计量测试软件验证方法研究

冉学臣 冉晓旭

(1.重庆长安工业(集团)有限责任公司，重庆 400023； 2.重庆大学城市科技学院，重庆 402167)

1 引 言

计量测试软件作为测量设备的一部分[1]，通常与测量仪器、测量标准一起组成测量系统，完成测量过程，获取测量过程需确定的量值，通过计算，最终得到测量结果。按计量确认的含义[1,2]，计量测试软件也是设备，在投入使用前应该进行计量验证。

依据CNAS-CL01:2006和CNAS-CL52:2014，对计量测试软件的适用性进行适当的确认，确保检测和校准数据的完整性和保密性，用于检测、校准和抽样的软件应达到要求的准确度，并符合检测和/或校准相应的规范要求，并按设备进行管理[3,4]。针对有些单位虽然对具体的计量测试软件开展了计量验证研究，但没有形成通用的方法[5～9]。

在实际操作过程中，对计量测试软件计量验证的重要性缺乏认识，缺乏计量测试软件验证的方法，造成大量在用计量测试软件没有有效地开展计量验证工作，或只对计量测试软件进行简单的检查，如病毒的检查等，不能确保用于检测、校准和抽样的软件满足预期使用要求。

成熟的软件测试方法和软件测评方法对计量测试软件的操作者来说缺乏可操作性，不能有效地满足计量验证的需要。因此急需研究适用于计量测试软件用户使用的计量测试软件计量验证方法，满足测量自动化和互联网+的发展方向。

2 软件测评与计量测试软件的计量验证的区别

软件测评是指为度量软件质量所进行的测试、评估等活动[5]，通常是第三方软件产品评测机构在软件验收、交付与释放前，按规定要求进行的独立确认测试。软件测评已形成了比较完善和标准化的方法和程序[10,11]，JJF1182-2007是一个通用要求，要求“按计量器具技术特性的分类或应用领域分别制定相应软件测评的细则和程序，提出其特定要求”。然而大量使用的计量测试软件并没有相应软件测评的细则和程序，并没有测评依据。

计量测试软件的计量验证是指用户验证计量测试软件满足计量检定、校准和检测工作规定要求的活动，可采用的测试手段有限，通常无法进行白盒测试，只能进行有限的黑盒测试。

计量测试软件按功能可以分为数据处理软件，测量软件和测量控制软件。按软件来源分为自编或委托编制软件和购买现成的项目软件。自编软件通常需要首先进行计量确认，形成规定要求，完成计量验证；项目软件只需要进行计量验证。

计量测试软件无论是开展软件测评或者计量验证，都是以软件测试[12～15]为基础，采用的方法基本上来源于软件工程的测试方法。软件测评与计量测试软件计量验证的区别见表1。

表1 软件测评与计量测试软件计量验证的区别

Tab.1 Difference between software evaluation and testing software verification

3 计量验证的方法

计量测试软件的计量验证的方法可分为：安装环境测试、功能测试、检定方法、数据处理、数据比对测试、数据完整性和安全性测试等七个方面。下面以工业铂、铜热电阻检定系统的计量验证为例介绍计量验证方法。计量验证的依据包括：《JJG 229-2010 工业铂、铜热电阻检定规程》、CNAS认可规范以及软件使用说明书。

3.1 安装环境测试

软件的正常运行必须提供保护检测和校准数据完整性所必需的环境和运行条件[3]。安装环境测试是指计量测试软件安装使用时硬件、系统以及其它条件的要求，通常这些要求是与计量测试软件版本相关，是由厂家在计量测试软件说明书上所规定的。其测试用例如表2所示。

表2 安装环境测试用例

Tab.2 Test cases of installation environment

3.2 功能测试

功能测试是指测量软件说明书提供的软件功能，包括硬件设置、软件参数设置、记录报告的设置、数据查询等，主要验证是否适应工作需要，保证功能的正确性。功能测试的测试用例如表3所示。

表3 功能测试用例

Tab.3 Test cases of functional

3.3 检定方法、数据处理及数据比对测试

检定过程是否按照检定规程规定的方法进行，数据处理的正确性是验证计量测试软件的关键。由于无法进行源码的测试，因此只能通过检定原始记录的信息进行测试，这就首先要求检定原始记录信息充分，具有可追溯性。选择测试用例应注意如下几点：

(1)原始记录信息要充分，要满足可追溯性的要求，保证数据处理过程能复现。

(2)选择测试点时，应覆盖工作范围，至少在工作范围内选择上、中、下三个测试点。本例中选用0℃和100℃两点进行测试。

(3)数据修约和有效数字的运算是重点要测试的内容。

(4)计量测试软件采用的算法要与检定规程中规定的算法进行比较，确保一致。

(5)由原始记录得到的数据进行手工计算，与计量测试软件的计算得到的结果进行比较，其结果应该一致。

(6)制定测试用例的依据是检定规程或校准规范或与测量软件厂家签订的技术协议。

(7)若测量系统有相应的校准规范，可选用该校准规范中有关软件测试的内容进行测试。

表4给出了工业铂、铜热电阻检定系统检定方法、数据处理及数据比对的测试结果。

表4 检定方法、数据处理及数据比对测试用例

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

3.4 数据完整性和安全性测试

数据完整性和安全性(包括保密性)是数据控制的主要任务，应对检测数据实施保护[3]。其测试用例如表5所示。

表5 数据完整和安全性测试用例

Tab.5 Test cases of data integrity and security

3.5 计量验证结果的处理

计量验证完成后，应出具验证报告，给出验证结论。对计量验证的结果如存在不符合的情况，应评估验证结果对计量测试软件适用性的影响，采取相应的措施。如及时与软件厂家沟通，及时修改软件中存在的问题，与厂家共同提高计量测试软件的适应性。

无论是计量测试软件验收阶段或是使用阶段，只要软件验证不符合使用要求，都应该进行软件升级，升级后的软件应再次进行全面的计量验证。本例中存在的问题经与厂家沟通得到比较圆满的解决。

4 有关问题的讨论

4.1 正确对待软件使用过程中存在的问题

软件在验收或使用过程中出现问题是难免的，也是正常的，关键是出现问题如何去识别问题的性质，提出解决措施。

4.2 测量软件中检定方法问题

计量测试软件采用的计量检定(或者校准)方法应与计量检定规程(或者校准规范)一致。如果与计量检定规程的检定方法不一致，按规定不能开展计量检定工作。如果用于校准，必须按CNAS-CL01:2006中5.4.5.2的规定对修改的方法进行确认。

4.3 数据修约问题

计算机由于字长的限制，会产生一定的误差，直接影响数据修约的正确性，这在实际计量验证中应特别引起重视。同时计量测试软件是否按有效数字的运算原则进行处理，也会影响测量结果的正确性。

4.4 常数的取舍

数据处理中如果有常数，必须按照检定规程或校准规范的要求进行取值，并且在原始记录中应有记载，这样才能保证数据处理的正确性和原始记录的可追溯性。

4.5 原始记录的问题

在进行原始记录测试时，除关注原始记录满足本单位管理要求外，还应重点关注记录数据的完整性和可追溯性，这可以通过从原始记录中提取数据按检定规程或校准规范进行手工验算来验证。

采用保存电子版原始记录的方式，其安全性应特别引起重视。通常采用单机、单硬盘方式保存数据，其安全性不能得到有效保证，可能因硬盘损坏或操作者误删文件而造成不必要的损失，这种情况最可靠的方法是采用打印成纸质原始记录保存。

4.6 计量验证的频次问题

计量验证的频次不必象测量仪器一样每年进行验证，可以按以下原则安排验证：

(1)对计量测试软件进行验收、投入使用前应编制验证大纲，大纲应包含验证依据、验证项目及方法，对每个验证项目编制测试用例，进行全面计量验证。

(2)当计量测试软件在使用过程出现问题，或对测量结果产生怀疑时，可针对出现问题进行部分验证，重点进行检定方法、数据处理及数据比对测试。

(3)当计算机系统重装、软硬件升级时应进行安装环境的测试和功能性测试，确保测量软件正常运行。

(4)当计量测试软件升级时，应按计量验收的方式进行计量验证。

(5)当检定规程或校准规范更新时，应按新的要求重新编制测试用例，按投入使用前的要求进行全面的计量验证。

5 结束语

计量测试软件作为项目软件，针对性比较强，开展使用前的计量验证显得非常必要，这也是保证量值准确可靠的重要手段。

采用测试用例的方法有利于规范地开展计量测试软件的计量验证，保证测试结果的复现性。

本文提出的计量验证方法以软件测试为基础，具有通用性和可操作性，适用于计量测试软件的计量验证，前提是在计量验证之前必须编制一套有效的测试用例，编制的测试用例应以适用性为目的。

[1] JJF 1001-2011 通用计量术语及定义[S].北京:中国质检出版社,2012.

[2] GB/T 19022-2003 测量管理体系 测量过程和测量设备的要求[S].北京:中国标准出版社,2004.

[3] 中国合格评定国家认可委员会.检测和校准实验室能力认可准则:CNAS-CL01:2006 [S].

[4] 中国合格评定国家认可委员会.CNAS-CL01《检测和校准实验室能力认可准则》应用要求:CNAS-CL52:2014[S].

[5] 吴洪生,许明华,洪力. 测量软件日常运行验证方法的探讨[J].计测技术,2012(3):44～45.

[6] 刘海洋. 测量设备之数据自动处理系统计量验证方法的探讨[J].测量与测试技术,2014,41(4):25～26.

[7] 刘新兰.恒温槽软件验证[J].上海计量测试,2015.250(6):31～33.

[8] 黄成伟,丁力,张中伟,龙成章.医用加速器测量分析软件的验证[J].计量技术,2008.No9:46～49.

[9] 张琨健,林志华,池商林.材料拉伸试验数据采集分析软件验证方法研究[J].福建建设科技,2014.No.6:21～25.

[10] GJB 2434A-2004 军用软件产品评价[S].北京:总装备部军标出版发行部,2004.

[11] JJF 1182-2007 计量器具软件测评指南[S].北京:中国计量出版社:2007.

[12] 赵斌编著.软件测试技术经典教程(第二版)[M].北京:科学出版社,2011.

[13] (美)卡尼尔等著.计算机软件测试(原书第2版)[M].王峰等,译.北京:机械工业出版社,2004.

[14] GJB/Z 141-2004 军用软件测试指南[S].北京:总装备部军标出版发行部,2004.

[15] GB/T 15532-2008 计算机软件测试规范[S].北京:中国标准出版社,2008.

[16] JJF 229-2010 工业锡、铜热电阻检定规程[S].北京：中国计量出版社，2010.

[17] JJF 1098-2003 热电偶、热电阻自动测量系统校准规范[S].北京：中国计量出版社，2003.