Модульное и интеграционное тестирование

1. Архитектура и принципы тестирования платформы

В программном комплексе «UrFU HeatBalance» система автоматизированного тестирования выполняет критическую функцию обеспечения метрологической точности, термодинамической корректности и математической сходимости уравнений теплового и материального балансов.

Тестовый контур решает три ключевые инженерные задачи:

1. Верификация законов сохранения энергии и массы: строгий контроль соблюдения балансового равенства:
   $$\sum Q_{\text{подв}} = \sum Q_{\text{пол}} + \sum Q_{\text{пот}} + \sum Q_{\text{нев}}$$
2. Контроль допустимой невязки: подтверждение того, что численная невязка баланса $\varepsilon$ не превышает регламентный порог $0.01\%$.
3. Quality Gate в конвейере CI/CD: автоматическая блокировка компиляции и выкатки контейнеров при выявлении регрессии в расчётных модулях.

---

2. Спецификация модульных тестов (HeatBalance.Math.Tests)

Все базовые физико-химические и теплотехнические алгоритмы изолированы в разделяемой библиотеке HeatBalance.Math и верифицируются набором тестов в проекте HeatBalance.Math.Tests/UnitTest1.cs на базе тестового фреймворка xUnit.

2.1. Сводная матрица модульных тестов

Имя теста в UnitTest1.cs	Тип агрегата	Проверяемый физический сценарий	Ключевые критерии приемки
ConveyorKiln_SampleCase_IsStable	Конвейерная печь	Базовый экспресс-расчёт по удельным долям и низшей теплоте сгорания	Фиксация подвода ($840\,000 \pm 0.1$ кДж/ч), диапазон полезного тепла ($[630\,000, 632\,000]$ кДж/ч), неотрицательная невязка.
ConveyorKiln_DetailedCase_PrintValues	Конвейерная печь	Полный детальный технологический расчёт с учётом футеровки и транспорта	Формирование таблиц без рециркуляции и с рециркуляцией, КПД $\eta \in (0, 1)$, валидность структуры FuelCombustion.
ChamberKiln_SampleCase_IsStable	Камерная печь	Экспресс-расчёт камерной печи периодического действия	Стабильность подвода тепла, проверка потерь $168\,000 \pm 0.1$ кДж/ч.
ChamberKiln_DetailedCase_PrintValues	Камерная печь	Детальный нестационарный теплообмен: нагрев садки, аккумуляция тепла кладкой, ступенчатый график температур	Положительная полезная мощность, сходимость теплового баланса, расчёт нестационарных периодов (разогрев, выдержка, охлаждение).
ElectricKiln_SampleCase_IsStable	Электрическая печь	Экспресс-расчёт электрической сушилки при заданной мощности ТЭНов (233.33 кВт)	Эквивалентность подвода электрической энергии тепловому эквиваленту ($840\,000 \pm 1$ кДж/ч, $1 \text{ кВт}\cdot\text{ч} = 3600 \text{ кДж}$).
ElectricKiln_DetailedCase_IsStable	Электрическая печь	Детальный расчёт электропечи с конвективной вентиляцией и ограждающими конструкциями	Расчёт расхода вентиляционного воздуха ($500 \text{ м}^3/\text{ч}$), теплопередача через свод и стены, КПД $\eta \in (0, 1)$.
DrumDryer_SampleCase_IsStable	Сушильный барабан	Базовый тепловой баланс вращающегося барабанного сушильного агрегата	Стабильность балансовых уравнений, расчёт потерь через вращающийся корпус ($151\,200 \pm 0.1$ кДж/ч).

---

3. Детальный анализ тестовых сценариев

3.1. Тест конвейерной печи: верификация базового случая

В тесте ConveyorKiln_SampleCase_IsStable проверяется согласованность модели при типовом расходе влажного материала $1000 \text{ кг/ч}$ и снижении влажности с $30\%$ до $10\%$:

[Fact]
public void ConveyorKiln_SampleCase_IsStable()
{
    var input = new ConveyorKilnInput
    {
        WetMaterialMassFlowKgPerHour = 1000,
        MoistureInMassFraction = 0.30,
        MoistureOutMassFraction = 0.10,
        MaterialTempInC = 20,
        MaterialTempOutC = 80,
        FuelLowerHeatingValueKJPerKg = 42000,
        FuelMassFlowKgPerHour = 20,
        HeatLossFraction = 0.15
    };

    var result = HeatBalanceCalculations.Calculate(input);

    Assert.Equal(DryerUnitType.ConveyorKiln, result.UnitType);
    Assert.InRange(result.TotalInputKJPerHour, 839_999.9, 840_000.1);
    Assert.InRange(result.UsefulHeatKJPerHour, 630_000, 632_000);
    Assert.InRange(result.LossesKJPerHour, 125_999.9, 126_000.1);
    Assert.True(result.UnaccountedKJPerHour > 0);
}

3.2. Тест электрической печи: конвертация электрической мощности

Тест ElectricKiln_SampleCase_IsStable валидирует физическую корректность перевода мощности нагревателей из киловатт в килоджоули в час:

$$Q_{\text{электр}} = P_{\text{кВт}} \cdot 3600 \text{ кДж/ч}$$

[Fact]
public void ElectricKiln_SampleCase_IsStable()
{
    var input = new ElectricKilnInput
    {
        WetMaterialMassFlowKgPerHour = 1000,
        MoistureInMassFraction = 0.30,
        MoistureOutMassFraction = 0.10,
        MaterialTempInC = 20,
        MaterialTempOutC = 80,
        ElectricPowerKw = 233.3333333333, // 233.333.. * 3600 = 840000 кДж/ч
        HeatLossFraction = 0.10
    };

    var result = HeatBalanceCalculations.Calculate(input);

    Assert.Equal(DryerUnitType.ElectricKiln, result.UnitType);
    Assert.InRange(result.TotalInputKJPerHour, 839_999.0, 840_001.0);
    Assert.InRange(result.LossesKJPerHour, 83_999.0, 84_001.0);
    Assert.True(result.UnaccountedKJPerHour > 0);
}

---

4. Регламент запуска тестов через интерфейс командной строки (CLI)

4.1. Запуск полного набора тестов

Для прогона всех тестов решения выполните команду из каталога backend/HeatBalanceSystem2:

cd backend/HeatBalanceSystem2
dotnet test HeatBalance.Math.Tests/HeatBalance.Math.Tests.csproj --configuration Release

4.2. Фильтрация и селективный запуск тестов

Для ускоренной отладки конкретного модуля используйте параметр --filter:

# Запуск только тестов камерной сушильной печи
dotnet test --filter "FullyQualifiedName~ChamberKiln"

# Запуск только тестов электрической печи с подробным логированием каждого ассерта
dotnet test --filter "FullyQualifiedName~ElectricKiln" --logger "console;verbosity=detailed"

4.3. Оценка покрытия кода тестами (Code Coverage)

Для генерации отчёта о покрытии кода тестами используется встроенный сборщик Coverlet:

dotnet test --collect:"XPlat Code Coverage"

Отчёт в формате Cobertura XML сохраняется в каталоге TestResults/ и анализируется инструментами статического контроля качества.

---

5. Методология разработки новых тестов (Best Practices)

При добавлении новых физических моделей или модификации существующих алгоритмов разработчик обязан руководствоваться следующими стандартами:

5.1. Паттерн Arrange-Act-Assert (AAA)

Каждый тест должен чётко разделяться на три фазы:

1. Arrange: формирование объекта входных параметров с реалистичными физическими величинами.
2. Act: вызов статического метода расчёта HeatBalanceCalculations.Calculate(input).
3. Assert: верификация инвариантов, балансовых равенств и полей сводной таблицы.

5.2. Параметризованные тесты ([Theory] и [InlineData])

Для проверки поведения модели на различных диапазонах влажности и температур применяются параметризованные тесты:

[Theory]
[InlineData(0.20, 0.05, 750_000)]
[InlineData(0.35, 0.08, 920_000)]
[InlineData(0.15, 0.02, 610_000)]
public void ConveyorKiln_MoistureVariations_UsefulHeatWithinBounds(
    double moistureIn, double moistureOut, double expectedUsefulHeatMin)
{
    // Arrange
    var input = new ConveyorKilnInput
    {
        WetMaterialMassFlowKgPerHour = 1200,
        MoistureInMassFraction = moistureIn,
        MoistureOutMassFraction = moistureOut,
        FuelLowerHeatingValueKJPerKg = 41800,
        FuelMassFlowKgPerHour = 25
    };

    // Act
    var result = HeatBalanceCalculations.Calculate(input);

    // Assert
    Assert.True(result.UsefulHeatKJPerHour >= expectedUsefulHeatMin);
    Assert.True(result.Efficiency > 0.0 && result.Efficiency < 1.0);
}

5.3. Негативное тестирование и проверка исключений (Edge Cases)

Тестовый набор должен гарантировать, что некорректные физические параметры вызывают прогнозируемые исключения ArgumentException:

[Fact]
public void Calculate_FinalMoistureGreaterThanInitial_ThrowsArgumentException()
{
    // Попытка задать конечную влажность выше начальной (абсурдный процесс сушки)
    var invalidInput = new ConveyorKilnInput
    {
        MoistureInMassFraction = 0.05,
        MoistureOutMassFraction = 0.30
    };

    Assert.Throws<ArgumentException>(() => HeatBalanceCalculations.Calculate(invalidInput));
}