周 華

（中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，湖北武漢 430223）

0 引言

全范圍模擬機(jī)（Full Scope Simulator，F(xiàn)SS）是指用于核電站操作人員培訓(xùn)和執(zhí)照考試的專(zhuān)用設(shè)備?！禜AF103核動(dòng)力廠運(yùn)行安全規(guī)定》[1]提出為了滿(mǎn)足核電站的安全運(yùn)行要求，必須使用模擬機(jī)對(duì)操縱員進(jìn)行培訓(xùn)。所以核電廠全范圍模擬機(jī)（FSS）成為了核電工程建設(shè)主路徑上的關(guān)鍵設(shè)備；同時(shí)全范圍模擬機(jī)的性能和質(zhì)量將直接影響核電廠操縱員培訓(xùn)效果，也對(duì)核電廠的安全運(yùn)行有著重要的影響。

目前，全范圍模擬機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)涉及到核電廠工藝系統(tǒng)模型仿真技術(shù)、分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真支撐軟件技術(shù)等多領(lǐng)域技術(shù)，而且屬于一項(xiàng)軟件與硬件高度集成的系統(tǒng)化工程。其中，測(cè)試工作是全范圍模擬機(jī)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是保證模擬機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。而科學(xué)高效的測(cè)試管理方法和工具將有利于提高測(cè)試效率的同時(shí)保證測(cè)試質(zhì)量。

1 典型的全范圍模擬機(jī)結(jié)構(gòu)

一臺(tái)全范圍模擬機(jī)可分為硬件設(shè)備和運(yùn)行軟件兩部分。

硬件設(shè)備包括布置在全范圍模擬機(jī)主控室（Main control room，MCR）、遠(yuǎn)方停堆站（Remote Shutdown Station，RSS）、技術(shù)支持中心和教練員室的所有設(shè)備，后臺(tái)運(yùn)行服務(wù)器以及相互之間的接口設(shè)備。全范圍模擬機(jī)主控室和遠(yuǎn)方停堆站是參照參考機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的主控室進(jìn)行1：1的布置，目的是還原操縱員實(shí)際的工作環(huán)境，讓受訓(xùn)人員在感官上不會(huì)產(chǎn)生與實(shí)際工作時(shí)的差異，從而提高培訓(xùn)的逼真度；教練員站提供給教員控制模擬機(jī)以及模擬主控室之外操作的場(chǎng)所；后臺(tái)運(yùn)行的服務(wù)器主要運(yùn)行模型計(jì)算程序來(lái)模擬參考機(jī)組特定的工況場(chǎng)景。典型的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

2 全范圍模擬機(jī)仿真范圍

全范圍模擬機(jī)應(yīng)對(duì)參考機(jī)組的所有系統(tǒng)特性進(jìn)行完全的、綜合的和實(shí)時(shí)的仿真，再現(xiàn)參考機(jī)組在正常、異常和事故工況下的狀態(tài)演變。主控室設(shè)備以高逼真度仿真的方式實(shí)現(xiàn)，以確保模擬機(jī)主控室和實(shí)際機(jī)組主控室之間沒(méi)有明顯的差異。模擬范圍應(yīng)涵蓋參考機(jī)組冷停堆工況至滿(mǎn)功率工況、各事故工況以及其他運(yùn)行狀態(tài)（包括停堆換料期間的狀態(tài)）。

圖1 典型全范圍模擬機(jī)硬件拓?fù)鋱D

3 全范圍模擬機(jī)測(cè)試管理

全范圍模擬機(jī)測(cè)試內(nèi)容主要包括堆芯性能測(cè)試，工藝系統(tǒng)過(guò)程模型測(cè)試，故障測(cè)試，機(jī)組啟停測(cè)試，瞬態(tài)測(cè)試和場(chǎng)景測(cè)試，DCS功能測(cè)試、性能測(cè)試和故障測(cè)試，硬盤(pán)臺(tái)性能和功能測(cè)試，模擬機(jī)應(yīng)用軟件測(cè)試，模擬機(jī)系統(tǒng)整體性能測(cè)試等。測(cè)試的目的在于發(fā)現(xiàn)各個(gè)設(shè)計(jì)階段程序中的錯(cuò)誤，驗(yàn)證模擬機(jī)整體功能和性能是否符合項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書(shū)及操縱員培訓(xùn)所規(guī)定的技術(shù)要求，確認(rèn)全范圍模擬機(jī)軟件質(zhì)量。全范圍模擬機(jī)可分為6個(gè)階段。

（1）單元測(cè)試。對(duì)于工藝模型來(lái)說(shuō)就是系統(tǒng)分調(diào)測(cè)試，包括部件測(cè)試、參數(shù)驗(yàn)證；對(duì)于DCS仿真系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是指控制邏輯驗(yàn)證和DCS軟件功能及性能測(cè)試。

（2）集成測(cè)試。模擬機(jī)各個(gè)分系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行系統(tǒng)間的集成，集成調(diào)試主要驗(yàn)證系統(tǒng)間的接口是否完善，集成調(diào)試的目標(biāo)是建立穩(wěn)定的初始工況。

（3）工廠測(cè)試。在建立初始工況后，根據(jù)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程對(duì)集成后的模擬機(jī)性能進(jìn)行測(cè)試，主要內(nèi)容是正常變工況測(cè)試、故障測(cè)試、瞬態(tài)測(cè)試和軟件功能測(cè)試。

（4）出廠驗(yàn)收測(cè)試。模擬機(jī)完成工廠測(cè)試后確認(rèn)滿(mǎn)足出廠要求，由模擬機(jī)用戶(hù)方或委托第三方參與產(chǎn)品的出廠驗(yàn)收測(cè)試，驗(yàn)證模擬機(jī)的性能滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求。

關(guān)于刀片的優(yōu)化方案，主要是通過(guò)參考割草機(jī)上常用的、工藝性良好的刀片確定的。市面上常見(jiàn)的割草機(jī)刀片大概有彎曲刀片、異形刀片和平直刀片(原方案)三種，故優(yōu)化方案2采用原刀盤(pán)和圖11所示的彎曲刀片。

（5）現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收測(cè)試。出廠驗(yàn)收通過(guò)后，模擬機(jī)設(shè)備發(fā)往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝調(diào)試，在軟硬件設(shè)備安裝調(diào)試完成后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收測(cè)試。現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收通過(guò)后可交由使用方進(jìn)行操作人員培訓(xùn)及考試。

（6）數(shù)據(jù)更新階段測(cè)試。全范圍模擬機(jī)始終是需要保證其計(jì)算結(jié)果和呈現(xiàn)出來(lái)的響應(yīng)與參考機(jī)組保持一致，這樣才能保證培訓(xùn)效果。隨著參考機(jī)組實(shí)際工程進(jìn)度的推進(jìn)，模擬機(jī)可陸續(xù)的獲取到參考機(jī)組的調(diào)試數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，因此，模擬機(jī)研制過(guò)程一般會(huì)有2～4次的數(shù)據(jù)更新，使用參考機(jī)組數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)模擬機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，從而達(dá)到模擬機(jī)上的響應(yīng)與參考機(jī)組的實(shí)際響應(yīng)一致。

各階段測(cè)試范圍見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試階段與測(cè)試內(nèi)容

3.1 測(cè)試需求管理

測(cè)試需求分析是測(cè)試計(jì)劃階段的關(guān)鍵任務(wù)，準(zhǔn)確而完整的測(cè)試需求是保障軟件測(cè)試結(jié)果有效的基礎(chǔ)和條件[2]。全范圍模擬機(jī)測(cè)試需求分析是根據(jù)模擬機(jī)合同技術(shù)附件、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和軟件需求規(guī)格書(shū)等上文件，將全范圍模擬機(jī)的功能要求分解成較小而且相對(duì)獨(dú)立的測(cè)試項(xiàng)，從而建立測(cè)試需求與上游需求文件的追蹤關(guān)系。

首先，從上游文件中獲取對(duì)全范圍模擬機(jī)在功能和性能上的要求并確定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)設(shè)計(jì)出模擬機(jī)驗(yàn)收的測(cè)試類(lèi)，比如分系統(tǒng)測(cè)試、綜合啟停測(cè)試、故障測(cè)試、第三方軟件測(cè)試等，而這些測(cè)試類(lèi)在全范圍模擬機(jī)測(cè)試大綱中進(jìn)行描述，與之對(duì)應(yīng)的是各個(gè)測(cè)試規(guī)程分冊(cè)。確定測(cè)試類(lèi)別之后，對(duì)于每一類(lèi)別的測(cè)試分冊(cè)進(jìn)行詳細(xì)的需求分析，形成每個(gè)測(cè)試分冊(cè)的測(cè)試條目文件。比如華龍一號(hào)全范圍模擬機(jī)中關(guān)于分系統(tǒng)需求分析過(guò)程如下。

（1）確定分系統(tǒng)測(cè)試規(guī)程清單。

（2）測(cè)試內(nèi)容條目化（表2）。

（3）將測(cè)試條目作為相應(yīng)測(cè)試規(guī)程編制的輸入，建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表2 分系統(tǒng)測(cè)試條目示例

3.2 測(cè)試流程管理

3.2.1 高效的測(cè)試管理工具

高效的管理工具是所有管理工作的重要組成部分。孟平等（2004）[3]提出“測(cè)試管理系統(tǒng)有助于對(duì)制定測(cè)試計(jì)劃編寫(xiě)、測(cè)試用例和測(cè)試步驟、問(wèn)題的跟蹤處理、測(cè)試總結(jié)報(bào)告等各個(gè)階段進(jìn)行有效的控制和管理，以提高軟件開(kāi)發(fā)尤其是產(chǎn)品測(cè)試的管理水平，保證軟件產(chǎn)品質(zhì)量”。項(xiàng)目配置管理軟件Sim原CMS是獨(dú)立用于配置管理的軟件系統(tǒng)，用于支持模擬機(jī)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)、升級(jí)等全壽期的變化跟蹤和控制，其主要功能有：系統(tǒng)維護(hù)、文件配置項(xiàng)管理、硬件數(shù)據(jù)配置管理、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理、差異管理和基線控制。配置管理軟件采用服務(wù)器/客戶(hù)端的工作模式。其中的差異管理，即不符合項(xiàng)管理模塊是一個(gè)典型的測(cè)試管理工具。不符合項(xiàng)管理模塊這種電子化管理系統(tǒng)改變了以前靠紙質(zhì)偏差單或者簡(jiǎn)單的Excel表格來(lái)記錄、跟蹤、管理模擬機(jī)測(cè)試過(guò)程的落后管理方式，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的電子化流程來(lái)嚴(yán)格規(guī)范不符合項(xiàng)的處理流程，同時(shí)還可以對(duì)不符合項(xiàng)進(jìn)行查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)并通過(guò)報(bào)表輸出等功能對(duì)不符合項(xiàng)進(jìn)行趨勢(shì)分析，從而更好的掌控模擬機(jī)的測(cè)試過(guò)程及測(cè)試質(zhì)量，另外，測(cè)試過(guò)程的記錄可以完整并長(zhǎng)期保存。電子化管理系統(tǒng)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，解決了不符合項(xiàng)處理過(guò)程中跨地域、跨網(wǎng)絡(luò)、跨平臺(tái)、多項(xiàng)目、多角色、多人員交互等一系列技術(shù)和管理問(wèn)題，極大的提供了測(cè)試過(guò)程中不符合項(xiàng)的處理效率，有效的節(jié)約了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)間。

首先人員角色和職責(zé)由各個(gè)項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理在系統(tǒng)中完成配置，項(xiàng)目經(jīng)理在整個(gè)流程中的作用是負(fù)責(zé)角色定義、權(quán)限分配、問(wèn)題協(xié)調(diào)；測(cè)試工程師負(fù)責(zé)不符合項(xiàng)報(bào)告的填寫(xiě)、跟蹤處理情況、回歸測(cè)試及關(guān)閉；制定責(zé)任人是指各個(gè)專(zhuān)業(yè)的工程師，比如模型工程師、儀控工程師，主要負(fù)責(zé)根據(jù)不符合項(xiàng)的描述進(jìn)行修改并提交，同時(shí)對(duì)于嚴(yán)重程度屬于重大或較大的不符合項(xiàng)制定修改方案；項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人首先對(duì)新增的不符合項(xiàng)進(jìn)行確認(rèn)，甄別出是否屬于不符合項(xiàng)，同時(shí)還需要對(duì)重大或較大不符合項(xiàng)的修改意見(jiàn)進(jìn)行審查。不符合項(xiàng)處理流程中共有以下幾種狀態(tài)：new（新產(chǎn)生），Not DR（非不符合項(xiàng)），Commented（暫不處理），F(xiàn)ixed（已修改），Offered（待測(cè)試），Closed（關(guān)閉），Closed_C（讓步接受），Open（未通過(guò)）以及Defer（遺留項(xiàng)）。

3.2.2 采用自動(dòng)化測(cè)試工具

自動(dòng)化測(cè)試是指測(cè)試人員根據(jù)功能需求或者接口功能編寫(xiě)自動(dòng)的測(cè)試腳本，通過(guò)測(cè)試腳本的自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試步驟，將測(cè)試輸出結(jié)果與期望輸出進(jìn)行比較，同時(shí)監(jiān)控和管理測(cè)試執(zhí)行過(guò)程[3]。因此，測(cè)試人員可以脫離繁瑣的測(cè)試執(zhí)行及管理過(guò)程，集中精力于測(cè)試用例的設(shè)計(jì)上，從而極大地提供測(cè)試工作的效率。但不是所有的測(cè)試過(guò)程都適合自動(dòng)化測(cè)試，通過(guò)分析全范圍模擬機(jī)測(cè)試工作的特點(diǎn)，可以在不符合項(xiàng)的回歸測(cè)試、重復(fù)性的測(cè)試內(nèi)容、對(duì)時(shí)間沒(méi)有依賴(lài)的測(cè)試內(nèi)容或者已經(jīng)實(shí)現(xiàn)手工測(cè)試用例等方面采用自動(dòng)化測(cè)試工具。

（1）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)精度測(cè)試。模擬機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]中提到“應(yīng)證實(shí)模擬機(jī)能夠在有完整的參考機(jī)組數(shù)據(jù)的3個(gè)功率水平上準(zhǔn)確的模擬參考機(jī)組的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，該3個(gè)功率平臺(tái)應(yīng)至少跨越50%額定運(yùn)行功率范圍”。為了滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的要求，全范圍模擬機(jī)需要進(jìn)行穩(wěn)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)精度的測(cè)試，該項(xiàng)測(cè)試在內(nèi)部測(cè)試階段、出廠驗(yàn)收階段、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收階段、數(shù)據(jù)更新階段都會(huì)進(jìn)行，具有重復(fù)性高、數(shù)據(jù)記錄工作量大的特點(diǎn)，因此專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了針對(duì)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行精度測(cè)試的自動(dòng)化測(cè)試工具checkdata。在進(jìn)行測(cè)試之前，只需要輸入指定的IC（Initial Conditions，初始條件）號(hào)、選擇檢查時(shí)間以及基準(zhǔn)參數(shù)配置文件后，工具將自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，自動(dòng)與參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并生成測(cè)試結(jié)果，如圖2所示。從生成的測(cè)試結(jié)果上初步判斷出哪些參數(shù)不符合預(yù)期。同時(shí)測(cè)試結(jié)果可直接導(dǎo)出Excel格式的文件。

（2）自動(dòng)化場(chǎng)景測(cè)試。全范圍模擬機(jī)在交付使用之前需要進(jìn)行多輪次的能力測(cè)試，包括正常變工況測(cè)試、故障工況測(cè)試和瞬態(tài)工況測(cè)試。這些測(cè)試結(jié)果與模擬機(jī)培訓(xùn)內(nèi)容息息相關(guān)，是模擬機(jī)測(cè)試中重要的環(huán)節(jié)。而這些測(cè)試存在相對(duì)固定的測(cè)試步驟，并且產(chǎn)生的不符合項(xiàng)比較多。因此，可以使用自動(dòng)化場(chǎng)景測(cè)試工具。自動(dòng)化場(chǎng)景測(cè)試是通過(guò)完整記錄第一次人工測(cè)試的操作步驟，這些操作步驟包括教員的教控命令和學(xué)員的操作并以場(chǎng)景文件的方式保存下來(lái)；當(dāng)需要再次執(zhí)行同一測(cè)試內(nèi)容時(shí)，以調(diào)用場(chǎng)景的方式自動(dòng)順序執(zhí)行相同的操作步驟。場(chǎng)景工具操作界面如圖3所示。

圖2 自動(dòng)化穩(wěn)態(tài)測(cè)試工具界面及輸出結(jié)果

圖3 自動(dòng)化場(chǎng)景測(cè)試工具

自動(dòng)化場(chǎng)景測(cè)試工具還可幫助修改人員快速定位不符合項(xiàng)的問(wèn)題所在，提高修改效率，同時(shí)也可用于不符合項(xiàng)的回歸測(cè)試，節(jié)約測(cè)試人力和測(cè)試時(shí)間。

3.3 嚴(yán)格的版本控制手段

全范圍模擬機(jī)進(jìn)入集成測(cè)試階段之后，為了保證測(cè)試的獨(dú)立性以及測(cè)試進(jìn)度，在條件允許的情況下充分利用多平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試和修改。而每個(gè)平臺(tái)同樣包括工藝過(guò)程仿真軟件、安全級(jí)和非安全級(jí)DCS軟件，對(duì)于每一類(lèi)軟件又分為平臺(tái)軟件和工程數(shù)據(jù)。因此，全范圍模擬機(jī)軟件對(duì)版本控制的要求更高，測(cè)試版本必須有明確的標(biāo)識(shí)和說(shuō)明，能夠得到有效的控制。測(cè)試版本的控制手段主要有以下3個(gè)方面。

（1）建立測(cè)試基線版本。每一個(gè)測(cè)試版本都有唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)，比如V1.0.0。對(duì)于測(cè)試版本的配置項(xiàng)信息由專(zhuān)人進(jìn)行維護(hù)。

（2）確定備份內(nèi)容和備份周期。確定全范圍模擬機(jī)軟件需要備份的內(nèi)容與實(shí)際的軟件是如何對(duì)應(yīng)的，即平臺(tái)軟件存放在哪個(gè)目錄中，工程數(shù)據(jù)存放在哪個(gè)目錄中，而且每次備份內(nèi)容都有時(shí)間標(biāo)簽加以區(qū)分；備份周期有幾種形式：定時(shí)備份，及每周或每月固定時(shí)間進(jìn)行備份；平臺(tái)軟件在每次升級(jí)前后進(jìn)行手動(dòng)備份；每個(gè)測(cè)試階段完成后進(jìn)行階段性備份。

（3）規(guī)范更新流程。采用限制登陸權(quán)限的方式來(lái)保證測(cè)試版本不被進(jìn)行任何修改。更新工作由專(zhuān)人負(fù)責(zé)執(zhí)行，且已明確更新內(nèi)容和更新步驟，更新前做好備份。原則上采用增量更新的方式，即先通過(guò)運(yùn)行對(duì)比腳本獲取測(cè)試版本與即將更新內(nèi)容之間的差異，然后將差異內(nèi)容進(jìn)行更新。

4 結(jié)束語(yǔ)

加強(qiáng)測(cè)試需求管理，提高測(cè)試的覆蓋率和充分性，建立科學(xué)高效的測(cè)試管理方法，開(kāi)發(fā)和使用自動(dòng)化測(cè)試工具，采用嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試控制流程，這些舉措都是保證模擬機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量、提供測(cè)試效率的有效手段。只有科學(xué)地進(jìn)行測(cè)試管理，并堅(jiān)持以測(cè)試管理問(wèn)題為導(dǎo)向，積極探索、尋找解決方案和措施，持續(xù)改進(jìn)，才能促進(jìn)模擬機(jī)測(cè)試管理隊(duì)伍的成長(zhǎng)，促進(jìn)模擬機(jī)質(zhì)量的提高。