数控系统软件的测试与故障诊断

1、数控系统软件的测试与故障诊断1 数控系统中软件的特点 数控系统中的软件大多数都是嵌入式软件， 与硬件有着紧密 关系并且运行在特定的硬件环境中。 其最大的特点就是与硬件环 境有着密不可分的关系， 整个数控系统的性能、 智能化水平的高 低以及可靠性的优劣等都是由硬件环境和软件共同决定的。 但当 前技术条件下，软件的可靠性比硬件的可靠性要低一个数量级。 据资料统计，嵌入式系统的运行失效中有 75是由其中的软件 失效所引起的。 事实上软件失效所导致的系统故障已经成为数控 设备故障诊断中一个不容忽视的问题了。2 故障部位分析根据该数控系统的结构和使用情况， 将数控系统软件部分划 分为 11 个功能模块，

2、 确定 38 种故障模式， 根据建立的数控系统 软件可靠性数据库，首先对其进行故障部位分析。可以看出：(1) 该系列数控系统软件的部件及子系统中，位置控制模块 的故障频率占第一位， 位置控制模块的故障主要是参数错误和数 据丢失。 其故障主要是用户编程错误和操作不当引起的， 这就要 求数控系统用户提高编程人员或操作人员的素质和编程水平， 避 免此类错误的频繁发生。(2) 实时管理模块的故障占第二位，其中绝大部分故障是系 统故障，例如程序乱，数据丢失，死机等。这类故障的处理方法 是重新送程序， 更换软件等。 而实时管理软件故障的主要原因是 管理软件有缺陷， 因此针对这类故障， 建议在新开发阶段多测

3、试 实时管理软件， 修改存在缺陷的地方： 加强软件开发的可靠性研 究和管理。3 数控系统中软件故障的测试与诊断方法 与硬件相比软件失效主要有以下两个特点：(1) 软件失效不会随时间而发生变化。硬件的有很大一部分 是由于设备的磨损和材料的老化所致， 而在软件中则不存在这样 的问题。一旦软件运行正确， 它是不会随着时间的推移而退化的。(2) 软件的失效多数是由程序代码中的固有错误所导致，而 对于嵌入式软件来说， 软硬件之间的接口错误也是导致失效的一 个重要因素， 因为失效机理的不同， 软件的诊断方法与硬件通常 所使用的故障诊断方法也不尽相同。 从保证设备可靠性的角度来 看，硬件设备在出厂之前要做一

4、系列的可靠性试验， 目的就是要 把设计和加工过程中产生的问题提前暴露出来， 而到了用户使用 阶段，工作的重点就是对设备的运行状态进行监测， 对出现的故 障进行诊断和维修。在软件测试的理论中， 系统测试属于一种动态黑盒测试， 即 测试人员不必深入软件代码的细节， 只需通过控制软件的输入条 件驱动被测软件的真正运行。 简单的说， 动态黑盒测试就是要尽 量模拟出被测系统的真实使用情况， 并通过对被测系统的实际操 作来达到发现故障的目的。 根据系统测试原理， 实验室自主设计 开发出一种具有一定通用性的嵌入式软件系统测试环境， 并在此 基础上总结出一套有效的系统测试方法。 下面结合个具体测试实 例对系统

5、测试环境以及测试方法进行介绍。4 数控系统中的软件系统测试4.1 系统测试环境 对一个数控设备中的嵌入式软件进行系统测试的第一步就 是要搭建系统测试的环境。 系统测试环境的作用就是能够让软件 在真实的硬件环境下运行， 而且还能够让测试人员把测试用例施 加到被测软件中， 并且可以收集到测试的结果数据。 系统测试环 境是一个由硬件和软件共同组成的测试平台。这套系统测试环境具有以下几个主要特点：(1) 有一定的通用性。这套环境不仅可以对发动机数控软件 进行测试，而且可以对相似的一类嵌入式软件进行测试，(2) 操作简便。测试环境只需要测试者把测试用例编写成测 试脚本的形式， 即可在测试环境中实现自动化

6、的测试， 无须对被 测系统进行直接的操作。(3) 测试效率较高。由于有了系统检测软件和系统检测箱的 支持，这种自动化测试的执行效率比手工测试有较大的提高。(4) 支持重复性的测试。由于测试用例是以测试脚本的形式 存在，所以同一个测试可以毫无差别地无限次执行。 重复性测试 在故障修改之后的回归测试中有很大的应用，4.2 系统测试过程(1) 设计测试用例。系统测试用例由两部分组成：测试输入 列和测试的预期结果。 测试输入序列描述了一次测试中对被设备 的具体操作流程，包括如何启动设备、何时进行加速操、何时进 行停车操作以及何时关闭设备等。 测试预期结果描了被测试的设 备在上述的操作下应该产生什么样的

7、动作或处什么样的状态。测试用例的质量是能否发现设备软件故障的关键所在， 正常 功能测试就是据被测试的发动机的正常使用情况， 模拟出一些具 有代表性操作。 边界情况的测试是指对输入被测系统的模拟量的 边界进行测试。 经验表明当输入量在边界上或是边界的临近点取 时是最容易产生错误的， 例如发动机在正常转速范围的边界附近 运行时往往容易发生故障。(3) 分析测试结果并得出测试结论。一次测试结束之后，测 试环境会自动地收集被测试系统的各项运行数据。 把这些数据与 测试用例中预期结果进行比较， 由此判断被测试设备运行是否正 常，是否发生了故障。从正常功能、边界情况和非正常操作三个 方面考虑生成了 100 个测试用例，并在搭建的测试环境中得到成 功的运行， 最后通过对测试结果数据的分析， 发现了几个关键