3. FAT测试计划与测试用例设计
FAT测试计划不是把供应商的出厂检验单换个封面，而是把装备的功能分解、风险分析和验收指标，转化为一组可执行、可判定、可追溯的测试活动。测试计划回答“测什么、为什么测、按什么顺序测、用什么判据”；测试用例回答“具体怎么操作、输入什么、观察什么、记录什么、什么算通过”。两者缺一不可：只有计划没有用例，现场执行会变成凭经验拍脑袋；只有用例没有计划，测试会陷入细节而遗漏高风险项。
从功能分解到测试项：建立可追溯的覆盖骨架
测试计划的起点是装备功能分解结构（FBS）。以一台典型的高端自动化装配装备为例，顶层功能可分解为：上料与定位、视觉识别与对位、精密压装、过程力/位移监控、下料与分选、安全防护、通信与数据接口。每个功能再向下分解到可观测的部件或信号，例如“精密压装”可分解为伺服压机、力传感器、位移编码器、压装程序、压装结果判定。
分解完成后，为每个末级功能标注三类信息：验收指标（如压装力重复精度±1.5%FS、节拍≤12s/件）、风险等级（依据FMEA的严重度S、频度O、探测度D计算RPN）、测试类型（功能、性能、接口、安全、环境适应性）。风险等级决定测试深度：RPN≥100的项必须设计专项用例并做边界与异常注入；RPN在50～99之间的项做常规功能与性能验证；RPN＜50的项可合并到综合运行测试中覆盖。
测试用例的五要素与设计方法
一条可执行的FAT测试用例至少包含五个要素：前置条件（装备状态、工装夹具、物料、环境温度、供电与气源）、操作步骤（可复现的动作序列）、输入参数（设定值、物料批次、程序号）、观测项（仪表读数、HMI显示、日志、物理结果）、通过判据（数值范围、时间窗口、重复次数、允许偏差）。
用例设计方法按测试类型区分。功能测试用等价类划分与边界值：例如压装程序号选择，有效范围1～20，则取1、20、0、21四个点。性能测试用阶梯加载与重复测量：节拍测试连续运行30件，去掉前3件热机，取后27件的平均值与最大值。接口测试用正常报文、边界报文、异常报文三类：正常报文验证数据映射，边界报文验证量程端点，异常报文验证超时、校验错、断线后的状态迁移。安全测试用故障注入：人为触发急停、打开安全门、遮挡光幕，验证动力切断时间与HMI报警。环境适应性测试用受控偏差：在15℃、25℃、35℃三个温度点各运行10件，观察定位精度与力控稳定性。
测试顺序与阶段划分
FAT现场时间有限，测试顺序应遵循“先静态后动态、先单机后联机、先正常后异常、先安全后性能”的原则。建议划分为四个阶段：
- 静态检查：核对铭牌、接线、气路、安全标识、软件版本、参数备份，确认与设计文件一致。
- 单功能验证：逐项验证上料、定位、压装、下料等独立功能，使用手动模式或单步模式，记录原始数据。
- 接口与联机测试：验证PLC与上位机、MES、视觉系统的通信，检查数据帧、心跳、报警上传与配方下发。
- 综合性能与安全测试：连续运行、节拍统计、精度复测、安全功能触发、异常恢复，最后形成FAT报告。
每个阶段设置明确的入口条件与出口判据。例如进入综合性能测试前，单功能验证必须全部通过且无未关闭的A类问题；安全测试必须在性能测试之前完成，避免高速运行中暴露安全风险。
示例：精密压装工位测试用例片段
以下给出一条可直接参考的测试用例示例，参数为教学假设值，实际项目应按装备规格书替换。
用例编号：FAT-PR-007
测试对象：精密压装工位（伺服压机+力传感器+位移编码器）
测试类型：性能+功能
前置条件：环境温度25±3℃，气源0.6MPa，压装程序号P03，物料批次B2401，传感器校准有效期内的校准系数已载入
操作步骤：
1. 在HMI选择P03，设定目标力8.00kN，目标位移5.20mm，保压时间0.5s
2. 放入标准试件，启动自动循环，连续运行30件
3. 每件记录峰值力、到位位移、压装时间、判定结果
4. 第31件人为将试件厚度增加0.15mm，观察力-位移曲线与报警
观测项：峰值力、到位位移、压装时间、曲线拐点、报警代码
通过判据：
- 峰值力重复精度：后27件标准差≤1.5%FS，且均值在7.88～8.12kN
- 到位位移：5.20±0.05mm
- 压装时间：≤1.8s/件
- 异常件：触发“力超上限”报警，压头回程，HMI显示红色报警，MES记录NG
记录方式：原始曲线CSV、HMI截图、报警日志、操作者与日期
这条用例的价值在于：判据是数值化的，操作是可复现的，异常注入有明确预期。现场执行时，若峰值力标准差为1.9%FS，则判不通过，需排查传感器漂移、伺服增益、试件一致性或程序参数，而不是“再跑几件看看”。
测试计划与用例的评审要点
计划与用例完成后，应组织供应商、工艺、质量、安全四方评审。评审重点不是文档格式，而是四个问题：高风险项是否都有专项用例；判据是否来自规格书或双方确认的验收标准；测试顺序是否与现场物流、安全条件匹配；异常路径是否覆盖了断料、卡料、通信中断、急停、超差等真实场景。评审输出应形成问题清单并闭环，未关闭的问题不得进入FAT执行阶段。
把上述结构落到项目上，测试计划通常以可追溯性矩阵为核心，用例以编号体系管理，例如FAT-FN-xxx表示功能用例、FAT-PR-xxx表示性能用例、FAT-IF-xxx表示接口用例、FAT-SF-xxx表示安全用例、FAT-EN-xxx表示环境用例。每个用例执行后记录实际值、判定结果、执行人和时间戳，未通过项进入问题清单并关联到具体用例编号。这样，FAT结束时不仅能给出“通过/不通过”的结论，还能说清楚每个结论对应哪条判据、哪组数据、哪个风险项，为后续SAT和量产导入留下可追溯的证据链。