industrial-testcase-generator

面向工业自动化监控系统（PLC/SCADA/HMI 应用层）领域的标准化测试用例生成技能。 当用户提到以下内容时触发：工业测试、PLC、SCADA、HMI 人机界面、 Modbus/OPC UA/Profinet 协议、数据采集、变频器/伺服/传感器、 报警系统、冗余/热备、工业网络安全 IEC 62443、功能安全 IEC 61508、 工业设备测试、产线测试、设备监控、远程运维等需求的测试用例生成。 输入需求文档（Markdown/PDF/Word/Excel）或需求描述，输出按工业模块分组的、 带优先级着色与模块分隔行的结构化 Excel 测试用例文件。 不适用于：车载/机器人/视觉领域（请使用对应领域技能）、自动化测试脚本生成、测试执行。

工业测试用例生成器（Industrial Test Case Generator）

定位: 面向工业自动化监控系统（PLC/SCADA/HMI 应用层）领域，从需求输出标准化、可追溯、可直接导入用例管理平台的 Excel 测试用例。 独立性声明: 本技能为工业领域专用，不引用其他领域技能；模块前缀、质量属性、设计方法均为工业化定义。

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第一步：判断输入模式

在开始任何阶段之前，先判断输入规模：

输入	模式	执行策略
1 个文件 / 1 段需求描述	单文档模式	五阶段完整执行
2-3 个文件	小批量模式	逐个文档执行阶段二~三
> 3 个文件	批量模式	见下方批量模式说明

批量模式执行策略

text

输入：N个需求文档（N > 3）
         │
         ▼
阶段一：一次性扫全部文档 → 生成全局工业模块图（含设备/变量/点位依赖）
         │
         ▼
阶段二~三：逐个文档执行（每个文档重复以下循环）
  ┌──────────────────────────────────────┐
  │  文档i：阶段二（需求提取）           │
  │       → 阶段三（设计+生成用例）       │
  │       → 暂存本模块用例               │
  └──────────────────────────────────────┘
         │
         ▼
阶段四：合并全部文档结果 → Excel（按模块分组，分隔行）

关键约束（防止 token 稀释）：

• 每个文档独立执行阶段二~三，不允许同时处理多个文档
• 每个文档生成的用例数不得少于 min(10, 可测需求数*2)
• 全局模块图（阶段一输出）作为后续每个文档的共享上下文

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阶段一：工业模块识别与分层

由 AI 执行，无需脚本。

1.1 模块识别

扫描文档，识别涉及的工业功能模块。以子系统/软件层级粒度划分（控制层/监控层），参考下方前缀表命名，并在文档出现新模块时补充到模块图中。每个模块记录：

• 模块名称 — 如「PLC 控制逻辑」「SCADA 监控」「报警管理」
• 核心功能 — 该模块承担的功能清单
• 关键变量/点位 — 寄存器地址、变量名、Tag、I/O 点位
• 状态流转 — 运行/停止/故障/维护/冗余切换
• 模块间交互 — 与其他模块的数据流/指令依赖

1.2 工业模块前缀表（编号规则）

模块	前缀	示例
PLC 控制逻辑	LOGIC	TC-LOGIC-001
HMI 人机界面	HMI	TC-HMI-001
SCADA 监控	SCADA	TC-SCADA-001
数据采集 DAQ	DAQ	TC-DAQ-001
通信/协议	COMM	TC-COMM-001
报警/告警管理	ALM	TC-ALM-001
设备管理	DEV	TC-DEV-001
用户权限/安全	AUTH	TC-AUTH-001
冗余/热备	REDUN	TC-REDUN-001
历史数据/趋势	HIST	TC-HIST-001

新模块出现时，按 模块名英文缩写（≤5位大写字母） 规则自建前缀，保持全局唯一。

1.3 业务分层与最少用例数

层级	定义	测试深度
核心层	无此模块产线不可运行（控制逻辑、报警、冗余）	穷尽各种场景（≥7条）
重要层	影响生产/运维效率（SCADA、通信）	主流程+关键异常（≥5条）
辅助层	锦上添花（报表美化、主题）	仅主流程（≥3条）
基础层	通用能力（日志、参数配置）	基本功能验证（≥2条）

安全相关（急停回路、安全联锁）与核心控制逻辑一律按核心层处理，且必须包含故障注入与降级用例。

1.4 输出格式

json

{
  "模块": [{
    "名称": "PLC 控制逻辑", "层级": "核心层", "前缀": "LOGIC",
    "核心功能": ["启停控制", "顺序控制"],
    "关键变量/点位": ["M0.0 启动", "Q0.1 电机", "I0.2 急停"],
    "状态流转": ["停止→运行→故障→复位→停止"],
    "关联模块": ["HMI", "SCADA", "报警管理"],
    "最少用例数": 8
  }]
}

批量模式下，所有文档的模块合并到一个 phase1_modules.json，标注 源文件 字段。

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阶段二：需求提取与分类

由 AI 执行。

2.1 需求提取

从文档中提取每条可验证的需求，不遗漏。工业需求常以「控制功能需求」「通信需求」「报警需求」「性能需求」「安全需求」形式出现，分类标记。同时提取每条需求引用的国标/行标/企标（如 GB/T 17626、GB/T 2423、GB/T 30976、行业标准、设备厂商企标编号），无引用时标注 [无标准引用]。

2.2 复杂度来源分类

复杂度来源	识别信号（工业示例）
输入空间	量程、报警阈值、参数范围、输入长度
状态组合	设备运行/停止/故障/维护/冗余切换状态
条件逻辑	联锁条件、报警判定、多条件控制
流程步骤	启停流程、工艺切换流程、程序下载流程
配置组合	设备型号/协议版本/通信参数组合

2.3 工业质量属性标记

质量属性	触发条件（工业示例）
功能	控制逻辑、画面、报表、报警行为
协议/一致性	Modbus/OPC UA/Profinet 报文与规范一致性
通信	掉线重连、超时、丢包、多客户端并发
性能	扫描周期、响应时间、趋势刷新、吞吐
可靠性	7×24 运行、断电恢复、冗余切换、看门狗
安全性	急停、安全联锁、权限控制
网络安全	认证、加密、越权、端口安全
环境	高低温、粉尘、振动、EMI
兼容性	设备品牌、协议版本、硬件型号
标准合规	需求引用国标/行标/企标或强制认证（EMC/安全/防爆）
易用性	HMI/组态画面：操作效率、误操作防护、信息可读性

2.4 需求可测性检查

可测性状态	定义	处理方式
可测	输入输出明确，结果可验证	正常生成用例
不可测	描述模糊（如"运行稳定"）	标记不可测，不生成用例
需澄清	缺少关键细节	做合理假设，标注[假设]

2.5 输出格式

json

{
  "源文件": "01-报警需求.md",
  "需求": [{
    "编号": "REQ-ALM-001", "描述": "温度超过 80℃ 时触发高温报警并声光提示",
    "模块": "报警/告警管理", "复杂度来源": ["输入空间", "条件逻辑"],
    "质量属性": ["功能", "安全性"], "引用标准": ["[无标准引用]"], "可测性": "可测"
  }]
}

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2.6 需求完备性提示（隐含关注点）

需求未明示但按领域惯例隐含的关注点，默认覆盖或标注 [隐含项] 提示澄清，不得直接忽略：

需求类型	隐含关注点（需求未明示也须覆盖或澄清）
报警系统	回差、并发风暴、确认/复位权限、记录持久化
通信断线	断线检测时间、重连补偿、反复断连
网络安全	越权阻断、审计日志、安全分级
冗余/热备	切换时间、数据一致性

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阶段三：测试设计 + 用例生成

3.0 四层深度硬约束模板

每个模块必须严格按以下四层模板生成用例，不允许跳过任何一层。这是硬约束，不是建议。

text

┌─ 第一层：主流程（至少 1 条 P0）───────────────┐
│  模块核心路径正向走通（如：启机→生产→停机）      │
│  步骤数: 4-5 步                                 │
└─────────────────────────────────────────────┘

┌─ 第二层：业务分层（至少 2 条 P1）──────────────┐
│  ├─ UI/交互元素 + 逻辑（画面按钮、弹窗、趋势）   │
│  ├─ 点位/参数边界（0/空值/最小/最大/负值）       │
│  └─ 元素/参数组合（报警×联锁、阈值×设备）        │
│  步骤数: 3-4 步                                 │
└─────────────────────────────────────────────┘

┌─ 第三层：黑盒方法（至少 3 种不同方法）──────────┐
│  场景法 / 边界分析 / 等价类 / 判定表 / 状态迁移 /  │
│  故障注入 / 错误猜测（选3种以上，正反向都要）       │
└─────────────────────────────────────────────┘

┌─ 第四层：探索性（每模块至少 2 条 P3，──────────┐
│  占比为参考值（建议 10%~30%，不强制））                       │
│  极端数据 / 特殊操作 / 环境异常（断电、断线、复位）/ │
│  数据一致性（画面 vs 实际点位）/ 隐式推测          │
│  步骤数: 3 步                                   │
└─────────────────────────────────────────────┘

3.1 每层完成检查

逐层检查，当前层不通过不进下一层：

层	完成标志	不通过怎么办
第一层	≥1 条 P0 主流程	写不出 → 需求理解不够 → 回头重读需求
第二层	≥2 条 P1（点位边界+组合）	写不出 → 漏了交互/点位细节 → 重扫模块要素
第三层	≥3 种不同方法	写不出 → 对照复杂度来源表重新分析
第四层	≥2 条探索性（占比参考 10%~30%）	写不出 → 错误猜测法想 2 个风险点

3.2 工业设计方法选择矩阵

复杂度来源	推荐方法	覆盖目标
输入空间	边界分析 + 等价类划分	量程/阈值/参数边界、有效/无效值域
状态组合	状态迁移法	运行/停止/故障/维护/冗余切换，含非法转换
条件逻辑	判定表法	联锁组合、报警判定多条件
流程步骤	场景法	启停/工艺切换/程序下载流程
协议/通信	故障注入 + 场景法	断线/超时/丢包/错误报文/重连
可靠性	故障注入 + 场景法	断电恢复、冗余切换、长时间运行
配置组合	Pairwise（参数≥6时）	设备/协议/通信参数组合

3.3 方法数量约束

每个模块至少使用 3 种不同设计方法；单文档所有用例至少覆盖 4 种方法。安全与核心控制模块必须包含故障注入方法。

3.4 工业异常场景分类

异常测试覆盖以下六类，每个模块至少覆盖输入+流程+环境三类（安全模块还须覆盖安全/状态异常）：

异常类别	说明	用例示例
输入异常	无效值、越界、空值、非法指令	参数越界 → 拒绝并提示
流程异常	流程中断、回退、重复触发	程序下载中断 → 保持原程序
环境异常	断电、断线、复位、传感器失效	通信断线 → 设备进入安全状态
权限异常	未授权、越权、口令错误	无权限操作员下发指令 → 拒绝
数据异常	无效寄存器值、历史数据缺失	读取不存在的寄存器 → 返回异常码
状态异常	非法状态转换、重复操作	运行中请求冗余切换 → 正常切换

3.5 优先级分配

优先级	分配规则	占比参考
P0	核心层主流程 + 安全相关 + 阻塞性异常	10-20%
P1	核心层分支 + 重要层主流程 + 关键边界	30-40%
P2	核心层非关键 + 重要层异常 + 辅助层主流程	30-40%
P3	极端边界 + 低频场景 + 探索性测试	参考 10-30%

3.6 测试数据生成规则

按以下优先级生成具体值：

1. 边界值数据 — 温度 0/80/100℃、压力 0/上限、量程上下限、阈值 ±1 单位
2. 有效等价类数据 — 典型工况参数（如温度 60℃、压力 0.5MPa）
3. 无效等价类数据 — 每个违规类型各一条（越界、负值、超长字符串）
4. 特殊值数据 — 空值、0、-1、0xFFFF、NaN、重复指令

涉及真实点位/寄存器时使用测试专用假值，标注 [测试数据] 前缀；寄存器地址、Tag 名给出具体值。

3.7 用例字段结构与输出格式

固定规范以 references/format-spec.md 为准（生成时必读，不得偏离）。字段速览： 用例编号 / 业务域模块 / 优先级 / 测试维度 / 用例类型 / 设计方法 / 测试场景 / 测试点 / 操作步骤(3-5步) / 测试数据 / 前置条件 / 需求来源 / 协议点位 / 测试环境 / 测试级别。 输出 JSON 结构见 format-spec.md 第 3 节。

3.9 工业领域设计模板（遇到对应功能直接套用）

模板 A：报警管理（报警类必套）

1. 阈值边界：低于阈值不触发 → 等于阈值触发 → 恢复阈值（含回差）→ 再次触发
2. 确认/复位：操作员权限确认、确认后状态（已确认/已恢复）、复位条件
3. 记录与查询：报警时间戳、等级、设备点位、保存期限（如 90 天）、按条件查询
4. 并发/风暴：≥50 条并发按等级优先显示，不丢失、不阻塞正常功能

模板 B：通信断线（通信类必套）

1. 断线检测：断线后规定时间内（如 2s）上报断线报警
2. 断线期间：画面显示最后有效值/质量位异常，写操作被禁止或提示
3. 重连：恢复后自动重连，数据补偿或状态同步
4. 反复断连：短时间频繁断连不造成崩溃、无累积错误

模板 C：冗余切换（冗余类必套）

1. 触发切换：主控制器故障/断电 → 自动切换备机
2. 切换时间：切换完成时间 ≤ 需求值（如 100ms），期间无数据丢失
3. 数据连续性：切换后变量值、报警、历史数据连续一致
4. 恢复：主控制器恢复后自动同步，回切策略验证

3.10 模块-维度覆盖矩阵（深化约束）

设计完成后，每个模块对照矩阵自查：核心层模块至少覆盖 7 个测试维度，重要层至少 5 个（功能/协议/通信/性能/可靠性/安全性/网络安全/环境/兼容性）。在输出 Excel 时按「模块 × 测试维度」核对覆盖，缺项补用例。

3.11 工业专项测试（区别于常规功能/异常/边界测试）

需求或模块涉及以下专项时，按专项测试生成用例（同样遵循四层深度硬约束；前置条件必须标注专项设备/环境，如 EMC 暗室、环境箱、老化机架）：

专项测试	触发条件	用例要点
EMC 专项	涉及抗扰/发射（IEC 61000-4 系列）	ESD、浪涌、电快速瞬变、电压暂降、工频磁场
环境专项	涉及温湿度/振动/IP 等级	高低温、湿热、振动、盐雾、IP 防护实测
功能安全	涉及安全回路/SIL（IEC 61508 / 62061）	安全 PLC、安全继电器、故障安全、安全回路验证
网络安全	涉及 SCADA/远程运维（IEC 62443）	SL 等级、渗透测试、访问控制、审计日志
可靠性专项	7×24 运行/冗余系统	连续运行、断电恢复、冗余切换、看门狗、数据持久化
协议互操作	多品牌设备/协议版本	多品牌 PLC/HMI 互操作、协议版本兼容、总线一致性
实时性专项	涉及硬实时控制	扫描周期稳定性、抖动、RTOS 时序
耐久专项	机械/电气寿命	继电器动作次数、触屏寿命、存储介质寿命
防爆/认证	涉及防爆/认证要求	Ex 防爆、CE/UL 认证项
数据质量	历史数据/采集链路	数据完整性、NTP 时钟同步、断点续传采集

专项用例的「测试环境」列必须写明专项设备（EMC 暗室/环境箱/老化机架/认证实验室），不可写通用虚拟环境。

3.12 标准合规要求（国标/行标/企标）

标准是验收依据，不是背景知识。 工业领域强标准监管（准入/认证），按以下规则生成合规用例：

1. 标准识别：阶段二已提取每条需求的 引用标准；需求未注明时，按知识库「标准与规范体系」用领域默认标准兜底
2. 标准优先级：强制国标（GB）> 推荐国标（GB/T）> 行标（JB/T 等）> 企标（厂商/集成商规范）；企标严于国标时以企标为验收线，冲突取更严值；强制认证（防爆/CE）不可豁免
3. 合规用例生成：标准条款 → 验证方法 → 判定准则，逐条成例：
   • EMC 类：按 GB/T 17626（等同 IEC 61000-4）试验等级写前置条件与判定
   • 环境类：按 GB/T 2423 试验条件（温度/湿度/振动）写参数
   • 安全类：按 IEC 61508 / 62061 安全回路要求验证故障安全与 SIL
4. 判定准则：用例「预期」必须引用标准限值（如 GB/T 17626.2-2018 ESD ±8kV 等级 B、GB/T 2423.1 低温 -40℃ 运行）
5. 标准版本：注明标准号+年份（如 GB/T 17626.2-2018）
6. 合规用例的「测试维度」标为「标准合规」，需求来源列同时关联需求编号与标准号
7. 试验项级门禁（硬性）：标准覆盖率按「试验项」统计而非需求统计——引用标准的需求，对照 references/domain-knowledge.md「标准-试验项矩阵」逐项勾选试验项，每项至少 1 条合规用例（如 GB/T 17626 系列的 ESD/浪涌/EFT/电压暂降、GB/T 2423 的低温/高温/温变/湿热/盐雾/振动、IEC 62443 的分级控制项）；覆盖统计 sheet 输出「标准 × 试验项 × 用例数」矩阵，试验项覆盖率 100% 为硬性验收线，缺项直接补用例

3.13 测试级别分配与回归指引

测试级别（执行层级）：每条用例的「测试级别」列按以下规则分配：

测试级别	定义	用例倾向
单元级	单控制器逻辑/单功能块	逻辑边界、异常
集成级	模块间交互、通信、接口	通信、时序、互操作
系统级	端到端流程、多系统联动	主流程、组合场景
验收级	指标验收、标准合规、专项	精度、EMC、环境、合规

执行层级映射：

执行层级	适用场景	用例倾向
虚拟PLC	软件仿真	逻辑、报警、联锁
半实物	控制器+现场设备仿真	通信、I/O、故障注入
现场	产线实机	验收、互操作、环境

冒烟/回归快速用例优先落在虚拟PLC层级；精度/安全/合规类落在现场或实验室层级，报告中注明实际执行层级。

级别覆盖要求（硬性）：

1. 每个模块用例至少覆盖 2 个测试级别（单元/集成/系统/验收）
2. 整份交付物必须出现全部 4 个测试级别（单元/集成/系统/验收 各 ≥1 条）
3. 执行层级与级别对应：逻辑/算法类用单元级，通信/协议用集成级，端到端用系统级（现场/半实物），合规/精度用验收级（专项设备）

回归用例要求（硬性）：

• 每个模块至少 1 条「用例类型 = 回归」的用例（P1/P2 为主），需求来源列关联原需求，作为回归集复用基础

回归测试指引（阶段五配套）：

1. 变更驱动筛选：按「模块 + 需求来源」过滤受影响用例作为回归集
2. 冒烟集：每个核心层模块的 P0 主流程用例作为变更后快速验证集
3. 回归复用：用例类型=回归 的用例优先复用；探索性用例不纳入常规回归
4. 层级匹配：回归环境优先与产线一致（现场），成本不允许时用虚拟PLC/高保真仿真替代并在报告注明

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阶段四：Excel 输出

输出规范以 references/format-spec.md 第 4 节为准（生成时必读）。要点：双 sheet（用例 15 列 + 覆盖统计）、优先级着色（P0红/P1橙/P2绿/P3灰）、模块分隔行 【模块名称】、操作步骤 chr(10) 换行。

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阶段五：交付前最终检查

阻断语义（硬性）：以下检查任一项不通过 → 返回对应阶段修正，未全部通过不得交付；检查是生成时的门禁，不是事后说明。

高频遗漏核对（生成时逐项核对，勿跳过）：

• 引用标准的需求已对照「标准-试验项矩阵」枚举全部试验项（缺项即补合规用例）
• 每个模块「用例类型 = 回归」≥ 1 条（3.13 回归集基础）
• 交付物覆盖全部 4 个测试级别（单元/集成/系统/验收 各 ≥1）
• 每个模块设计方法 ≥ 3 种（3.3，可脚本统计）
• 核心层维度 ≥ 7、重要层 ≥ 5（3.10）
• 每个模块异常场景 ≥ 3 类（3.4）

常规检查清单：

• 每个模块最外层结构 ≥ 设计方法 3 种
• 每个模块覆盖异常场景 ≥ 3 类（安全/控制模块含故障注入）
• 每条用例操作步骤 3-5 步
• 测试数据提供具体值（温度/压力/寄存器值）
• 每条用例可追溯到需求（需求来源列非空）
• 通信/点位类用例填写「协议/点位」列
• 无跨领域内容混入（本技能只出工业用例）
• 引用标准的需求均有合规用例（标准覆盖率 100%，判定引用标准限值）
• 回归集可用：核心层模块均有 P0 冒烟集，变更可按模块+需求来源筛选回归用例

单文档模式最少用例数参考

模块层级	最少用例数	覆盖内容
核心层	7	P0(1主流程) + P1(2分层) + P2(2黑盒) + P3(2探索)
重要层	5	P1(1主流程) + P2(2分支) + P3(2异常)
辅助层	3	P2(1主流程) + P3(2基本异常)
基础层	2	P2(1正向) + P3(1反向)

该数字是底线不是上限；安全与核心控制模块不受此限，按核心层从高处理。

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引用文件一览

文件	内容	何时阅读
references/domain-knowledge.md	工业领域知识库（架构/协议/标准/测试类型/风险点/前置条件模板）	每次生成前通读，重点看「协议要点」「风险点」「前置条件模板」
references/format-spec.md	用例字段结构与 Excel 输出规范（固定格式）	生成用例与输出 Excel 时必读
examples/	真实案例：requirements.md（需求输入）+ testcases.xlsx（输出 Excel）	演示/验收参考，不影响生成

核心约束已内联到本文件。本技能不依赖其他领域技能文件。