計量測試軟件驗證方法研究

冉學臣 冉曉旭

(1.重慶長安工業(yè)(集團)有限責任公司，重慶 400023； 2.重慶大學城市科技學院，重慶 402167)

1 引 言

計量測試軟件作為測量設備的一部分[1]，通常與測量儀器、測量標準一起組成測量系統(tǒng)，完成測量過程，獲取測量過程需確定的量值，通過計算，最終得到測量結果。按計量確認的含義[1,2]，計量測試軟件也是設備，在投入使用前應該進行計量驗證。

依據(jù)CNAS-CL01:2006和CNAS-CL52:2014，對計量測試軟件的適用性進行適當?shù)拇_認，確保檢測和校準數(shù)據(jù)的完整性和保密性，用于檢測、校準和抽樣的軟件應達到要求的準確度，并符合檢測和/或校準相應的規(guī)范要求，并按設備進行管理[3,4]。針對有些單位雖然對具體的計量測試軟件開展了計量驗證研究，但沒有形成通用的方法[5～9]。

在實際操作過程中，對計量測試軟件計量驗證的重要性缺乏認識，缺乏計量測試軟件驗證的方法，造成大量在用計量測試軟件沒有有效地開展計量驗證工作，或只對計量測試軟件進行簡單的檢查，如病毒的檢查等，不能確保用于檢測、校準和抽樣的軟件滿足預期使用要求。

成熟的軟件測試方法和軟件測評方法對計量測試軟件的操作者來說缺乏可操作性，不能有效地滿足計量驗證的需要。因此急需研究適用于計量測試軟件用戶使用的計量測試軟件計量驗證方法，滿足測量自動化和互聯(lián)網(wǎng)+的發(fā)展方向。

2 軟件測評與計量測試軟件的計量驗證的區(qū)別

軟件測評是指為度量軟件質(zhì)量所進行的測試、評估等活動[5]，通常是第三方軟件產(chǎn)品評測機構在軟件驗收、交付與釋放前，按規(guī)定要求進行的獨立確認測試。軟件測評已形成了比較完善和標準化的方法和程序[10,11]，JJF1182-2007是一個通用要求，要求“按計量器具技術特性的分類或應用領域分別制定相應軟件測評的細則和程序，提出其特定要求”。然而大量使用的計量測試軟件并沒有相應軟件測評的細則和程序，并沒有測評依據(jù)。

計量測試軟件的計量驗證是指用戶驗證計量測試軟件滿足計量檢定、校準和檢測工作規(guī)定要求的活動，可采用的測試手段有限，通常無法進行白盒測試，只能進行有限的黑盒測試。

計量測試軟件按功能可以分為數(shù)據(jù)處理軟件，測量軟件和測量控制軟件。按軟件來源分為自編或委托編制軟件和購買現(xiàn)成的項目軟件。自編軟件通常需要首先進行計量確認，形成規(guī)定要求，完成計量驗證；項目軟件只需要進行計量驗證。

計量測試軟件無論是開展軟件測評或者計量驗證，都是以軟件測試[12～15]為基礎，采用的方法基本上來源于軟件工程的測試方法。軟件測評與計量測試軟件計量驗證的區(qū)別見表1。

表1 軟件測評與計量測試軟件計量驗證的區(qū)別

Tab.1 Difference between software evaluation and testing software verification

3 計量驗證的方法

計量測試軟件的計量驗證的方法可分為：安裝環(huán)境測試、功能測試、檢定方法、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)比對測試、數(shù)據(jù)完整性和安全性測試等七個方面。下面以工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定系統(tǒng)的計量驗證為例介紹計量驗證方法。計量驗證的依據(jù)包括：《JJG 229-2010 工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》、CNAS認可規(guī)范以及軟件使用說明書。

3.1 安裝環(huán)境測試

軟件的正常運行必須提供保護檢測和校準數(shù)據(jù)完整性所必需的環(huán)境和運行條件[3]。安裝環(huán)境測試是指計量測試軟件安裝使用時硬件、系統(tǒng)以及其它條件的要求，通常這些要求是與計量測試軟件版本相關，是由廠家在計量測試軟件說明書上所規(guī)定的。其測試用例如表2所示。

表2 安裝環(huán)境測試用例

Tab.2 Test cases of installation environment

3.2 功能測試

功能測試是指測量軟件說明書提供的軟件功能，包括硬件設置、軟件參數(shù)設置、記錄報告的設置、數(shù)據(jù)查詢等，主要驗證是否適應工作需要，保證功能的正確性。功能測試的測試用例如表3所示。

表3 功能測試用例

Tab.3 Test cases of functional

3.3 檢定方法、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)比對測試

檢定過程是否按照檢定規(guī)程規(guī)定的方法進行，數(shù)據(jù)處理的正確性是驗證計量測試軟件的關鍵。由于無法進行源碼的測試，因此只能通過檢定原始記錄的信息進行測試，這就首先要求檢定原始記錄信息充分，具有可追溯性。選擇測試用例應注意如下幾點：

(1)原始記錄信息要充分，要滿足可追溯性的要求，保證數(shù)據(jù)處理過程能復現(xiàn)。

(2)選擇測試點時，應覆蓋工作范圍，至少在工作范圍內(nèi)選擇上、中、下三個測試點。本例中選用0℃和100℃兩點進行測試。

(3)數(shù)據(jù)修約和有效數(shù)字的運算是重點要測試的內(nèi)容。

(4)計量測試軟件采用的算法要與檢定規(guī)程中規(guī)定的算法進行比較，確保一致。

(5)由原始記錄得到的數(shù)據(jù)進行手工計算，與計量測試軟件的計算得到的結果進行比較，其結果應該一致。

(6)制定測試用例的依據(jù)是檢定規(guī)程或校準規(guī)范或與測量軟件廠家簽訂的技術協(xié)議。

(7)若測量系統(tǒng)有相應的校準規(guī)范，可選用該校準規(guī)范中有關軟件測試的內(nèi)容進行測試。

表4給出了工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定系統(tǒng)檢定方法、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)比對的測試結果。

表4 檢定方法、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)比對測試用例

Tab.4 Test cases of verification methods, data processing and data comparison

3.4 數(shù)據(jù)完整性和安全性測試

數(shù)據(jù)完整性和安全性(包括保密性)是數(shù)據(jù)控制的主要任務，應對檢測數(shù)據(jù)實施保護[3]。其測試用例如表5所示。

表5 數(shù)據(jù)完整和安全性測試用例

Tab.5 Test cases of data integrity and security

3.5 計量驗證結果的處理

計量驗證完成后，應出具驗證報告，給出驗證結論。對計量驗證的結果如存在不符合的情況，應評估驗證結果對計量測試軟件適用性的影響，采取相應的措施。如及時與軟件廠家溝通，及時修改軟件中存在的問題，與廠家共同提高計量測試軟件的適應性。

無論是計量測試軟件驗收階段或是使用階段，只要軟件驗證不符合使用要求，都應該進行軟件升級，升級后的軟件應再次進行全面的計量驗證。本例中存在的問題經(jīng)與廠家溝通得到比較圓滿的解決。

4 有關問題的討論

4.1 正確對待軟件使用過程中存在的問題

軟件在驗收或使用過程中出現(xiàn)問題是難免的，也是正常的，關鍵是出現(xiàn)問題如何去識別問題的性質(zhì)，提出解決措施。

4.2 測量軟件中檢定方法問題

計量測試軟件采用的計量檢定(或者校準)方法應與計量檢定規(guī)程(或者校準規(guī)范)一致。如果與計量檢定規(guī)程的檢定方法不一致，按規(guī)定不能開展計量檢定工作。如果用于校準，必須按CNAS-CL01:2006中5.4.5.2的規(guī)定對修改的方法進行確認。

4.3 數(shù)據(jù)修約問題

計算機由于字長的限制，會產(chǎn)生一定的誤差，直接影響數(shù)據(jù)修約的正確性，這在實際計量驗證中應特別引起重視。同時計量測試軟件是否按有效數(shù)字的運算原則進行處理，也會影響測量結果的正確性。

4.4 常數(shù)的取舍

數(shù)據(jù)處理中如果有常數(shù)，必須按照檢定規(guī)程或校準規(guī)范的要求進行取值，并且在原始記錄中應有記載，這樣才能保證數(shù)據(jù)處理的正確性和原始記錄的可追溯性。

4.5 原始記錄的問題

在進行原始記錄測試時，除關注原始記錄滿足本單位管理要求外，還應重點關注記錄數(shù)據(jù)的完整性和可追溯性，這可以通過從原始記錄中提取數(shù)據(jù)按檢定規(guī)程或校準規(guī)范進行手工驗算來驗證。

采用保存電子版原始記錄的方式，其安全性應特別引起重視。通常采用單機、單硬盤方式保存數(shù)據(jù)，其安全性不能得到有效保證，可能因硬盤損壞或操作者誤刪文件而造成不必要的損失，這種情況最可靠的方法是采用打印成紙質(zhì)原始記錄保存。

4.6 計量驗證的頻次問題

計量驗證的頻次不必象測量儀器一樣每年進行驗證，可以按以下原則安排驗證：

(1)對計量測試軟件進行驗收、投入使用前應編制驗證大綱，大綱應包含驗證依據(jù)、驗證項目及方法，對每個驗證項目編制測試用例，進行全面計量驗證。

(2)當計量測試軟件在使用過程出現(xiàn)問題，或?qū)y量結果產(chǎn)生懷疑時，可針對出現(xiàn)問題進行部分驗證，重點進行檢定方法、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)比對測試。

(3)當計算機系統(tǒng)重裝、軟硬件升級時應進行安裝環(huán)境的測試和功能性測試，確保測量軟件正常運行。

(4)當計量測試軟件升級時，應按計量驗收的方式進行計量驗證。

(5)當檢定規(guī)程或校準規(guī)范更新時，應按新的要求重新編制測試用例，按投入使用前的要求進行全面的計量驗證。

5 結束語

計量測試軟件作為項目軟件，針對性比較強，開展使用前的計量驗證顯得非常必要，這也是保證量值準確可靠的重要手段。

采用測試用例的方法有利于規(guī)范地開展計量測試軟件的計量驗證，保證測試結果的復現(xiàn)性。

本文提出的計量驗證方法以軟件測試為基礎，具有通用性和可操作性，適用于計量測試軟件的計量驗證，前提是在計量驗證之前必須編制一套有效的測試用例，編制的測試用例應以適用性為目的。

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