醫用非織造布及毛巾吸水性能檢測儀測試技術研究

丁 帥，王中珍 ，楊 琳

(1.山東省紡織科學研究院, 山東 青島 266032；2.山東省特種紡織品加工技術重點實驗室, 山東 青島 266032)

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醫用非織造布及毛巾吸水性能檢測儀測試技術研究

丁 帥1,2，王中珍1,2，楊 琳1,2

(1.山東省紡織科學研究院, 山東 青島 266032；2.山東省特種紡織品加工技術重點實驗室, 山東 青島 266032)

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

檢測儀；非織造布；吸水檢測；軟件系統；軟件測試；

1 醫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濟的快速發展和醫護水平的不斷提升，對高品質、高附加值、多功能、舒適、環保、安全的醫用非織造布產品需求量急劇增加，使產量迅速增長，這對中國的醫用非織造產品的改革有著極其巨大的意義。

但市場上醫用非織造布及毛巾的質量參差不齊,研究一種高質量的醫用非織造布檢測儀,對保障醫用非織布產品質量有著關鍵意義。本論文以開發該醫用非織造布及毛巾吸水性能檢測儀為研究內容，給出系統的時間、吸水量、吸收速率、恒水溫等部件的機器結構和電器結構的設計方案。通過結構設計、工藝設計、軟件設計實現準確測量醫用非織物吸水性能。

系統的控制軟件部分主要由試驗系統控制模塊、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。這些部分協同工作，構建非織布吸水性能測試的一個完備環境，能夠實現織物的吸水量、吸收時間以及芯吸速率的測量。

為提高檢測測試儀器的產品質量，本文主要采用組合測試技術進行產品質量檢測，該檢測儀器具有非織造布吸收時間參數、液體吸收量參數、液體保水量參數、芯吸速參數、吸水性能參數等多種輸入參數，這些參數的協同設置可以完成非織造布的不同測試環境，還有一些流速控制參數、溫度控制參數、水位控制參數等。采用組合測試技術，通過參數有效組合方式檢測系統缺陷，保障產品質量，通過多種吸水測試實驗結果說明，產品滿足相關標準的要求[1]。

2 可穩定控溫的恒溫水浴系統的設計研制

由于吸水性測試的相關標準都要求試驗水溫保持在(20±2)℃，而且水溫對試樣吸水性能的影響也非常關鍵。因此在一個試樣的整個試驗循環過程中，水浴溫度必須嚴格控制在標準要求的(20±2)℃。而且水浴溫度還可以按照試驗要求在一定范圍內進行預設、調節。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，恒溫水浴控制系統設計成由特定加熱功率的加熱管和可為系統提供冷水的循環水系統組成。整個系統可以實現水浴溫度的預先設定和試驗過程中的精確控溫這兩項功能。

采用具有PID運算調節功能的溫控器來對水浴進行精確的控溫。溫控器的工作原理是：溫度傳感器將水浴的溫度轉換成電信號傳給溫控器，并在溫控器內部與設定機構的設定值通過比較機構進行比較(或PID運算)后，溫控器的轉換顯示機構把電信號轉換成數字顯示指示出來，輸出給操控器(接觸器、固態繼電器或功率控制器)，操控器再對加熱管和冷水供水系統進行控制[2]。

當水溫傳感器采集的被測溫度偏離所希望的給定值時，PID控制可根據測量信號與給定值的偏差進行比例(P)、積分(I)、微分(D)運算，從而輸出某個適當的控制信號給加熱管和冷水循環系統，進行間歇加熱或間歇供給冷水，促使測量值恢復到給定值，達到自動控制的效果。

圖1 水浴溫度控制原理圖

3 組合測試的研究現狀

組合測試其本質是一種特殊的黑盒測試。于是一種相對低級別功能測試技術，能廣泛應用軟件發展周期中，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，一組測試數據輸入到系統中，通過對輸出結果進行評估，檢測系統內部缺陷。

組合測試方法根據測試要求生成測試用例，與測試者人工選擇輸入不同，測試者根據測試要求建模，通過運算組合策略自動生成測試用例。設計實驗要求(Priciples from design experiment-DOE)用來選擇代表性用例，因此組合測試用例設計核心是用最少的測試用例數檢測盡可能多的缺陷。根據不同測試環境設計的測試用例更注重效率而非可靠性。基于給定的參數模型和覆蓋準則，研究組合測試用例的生成方法。據多年來的實驗發現許多軟件故障是由單個變量引起的，70%的故障是由兩個以下變量的相互作用引起的。即使在非常復雜的分布式系統中，軟件錯誤最多由4～6個變量的相互作用引起。

解決醫用非織造布及毛巾產品吸水性能研究與評價的技術難題，從而打破我國目前尚存在的醫用非織造布及毛巾產品吸水性能研究有標準無儀器的現狀。儀器研制成功后，測試其能否正確工作也是一個非常重要的問題。事實上，沒有一種軟件測試技術能夠提供完整的測試。每一種測試方法都是從自己獨特的視角生產測試用例。例如，結構測試軟件根據源代碼結構或系統模型結構覆蓋設計測試用例。組合測試用例一般都是易于操作和管理的，當參數可控時，能夠有效避免測試用例爆炸問題，從而節約資源。組合測試方法以覆蓋數組為基礎。組合測試用例可以用矩陣表示，每一行代表一個測試用例，每一列代表一個參數，每一項代表參數取值。組合測試采用覆蓋數組。

覆蓋數組。 覆蓋數組CA(N;t,k,v)是值域大小為v的N×k矩陣,任意一個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(degree)，t被稱為強度(strength)，v稱為序(order)。如果覆蓋數組有最小的行數,就被稱為最優的。最小的行數稱為覆蓋數(covering array number),記做CAN(t,k,v)。

通常情況下,強度是t 的覆蓋數組被稱做t 覆蓋數組(t-covering array)。 覆蓋數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 的覆蓋數組稱作成對覆蓋數組(pairwise covering array)。

4 測試模型設計

4.1 儀器輸入參數模型

根據系統功能框架結構圖，研究系統構成模塊和模塊之間的調用關系，分析輸入參數的類型、值域范疇和參數的約束問題。從而能夠設計每個模塊的參數模型和系統組合的參數模型[3]。

根據醫用非織造布及毛巾吸水性能檢測的國家標準，提取測試覆蓋的準則模型，儀器的測試水浴在恒溫狀態下進行，這在國內屬于首創技術。為保證水浴溫度恒定，需要PID運算控制，溫控器的工作原理是：溫度傳感器將水浴的溫度轉換成電信號傳給溫控器。溫控器的轉換顯示機構把電信號轉換成數字顯示或模擬指示出來，并在溫控器內部與設定機構的設定值通過比較機構進行比較(或PID運算)后，通過輸出機構輸出給操控器(接觸器、固態繼電器或功率控制器)，然后操控器再對加熱管和冷水供水系統進行控制。設計出符合參數組合模型的覆蓋準則。

4.2 測試用例選取規則

本文基于給定的參數模型和覆蓋準則，研究組合測試用例的生成方法。在設計組合測試用例產生技術時，需要根據參數關鍵作用，設計不超過6個參數覆蓋模型的測試生成技術。在具體生成技術中，擬采用搜索與啟發式結合的測試用例方法產生技術，在能夠保障滿足國家測試標準的框架內采用覆蓋關聯規則的啟發式算法進行設計，針對不同類型的參數約束需要對搜索方法進行設計，實現在有效的時間內完成高效的用例設計。

根據吸水性能檢測儀的工作原理，選取關鍵參數，提取輸入參數的類型、范圍和參數約束機制是構建組合測試模型的關鍵。

設計合適的組合測試用例產生方法，覆蓋關鍵參數、參數約束確保測試既精簡又有效。儀器采用可穩定控溫的恒溫水浴系統，采用PID運算控制。最早推薦的組合測試方法是OATS，即正交矩陣測試系統。它應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，但是正交矩陣有獨特的優點，例如比較容易檢測出錯誤。測試n-way 覆蓋矩陣稱為n-way 測試，是一種組合測試方法，要求對于任意參數值，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，將參數設為(水浴溫度，預設溫度)。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

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

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

正交矩陣測試系統和簡化的一次一個元素方法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行測試，能夠更明確地顯示控制效果。

在軟件測試環境中，沒有現成的教科書，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，但是如果參數和參數值沒有被正確選擇，將會降低檢測效率，而且如果我們不能確定出參數的所有互動，組合測試并不能自動檢測出漏掉的互動，如果操作不當，檢測結果將大不相同。為確保正確檢測，我們要正確運用組合測試。這要求專業技巧和正確判斷，當然，組合測試的優缺點還有待于進一步探討[6]。

5 結論

試驗證明，該儀器功能正常，完全按照所有可能的指令準確完成操作。

當軟件功能越復雜時，運行環境就越多元化、網絡化，從而越復雜。現代軟件系統能夠被設計成高配置，以便于能在不同平臺上最優化運行，并且支持不同的使用場景。采用新的軟件發展技術，例如基于組件的軟件和服務為導向的軟件，軟件系統會用到越來越多的參數。這些參數的組合會誘發軟件缺陷而使系統失效。但通常系統能夠有更多的參數，每種參數又有更多的取值。再加上參數之間可能存在著相關、不相關、時序、時間、強制等各類約束，增加了測試用例設計的復雜性。如何根據實際應用問題設計有效測試用例生成方法是組合測試技術能夠實際應用的前提。

[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.組合數學(第3版)[M].北京：清華大學出版社，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.軟件測試新技術與實踐[M].北京：電子工業出版社，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] 朱小駿.參數配對組合的軟件測試方法研究與實現[D].上海:上海師范大學，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，高級工程師。

TS103.6

A

1009-3028(2016)04-0025-04