；2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室, 山东 青岛 266032)

文章介绍了用组合测试的方法测试医用非织造布及毛巾吸水性能检测仪的恒温水浴系统，通过最优化组合测试用例，阐述了该仪器的稳定性和准确性。

检测仪；非织造布；吸水检测；软件系统；软件测试；

1 医用非织造布及毛巾吸水性能检测仪简介

随着我国以及其它国家经济的快速发展和医护水平的不断提升，对高品质、高附加值、多功能、舒适、环保、安全的医用非织造布产品需求量急剧增加，使产量迅速增长，这对中国的医用非织造产品的改革有着极其巨大的意义。

但市场上医用非织造布及毛巾的质量参差不齐,研究一种高质量的医用非织造布检测仪,对保障医用非织布产品质量有着关键意义。本论文以开发该医用非织造布及毛巾吸水性能检测仪为研究内容，给出系统的时间、吸水量、吸收速率、恒水温等部件的机器结构和电器结构的设计方案。通过结构设计、工艺设计、软件设计实现准确测量医用非织物吸水性能。

系统的控制软件部分主要由试验系统控制模块、行程控制模块、称重模块、电磁铁控制模块、电磁阀控制模块这五大模块组成。这些部分协同工作，构建非织布吸水性能测试的一个完备环境，能够实现织物的吸水量、吸收时间以及芯吸速率的测量。

为提高检测测试仪器的产品质量，本文主要采用组合测试技术进行产品质量检测，该检测仪器具有非织造布吸收时间参数、液体吸收量参数、液体保水量参数、芯吸速参数、吸水性能参数等多种输入参数，这些参数的协同设置可以完成非织造布的不同测试环境，还有一些流速控制参数、温度控制参数、水位控制参数等。采用组合测试技术，通过参数有效组合方式检测系统缺陷，保障产品质量，通过多种吸水测试实验结果说明，产品满足相关标准的要求[1]。

2 可稳定控温的恒温水浴系统的设计研制

由于吸水性测试的相关标准都要求试验水温保持在(20±2)℃，而且水温对试样吸水性能的影响也非常关键。因此在一个试样的整个试验循环过程中，水浴温度必须严格控制在标准要求的(20±2)℃。而且水浴温度还可以按照试验要求在一定范围内进行预设、调节。为了使仪器能够满足测试的需求，水温控制范围在18～35℃以内，恒温水浴控制系统设计成由特定加热功率的加热管和可为系统提供冷水的循环水系统组成。整个系统可以实现水浴温度的预先设定和试验过程中的精确控温这两项功能。

采用具有PID运算调节功能的温控器来对水浴进行精确的控温。温控器的工作原理是：温度传感器将水浴的温度转换成电信号传给温控器，并在温控器内部与设定机构的设定值通过比较机构进行比较(或PID运算)后，温控器的转换显示机构把电信号转换成数字显示指示出来，输出给操控器(接触器、固态继电器或功率控制器)，操控器再对加热管和冷水供水系统进行控制[2]。

当水温传感器采集的被测温度偏离所希望的给定值时，PID控制可根据测量信号与给定值的偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算，从而输出某个适当的控制信号给加热管和冷水循环系统，进行间歇加热或间歇供给冷水，促使测量值恢复到给定值，达到自动控制的效果。

图1 水浴温度控制原理图

3 组合测试的研究现状

组合测试其本质是一种特殊的黑盒测试。于是一种相对低级别功能测试技术，能广泛应用软件发展周期中，从单元测试到客户接受程度测试，都能有良好的效果。在所有的功能测试方法中，一组测试数据输入到系统中，通过对输出结果进行评估，检测系统内部缺陷。

组合测试方法根据测试要求生成测试用例，与测试者人工选择输入不同，测试者根据测试要求建模，通过运算组合策略自动生成测试用例。设计实验要求(Priciples from design experiment-DOE)用来选择代表性用例，因此组合测试用例设计核心是用最少的测试用例数检测尽可能多的缺陷。根据不同测试环境设计的测试用例更注重效率而非可靠性。基于给定的参数模型和覆盖准则，研究组合测试用例的生成方法。据多年来的实验发现许多软件故障是由单个变量引起的，70%的故障是由两个以下变量的相互作用引起的。即使在非常复杂的分布式系统中，软件错误最多由4～6个变量的相互作用引起。

解决医用非织造布及毛巾产品吸水性能研究与评价的技术难题，从而打破我国目前尚存在的医用非织造布及毛巾产品吸水性能研究有标准无仪器的现状。仪器研制成功后，测试其能否正确工作也是一个非常重要的问题。事实上，没有一种软件测试技术能够提供完整的测试。每一种测试方法都是从自己独特的视角生产测试用例。例如，结构测试软件根据源代码结构或系统模型结构覆盖设计测试用例。组合测试用例一般都是易于操作和管理的，当参数可控时，能够有效避免测试用例爆炸问题，从而节约资源。组合测试方法以覆盖数组为基础。组合测试用例可以用矩阵表示，每一行代表一个测试用例，每一列代表一个参数，每一项代表参数取值。组合测试采用覆盖数组。

覆盖数组。 覆盖数组CA(N;t,k,v)是值域大小为v的N×k矩阵,任意一个N×t子矩阵包含在v值域上所有大小为t的排列。这里 k被称为阶数(degree)，t被称为强度(strength)，v称为序(order)。如果覆盖数组有最小的行数,就被称为最优的。最小的行数称为覆盖数(covering array number),记做CAN(t,k,v)。

通常情况下,强度是t 的覆盖数组被称做t 覆盖数组(t-covering array)。 覆盖数组矩阵的每一列都必须有相同大小的值域。特殊情况下,t=2 的覆盖数组称作成对覆盖数组(pairwise covering array)。

4 测试模型设计

4.1 仪器输入参数模型

根据系统功能框架结构图，研究系统构成模块和模块之间的调用关系，分析输入参数的类型、值域范畴和参数的约束问题。从而能够设计每个模块的参数模型和系统组合的参数模型[3]。

根据医用非织造布及毛巾吸水性能检测的国家标准，提取测试覆盖的准则模型，仪器的测试水浴在恒温状态下进行，这在国内属于首创技术。为保证水浴温度恒定，需要PID运算控制，温控器的工作原理是：温度传感器将水浴的温度转换成电信号传给温控器。温控器的转换显示机构把电信号转换成数字显示或模拟指示出来，并在温控器内部与设定机构的设定值通过比较机构进行比较(或PID运算)后，通过输出机构输出给操控器(接触器、固态继电器或功率控制器)，然后操控器再对加热管和冷水供水系统进行控制。设计出符合参数组合模型的覆盖准则。

4.2 测试用例选取规则

本文基于给定的参数模型和覆盖准则，研究组合测试用例的生成方法。在设计组合测试用例产生技术时，需要根据参数关键作用，设计不超过6个参数覆盖模型的测试生成技术。在具体生成技术中，拟采用搜索与启发式结合的测试用例方法产生技术，在能够保障满足国家测试标准的框架内采用覆盖关联规则的启发式算法进行设计，针对不同类型的参数约束需要对搜索方法进行设计，实现在有效的时间内完成高效的用例设计。

根据吸水性能检测仪的工作原理，选取关键参数，提取输入参数的类型、范围和参数约束机制是构建组合测试模型的关键。

设计合适的组合测试用例产生方法，覆盖关键参数、参数约束确保测试既精简又有效。仪器采用可稳定控温的恒温水浴系统，采用PID运算控制。最早推荐的组合测试方法是OATS，即正交矩阵测试系统。它应用正交矩阵作为测试模型，正交矩阵比较难建立，而且测试用例也比较庞大，但是正交矩阵有独特的优点，例如比较容易检测出错误。测试n-way 覆盖矩阵称为n-way 测试，是一种组合测试方法，要求对于任意参数值，所有的组合都只是测试一遍。在本仪器中，为测试温控器是否正常工作，将参数设为(水浴温度，预设温度)。表1是n-way的组合测试生成用例[4～5]。

表1 n-way()组合测试生成用例

简化的一次一个元素方法,让t=()为一个测试用例，改变t值，产生测试用例,其中*代表可允许又与原先不一样的值。

例如，让t=(18 ,20)为一个测试用例,由SOFOT产生的测试用例测试温控器的降温和加热系统是否正确工作。

正交矩阵测试系统和简化的一次一个元素方法SOFOT都是组合测试的重要方面，本仪器的恒温水浴的温度控制范围为18～35℃，两种方法都采用可控范围的临界值进行测试，能够更明确地显示控制效果。

在软件测试环境中，没有现成的教科书，也没有总是确保成功的典范，虽然组合测试被看作是检测软件缺陷的有效途径，但由于测试可以被看成是提供一种测试软件的捷径，但是如果参数和参数值没有被正确选择，将会降低检测效率，而且如果我们不能确定出参数的所有互动，组合测试并不能自动检测出漏掉的互动，如果操作不当，检测结果将大不相同。为确保正确检测，我们要正确运用组合测试。这要求专业技巧和正确判断，当然，组合测试的优缺点还有待于进一步探讨[6]。

5 结论

试验证明，该仪器功能正常，完全按照所有可能的指令准确完成操作。

当软件功能越复杂时，运行环境就越多元化、网络化，从而越复杂。现代软件系统能够被设计成高配置，以便于能在不同平台上最优化运行，并且支持不同的使用场景。采用新的软件发展技术，例如基于组件的软件和服务为导向的软件，软件系统会用到越来越多的参数。这些参数的组合会诱发软件缺陷而使系统失效。但通常系统能够有更多的参数，每种参数又有更多的取值。再加上参数之间可能存在着相关、不相关、时序、时间、强制等各类约束，增加了测试用例设计的复杂性。如何根据实际应用问题设计有效测试用例生成方法是组合测试技术能够实际应用的前提。

[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] 卢开澄，卢华明.组合数学(第3版)[M].北京：清华大学出版社，2002.

[3] Williams Alan Webber.Software component interaction tesing:Coverage measurement and generation of configurations [D].Ottawa:University of Ottawa,2002.

[4] 于秀山，于洪敏.软件测试新技术与实践[M].北京：电子工业出版社，2006.

[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] 朱小骏.参数配对组合的软件测试方法研究与实现[D].上海:上海师范大学，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 帅(1978—)，女，山东青岛人，高级工程师。

TS103.6

A

1009-3028(2016)04-0025-04