飞机航电系统试验流程设计方法

张静 霍萍

摘  要：该文主要对飞机航电系统试验流程、用例设计、过程管理等方面存在的问题进行分析，设计一种包含分解试验需求、结构化原子功能、梳理测试场景、梳理检查点、设计测试用例、编制测试用例和形成测试用例追溯表等过程的航电系统试验流程，形成一套完整的航电系统试验设计与管理方法，降低试验设计与执行的复杂度，提升测试用例的编制质量以及试验的质量。

关键词：航电系统；试验流程；试验需求分析；测试设计；测试用例

中图分类号：V243      文献标志码：A          文章编号：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

飞机是一种多学科高度交叉、多设备复杂关联、多软件系统集成的复杂装备系统，随着现在航空科技的发展，各型号飞机都配置了交联复杂的、先进的航电系统，航电系统是飞机系统的核心组成部分，其可靠性、稳定性是飞机完成各项飞行任务的关键，而充分的航电系统试验是高质量航电系统的保证。为支持航空电子系统试验工作，需要在试验前设计充分、完善的用例，进而进行充分的试验。要对航电系统进行体系化、全要素、全过程的测试验证是一项巨大的挑战，主要面对以下问题：①试验流程过度依赖个人经验，缺乏显性化、流程化表达；②测试用例设计缺乏统一规范和科学的工程方法，测试用例质量不高，功能、性能测试点覆盖不全，导致测试场景遗漏；③测试过程管理要素缺失，无法形成完整的测试追溯链路；④部分设计中的问题暴露时机晚，增加了修改故障的成本。

针对以上问题，从试验需求开始，对航电试验全过程进行梳理，形成结构化、流程化和规范化航电系统试验需求分析模型，以特定功能为典型案例，开展测试用例设计，形成流程完整、用例规范、过程可追溯的航电系统试验流程，指导后续试验开展，提升航电系统测试质量。

1  总体概述

航电系统试验需求分析模型主要用于对航电系统功能的测试用例设计，该模型分为7大步骤。

第一步，分解试验需求是将任务书中的试验条目，结合详细设计方案和飞行员操作手册，按照一定规则，对功能进行多级划分，直至分解到功能的最小单位，称之为原子功能，该功能是完整的、明确的、可验证的[1]。第二步，结构化原子功能是将详细设计文件中针对原子功能的描述或者时序图，结合接口控制文件转换为流程图或者状态迁移图[2]并定义图中的开始节点、结束节点、输入节点、判断节点、输出节点、处理节点的过程。第三步，梳理测试场景是对流程图或者状态迁移图中的路径进行遍历分析的过程。第四步，梳理检查点是通过对流程图的处理节点和输出节点进行分析，结合详细设计文件和飞行员操作手册，按照检查显示画面、检查消息流、检查告警声音等分类梳理出检查点。第五步，设计测试用例是通过对流程图中的判断节点分析，结合接口控制文件，梳理出判断节点的所有取值，结合边界值法、等价类型划分法、判定表法、因果图法、正交试验设计法，形成判定表、因果图、正交表等。第六步，编制测试用例是通过对判定表、因果图、正交表等分析，按照用例模板要求进行用例的编制，形成测试用例。第七步，形成测试用例追溯表是将航电系统、分系统、试验条目、多级功能、原子功能、测试场景、测试用例编号、测试用例、试验故障编号和试验故障等多个对象记录、组织管理的过程。

1.1  分解试验需求

分解试验需求是将航电系统所有功能分解到原子功能的过程。

航电系统包括飞行管理分系统、显示控制分系统等，航电系统的试验输入包括航电系统试验任务书和飞行员操作手册，每个分系统的试验输入包括详细设计方案和接口控制文件。试验任务书中给出各分系统的试验条目。

以航电系统中飞行管理分系统为例，任务书中飞行管理分系统的试验条目分为导航参数获取、飞行计划管理等功能，详细设计文件会对飞行管理分系统进行详细说明，飞行员操作手册中会给出所有飞行管理分系统的画面，以飞行管理分系统中的飞行计划管理功能为例，分为当前飞行计划页，当前飞行计划航段页等，其中当前飞行计划页又包含设置飞行计划名称、设置起飞机场等功能。

以设置当前飞行计划页功能为例，系统名称、分系统名称、任务书中试验条目、多级功能和原子功能的追溯表见表1。

该过程中的输入为任务书、详细设计文件和飞行员操作手册。使用工具为思维导图，原则就是按照一定规则分解到功能的最小单位，规则可分为飞行员使用场景、使用顺序、飞行操作程序中的界面元素等。这一阶段的输出为任务书中试验条目到原子功能的思维导图以及系统名称、分系统名称、任务书中试验条目、多级功能和原子功能的追溯表。

在分解试验需求的过程中，可检查详细设计文件和飞行员操作手册中不一致或者遗漏的地方，提前识别设计文件中存在的问题。

1.2  结构化原子功能

以航电系统的飞行管理分系统的设置起飞机场原子功能为例进行说明。图1为详细设计中该功能的时序图。

将详细设计文件中针对原子功能的描述或者时序图，结合接口控制文件转换为流程图，如图2所示，同时对流程图中的各节点按照开始或者结束节点、输入节点、判断节点、输出节点和处理节点。分别标注。①和  为开始或者结束节点，②为输入节点，⑤、⑧和  为输出节点，③、⑥和⑨为判断节点，其余为处理节点。

该过程的输入为详细设计文件和接口控制文件。使用的工具为Visio，原则是流程图或者状态迁移图[2]要覆盖到功能描述或者时序图的全部流程，图中的判断节点要考虑到接口控制文件中的取值。使用的工程方法是流程图法、状态迁移图法等。这一阶段的输出为流程图或者状态迁移图。

在结构化原子功能的过程中，可检查详细设计文件和接口控制文件中不一致或者遗漏的地方，提前识别设计文件中存在的问题。

1.3  梳理测试场景

将流程图中的路径进行遍历分析，形成原子功能的测试场景，见表2。

该过程的输入为流程图或者状态迁移图，使用的工具为思维导图，原则是路径全覆盖，如果有环，环至少覆盖一次。这一阶段的输出为原子功能与测试场景追溯表。

1.4  梳理检查点

通过对流程图的处理节点和输出节点进行分析，结合详细设计文件和飞行员操作手册，按照检查显示画面、检查消息流、检查告警声音等分类梳理出检查点，详见表3。

该过程的输入是流程图或者状态迁移图、详细设计文件和飞行员操作手册，原则是覆盖到流程图或者状态迁移图的处理节点和输出节点。这一阶段的输出为该原子功能的全部检查点。

1.5  设计测试用例

通过对流程图中的判断节点分析，结合接口控制文件，梳理出判断节点的所有取值，详见表4，形成判定表，详见表5。

原始判定表中的条件遍历所有判断节点的取值，动作为1.4章节梳理的检查点。通过简化、合并相似规则，得到如表6所示的判定表。

由于判断条件中有先后次序关系，需要验证功能中实现的先后次序是否正常，因此，3和4合并时，输入的XXX与当前信息是否一致的取值为否；5，6，7，8合并时，将输入的XXX在数据库中是否存在取值设置为否，输入的XXX与当前信息是否一致设置为否，检查条件判断的优先级是否正确，形成如表7所示的判定表。

设计测试用例的过程需结合实际的功能选择相应的工程设计方法进行分析[3]，针对输入条件也就是判断节点有因果关系时，优先选择因果关系图法；输入条件无因果关系且条件也不多，优先选择判定表法，能够将复杂的问题按照各种可能的情况全部列举出来；输入条件无因果关系且条件较多时，优先选用正交法，该方法可用最小的测试用例覆盖多个变量取值的组合。同时，在进行判断条件分析时，还会结合边界值法和有效等价类划分法。

该过程的输入为流程图或者状态迁移图，原则是覆盖全部测试场景、覆盖判断节点的全部取值，使用的工程方法包括但不限于边界值划分法、等价类划分法、判定表法、因果图法、正交设计法。这一阶段的输出为判定表、因果图、正交表等。

1.6  编制测试用例

通过对表7分析，按照用例模板要求进行用例的编制，形成测试用例。

编制测试用例过程的输入为判定表、因果图、正交表等，以及飞行员操作手册、详细设计方案、接口控制文件，原则是判定表中的所有测试用例为最终测试用例，这一阶段的输出为测试用例。

1.7  形成测试用例追溯表

形成测试用例追溯表的过程是将航电系统、分系统、试验条目、多级功能、原子功能、测试场景、测试用例编号、测试用例、试验故障编号和试验故障等多个对象记录、组织管理的过程。针对试验过程中的问题，若未在追溯表中找到对应的用例，应及时补充测试用例进行完善。

2  结论

该试验流程设计方法，将测试设计过程显性化，测试用例与任务书、详细设计的追溯关系清晰，保证需求在试验过程中不被遗漏，提升了试验大纲编制和试验的质量；该方法输入明确、流程清晰、测试用例设计过程易上手，降低了试验过程对个人经验的依赖和学习成本，提升了工作效率；同时可将设计的问题暴露在试验前，减少后期故障修复成本[4]。

参考文献：

[1] 魏博.航电系统需求分析方法[J].工业设计，2015（17）：126-127.

[2] 路鑫.基于UML模型的软件测试设计策略研究[D].北京：北京邮电大学，2014.

[3] 赵根朝.基于测试流程的软件测试设计[J].计算机与网络，2010（14）：45-48.

[4] 杨凯，闫雪奎，邓素英，等.民用航空机载软件需求分析和测试设计方法[J].测控技术，2019，38（增刊）：533-535.