時(shí)間:2022-05-20 22:21:08
導(dǎo)言:作為寫作愛(ài)好者,不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇集成測(cè)試,它們將為您的寫作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。
使用UML活動(dòng)圖表和美科利質(zhì)量中心的詳細(xì)步驟如下:
1.確認(rèn)模塊:小組首先應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析,把系統(tǒng)細(xì)化成邏輯分類、模塊和子模塊。子模塊應(yīng)該是一些小型的、可管理的組成部分,可以便捷地添加入活動(dòng)圖表中。每個(gè)子模塊都分配有一個(gè)特定ID。
2.描繪活動(dòng)圖表:使用Visio,為每個(gè)子模塊創(chuàng)建一個(gè)詳細(xì)的UML活動(dòng)圖表。每個(gè)活動(dòng)圖表顯示用戶和系統(tǒng)的系列行為,如“用戶做了x”,接下來(lái)“系統(tǒng)做了y”,并且顯示各類判斷點(diǎn)。由于在美科利質(zhì)量中心里創(chuàng)建和維護(hù)測(cè)試案例(TC)和測(cè)試包(TS)所依照的主要文檔是活動(dòng)圖表,因此在任何數(shù)據(jù)輸入到美科利質(zhì)量中心之前,必須確?;顒?dòng)圖表的正確性和完整性。接著圍繞每個(gè)邏輯測(cè)試案例畫一個(gè)虛線框,并標(biāo)以TC01、TC02、TC03,依此類推。這些測(cè)試案例為步驟4中的測(cè)試包(測(cè)試場(chǎng)景)提供構(gòu)建模塊。
在活動(dòng)圖表中定義的測(cè)試案例和在美科利質(zhì)量中心的TestDirector中創(chuàng)建的測(cè)試案例之間存在一對(duì)一的對(duì)等關(guān)系。為了避免錯(cuò)誤,需要將Visio活動(dòng)圖表中的內(nèi)容復(fù)制和粘貼到美科利質(zhì)量中心內(nèi)。在活動(dòng)圖表中,每個(gè)測(cè)試案例可以由若干驗(yàn)證點(diǎn)所組成。在美科利質(zhì)量中心內(nèi),每個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)都以獨(dú)立的測(cè)試步驟輸入,從而確保通過(guò)/失敗可以互為分離。
3.輸入測(cè)試案例:一旦在活動(dòng)圖表中確定了測(cè)試案例,就在美科利質(zhì)量中心的測(cè)試計(jì)劃樹型圖中為每個(gè)測(cè)試案例創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)。這些測(cè)試案例節(jié)點(diǎn)應(yīng)該顯示在他們各自的子模塊節(jié)點(diǎn)下。接著通過(guò)復(fù)制和粘貼活動(dòng)圖表中的內(nèi)容,為每個(gè)測(cè)試案例輸入測(cè)試步驟。
4.集合測(cè)試案例,形成測(cè)試包:在美科利質(zhì)量中心的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室樹型圖中,為每個(gè)處于相應(yīng)模塊節(jié)點(diǎn)下的測(cè)試包創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)。一個(gè)測(cè)試包―或測(cè)試場(chǎng)景由兩個(gè)或多個(gè)測(cè)試案例所組成,他們被聯(lián)系在一起用于測(cè)試某個(gè)子模塊的特定區(qū)域。通過(guò)查看活動(dòng)圖表,QA分析人員可以初步了解需要多少個(gè)測(cè)試案例組合才能全面測(cè)試一個(gè)子模塊。
例如,如果圖表顯示TC01緊隨其后是TC02,接著分叉至TC03、TC04和TC05,那么分析人員將要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)包,把TC01、TC02和TC03聯(lián)系在一起,另外一個(gè)數(shù)據(jù)包把TC01、TC02和TC04聯(lián)系起來(lái),依此類推。這種測(cè)試包創(chuàng)建過(guò)程要涵蓋所有的合理組合。通過(guò)這種方式,才能用測(cè)試案例庫(kù)開發(fā)足夠多的測(cè)試場(chǎng)景,從而確保全面、有效和系統(tǒng)的展開測(cè)試。
5.為測(cè)試包安裝數(shù)據(jù)文件:在每個(gè)測(cè)試包中,有些測(cè)試案例可能需要數(shù)據(jù)文件,如用戶輸入的或系統(tǒng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)值。根據(jù)要求將這些值輸入美科利質(zhì)量中心的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。
6.執(zhí)行測(cè)試包:無(wú)論從Execution Grid tab,還是從Execution Flow tab中,點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕來(lái)執(zhí)行整個(gè)測(cè)試包或者單單執(zhí)行測(cè)試包中的某些測(cè)試案例。在每個(gè)測(cè)試案例實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化之前,建議使用美科利TestDirector,對(duì)每個(gè)測(cè)試案例至少執(zhí)行一次成功的手動(dòng)測(cè)試。
7.為每個(gè)測(cè)試案例編寫自動(dòng)化腳本:一旦測(cè)試案例至少經(jīng)歷了一次手動(dòng)運(yùn)行,就要為測(cè)試案例創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化腳本。由介于測(cè)試案例層面上的美科利TestDirector來(lái)生成自動(dòng)化腳本。使用了美科利QuickTest Professional。當(dāng)然,任何美科利TestDirector支持的自動(dòng)化工具都可以被使用。
由于創(chuàng)建各種測(cè)試包組合需要多次使用測(cè)試案例,每個(gè)測(cè)試案例和自動(dòng)化測(cè)試腳本都是可重復(fù)使用的組件。這樣不僅理順了測(cè)試包的開發(fā)過(guò)程,也提高了維護(hù)工作的效率。對(duì)測(cè)試案例所作的任何變更都會(huì)自動(dòng)反映在使用該測(cè)試案例的所有測(cè)試包中,從而避免了在多個(gè)方位更新相同的信息。
美科利TestDirector架構(gòu)的客戶定制
實(shí)施了美科利TestDirector的客戶定制,下面是變更的詳細(xì)過(guò)程:
測(cè)試包的創(chuàng)建和腳本的選擇
測(cè)試包的結(jié)構(gòu)如下所示 :
Initialize Environment
Test Script Instance_1
Test Script Instance_2
Test Script Instance_N
InitializeEnvironment是一種特殊的腳本,用于處理測(cè)試包執(zhí)行時(shí)的所有初始化需求。使用腳本的確切方位由設(shè)定在美科利QuickTest Professional中的執(zhí)行參數(shù)決定。當(dāng)創(chuàng)建測(cè)試包、并且還沒(méi)有相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí),使用美科利TestDirector OTA APIs可以自動(dòng)將腳本加入測(cè)試包。
測(cè)試包創(chuàng)建完成后,測(cè)試人員可以根據(jù)需要添加測(cè)試案例。在添加每個(gè)測(cè)試案例時(shí),用已經(jīng)編寫的工作流代碼來(lái)驗(yàn)證該測(cè)試案例是手動(dòng)的還是自動(dòng)的。如果是自動(dòng)測(cè)試案例,就執(zhí)行工作流代碼,確定在測(cè)試包中加入什么測(cè)試。工作流代碼還能連接自動(dòng)化腳本所在的美科利TestDirector服務(wù)器,并將默認(rèn)數(shù)據(jù)表格附加到測(cè)試實(shí)例中(test instance)。默認(rèn)數(shù)據(jù)表格確定某個(gè)特定測(cè)試需要執(zhí)行哪些條目,但是它不包含任何測(cè)試數(shù)據(jù)。
在腳本開發(fā)的同時(shí),文檔定義也完成了。在默認(rèn)數(shù)據(jù)表格附加到測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)試實(shí)例上時(shí),用戶可以打開該文檔,為該測(cè)試實(shí)例添加所需的任何測(cè)試數(shù)據(jù)。這樣,該機(jī)構(gòu)可以增加既簡(jiǎn)單又靈活的框架――每個(gè)測(cè)試包將擁有多個(gè)測(cè)試腳本實(shí)例,但是這些實(shí)例可以單獨(dú)執(zhí)行,給出獨(dú)立的測(cè)試數(shù)據(jù)。當(dāng)測(cè)試人員增加數(shù)據(jù)包,并且添加測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí),可以使用美科利TestDirector中的附件數(shù)據(jù)表格,輸入數(shù)據(jù),保存文件,并再次上傳。如果增加的是手動(dòng)測(cè)試,以上這些步驟都不需要。
測(cè)試實(shí)例
測(cè)試包中其它所有的腳本都是測(cè)試案例的實(shí)例,可以分成四個(gè)部分:
初始化和預(yù)處理
由于是一家大型網(wǎng)站,業(yè)務(wù)遍及多個(gè)國(guó)家,需要通過(guò)一種方法來(lái)創(chuàng)建一套可以讓位于不同國(guó)家的小組成員都能使用的腳本。由于美科利QuickTest Professional中的內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)檢查不允許聯(lián)結(jié)字符串的參數(shù)化,無(wú)法實(shí)現(xiàn)在多個(gè)方位展開數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)證任務(wù)。但是,公司通過(guò)內(nèi)置的對(duì)象存儲(chǔ)庫(kù)(object repository),在用戶端界面上實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)。
小組通過(guò)在使用ADO的VBScript中創(chuàng)建定制等級(jí),以及通過(guò)使用測(cè)試包中的用戶定義域來(lái)說(shuō)明聯(lián)結(jié)字符串的組件,很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。小組將它們作為其全球變量,因?yàn)槊揽评鸔uickTest Professional不允許跨腳本實(shí)例的全球變量。這些用戶定義域是DatabaseChecks、DBDataSource、DBSchemaName、DBPassword和Country。
在執(zhí)行測(cè)試包中的測(cè)試實(shí)例時(shí),首要任務(wù)就是調(diào)用內(nèi)部庫(kù)中的一個(gè)功能,將這些變量值讀入OTA中,并存儲(chǔ)在Dictionary object中。小組就可以給這些全球變量加上可讀的注釋(如:GlobalVariables.Item (“DatabaseChecks”))。該階段還有一個(gè)任務(wù)就是導(dǎo)出附件數(shù)據(jù)表格,當(dāng)該特定測(cè)試案例的測(cè)試數(shù)據(jù)在美科利QuickTest Professional中上傳并在測(cè)試中使用后,就可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)表格。
測(cè)試腳本主體
在該測(cè)試階段執(zhí)行測(cè)試步驟。
后端數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)證
腳本的這個(gè)階段中,執(zhí)行所有需要的數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)證。在測(cè)試腳本初始化和預(yù)處理階段所讀入的記號(hào)和聯(lián)結(jié)字符串組件都在該階段被使用。此外,測(cè)試檢查DatabaseChecks定義域是否被設(shè)定成“TRUE”。如果是的話,就知道存在需要執(zhí)行的數(shù)據(jù)庫(kù)檢查任務(wù)。接著,測(cè)試可以例示數(shù)據(jù)庫(kù)等級(jí),從數(shù)據(jù)表格中讀入預(yù)期的結(jié)果,并驗(yàn)證這些值。所有這些在數(shù)據(jù)庫(kù)等級(jí)中都被定義成可重復(fù)使用的方法。
整理和后期處理
測(cè)試已執(zhí)行完成,在對(duì)測(cè)試包中的下一個(gè)測(cè)試實(shí)例進(jìn)行測(cè)試之前,應(yīng)該對(duì)前一測(cè)試進(jìn)行整理。需要一種方法來(lái)巡視AUT中的適當(dāng)方位,因此小組在內(nèi)部庫(kù)中創(chuàng)建了一個(gè)功能,使用美科利TestDirector OTA API’s來(lái)觀測(cè)數(shù)據(jù)包中下一數(shù)據(jù)實(shí)例的名稱。測(cè)試名稱的前三位字母決定了測(cè)試人員應(yīng)該巡視的具體方位。如果下一個(gè)測(cè)試案例名稱的前三位字母和當(dāng)前的不一樣,那就執(zhí)行代碼將AUT移入合適的方位。如果相同的話,無(wú)需進(jìn)行任何操縱,因?yàn)樵谟脩艚缑娴恼_方位上測(cè)試已經(jīng)展開了。
這款名為P5N7A-VM的主板,出自主板大廠華碩之手。不但做工細(xì)膩,而且性能穩(wěn)定。作為頭一批采用Geforce9系列芯片組主板的領(lǐng)軍產(chǎn)品,目前它已經(jīng)成為了很多玩家心中喜愛(ài)的寵物。
需要在此指出的是:Geforce9系列芯片組擁有兩個(gè)不同的版本,它們分別采用GeForce9300和GeForce9400的顯示核心。其中,GeForce9400的顯示核心擁有更高的Croe和shader頻率。不過(guò),在目前面市的這幾款產(chǎn)品中,均采用了相對(duì)較弱的GeForce9300顯示核心。但同時(shí),令玩家們感到欣慰的是:無(wú)論是GeForce9300顯示核心還是GeForce9400顯示核心,它們與目前OEM的同型號(hào)獨(dú)立顯卡的產(chǎn)品規(guī)格是基本一致的。除了具備比前一代GeForce8200/8300顯示核心多出一倍的16個(gè)流處理器外,GeForce9300/9400還完全支持AVC和VC-1的硬件解碼技術(shù)。簡(jiǎn)單的說(shuō),除了顯存規(guī)格與獨(dú)立顯卡不同外,MCP7A芯片組所采用的顯示核心與相應(yīng)規(guī)格獨(dú)立顯卡中的顯示核心是基本相同的。
中圖分類號(hào):TN407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9599 (2012) 13-0000-02
一、集成測(cè)試的一般定位及范圍
隨著軟件行業(yè)的發(fā)展,軟件系統(tǒng)涵蓋了日常生活、生產(chǎn)的各個(gè)方面,復(fù)雜的軟件系統(tǒng)的測(cè)試保證越來(lái)越成為實(shí)現(xiàn)軟件需求目標(biāo)的重要方面。
軟件測(cè)試根據(jù)測(cè)試介入時(shí)機(jī)和測(cè)試對(duì)象的范圍,一般可分為:單元測(cè)試、集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試。其中,集成測(cè)試是在單元測(cè)試的基礎(chǔ)上,將所有模塊按照設(shè)計(jì)要求組裝成為子系統(tǒng),進(jìn)行集成測(cè)試。實(shí)踐表明,一些模塊雖然能夠單獨(dú)的工作,但并不能保證連接起來(lái)也能正常的工作。 程序在某些局部反映不出來(lái)的問(wèn)題,在全局上很可能暴露出來(lái),影響功能的實(shí)現(xiàn)。圖1為不同開發(fā)階段驅(qū)動(dòng)的測(cè)試類型圖。
不同類型的測(cè)試的實(shí)質(zhì)是選取不同的測(cè)試范圍和對(duì)象,對(duì)對(duì)象的屬性 (功能分支及其他屬性)進(jìn)行驗(yàn)證的過(guò)程。好的測(cè)試是針對(duì)測(cè)試目標(biāo)選取一個(gè)較優(yōu)的測(cè)試對(duì)象及范圍的組合,以獲得較高的測(cè)試投入與產(chǎn)出比例,通過(guò)對(duì)測(cè)試目標(biāo)實(shí)現(xiàn)盡量完整的測(cè)試覆蓋度, 達(dá)成測(cè)試目標(biāo)。軟件測(cè)試沒(méi)有絕對(duì)的覆蓋,也不存在無(wú)盡的測(cè)試資源。
傳統(tǒng)的集成測(cè)試,屬于白盒測(cè)試的一種。其主要的問(wèn)題包括如下方面:
1.較大的測(cè)試開銷:由于集成測(cè)試采用將一個(gè)實(shí)體分解為多個(gè)實(shí)體的方式進(jìn)行,測(cè)試接口的數(shù)量成級(jí)數(shù)增加,開銷較大,通常的集成測(cè)試都是選擇性的針對(duì)核心功能模塊進(jìn)行。
2.測(cè)試輸入及構(gòu)建要求較高: 軟件測(cè)試總是基于一定的測(cè)試輸入基礎(chǔ),這里的輸入,主要依賴于開發(fā)過(guò)程。由于軟件工程化開發(fā)的不同水平,集成測(cè)試往往難以獲得完整的設(shè)計(jì)輸入,同時(shí)由于軟件設(shè)計(jì)成熟度的限制,導(dǎo)致模塊級(jí)設(shè)計(jì)的變更頻繁,這些都加劇了測(cè)試需求輸入的惡劣和不可控。同時(shí)由于集成測(cè)試需要構(gòu)建模塊級(jí)的數(shù)據(jù)環(huán)境,屬于白盒測(cè)試,測(cè)試技能要求,測(cè)試時(shí)間消耗都較大,也是其難以實(shí)現(xiàn)高效應(yīng)用的原因之一。
二、系統(tǒng)級(jí)集成測(cè)試
(一)系統(tǒng)級(jí)集成測(cè)試的特點(diǎn)
為了獲得更好的測(cè)試效益,我們提出一種基于系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)構(gòu)建集成測(cè)試的思路。傳統(tǒng)集成測(cè)試主要以軟件模塊為測(cè)試實(shí)體對(duì)象,將產(chǎn)品系統(tǒng)打開,基于內(nèi)部接口和模塊級(jí)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行測(cè)試設(shè)計(jì)。系統(tǒng)級(jí)集成測(cè)試從本質(zhì)上與傳統(tǒng)集成測(cè)試基本一致,但是其分析方法,更多強(qiáng)調(diào)與系統(tǒng)運(yùn)行的場(chǎng)景、業(yè)務(wù)行為、事件對(duì)軟件運(yùn)行的影響以及場(chǎng)景異常的構(gòu)建。
(二)系統(tǒng)級(jí)集成測(cè)試的對(duì)象
系統(tǒng)級(jí)集成測(cè)試捕獲的問(wèn)題對(duì)象本質(zhì)是數(shù)據(jù)接口關(guān)系,主要分為3種類型,如下圖所示:
1.外部輸入關(guān)聯(lián)
如圖2,次功能模塊b的輸出是主功能模塊a的輸入。 整個(gè)系統(tǒng)功能自然的形成這種接口關(guān)系。例如:初始化是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、裝載過(guò)程;業(yè)務(wù)功能消費(fèi)這些數(shù)據(jù)。
2.內(nèi)部輸入關(guān)聯(lián)
如圖2中,主功能模塊的輸入條件,除了界面輸入,還有一些內(nèi)部數(shù)據(jù)輸入。這些數(shù)據(jù)輸入可以通過(guò)次功能c來(lái)構(gòu)造。 通過(guò)次功能c的構(gòu)造,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)功能a更加完整的分支覆蓋。 典型的例子是:業(yè)務(wù)通訊過(guò)程,依賴于其保護(hù)密鑰的更換功能,這里的保護(hù)密鑰就是內(nèi)部輸入關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。
3.背景數(shù)據(jù)依賴
這種集成關(guān)系常常是: 基于系統(tǒng)全局的接口,在某種功能分支運(yùn)行下,發(fā)生變化,進(jìn)而影響主功能模塊的運(yùn)行。例如某個(gè)背景數(shù)據(jù)a是主功能的依賴數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)a可能因?yàn)槟承┕δ苓\(yùn)行或者某些事件改變。從而影響主功能的運(yùn)行。
例如: 某個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)某數(shù)據(jù)的生產(chǎn)任務(wù)已經(jīng)啟動(dòng)了,但一段時(shí)間后該應(yīng)用系統(tǒng)被刪除。則其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)如果沒(méi)有設(shè)計(jì)回收機(jī)制,就會(huì)形成冗余數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)占據(jù)了空間,但是沒(méi)有被使用。這種情況也可以被理解為一種異常測(cè)試。
集成測(cè)試所捕獲的問(wèn)題主要來(lái)自于上述3種情況,而這些問(wèn)題,常常是最容易出現(xiàn)測(cè)試逃逸的方面。
三、系統(tǒng)級(jí)集成測(cè)試的分析方法
系統(tǒng)級(jí)集成測(cè)試分析依賴于白盒接口分析、黑盒場(chǎng)景分析2方面的有機(jī)結(jié)合,接口分析的目的是分析明確集成測(cè)試的邊界和目標(biāo);而場(chǎng)景分析則幫助我們獲得高效的需求選擇依據(jù),選取最重要的測(cè)試需求。
(一)接口分析
通過(guò)對(duì)系統(tǒng)級(jí)功能核心接口數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,明確集成測(cè)試的實(shí)體范圍及測(cè)試的目標(biāo)分支。
根據(jù)上述2.2節(jié)的分析,集成測(cè)試的本質(zhì)是捕獲模塊內(nèi)部分支上的bug,所以,集成測(cè)試分析首先應(yīng)明確測(cè)試功能或模塊對(duì)象,以及與之存在接口關(guān)系的相關(guān)功能或模塊對(duì)象,形成功能簇。功能簇有2種來(lái)源方式:
1.由軟件概要設(shè)計(jì)文檔,軟件分支流程圖,而導(dǎo)出的數(shù)據(jù)接口關(guān)系。在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,各個(gè)分支所共有的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)接口關(guān)系,就是要測(cè)試的目標(biāo)。
2.基于系統(tǒng)業(yè)務(wù)而劃定的一組關(guān)聯(lián)功能,這些共同實(shí)現(xiàn)某種業(yè)務(wù)的功能,通常具有密切的數(shù)據(jù)接口,輸入與消費(fèi)的關(guān)系。
功能簇的選取,應(yīng)針對(duì)每個(gè)重點(diǎn)的核心功能,逐一進(jìn)行分析,形成若干功能簇。這里的核心功能,常常是那些系統(tǒng)中,長(zhǎng)期或者頻繁運(yùn)行的,與核心業(yè)務(wù)密切相關(guān)的功能。如管理系統(tǒng)的管理服務(wù)端,通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)通訊功能。
(二)場(chǎng)景化分析
通過(guò)接口分析,明確了測(cè)試的目標(biāo)接口;而動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景分析,則是有效的選取、過(guò)濾這些接口獲得最優(yōu)測(cè)試覆蓋率的手段。同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)級(jí)的主要異常測(cè)試設(shè)計(jì)提供的依據(jù)。
測(cè)試中常常提到分支覆蓋、語(yǔ)句覆蓋,其實(shí)最有效的是場(chǎng)景覆蓋。因其視角最高,也能獲得最好的覆蓋效率。
場(chǎng)景分析的要素包括:業(yè)務(wù)模型、應(yīng)用模式、承載環(huán)境等。是對(duì)于軟件系統(tǒng)完整運(yùn)行環(huán)境的建模和構(gòu)建。
下表列出了典型的加密通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)及場(chǎng)景的關(guān)聯(lián)分析表:
四、結(jié)束語(yǔ)
測(cè)試小器件時(shí)面臨的問(wèn)題
觀測(cè)到極小集成電路超出預(yù)料的峰值電流,對(duì)負(fù)責(zé)測(cè)試極小器件(尺寸僅為較小的個(gè)位數(shù)毫米等級(jí))的ESD測(cè)試工程師而言可不是什么好消息。圖1顯示了置于場(chǎng)致CDM測(cè)試裝置上的8球柵(ball)芯片級(jí)封裝。必須接觸每個(gè)被測(cè)引腳的探針(的尺寸)占到整個(gè)集成電路尺寸的不小比例。顯而易見(jiàn),移動(dòng)被測(cè)器件并不需要太多的探針接觸:只是要求反復(fù)調(diào)整器件的位置。
在場(chǎng)致CDM測(cè)試期間、按慣例要使用真空來(lái)固持(hoId)被測(cè)器件(DUT)的位置。真空通常不能非常安全地固持極小的器件。此外,真空孔(的截面積)占到被測(cè)器件尺寸的不小比例,可能會(huì)影響器件應(yīng)力。當(dāng)真空孔尺寸超過(guò)被測(cè)器件面積的18%時(shí),應(yīng)力的大小就開始下降。圖2比較了置于真空孔與不置于真空孔上的器件在峰值電流或完整電荷(total charge)條件下測(cè)量得到的應(yīng)力大小。
在CDM測(cè)試期間使用真空來(lái)固持器件,由此帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題。首先,它不起作用,即便起作用,也會(huì)開始影響測(cè)試結(jié)果。業(yè)界已經(jīng)嘗試使用兩種方法來(lái)改善小器件的可測(cè)試性――將小封裝貼在某類夾具(holder)上,或以支撐結(jié)構(gòu)或模板來(lái)固持器件的位置。
使用夾具固持小器件
已經(jīng)在三種條件下使用6uSMD裸片來(lái)進(jìn)行cDM測(cè)試:僅器件本身、器件貼裝在14DIP轉(zhuǎn)換板上,以及在36LLP替代板(Surrogate Board)上,如圖3所示。圖4顯示了這三種條件下以500 v電壓采用8 GHz示波器所獲得的CDM測(cè)試波形。這些結(jié)果顯示,貼裝在電路板上會(huì)增加施加給集成電路的應(yīng)力。36LLP替代板上應(yīng)力的增加頗為適度,可以視為易于操作性與更可靠測(cè)試結(jié)果之間的最佳折衷。貼裝在14DIP轉(zhuǎn)換板上的應(yīng)力增加更為嚴(yán)重,大概不是一個(gè)可接受的折衷辦法。好消息是36LLP替代板實(shí)際上比測(cè)試期間會(huì)移動(dòng)的14DIP轉(zhuǎn)換板更易于操作。
支持模板
1 前言
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展,集成電路的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,在經(jīng)濟(jì)生活中的地位也越來(lái)越重要。集成電路從出現(xiàn)至今,也才不過(guò)幾十年的歷史,但是已經(jīng)深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面,也與我們的生活密不可分。一般而言,集成電路主要包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封裝和測(cè)試四個(gè)方面,其中集成電路測(cè)試貫穿在集成電路應(yīng)用的全過(guò)程,是實(shí)現(xiàn)集成電路產(chǎn)品高質(zhì)量的重要保證。因此,測(cè)試在集成電路生產(chǎn)過(guò)程中占有十分重要的位置。集成電路的測(cè)試不同于常規(guī)的電路檢測(cè),測(cè)試過(guò)程要復(fù)雜得多,而且對(duì)測(cè)試效率的要求也更高,尤其是可測(cè)試性,更是一個(gè)嶄新的問(wèn)題。因此,需要深入研究集成電路的可測(cè)試性。
2 集成電路測(cè)試的作用和特點(diǎn)
由于集成電路的特殊性,其測(cè)試具有的作用是不言而喻的,因此,任何集成電路生產(chǎn)出來(lái)后都要進(jìn)行測(cè)試。
2.1 集成電路測(cè)試的作用主要包括以下方面
2.1.1 驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性
由于集成電路的規(guī)模日益龐大,設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜,因此只有經(jīng)過(guò)相應(yīng)的測(cè)試才能檢驗(yàn)集成電路設(shè)計(jì)的正確與否,這也是測(cè)試的首要作用。
2.1.2 檢驗(yàn)產(chǎn)品的可靠性
由于集成電路的復(fù)雜性,其每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)錯(cuò)誤,并由此導(dǎo)致產(chǎn)品的不合格。因此,集成電路產(chǎn)品只有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試后才能出廠。
2.1.3 降低運(yùn)行維護(hù)的成本
由于集成電路在運(yùn)行過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)故障,為了盡快查找故障,也需要進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。這樣的測(cè)試可以定期或者不定期的進(jìn)行,結(jié)合測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù),這樣就可以降低運(yùn)行維護(hù)的成本。
2.2 由于集成電路不同于普通的電路,因此集成電路的測(cè)試也具有其自身的特點(diǎn),主要包括這樣兩個(gè)方面
2.2.1 集成電路測(cè)試的可控性
對(duì)一個(gè)完整的集成電路而言,只要給定一個(gè)完備的輸入信號(hào),一般都會(huì)有一個(gè)完備的輸出信號(hào)相對(duì)應(yīng)。也就是說(shuō),集成電路的輸入和輸出信號(hào)之間存在著某種映射關(guān)系,因此,可以根據(jù)信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到相應(yīng)的邏輯。也就是說(shuō),這樣的測(cè)試是可控的。
2.2.2 集成電路測(cè)試的可測(cè)試性
集成電路的設(shè)計(jì),是要實(shí)現(xiàn)一定的邏輯行為功能。如果一個(gè)集成電路在設(shè)計(jì)上屬于優(yōu)秀,從理論上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的邏輯行為功能,但卻無(wú)法用實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以證明,那么這個(gè)設(shè)計(jì)是失敗的。因此,可測(cè)試性對(duì)于集成電路來(lái)說(shuō)是十分重要的??蓽y(cè)試性就是指集成電路的邏輯行為能否被觀察到,也就是說(shuō),測(cè)試結(jié)果必須與集成電路的邏輯結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。
3 集成電路可測(cè)試性的設(shè)計(jì)方法
可測(cè)試性設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分重要的工作,它是指集成電路在設(shè)計(jì)出來(lái)之后要便于測(cè)試,這樣可以降低測(cè)試的難度和成本。由于集成電路在封裝完成后,內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)不能被外部接觸,因此節(jié)點(diǎn)上的故障不容易檢測(cè),所以要提高集成電路的可測(cè)試性。在這個(gè)過(guò)程中,主要通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)完成集成電路的功能設(shè)計(jì),以此來(lái)提高集成電路內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的可觀測(cè)性和可控制性,從而實(shí)現(xiàn)可測(cè)試性設(shè)計(jì)。一般來(lái)講,有三種方法,即功能點(diǎn)測(cè)試、掃描測(cè)試和內(nèi)建自測(cè)試。
3.1 功能點(diǎn)測(cè)試
功能點(diǎn)測(cè)試是針對(duì)已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)的集成電路而提出來(lái)的,他主要用于某些單元的測(cè)試。功能點(diǎn)測(cè)試也有很多種方法,可以采用條塊化分割、功能塊分布以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等,每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。條塊化分割雖然簡(jiǎn)單方便,但是不利于系統(tǒng)的集成,費(fèi)用也會(huì)增加。功能塊分布雖然可以增加測(cè)試點(diǎn),但是會(huì)增加輸入輸出端口,而且還要設(shè)計(jì)各種模塊,一般只能提高集成電路的可控制性。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基本上綜合了上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn),可以比較方便的進(jìn)行測(cè)試,但是它的缺點(diǎn)在于布局過(guò)于復(fù)雜,效率不高。
3.2 掃描測(cè)試
掃描測(cè)試是指通過(guò)建立一個(gè)寄存器鏈來(lái)測(cè)試集成電路的方法。在建立寄存器鏈的過(guò)程中,需要將集成電路中的寄存器全部串聯(lián)起來(lái),并將時(shí)序元件和組合元件分隔開來(lái),這樣在測(cè)試的時(shí)候,就可以將外部輸入端通過(guò)移位寄存鏈掃描進(jìn)集成電路內(nèi)部,增加了集成電路的可控制性。另一方面,所產(chǎn)生的響應(yīng)也可以通過(guò)移位寄存鏈掃描輸出,增加了集成電路的可觀測(cè)性。根據(jù)掃描的方式,掃描測(cè)試大致可分為三種,即全掃描測(cè)試、部分掃描測(cè)試和邊界掃描測(cè)試,每種方式都各有優(yōu)缺點(diǎn)。全掃描測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)是可以全面地測(cè)試集成電路,缺點(diǎn)是效率不高。部分掃描測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)是可以降低測(cè)試的費(fèi)用,缺點(diǎn)是有可能會(huì)漏掉部分故障。邊界掃描測(cè)試基本上綜合了前面的優(yōu)點(diǎn),在全面測(cè)試集成電路的基礎(chǔ)上也提高了效率,缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。
3.3 內(nèi)建自測(cè)試
相對(duì)于前面兩種測(cè)試方法,內(nèi)建自測(cè)試的主要工作是想辦法在集成電路內(nèi)部進(jìn)行測(cè)試,即整個(gè)測(cè)試工作在集成電路內(nèi)部完成。在建立內(nèi)建自測(cè)試的過(guò)程中,需要將集成電路劃分成很多個(gè)小塊,測(cè)試工作針對(duì)每個(gè)小塊進(jìn)行。這樣做的最大優(yōu)點(diǎn)就是不需要從集成電路外部進(jìn)行測(cè)試,并且隨時(shí)可以進(jìn)行在線測(cè)試,還可以通過(guò)一定的軟件進(jìn)行控制,十分方便。
4 集成電路可測(cè)試性的實(shí)現(xiàn)過(guò)程
從集成電路可測(cè)試性的設(shè)計(jì)方法可以看出,要實(shí)現(xiàn)集成電路的測(cè)試,可以有多種途徑,但是每種方法都有其適用性,因此需要根據(jù)具體情況來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)和選擇。另外,隨著科技的不斷發(fā)展,也有不少公司開始推出多種實(shí)用的測(cè)試工具,比如Mentor公司的Fast scan可以用于全掃描測(cè)試;Flex test則可以用于部分掃描測(cè)試;BSD Architect可以用來(lái)進(jìn)行邊界掃描測(cè)試。只要綜合運(yùn)用好這些相應(yīng)的工具,就可以實(shí)現(xiàn)集成電路的可測(cè)試性。
5 結(jié)束語(yǔ)
集成電路可測(cè)試性是一項(xiàng)十分重要而又復(fù)雜的工作,需要進(jìn)行精心的設(shè)計(jì),也需要通過(guò)一定的工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外,隨著集成電路規(guī)模與功能復(fù)雜性的不斷提高,使得可測(cè)試性設(shè)計(jì)面臨更大的挑戰(zhàn),這就需要我們進(jìn)行更加深入的研究。
參考文獻(xiàn)
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測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA)是六西格瑪管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在產(chǎn)品的質(zhì)量管控中,高質(zhì)量的測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)產(chǎn)品的分析及改進(jìn)有很大的幫助。在集成電路(IC)測(cè)試中,為了確保測(cè)試的準(zhǔn)確性,獲得高質(zhì)量的測(cè)試數(shù)據(jù),就需要對(duì)的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行充分的分析。該文介紹了測(cè)量系統(tǒng)分析方法,著重介紹重復(fù)性和再現(xiàn)性研究、分析,并通過(guò)實(shí)例說(shuō)明IC測(cè)試中的測(cè)量系統(tǒng)分析的應(yīng)用。并根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)能力的評(píng)價(jià)規(guī)則對(duì)所分析的測(cè)試系統(tǒng)能力進(jìn)行評(píng)價(jià),判斷測(cè)量系統(tǒng)是否滿足IC測(cè)試要求。
關(guān)鍵詞:
測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA);集成電路(IC)測(cè)試;重復(fù)性;再現(xiàn)性
0引言
測(cè)量是給具體事物(實(shí)體或系統(tǒng))賦值得過(guò)程。此過(guò)程中輸入包括人(操作員)、機(jī)(量具或必備的設(shè)備和軟件)、料、法、環(huán),過(guò)程的輸出即測(cè)量結(jié)果。測(cè)量系統(tǒng)就是由人、機(jī)、法以及測(cè)量對(duì)象構(gòu)成的過(guò)程的整體。在集成電路制程中,IC測(cè)試主要由晶圓測(cè)試(即CP)、封裝成品測(cè)試(即FT),IC測(cè)試是使用測(cè)試設(shè)備及針對(duì)集成電路制作的測(cè)試程序?qū)A或封裝成品進(jìn)行測(cè)試,確保集成電路滿足IC設(shè)計(jì)的功能及性能要求。因此一個(gè)具有大量變差的測(cè)量系統(tǒng),會(huì)造成IC測(cè)試所獲得測(cè)量值較電路真實(shí)值出現(xiàn)很大的偏差,在測(cè)試過(guò)程中,使用該測(cè)量系統(tǒng)是不適合的。若缺少對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的有效控制,會(huì)影響到獲得測(cè)量值的準(zhǔn)確性,造成IC測(cè)試的誤判,嚴(yán)重時(shí)會(huì)涉及到IC的大量失效,甚至報(bào)廢。因此,測(cè)量系統(tǒng)分析在IC測(cè)試中的應(yīng)用,是識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)是否適合的一個(gè)重要手段,通過(guò)該手段,可確保獲得測(cè)量值的準(zhǔn)確性和精確性。
1測(cè)量系統(tǒng)分析的基本概念
1.1測(cè)量賦值
給具體事物以表示它們之間關(guān)于特殊特性之間的關(guān)系[1]。
1.2測(cè)量過(guò)程
給具體事物(實(shí)體或系統(tǒng))賦值的過(guò)程被定義為測(cè)量過(guò)程[2]。也可以看作一個(gè)制造過(guò)程,這個(gè)過(guò)程的輸入有測(cè)量人員、設(shè)備、樣品、操作方法和測(cè)量環(huán)境,它產(chǎn)生數(shù)據(jù)作為輸出,如圖1所示。
1.3測(cè)量系統(tǒng)
是指用來(lái)對(duì)被測(cè)特性定量測(cè)量或定性評(píng)價(jià)的儀器或量具、標(biāo)準(zhǔn)、操作、方法、夾具、軟件、人員、環(huán)境和假設(shè)的集合;用來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果的整個(gè)過(guò)程[1]。測(cè)量系統(tǒng)可分為“計(jì)量型”、“計(jì)數(shù)型”、“破壞性”等類型。測(cè)量后能夠給出具體的測(cè)量數(shù)值的為計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析;只能定性的給出測(cè)量結(jié)果的為計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析;對(duì)一些樣本不可重復(fù)測(cè)量的計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng),可以進(jìn)行破壞型測(cè)量系統(tǒng)分析?!坝?jì)量型”測(cè)量系統(tǒng)分析通常包括“穩(wěn)定性”、“重復(fù)性”、“再現(xiàn)性”、“偏倚”及“線性”(五性)的分析、評(píng)價(jià)。在測(cè)量系統(tǒng)分析的實(shí)際應(yīng)用中,可同時(shí)進(jìn)行,也可選項(xiàng)進(jìn)行,根據(jù)具體應(yīng)用情況確定?!坝?jì)數(shù)型”測(cè)量系統(tǒng)分析通常利用假設(shè)性試驗(yàn)分析方法來(lái)進(jìn)行判定。
1.4重復(fù)性
是用一個(gè)評(píng)價(jià)人使用相同的測(cè)量?jī)x器對(duì)同一零件上的同一特性,進(jìn)行多次測(cè)量所得到的測(cè)量變差;它是設(shè)備本身的固有變差或能力。傳統(tǒng)上將重復(fù)性稱為“評(píng)價(jià)人內(nèi)部”的變異[1]。
1.5再現(xiàn)性
是指測(cè)量的系統(tǒng)之間或條件之間的平均值變差。傳統(tǒng)上將再現(xiàn)性稱為“評(píng)價(jià)人之間”的差異[1]。
1.6量具R&R或GRR
量具的R&R是結(jié)合了重復(fù)性和再現(xiàn)性變差的估計(jì)值。換句話說(shuō),GRR值等于系統(tǒng)內(nèi)部變差和系統(tǒng)之間變差的和[1]。即:σ2GRR=σ2再現(xiàn)性+σ2重復(fù)性(1)
1.7系統(tǒng)變差
測(cè)量系統(tǒng)變差可分為:能力:短期間的誤差,是由線性、均一性和再現(xiàn)性結(jié)合的誤差量;性能:所有變差來(lái)源于長(zhǎng)期的影響,是長(zhǎng)期讀數(shù)的變化量;不確定度:有關(guān)被測(cè)值的數(shù)值估計(jì)范圍,相信真值包括在此范圍內(nèi)[1]。
2測(cè)量系統(tǒng)分析的介紹
2.1測(cè)量系統(tǒng)變差
測(cè)量系統(tǒng)分析的目的之一是獲得測(cè)量系統(tǒng)與所處環(huán)境相互作用使其產(chǎn)生的測(cè)量變差的類型和結(jié)果的信息[1]。測(cè)量系統(tǒng)變差類型可分成五種類型:偏倚、重復(fù)性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性和線性,其中重復(fù)性、偏倚、穩(wěn)定性和線性屬于量具變差,再現(xiàn)性屬于操作員造成的變差。通常通過(guò)偏倚、線性及穩(wěn)定性來(lái)判斷測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,通過(guò)重復(fù)性和再現(xiàn)性來(lái)判斷測(cè)量系統(tǒng)的精確性(即其波動(dòng))。
2.2測(cè)量數(shù)據(jù)特性
測(cè)量系統(tǒng)分析是為了更好的發(fā)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)變差,從而通過(guò)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)變差的控制來(lái)滿足測(cè)量產(chǎn)品質(zhì)量特性的目的,也控制測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。測(cè)量數(shù)據(jù)顯現(xiàn)出的4種狀態(tài),如圖2所示。說(shuō)明:圖2(a)中測(cè)量數(shù)據(jù)分布雖較集中,但偏離中心較大,屬于精確但不準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù);圖2(b)中測(cè)量數(shù)據(jù)雖基本都在中心內(nèi),但數(shù)據(jù)分布較離散,屬于準(zhǔn)確但不精確數(shù)據(jù);圖2(c)中測(cè)量數(shù)據(jù)分布離散,且數(shù)據(jù)基本在中心外,屬于不準(zhǔn)確且不精確數(shù)據(jù);圖2(d)中測(cè)量數(shù)據(jù)分布集中,且均在中心內(nèi),屬于既準(zhǔn)確又精確數(shù)據(jù)。圖2(a)、(b)、(c)這3中測(cè)量數(shù)據(jù),是質(zhì)量"低"的測(cè)量數(shù)據(jù),圖2(d)的測(cè)量數(shù)據(jù),是質(zhì)量"高"的測(cè)量數(shù)據(jù),也是測(cè)量過(guò)程期望獲取的數(shù)據(jù)。
2.3測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA)方法分類
測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA)方法主要分為三類:計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析方法、計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析方法以及破環(huán)型測(cè)量系統(tǒng)分析方法。計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析方法主要分為兩類:位置分析、寬度分析。其中位置分析常用的有:偏倚分析、線性分析和穩(wěn)定性分析,寬度分析常用的有:重復(fù)性分析和再現(xiàn)性分析,如圖3所示。計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析方法包括:風(fēng)險(xiǎn)分析法、信號(hào)分析法以及數(shù)據(jù)解析分析法。對(duì)于計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng),主要采用風(fēng)險(xiǎn)分析法進(jìn)行研究。破壞性測(cè)量系統(tǒng)分析方法包括:偏倚分析、變異分析和穩(wěn)定性分析。在IC測(cè)試過(guò)程中,測(cè)試所得的測(cè)試參數(shù)數(shù)據(jù)通常為一連串的測(cè)試數(shù)據(jù),即計(jì)量型數(shù)據(jù),因此測(cè)量系統(tǒng)分析時(shí)通常采用計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析。以下介紹重復(fù)性和再現(xiàn)性分析在IC測(cè)試中的應(yīng)用,通過(guò)重復(fù)性和再現(xiàn)性分析評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)能力。
3重復(fù)性和再現(xiàn)性分析在IC測(cè)試中的應(yīng)用
3.1IC測(cè)試中評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)要求
IC測(cè)試過(guò)程中,評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)時(shí),需確認(rèn)三個(gè)基本問(wèn)題:
1)測(cè)量系統(tǒng)的分辨能力(在IC測(cè)試中主要指測(cè)試設(shè)備)是否滿足測(cè)試要求,即系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能能否滿足測(cè)試過(guò)程中所需實(shí)現(xiàn)的性能,這個(gè)是系統(tǒng)本身決定;
2)測(cè)量系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)是否在統(tǒng)計(jì)上保持一致,即測(cè)量系統(tǒng)是否經(jīng)過(guò)校驗(yàn),以確保測(cè)量系統(tǒng)狀態(tài)處于穩(wěn)定狀態(tài);
3)這些統(tǒng)計(jì)性能是否在預(yù)期范圍內(nèi)保持一致,并且用于過(guò)程分析或控制是否合格,即測(cè)量系統(tǒng)分析的結(jié)果是否在可接收范圍內(nèi)。測(cè)量系統(tǒng)分析在評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)中起到很重要的作用。在IC測(cè)試過(guò)程中,造成測(cè)量結(jié)果變差主要是由量具變差以及操作員造成的變差導(dǎo)致,而重復(fù)性分析是分析量具變差,再現(xiàn)性分析是分析操作員造成的變差。因此重復(fù)性和再現(xiàn)性在IC測(cè)試的測(cè)量系統(tǒng)分析中占重要的位置。
3.2重復(fù)性和再現(xiàn)性分析操作過(guò)程
1)測(cè)量樣品的選擇選定標(biāo)準(zhǔn)樣品,至少3只,并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行編號(hào),以便測(cè)量時(shí)數(shù)據(jù)能一一對(duì)應(yīng);
2)選取評(píng)價(jià)人選取若干名(至少2名)操作員作為評(píng)價(jià)人執(zhí)行研究,并指定為評(píng)價(jià)人A、B、C等,評(píng)價(jià)人最好為操作該測(cè)量設(shè)備的操作員,經(jīng)過(guò)測(cè)量設(shè)備的操作培訓(xùn),避免由于操作員引起很大的測(cè)量誤差;
3)測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)測(cè)量前需對(duì)被測(cè)量分析的設(shè)備進(jìn)行校正,使用標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)設(shè)備進(jìn)行校正,校正合格后可進(jìn)行測(cè)量;
4)每個(gè)評(píng)價(jià)人分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行重復(fù)測(cè)量(至少2次),并將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)采集表中,測(cè)量數(shù)據(jù)記錄時(shí)評(píng)價(jià)人、樣品編號(hào)應(yīng)一一對(duì)應(yīng);
5)重復(fù)性和再現(xiàn)性研究
(a)重復(fù)性研究
重復(fù)性是研究測(cè)量設(shè)備本身的波動(dòng),測(cè)量條件(如測(cè)量環(huán)境、測(cè)量地點(diǎn)、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品等)要盡可能統(tǒng)一。首先通過(guò)極差圖(R圖)分析測(cè)量過(guò)程是否受控,并通過(guò)R圖觀察評(píng)價(jià)人之間對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)量過(guò)程的一致性。若R圖上由數(shù)據(jù)出現(xiàn)失控現(xiàn)象,應(yīng)對(duì)每一個(gè)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)確認(rèn),若輸入數(shù)據(jù)正確,需分析失控原因并進(jìn)行針對(duì)性糾正,通常可采取三種糾正方式:忽略超出的點(diǎn);刪除超出的點(diǎn)以及評(píng)價(jià)人重新測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品。然后計(jì)算重復(fù)性。重復(fù)性計(jì)算公式:EV=R軏×K1(2)其中R軏重復(fù)測(cè)量同一零件的極差的平均值,K1根據(jù)重復(fù)測(cè)量次數(shù)選值。
(b)再現(xiàn)性研究
再現(xiàn)性是研究不同評(píng)價(jià)人在相同的測(cè)量條件(如測(cè)量環(huán)境、測(cè)量設(shè)備、測(cè)量地點(diǎn)等)下測(cè)量同一標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)產(chǎn)生的波動(dòng)。可通過(guò)每個(gè)評(píng)價(jià)人測(cè)量每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品的平均值進(jìn)行分析,通過(guò)均值控制圖觀察分析。首先計(jì)算出每位評(píng)價(jià)人測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品的總平均值,計(jì)算評(píng)價(jià)人之間的極差R0與標(biāo)準(zhǔn)差σ0,其中該標(biāo)準(zhǔn)差還包含了操作員重復(fù)測(cè)量引起的波動(dòng),因此需減去重復(fù)性部分,對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行修正,計(jì)算出的值即測(cè)量系統(tǒng)的再現(xiàn)性。再現(xiàn)性計(jì)算公式:AV=[R0d*2]-[(σe)2(nr)](3)
(c)標(biāo)準(zhǔn)樣品間的波動(dòng)
測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)樣品間總是存在差異的。首先計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)量總平均值的極差,然后計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)樣品間的波動(dòng)PV。PV計(jì)算公式:PV=RP×K3(4)其中RP為標(biāo)準(zhǔn)樣品極差,K3根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣品數(shù)量進(jìn)行選值。
(d)測(cè)量過(guò)程
總波動(dòng)測(cè)量過(guò)程輸出總波動(dòng)TV包括測(cè)量過(guò)程的實(shí)際波動(dòng)和測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)。TV公式:TV2=PV2+EV2+AV2(5)以上已獲得AV、EV以及PV的值,那么總波動(dòng)TV的值也可得出。
(e)測(cè)量系統(tǒng)能力的評(píng)價(jià)
通過(guò)已經(jīng)計(jì)算出的重復(fù)性EV和再現(xiàn)性AV,可以計(jì)算出測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)GRR。GRR計(jì)算公式:GRR=EV2+AV2(6)通過(guò)用測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)GRR與總波動(dòng)(TV)之比來(lái)度量,即計(jì)算%GRR值。%GRR計(jì)算公式:%GRR=100[GRR/TV](7)根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)能力判別準(zhǔn)則,對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)定,判別準(zhǔn)則具體為:%GRR<10%,表明測(cè)量系統(tǒng)能力很好,可正常使用;10%≤%GRR≤30%,依據(jù)設(shè)備的重要性、成本及維修費(fèi)用等因素,決定是否可使用或不可使用;%GRR>30%,說(shuō)明測(cè)量系統(tǒng)本身波動(dòng)很大,由該測(cè)量系統(tǒng)得出的數(shù)據(jù)是不可靠的,測(cè)量系統(tǒng)必須改進(jìn)。這時(shí),需通過(guò)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的各種波動(dòng)源,進(jìn)行研究,若重復(fù)性變差本身較小,則說(shuō)明問(wèn)題出現(xiàn)在再現(xiàn)性上,可通過(guò)對(duì)加強(qiáng)對(duì)評(píng)價(jià)人的培訓(xùn),對(duì)作業(yè)方法的優(yōu)化或提高評(píng)價(jià)人操作的一致性來(lái)減小評(píng)價(jià)人間的波動(dòng),若采取措施后仍不能滿足要求,或者重復(fù)性變差本身較再現(xiàn)性變差大很多,則需要將該設(shè)備停用做好標(biāo)識(shí),更換測(cè)量系統(tǒng)能力好的設(shè)備或采購(gòu)新的測(cè)量系統(tǒng)。
4應(yīng)用實(shí)例
使用測(cè)量設(shè)備對(duì)IC進(jìn)行測(cè)試,主要是將流片過(guò)程、封裝過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷產(chǎn)品挑選出來(lái),這些缺陷產(chǎn)品在測(cè)試時(shí)主要體現(xiàn)為測(cè)試參數(shù)超出規(guī)范界限,判定為產(chǎn)品失效。而一個(gè)產(chǎn)品的測(cè)試需測(cè)試的參數(shù)項(xiàng)很多,在對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析時(shí),需先確定出關(guān)鍵參數(shù)也就是對(duì)測(cè)試產(chǎn)品影響很大,客戶重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù))作為分析項(xiàng)目,如模擬電路測(cè)試中,部分產(chǎn)品在測(cè)試時(shí)一些參數(shù)需進(jìn)行燒熔絲測(cè)試,該些參數(shù)一旦經(jīng)過(guò)燒熔絲測(cè)試后,就不可逆,無(wú)法改變測(cè)試結(jié)果,若測(cè)量設(shè)備在測(cè)試該些參數(shù)出現(xiàn)偏差,參數(shù)測(cè)試均值的中心值偏移出允差范圍,直接會(huì)導(dǎo)致大量產(chǎn)品的失效、報(bào)廢。下面以某模擬電路測(cè)量設(shè)備為例,確定頻率參數(shù)FOSC為分析項(xiàng)目,參數(shù)單位為KHZ,對(duì)該分析項(xiàng)目進(jìn)行重復(fù)性和再現(xiàn)性數(shù)據(jù)采集,并進(jìn)行分析。采集的數(shù)據(jù)如表1所示。
(1)重復(fù)性分析和計(jì)算
根據(jù)采集的數(shù)據(jù),按照第4章中所述的重復(fù)性和再現(xiàn)性的研究方法,先得出極差圖(R圖),如圖4所示。從圖中可以看出測(cè)量過(guò)程處于受控狀態(tài),且3個(gè)評(píng)價(jià)人對(duì)樣品的測(cè)量都在受控狀態(tài),說(shuō)明3個(gè)人的測(cè)量操作較一致,體現(xiàn)了測(cè)量的重復(fù)性。并通過(guò)重復(fù)性公式計(jì)算出EV=0.0003。
(2)再現(xiàn)性分析和計(jì)算
將采集的數(shù)據(jù)按照樣品編號(hào),在圖中繪制出每個(gè)評(píng)價(jià)人對(duì)每個(gè)樣品測(cè)量的平均值,得出均值圖,如圖5所示。由于在測(cè)量時(shí)測(cè)量環(huán)境、測(cè)量條件以及測(cè)量設(shè)備均一致,因此可以通過(guò)不同評(píng)價(jià)人測(cè)量同一樣品的波動(dòng)來(lái)研究再現(xiàn)性,從均值圖中,可以看出3位評(píng)價(jià)人分別測(cè)量的10個(gè)樣品,每個(gè)樣品均值波動(dòng)最大的波動(dòng)為33HZ,該樣品FOSC參數(shù)的均值允許偏差為±500HZ,測(cè)量波動(dòng)大大小于參數(shù)的均值允差,說(shuō)明具有良好的再現(xiàn)性。并通過(guò)再現(xiàn)性計(jì)算公式,可計(jì)算AV=0.0005。
(3)測(cè)量設(shè)備能力分析
①通過(guò)圖5均值圖分析。通過(guò)對(duì)該樣品電路不同批次的測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,該樣品的均值圖中控制線以內(nèi)區(qū)域表示測(cè)量的敏感性。若圖中顯示的測(cè)量均值有一半以上(包括一半)落在控制線以外,則表明該測(cè)量系統(tǒng)適合進(jìn)行測(cè)試該IC電路。若落在控制線以外的測(cè)量均值小于一半,則表明該測(cè)量系統(tǒng)缺乏足夠的分辨力,不適合進(jìn)行該IC電路的測(cè)試。從圖中可以看出,3位評(píng)價(jià)人測(cè)試每個(gè)樣品的均值大部分都落在控制線以外,因此該測(cè)量設(shè)備有足夠的分辨力,有足夠能力測(cè)試該IC電路。②通過(guò)樣品鏈圖分析。將所有評(píng)價(jià)人測(cè)量每個(gè)樣品的數(shù)據(jù),畫在一張圖上,得到樣品鏈圖,如圖6所示。從圖上可以看出10個(gè)樣品不同評(píng)價(jià)人測(cè)量的變差非常小(在10HZ以內(nèi)),與該樣品所要求的FOSC參數(shù)允許偏差(±500HZ)相比,大大小于該參數(shù)允許偏差,說(shuō)明該測(cè)量設(shè)備能力非常號(hào),精度完全可以滿足測(cè)試產(chǎn)品的要求。
(4)測(cè)量系統(tǒng)能力評(píng)價(jià)
根據(jù)第4章中內(nèi)容計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)樣品間波動(dòng)PV=0.0078、測(cè)量過(guò)程總波動(dòng)TV=0.0078以及測(cè)量系統(tǒng)波動(dòng)GRR=0.0006,再通過(guò)用測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)(GRR)與測(cè)量過(guò)程總波動(dòng)(TV)之比即計(jì)算%GRR值,進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)能力的判別。本次分析的測(cè)量設(shè)備,計(jì)算出的%GRR=7.24%。根據(jù)判別規(guī)則%GRR<10%,表明測(cè)量系統(tǒng)能力很好,測(cè)量設(shè)備的變差和人員變差對(duì)產(chǎn)品測(cè)試影響較小,完全滿足產(chǎn)品測(cè)試要求。
5結(jié)束語(yǔ)
IC測(cè)試主要目的是辨別電路的好壞,將不能滿足要求的電路剔除。IC測(cè)試過(guò)程中測(cè)量設(shè)備和人員的變差會(huì)對(duì)辨別結(jié)果有很大的影響,通過(guò)對(duì)重復(fù)性和再現(xiàn)性的研究與分析可以監(jiān)控測(cè)量設(shè)備和人員變差,使之處于受控狀態(tài),從而保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確性。
摘 要:谷氨酸棒桿菌作為棒桿菌中的模式生物,擁有多條完整的芳香化合物代謝途徑,全基因組測(cè)序的完成為在谷氨酸棒桿菌中進(jìn)行代謝調(diào)控研究提供了良好的生物信息學(xué)平臺(tái);該菌包括基因敲除及互補(bǔ)在內(nèi)的遺傳操作系統(tǒng)非常成熟,是研究芳香化合物代謝調(diào)控機(jī)制的良好模型。該研究旨在利用棒桿菌等模式生物中的莽草酸合成及芳香化合物代謝相關(guān)元件進(jìn)行元件適配性研究,同時(shí)結(jié)合生物信息學(xué)、分子生物學(xué)及生物化學(xué)方法發(fā)掘其他微生物中這兩類元件,并對(duì)元件進(jìn)行表征、改造及標(biāo)準(zhǔn)化并建立元件庫(kù);選取高效能的功能元件拼接組裝為功能模塊,并在棒桿菌等底盤細(xì)胞中進(jìn)行檢測(cè)適配性,從而構(gòu)建出高效合成以莽草酸為代表性芳香化合物的人工細(xì)胞。到目前為止,研究工作完成了谷氨酸棒桿菌莽草酸合成途徑酶元件的鑒定,重點(diǎn)完成了谷棒DAHP合酶和分支酸異構(gòu)酶功能表征及元件間適配性關(guān)系,獲得大量潛在的莽草酸合成相關(guān)代謝元件;并對(duì)部分代謝元件進(jìn)行功能驗(yàn)證和表征;同時(shí)建立高效蛋白表達(dá)及酶活測(cè)定體系。鑒定了谷棒莽草酸途徑的7個(gè)酶以及分支酸異構(gòu)酶,完成了谷棒DAHP合酶、分支酸異構(gòu)酶、脫氫奎尼酸脫水酶以及莽草酸激酶功能表征,揭示了DAHP合酶和分支酸異構(gòu)酶相互作用機(jī)理和調(diào)控關(guān)系。獲得了3 549個(gè)莽草酸途徑相關(guān)基因序列,確定了516個(gè)合成目標(biāo)基因,完成了這些基因密碼子優(yōu)化和基因序列重新設(shè)計(jì),選取了37個(gè)脫氫奎尼酸脫水酶基因人工合成,構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)元件庫(kù),并表征了它們的酶促動(dòng)力學(xué)參數(shù)。構(gòu)建并驗(yàn)證了快速高通量的篩選―優(yōu)化―合成―表征莽草酸途徑元件庫(kù)的Pipeline。另外在調(diào)控元件庫(kù)構(gòu)建方面,構(gòu)建了包括RBS、Promoter、Terminator以及Insulator等4共226個(gè)元件的調(diào)控元件庫(kù),為莽草酸通路模塊的優(yōu)化和精細(xì)調(diào)控的奠定了基礎(chǔ)。 模塊的組裝和優(yōu)化方面,構(gòu)建了基于RiboJ Insulator的基因表達(dá)定量調(diào)控模型,合成了莽草酸本地途徑酶元件和調(diào)控元件元件進(jìn)行模塊組裝,并在底盤細(xì)胞谷氨酸棒桿菌中實(shí)現(xiàn)了表達(dá),對(duì)最優(yōu)配比進(jìn)行了初步篩選,將莽草酸產(chǎn)量提高了7倍。
關(guān)鍵詞:莽草酸 莽草酸途徑 谷氨酸棒桿菌 合成生物學(xué) 元件庫(kù)
Abstract: Corynebacterium glutamicum as a type strain has a number of complete metabolic pathways of aromatic compounds. The completion of whole genome sequencing provides a good bioinformatic platform for metabolic and regulatory study of cells. Besides, the genetic manipulation systems (including knockout and complementary systems) are very mature, which makes this strain a perfect model to study the metabolic and regulatory mechanisms of aromatic compounds.With techniques of bioinformatics, molecular biology and biochemistry, more devices with similar functions are explored from all other microorganisms. And device libraries are subsequently established after characterization, modification and standardization of these devices. High-performance functional devices are selected to assemble modules which are then transferred into chassis cells for suitability test. After optimization of the suitability, artificially synthesized cell can provide a much more efficient synthesis of shikimic acid -a representation of aromatic compounds- than the wild type strain do. So for, all enzymatic devices involved in shikimic acid synthetic pathway have been identified, and a lot of potential function devices that may related to shikimic acid synthesis have been achieved. In total, 3549 gene sequences that are relative to shikimate pathway are identified and 516 of them are verified to be target genes for shikimic acid synthesis. After codon optimization and sequence redesign, 37 dehydrogenation quinic acid dehydratase genes are selected to be synthesis chemically, and these synthetic devices are used for characterization of their enzymatic kinetic parameters. By then, a highly efficient pipeline for construction of device library with a high-throughput “Screening―Optimization―Synthesis―Characterization” process is built. In terms of regulatory devices, a library is constructed with 226 regulatory devices, including RBS, Promoter, Terminator and Insulator., which provide a steady foundation for optimization and accurate regulation of shikimic acid pathway modules. Based on a quantitative model named RiboJ Insulator for regulation of gene expression, the local enzymes in shikimic acid pathway are assembled with regulatory devices from the previous library in chassis cells Corynebacterium glutamicum. And the production of shikimic acid is increased by 7 times comparing with the wild type ones.
Key Words: Shikimic acid; Shikimic acid pathway; Corynebacterium glutamicum; Synthetic biology; Device library
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1 引言
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及信息系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于政府機(jī)關(guān)、軍事部門、商業(yè)企業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域,極大地改善了人們的生產(chǎn)條件和生活水平,深刻改變并持續(xù)地影響著人們對(duì)未來(lái)的認(rèn)識(shí)。與此同時(shí),非法訪問(wèn)、惡意攻擊、信息竊取、木馬病毒等各種針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)的攻擊手段層出不窮,給各行各業(yè)造成了巨大的損失。其中,由于軟件脆弱性原因而導(dǎo)致的重大安全事件屢見(jiàn)不鮮。軟件脆弱性是指在軟件的需求分析、設(shè)計(jì)、編碼和運(yùn)行期間存在的漏洞,利用該漏洞可能危害系統(tǒng)的安全。經(jīng)驗(yàn)證明,防止軟件脆弱性的最佳實(shí)踐就是在軟件的設(shè)計(jì)階段引入安全設(shè)計(jì),將安全特性應(yīng)用在軟件的每一個(gè)方面,而不是在事后作為補(bǔ)救措施來(lái)添加安全特性。
傳統(tǒng)意義上的軟件開發(fā)更關(guān)注軟件設(shè)計(jì)上是否滿足功能、性能和操作等業(yè)務(wù)需求,忽略甚至無(wú)視軟件的安全需求,從而導(dǎo)致軟件存在可以被攻擊者非法利用的安全隱患。因此,本文提出一種以安全模式為基礎(chǔ),通過(guò)擴(kuò)展統(tǒng)一建模語(yǔ)言支持安全測(cè)試的軟件設(shè)計(jì)方法。
2 相關(guān)概念
2.1 UML的擴(kuò)展機(jī)制
統(tǒng)一建模語(yǔ)言(Unified Modeling Language, UML)是一種通用的可視化建模語(yǔ)言,適用于軟件生命周期的各個(gè)階段。盡管UML已經(jīng)提供了豐富的建模元素和符號(hào),可滿足大多數(shù)情況下對(duì)軟件的建模需要,但缺少必要的對(duì)軟件進(jìn)行安全建模的要素。使用UML的profile應(yīng)用擴(kuò)展機(jī)制自定義安全特性要素可實(shí)現(xiàn)軟件安全特定領(lǐng)域建模。
2.2 安全模式
在信息安全領(lǐng)域公認(rèn)原則是,使用標(biāo)準(zhǔn)的、經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)間檢驗(yàn)的解決方案來(lái)保證軟件在其生命周期內(nèi)安全、有效和穩(wěn)定地運(yùn)行。安全模式描述了在特定場(chǎng)景下重復(fù)發(fā)生的問(wèn)題,并為這些問(wèn)題提供了經(jīng)過(guò)實(shí)踐被證明是安全的通用解決方案。
3 集成安全測(cè)試的軟件開發(fā)方法
開發(fā)人員在軟件設(shè)計(jì)階段就要時(shí)刻有安全觀念,考慮軟件安全需求,定義軟件安全目標(biāo),了解網(wǎng)絡(luò)常用攻擊技術(shù)、方法及應(yīng)對(duì)措施,對(duì)軟件面臨的安全威脅進(jìn)行建模,編寫滿足安全目標(biāo)的測(cè)試用例,引入安全模式進(jìn)行軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)并評(píng)審,及早發(fā)現(xiàn)安全問(wèn)題。
3.1 需求分析
一般情況下,在軟件需求分析階段,軟件設(shè)計(jì)人員最常見(jiàn)的一種錯(cuò)誤就是只注重軟件的業(yè)務(wù)需求,往往忽略了軟件的安全需求?!鞍踩能浖_發(fā)生命周期(SDL)”描繪了一種結(jié)構(gòu)化的方法,用以貫徹和實(shí)現(xiàn)軟件的安全開發(fā)。遵守SDL,安全問(wèn)題可以在軟件生命周期的早期得以評(píng)估和解決。
在軟件需求分析階段,除了功能、性能、操作等需求外,設(shè)計(jì)者還要考慮幾個(gè)問(wèn)題。
1) 安全需求和原則
在需求分析階段,設(shè)計(jì)者就必須考慮安全原則及規(guī)則,創(chuàng)建一份系統(tǒng)范圍的規(guī)范,編寫系統(tǒng)涉及到的安全需求。安全需求可能是明確的(包含在業(yè)務(wù)需求內(nèi)),也可能是模糊的、含混的甚至是沒(méi)有說(shuō)明的。OWASP(開放式Web應(yīng)用程序安全計(jì)劃組織)制定了一些安全標(biāo)準(zhǔn)和指南用以指導(dǎo)軟件設(shè)計(jì)者遵循安全設(shè)計(jì)原則來(lái)開發(fā)軟件。據(jù)此,設(shè)計(jì)者可以對(duì)軟件的安全性做出概要說(shuō)明,闡述軟件在所設(shè)計(jì)的運(yùn)行環(huán)境中面臨的安全威脅有哪些。
2) 安全目標(biāo)
安全目標(biāo)是指為使軟件在所設(shè)計(jì)的運(yùn)行環(huán)境中能夠有效運(yùn)行,防止、緩解外部攻擊對(duì)系統(tǒng)可能造成的危害而采取的措施和必須達(dá)到的要求。安全目標(biāo)的制定可以減少軟件的“特性蔓延”,防止添加不必要的特性而導(dǎo)致軟件脆弱性的出現(xiàn)。安全目標(biāo)與需求相關(guān)。對(duì)于明確的安全需求,
3) 威脅模型
威脅模型的基本觀點(diǎn)是,如果不對(duì)系統(tǒng)所面臨的威脅進(jìn)行評(píng)估,以及采取措施降低威脅風(fēng)險(xiǎn),那么就無(wú)法建立起安全的系統(tǒng)。威脅模型有助于設(shè)計(jì)者更好地理解所開發(fā)的系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)較高層次的設(shè)計(jì)問(wèn)題,判斷出系統(tǒng)最具風(fēng)險(xiǎn)的“安全關(guān)鍵點(diǎn)”,確定系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域和采取的技術(shù)手段。
4) 安全策略
為了防止、緩解威脅模型所描述的系統(tǒng)威脅,必須制定系統(tǒng)的安全策略,采用必要的安全技術(shù)和手段。安全模式描述了在特定場(chǎng)景下重復(fù)發(fā)生的問(wèn)題,并為這些問(wèn)題提供了經(jīng)過(guò)實(shí)踐被證明是安全的通用解決方案。以安全模式為基礎(chǔ),分析威脅模型所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,制定安全策略,可以建立安全的、有效地系統(tǒng)解決方案,防止使用臨時(shí)的、隨意的系統(tǒng)解決方案。
3.2 軟件設(shè)計(jì)
3.2.1 軟件功能形式化分解
從業(yè)務(wù)需求的角度出發(fā),軟件被劃分為多個(gè)功能,每個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)都是由單個(gè)或多個(gè)組件(模塊)來(lái)完成的。軟件功能形式化分解的任務(wù)是確定軟件中相對(duì)獨(dú)立功能的邊界或作用范圍。一般來(lái)說(shuō),軟件脆弱性的產(chǎn)生通常是由于對(duì)數(shù)據(jù)不正確的處理造成的,特別是當(dāng)數(shù)據(jù)從不可信任區(qū)域進(jìn)入可信任區(qū)域時(shí)。使用數(shù)據(jù)流圖(DFD,Data Flow Diagram)以數(shù)據(jù)為核心,對(duì)軟件功能進(jìn)行形式化分解,根據(jù)數(shù)據(jù)傳遞的方向和作用范圍,設(shè)定可信任區(qū)域和不可信任區(qū)域之間的邊界。
在圖2中,假設(shè)軟件功能A是由模塊1和模塊2共同完成,其中模塊2接收并儲(chǔ)存模塊1傳遞的數(shù)據(jù)。
3.2.2威脅建模
軟件功能形式化分解把軟件功能的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)分為可信任區(qū)域和不可信任區(qū)域。處于不可信任區(qū)域的組件(模塊)是威脅建模的設(shè)定目標(biāo),注重分析其運(yùn)行過(guò)程中可能面臨的安全威脅有哪些。本文使用STRIDE安全模型進(jìn)行分類:身份欺騙(Spoofing identity)、篡改數(shù)據(jù)(Tampering with data)、否認(rèn)(Repudiation)、信息泄露(Information disclosure)和拒絕服務(wù)(Denial of service)。經(jīng)分析,模塊1的安全威脅主要有身份欺騙(S)、篡改數(shù)據(jù)(T)和否認(rèn)(R)3類,模塊2無(wú)安全威脅。因此,模塊1是非可信任的,模塊2是可信任的。通過(guò)威脅建模,實(shí)現(xiàn)軟件某個(gè)獨(dú)立功能的內(nèi)部模塊被分為可信模塊和非可信模塊。
3.2.3 UML的安全測(cè)試擴(kuò)展
為使UML提供安全測(cè)試支持,滿足安全策略要求,本文把非可信模塊定義為一個(gè)類,利用UML的profile擴(kuò)展機(jī)制構(gòu)建如下構(gòu)造型:
“構(gòu)造型securityTest 繼承自Class”。
其語(yǔ)義是:它代表了系統(tǒng)中一個(gè)非可信模塊所面臨的安全威脅等信息。其中,安全需求來(lái)自于威脅建模形成的安全需求文檔;威脅模型說(shuō)明該模塊可能面臨的安全威脅;STRIDE對(duì)安全威脅進(jìn)行分類;安全模式是指為解除威脅在模塊實(shí)現(xiàn)時(shí)要采用的安全模式;安全測(cè)試用例描述攻擊者面對(duì)此類問(wèn)題通常采用的技術(shù)和手段;安全驗(yàn)證標(biāo)記用來(lái)標(biāo)識(shí)模塊是否已通過(guò)安全測(cè)試。
屬性:該構(gòu)造型的屬性信息如表1所示。
約束:(1)安全需求來(lái)自于威脅建模形成的安全需求文檔;(2)Stride限制為身份欺騙(S)、篡改數(shù)據(jù)(T),否認(rèn)(R)、信息泄露(I)、拒絕服務(wù)(D)和特權(quán)提升(E)6類,Stride是這6類的組合;(3)解除威脅的安全模式來(lái)自于安全模式庫(kù);(4)安全測(cè)試用例對(duì)應(yīng)于軟件測(cè)試中的安全測(cè)試用例文檔;(5)只有通過(guò)全部安全測(cè)試用例,安全驗(yàn)證標(biāo)識(shí)才可以設(shè)為True。
3.2.4 非可信模塊的安全測(cè)試
UML安全測(cè)試擴(kuò)展標(biāo)記了非可信模塊的安全需求和安全測(cè)試用例。對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō),首先要依據(jù)業(yè)務(wù)需求設(shè)計(jì)非可信模塊的概要類圖,確定類與類之間的關(guān)系。其次,根據(jù)安全需求從安全模式庫(kù)中檢索符合要求的安全模式,在概要類圖的上下文環(huán)境中選擇合適的安全模式應(yīng)用于模塊的實(shí)現(xiàn)。再次,把實(shí)現(xiàn)安全模式和數(shù)據(jù)處理的類標(biāo)記為安全關(guān)鍵類。
安全關(guān)鍵類是實(shí)現(xiàn)非可信模塊功能、抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊、緩解安全威脅的核心,具有十分重要的作用。傳統(tǒng)的單元測(cè)試側(cè)重于驗(yàn)證類提供的接口及其實(shí)現(xiàn)是否正確,缺少對(duì)類提供接口的安全測(cè)試。通過(guò)分解安全測(cè)試用例,將安全測(cè)試用例轉(zhuǎn)化為對(duì)安全關(guān)鍵類的單元安全測(cè)試。
只有在安全關(guān)鍵類完成單元安全測(cè)試后,才能對(duì)非可信模塊進(jìn)行安全測(cè)試,驗(yàn)證所采用的安全模式是否可以真正防止或緩解威脅模型中描述的安全威脅。如果采用的安全模式無(wú)法通過(guò)安全驗(yàn)證,需要重新選擇安全模式。
4 軟件安全設(shè)計(jì)方法
軟件安全工程從軟件開發(fā)生命周期的角度在軟件開發(fā)的每一個(gè)階段都考慮安全因素。如微軟的SDL定義了一系列的活動(dòng)來(lái)支持安全開發(fā),在設(shè)計(jì)階段主張遵循常見(jiàn)的安全設(shè)計(jì)原則,降低軟件受到的攻擊面。OWASP的CLASP方法在設(shè)計(jì)階段實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)分析和威脅建模,并且建議使用安全相關(guān)信息注解類圖。UMLSec擴(kuò)展的核心思想是為UML模型元素定義構(gòu)造型,與模型關(guān)聯(lián)時(shí),構(gòu)造型為這些模型元素增加安全相關(guān)信息。POAD方法提出構(gòu)建模式庫(kù),通過(guò)模式合成進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。
5 結(jié)束語(yǔ)
軟件安全問(wèn)題是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題,必須在軟件開發(fā)的每一個(gè)階段都予以重視。本文提出在軟件設(shè)計(jì)階段使用DFD以數(shù)據(jù)傳遞與處理為核心,將軟件功能進(jìn)行形式化分解,把功能內(nèi)部實(shí)現(xiàn)劃分為可信模塊和不可信模塊,采用安全模式解決不可信模塊面臨的安全威脅,設(shè)計(jì)模塊實(shí)現(xiàn)的安全關(guān)鍵類,分解安全測(cè)試用例,對(duì)安全關(guān)鍵類進(jìn)行安全單元測(cè)試,驗(yàn)證在非可信模塊實(shí)現(xiàn)時(shí)所采用的安全模式是否可以解除安全威脅,從而將軟件的安全測(cè)試提前到了設(shè)計(jì)的早期,減低了后期維護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)和成本。下一步的工作,需要深入研究不同領(lǐng)域軟件系統(tǒng)存在的典型安全問(wèn)題,設(shè)計(jì)具有通用性的單元安全測(cè)試方法和規(guī)范,并將該方法應(yīng)用到更多的軟件項(xiàng)目中。
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若在控制增穩(wěn)系統(tǒng)中增加一個(gè)離合器,在不使用機(jī)械部分的時(shí)候自動(dòng)斷開,這就是準(zhǔn)電傳操縱系統(tǒng)。把機(jī)械部分全部去掉,把全部權(quán)限交給控制增穩(wěn),這就是純電傳操縱系統(tǒng)。電傳操縱系統(tǒng)是一個(gè)全時(shí)間、全權(quán)限的飛行操縱系統(tǒng),它是把駕駛員的主操縱系統(tǒng)和飛行自動(dòng)控制系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起,形成一個(gè)包括駕駛員在內(nèi)的“人—機(jī)”控制系統(tǒng)。
2 電傳操縱系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)研究
2.1與傳統(tǒng)操縱系統(tǒng)在測(cè)試上的區(qū)別
在測(cè)試上,電傳操縱系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)主要存在如下區(qū)別:傳統(tǒng)操縱系統(tǒng)的測(cè)試重點(diǎn),主要是檢查系統(tǒng)的間歇,調(diào)整桿舵的傳動(dòng)比;對(duì)于帶自動(dòng)駕駛儀的傳統(tǒng)操縱系統(tǒng),還要檢要傳感器到舵面的傳動(dòng)比;電傳操縱系統(tǒng)一般不直接檢查傳動(dòng)比,而是檢查各傳感器傳給飛控計(jì)算機(jī)的精度,以及舵機(jī)執(zhí)行飛控計(jì)算機(jī)指令的精度;電傳操縱系統(tǒng)需進(jìn)行各種故障功能的檢查與測(cè)試;電傳操縱系統(tǒng)可以通過(guò)飛行測(cè)試接口,讀取(采集)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本思路
通過(guò)上述的分析,電傳操縱系統(tǒng)內(nèi)場(chǎng)集成試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路為:試驗(yàn)應(yīng)盡量覆蓋技術(shù)規(guī)范或通電技術(shù)條件中常溫下的技術(shù)要求;對(duì)影響被試成品的壽命的測(cè)試項(xiàng)目,在生產(chǎn)試驗(yàn)階段應(yīng)略去;試驗(yàn)驗(yàn)內(nèi)容的確定,應(yīng)兼顧生產(chǎn)進(jìn)度和設(shè)備投入;配備的試驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試系統(tǒng)的功能應(yīng)能覆蓋選定的測(cè)試科目。
2.3 電傳操縱系統(tǒng)內(nèi)場(chǎng)集成測(cè)試的重難點(diǎn)及主要困難
電傳操縱系統(tǒng)在內(nèi)場(chǎng)進(jìn)行集成測(cè)試時(shí),主要有以下幾個(gè)測(cè)試重難點(diǎn)。
2.3.1 系統(tǒng)余度管理測(cè)試。在余度管理的測(cè)試方法設(shè)計(jì)上,基本分為模塊測(cè)試與程序驗(yàn)證、程序測(cè)試、系統(tǒng)確定和飛行測(cè)試四個(gè)階段。對(duì)于在總裝裝機(jī)前階段的驗(yàn)證主要是在半實(shí)物半物理模擬試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行的系統(tǒng)確認(rèn)。在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中,測(cè)試路徑的選擇很重要,這就需要在進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)的過(guò)程中,有目的對(duì)盡可能多的邏輯通路組合進(jìn)行檢查。
2.3.2 控制律測(cè)試。電傳操縱系統(tǒng)的控制律直接關(guān)系到飛行安全。在內(nèi)場(chǎng)集成測(cè)試中,可通過(guò)FTI設(shè)備控制、監(jiān)控飛控計(jì)算機(jī)的運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)構(gòu)型定義、程序加載、存儲(chǔ)器驗(yàn)證、宏執(zhí)行、斷點(diǎn)定義等功能,完成對(duì)飛行控制計(jì)算機(jī)控制律的測(cè)試。這種測(cè)試方式的優(yōu)點(diǎn)在于可以靈活的選擇起飛、巡航、著陸各階段各狀態(tài)點(diǎn)的控制律測(cè)試,測(cè)試點(diǎn)的選擇可根據(jù)系統(tǒng)可靠性的提高逐步減少。
2.3.3系統(tǒng)配套不全時(shí)的測(cè)試。受生產(chǎn)條件影響,飛行控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)配套不全的狀態(tài),若待配套齊全后再進(jìn)行內(nèi)場(chǎng)集成測(cè)試,會(huì)嚴(yán)重影響飛機(jī)交付周期。針對(duì)此類實(shí)際問(wèn)題,提出以下解決方案:對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部的主要傳感器、作動(dòng)器和控制板等部件建立仿真模型,可靈活進(jìn)行實(shí)物與仿真模型的切換,以滿足缺件情況下的測(cè)試要求。同時(shí),多模型的構(gòu)建對(duì)于余度管理測(cè)試及故障地面復(fù)現(xiàn)提供了更便捷的試驗(yàn)條件。
2.3.4大部件成品的安裝。電傳飛控系統(tǒng)內(nèi)場(chǎng)集成測(cè)試環(huán)境中存在數(shù)量巨大的液壓管路和作動(dòng)器,因此在系統(tǒng)試驗(yàn)室建設(shè)時(shí)需考慮設(shè)計(jì)合理的工裝工具以提高安裝可靠性及工作效率。
3電傳飛控系統(tǒng)內(nèi)場(chǎng)集成測(cè)試環(huán)境的構(gòu)建
基于以上對(duì)電傳飛控系統(tǒng)的原理及測(cè)試技術(shù)的研究,若想構(gòu)建一套完備的測(cè)試平臺(tái),應(yīng)至少包含以下幾大部分。
3.1電傳系統(tǒng)綜合試驗(yàn)器。為整個(gè)系統(tǒng)提供供電、配套的硬件平臺(tái),提供狀態(tài)指示和告警裝置,提供人機(jī)交互接口,可完成飛行控制系統(tǒng)的開、閉環(huán)試驗(yàn),可對(duì)輸入輸出飛控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的信號(hào)設(shè)置斷連點(diǎn)和檢測(cè)端;顯示飛行控制系統(tǒng)得各種工作狀態(tài)、故障狀態(tài);飛行控制系統(tǒng)設(shè)置激勵(lì)注入和反饋采集端。
3.2綜合飛行測(cè)試系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備與電傳飛行控制計(jì)算機(jī)的通訊,獲取電傳飛行控制系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各信號(hào)的狀態(tài),以及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)等,按照電傳飛行控制系統(tǒng)參數(shù)、狀態(tài)的定義,對(duì)上述狀態(tài)信息和參數(shù)進(jìn)行解析。
3.3仿真和監(jiān)控設(shè)備??商峁└黝悅鞲衅骱蜋z測(cè)裝置仿真、航電系統(tǒng)信號(hào)仿真、非航電系統(tǒng)信號(hào)仿真等各種仿真信號(hào),實(shí)現(xiàn)與飛行控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸與通訊;監(jiān)控并測(cè)試飛行控制系統(tǒng)內(nèi)部及與其他分系統(tǒng)之間的各種通訊信號(hào)的正確性。
3.4飛行控制系統(tǒng)操縱裝置。飛行控制系統(tǒng)操縱裝置采用虛擬仿真或物理模擬的形式,實(shí)現(xiàn)操縱系統(tǒng)的仿真,為電傳飛行控制系統(tǒng)提供指令輸入。
3.5飛行控制系統(tǒng)測(cè)試激勵(lì)設(shè)備。可對(duì)飛行控制系統(tǒng)提供信號(hào)源,并為加速度計(jì)、速率陀螺等提供激勵(lì)輸入。
3.6故障注入單元??蓪?shí)現(xiàn)飛行控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、傳感器、作動(dòng)器等成品的故障模擬和注入,檢查飛行控制系統(tǒng)的故障報(bào)警功能。
3.7飛行仿真系統(tǒng)。在飛行仿真系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下,可完成飛機(jī)相關(guān)狀態(tài)的仿真,形成完整的飛機(jī)閉環(huán)環(huán)境。
3.8地面電源系統(tǒng)
3.9地面液壓系統(tǒng)
結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)電傳操縱系統(tǒng)的內(nèi)場(chǎng)集成測(cè)試提出了一些思路與想法,具體實(shí)施測(cè)試環(huán)境設(shè)計(jì)與建設(shè)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,如可根據(jù)實(shí)際參加集成試驗(yàn)的試驗(yàn)件種類增減仿真監(jiān)控設(shè)備的種類和數(shù)量等,希望可供實(shí)際工作參考。
參考文獻(xiàn)
隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展,我國(guó)電力建設(shè)經(jīng)歷了大輸電的投資高峰期,對(duì)于220kV及以上電壓等級(jí)的輸電網(wǎng)進(jìn)行了全面的提升和完善,目前輸電投資已經(jīng)逐步回落,在GDP增速和用電彈性雙重下滑的大背景下,短期無(wú)法出現(xiàn)較大的需求增量。而隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加速,未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展將進(jìn)入結(jié)構(gòu)性建設(shè)階段,110kV及以下的配網(wǎng)將成為新的投資重點(diǎn),配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)是配網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中的重要內(nèi)容之一,而配電網(wǎng)的測(cè)試環(huán)節(jié)目前還處于摸索階段。
配電自動(dòng)化(DA)是一項(xiàng)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)監(jiān)視\控制的自動(dòng)化管理,其目的是提高電網(wǎng)供電可靠性,改進(jìn)電能質(zhì)量,向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù),降低運(yùn)行費(fèi)用,減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
本文通過(guò)介紹國(guó)內(nèi)外配網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展概況,進(jìn)一步通過(guò)探討國(guó)內(nèi)外配網(wǎng)實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)建設(shè)的狀況,提出基于RTDS的配網(wǎng)集成測(cè)試平臺(tái)建設(shè)的方案。
1 國(guó)內(nèi)外配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 國(guó)外配網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外自20世紀(jì)70年代起進(jìn)行了配電自動(dòng)化技術(shù)的研究與應(yīng)用,歸納起來(lái),大致可以分為三個(gè)階段。第一階段:基于自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備相互配合的饋線自動(dòng)化系統(tǒng),其主要設(shè)備為重合器和分段器,不需要建設(shè)通訊網(wǎng)站和配電主站,系統(tǒng)在故障時(shí)通過(guò)自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備相互配合實(shí)現(xiàn)故障隔離和健全段恢復(fù)供電。第二階段:隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的發(fā)展,一種基于饋線監(jiān)控終端、通訊網(wǎng)絡(luò)和配電主站的實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生,在配網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運(yùn)行狀況和遙控改變運(yùn)行方式的作用,故障時(shí)能及時(shí)察覺(jué),并由調(diào)度通過(guò)遙控開關(guān)隔離故障區(qū)段和恢復(fù)健全段供電。第三階段:隨著負(fù)荷密集區(qū)配電網(wǎng)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)化程度的快速發(fā)展,僅憑借調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)調(diào)度配電網(wǎng)越來(lái)越困難;同時(shí),為加快配電網(wǎng)故障的判斷和搶修處理,進(jìn)一步提高供電可靠性和客戶滿意度,一種集實(shí)時(shí)應(yīng)用和生產(chǎn)管理于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位,它覆蓋了整個(gè)配電網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行、生產(chǎn)的全過(guò)程,還支持客戶服務(wù)。系統(tǒng)結(jié)合了配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、配電網(wǎng)GIS應(yīng)用系統(tǒng)、配電生產(chǎn)管理系統(tǒng)等,且與營(yíng)銷管理系統(tǒng)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)配電合用電的綜合應(yīng)用功能。
以上三個(gè)階段的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)目前在國(guó)外依然存在。其中,日本、韓國(guó)側(cè)重全面的饋線自動(dòng)化,而歐美的配網(wǎng)自動(dòng)化除了在一些重點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)饋線自動(dòng)化之外,在配電主站具有較多的高級(jí)應(yīng)用和管理功能。
1.2 配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)研究起步于上世紀(jì)90年代,期間進(jìn)行了一些試點(diǎn)性項(xiàng)目:如1996年在上海金騰工業(yè)區(qū)建成基于全電纜線路的饋線自動(dòng)化系統(tǒng),是國(guó)內(nèi)第一套投入實(shí)際運(yùn)行的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。2003年杭州、寧波配網(wǎng)自動(dòng)化項(xiàng)目對(duì)我國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)具有良好的示范意義。但過(guò)去幾年來(lái),配電自動(dòng)化在我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)中仍然處于比較薄弱環(huán)節(jié),配電網(wǎng)供電可靠性與發(fā)達(dá)地區(qū)先進(jìn)水平存在較大的差距。配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)在大多數(shù)城市僅僅局限于試點(diǎn),覆蓋率約為試點(diǎn)城市的1/5-1/4,甚至更少。而在國(guó)外如日本,配電自動(dòng)化的覆蓋率高達(dá)80%的水平。因此在配電自動(dòng)化方面,我國(guó)有廣闊的提升空間和發(fā)展前景,我們要借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn),根據(jù)我國(guó)配網(wǎng)的實(shí)際情況,制定有效的配電自動(dòng)化制度規(guī)范,不斷摸索,不斷提高,不斷發(fā)展,最終實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的建設(shè)目標(biāo)。
2 國(guó)內(nèi)外配網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)現(xiàn)狀
2.1 國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)主要集中在配電設(shè)備的檢測(cè)階段,典型結(jié)構(gòu)如北京電科院配網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),其主要研究范圍包括配電終端性能功能檢測(cè)、EMC檢測(cè)、電能質(zhì)量檢測(cè)等。由于其以單臺(tái)配電終端檢測(cè)和配電自動(dòng)化演示為主,缺少整體系統(tǒng)功能性試驗(yàn),無(wú)法對(duì)各種典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和檢測(cè),因此相類似的配網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室未形成針對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的完全檢測(cè)能力。而以西安電科院配網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室為代表的平臺(tái)建設(shè)其主要實(shí)現(xiàn)功能包括配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)模擬、配電自動(dòng)化終端及檢測(cè)設(shè)備展示、配電自動(dòng)化動(dòng)作過(guò)程演示、采用RTDS仿真模擬配網(wǎng)系統(tǒng)等。但是該實(shí)驗(yàn)室缺少針對(duì)通信系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等的檢測(cè),以及針對(duì)設(shè)備性能高低溫、EMC等試驗(yàn),未能將靜模試驗(yàn)與動(dòng)模試驗(yàn)相結(jié)合,仍未形成完全的配電自動(dòng)化檢測(cè)能力。
配網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室主體結(jié)構(gòu)包括10KVA自動(dòng)調(diào)壓器,PT、CT、變換器、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)模轉(zhuǎn)換卡系統(tǒng)應(yīng)用軟件等。實(shí)驗(yàn)室可以實(shí)現(xiàn)的功能包括故障定位識(shí)別、饋線重構(gòu)和無(wú)功補(bǔ)償/電壓控制三大功能。系統(tǒng)構(gòu)建典型的三相配電系統(tǒng)單線圖如圖1所示。
2.2 國(guó)外配電自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)狀況
對(duì)應(yīng)著配網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展與研究,國(guó)外配網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)開展得也比較早。美國(guó)德雷克賽爾大學(xué)可重構(gòu)配電自動(dòng)化與控制實(shí)驗(yàn)室建于21世紀(jì)初,其整體結(jié)構(gòu)與裝置如圖2所示,由4個(gè)完全相同的配電站組成,電源可提供三相交流208V和120V直流電壓,并帶有三相自耦變壓器(變比為1:1),自耦變壓器是起到隔離作用,以防止電力和測(cè)量設(shè)備的涌入電流,并設(shè)置了一個(gè)30A的三相斷路器。ZIP負(fù)荷由多種負(fù)載組成,其包括獨(dú)立的恒值阻抗,恒定電流和恒定功率負(fù)載。它們可以通過(guò)平衡/非平衡的方式進(jìn)行連接。數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)安裝在計(jì)算機(jī)上用來(lái)采集相關(guān)數(shù)據(jù),獲取到的數(shù)據(jù)將通過(guò)以太網(wǎng)在遠(yuǎn)程測(cè)控終端系統(tǒng)(RTU)和主站之間進(jìn)行傳輸。
該實(shí)驗(yàn)室除能進(jìn)行常規(guī)的配網(wǎng)實(shí)驗(yàn)外,還可以實(shí)現(xiàn)多相輻射網(wǎng)潮流實(shí)驗(yàn)以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)等,具有比較全面的配網(wǎng)設(shè)備與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的功能。
芬蘭坦佩雷理工大學(xué)的現(xiàn)代化配電自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室建于上世紀(jì)末,由主變電站和控制中心兩層主體結(jié)構(gòu)構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)的主要功能有故障模擬、定位與雷暴預(yù)警等。
日本的智能配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建于2011年,主要用于現(xiàn)代住宅配電系統(tǒng)研究。該實(shí)驗(yàn)室包括一個(gè)連接到10kW的功率放大器上。該功率放大器又連接到硬件在環(huán)(power-HIL)中的eMEGAsim電力系統(tǒng)仿真器。如圖3所示。住宅中配有各種家用電器和其它設(shè)備。這些設(shè)備包括燃料電池,光伏系統(tǒng)和其它正在考慮的將用在未來(lái)住房中的設(shè)備。這些住宅將會(huì)被整合成一個(gè)現(xiàn)代化的微電網(wǎng)。微電網(wǎng)每一用戶可以向電網(wǎng)中反送電能。
微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室將能夠分析電網(wǎng)和住宅設(shè)備之間的相互作用,通過(guò)把住戶電流注入到由eMEGAsim實(shí)時(shí)仿真器所模擬的饋線回路中去,反過(guò)來(lái)模擬饋線回路又可以通過(guò)電力硬件在環(huán)(power-HIL)連接將饋線電壓返送給住戶。
3 配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成測(cè)試方案研究
3.1 配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試方案基礎(chǔ)
綜上所述,配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)無(wú)論在工程實(shí)踐當(dāng)中,還是在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化研究都在積極地開展與進(jìn)行中。盡管如此,各配網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室基本基于各終端設(shè)備或配網(wǎng)系統(tǒng)的某些功能而進(jìn)行的平臺(tái)建設(shè),缺乏配網(wǎng)全體的觀念和系統(tǒng)測(cè)試的思想。而依托最新的RTDS實(shí)時(shí)系統(tǒng)作為仿真平臺(tái),結(jié)合實(shí)際配電自動(dòng)化的主站、通信、測(cè)控終端,建設(shè)成一套模式靈活,技術(shù)先進(jìn)的配電自動(dòng)化測(cè)試仿真實(shí)驗(yàn)室,可以使其處于國(guó)內(nèi)國(guó)際領(lǐng)先水平。實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)基本目標(biāo)如下:
(1)基于RTDS的配網(wǎng)仿真系統(tǒng)可以模擬任意規(guī)模、任意復(fù)雜程度的配網(wǎng)架構(gòu),避免了傳統(tǒng)物理動(dòng)模規(guī)模小,運(yùn)行方式不夠靈活的缺點(diǎn)。
(2)本實(shí)驗(yàn)室的架構(gòu)可以針對(duì)各種不同廠家、不同類型的配網(wǎng)終端進(jìn)行入網(wǎng)測(cè)試,并對(duì)相關(guān)裝置接入實(shí)際配網(wǎng)后的特性進(jìn)行仿真測(cè)試,彌補(bǔ)現(xiàn)有配網(wǎng)自動(dòng)化終端只能進(jìn)行單獨(dú)性能測(cè)試的不足。
(3)基于本實(shí)驗(yàn)室可以在真實(shí)的主站系統(tǒng)進(jìn)行高級(jí)功能的開發(fā),并將該高級(jí)功能直接應(yīng)用于真實(shí)配網(wǎng)環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證,保證了該平臺(tái)具有較高水平的研究性。
3.2 方案整體結(jié)構(gòu)
配網(wǎng)集成測(cè)試平臺(tái)以主站系統(tǒng)和數(shù)字仿真系統(tǒng)為主體,其中主站系統(tǒng)是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的控制中心和監(jiān)測(cè)中心,而數(shù)字仿真系統(tǒng)主要進(jìn)行模擬建模和仿真測(cè)試,兩大系統(tǒng)通過(guò)電壓電流、開入開出等信號(hào)量進(jìn)行相互交互,從而實(shí)現(xiàn)了兩大系統(tǒng)的無(wú)縫銜接,實(shí)現(xiàn)多種功能、多種用途、多種形式的配電自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)任務(wù)。平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體功能主要包括:
(1)可利用計(jì)算機(jī)RSCAD軟件搭建配網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu),模擬各種復(fù)雜的運(yùn)行工況,并通過(guò)二次電壓電流實(shí)時(shí)反映出系統(tǒng)的狀態(tài),能夠模擬配網(wǎng)多種故障狀況,能夠幫助規(guī)劃配網(wǎng)結(jié)構(gòu)、了解配網(wǎng)潮流走向等等。
(2)系統(tǒng)可通過(guò)功率放大器實(shí)時(shí)輸出二次電壓電流,可以對(duì)FTU、DTU等配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備終端進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè),驗(yàn)證其現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中的性能和質(zhì)量。
(3)系統(tǒng)可模擬配置保護(hù)系統(tǒng),真實(shí)反映配網(wǎng)故障狀態(tài)下保護(hù)裝置的動(dòng)作情況,研究配電自動(dòng)化與保護(hù)之間的聯(lián)系和配合。
4 結(jié)論
目前國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室數(shù)量較少、功能單一、性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)目前配電自動(dòng)化的發(fā)展水平,在深入調(diào)研國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化應(yīng)用現(xiàn)狀及配電自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平基礎(chǔ)上,提出了以RTDS實(shí)時(shí)仿真為基礎(chǔ)、結(jié)合實(shí)際配電自動(dòng)化的主站、通信、終端,建設(shè)成一套模式靈活,技術(shù)先進(jìn)的配電自動(dòng)化測(cè)試仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方案。該系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)包括:
(1)基于RTDS的配網(wǎng)仿真系統(tǒng)可以模擬任意規(guī)模、任意復(fù)雜程度的配網(wǎng)架構(gòu),避免了傳統(tǒng)物理動(dòng)模規(guī)模小,運(yùn)行方式不夠靈活的缺點(diǎn)。
(2)本實(shí)驗(yàn)室的架構(gòu)可以針對(duì)各種不同廠家、不同類型的配網(wǎng)終端進(jìn)行入網(wǎng)測(cè)試,并對(duì)相關(guān)裝置接入實(shí)際配網(wǎng)后的特性進(jìn)行仿真測(cè)試,彌補(bǔ)現(xiàn)有配網(wǎng)自動(dòng)化終端只能進(jìn)行單獨(dú)性能測(cè)試的不足。
(3)基于本實(shí)驗(yàn)室可以在真實(shí)的主站系統(tǒng)進(jìn)行高級(jí)功能的開發(fā),并將該高級(jí)功能直接應(yīng)用于真實(shí)配網(wǎng)環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證,保證了該平臺(tái)具有較高水平的研究性等。因此,基于RTDS系統(tǒng)的配電網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)對(duì)于配電網(wǎng)系統(tǒng)以及配網(wǎng)設(shè)備各功能以及各種通訊方式等方面研究都有重要意義。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介
陸?。?986-),男,上海市人。碩士研究生學(xué)歷。現(xiàn)在供職于國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院。研究方向?yàn)榕潆娮詣?dòng)化技術(shù)。
陳冉(1983-),男,江蘇省南京市人。博士研究生學(xué)歷?,F(xiàn)在供職于上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院。研究方向?yàn)榕潆娮詣?dòng)化、配電網(wǎng)規(guī)劃等。