軟件定義汽車時(shí)代，軟件開發(fā)體系將如何重塑？

2022 MathWorks中國汽車年會(huì)日前舉行，“軟件定義汽車-重塑汽車軟件開發(fā)體系”成為頗受關(guān)注的主題之一。軟件定義汽車帶來哪些機(jī)遇和挑戰(zhàn)？將如何重塑汽車軟件開發(fā)體系？行業(yè)如何來應(yīng)對(duì)這些變化？MathWorks中國區(qū)汽車技術(shù)經(jīng)理董淑成就這些焦點(diǎn)問題接受了<與非網(wǎng)>等媒體采訪。

軟件定義汽車面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

從汽車行業(yè)所經(jīng)歷的兩次數(shù)字化轉(zhuǎn)型來看，第一次是“軟件提升硬件”。這個(gè)過程最早始于發(fā)動(dòng)機(jī)控制，最初是解決發(fā)動(dòng)機(jī)排放問題，之后開始用于和安全、性能相關(guān)的零部件，通過軟件疊加電子電器硬件的方式提升整車性能。

當(dāng)時(shí)主要面臨的挑戰(zhàn)有：設(shè)計(jì)方面，很多利益相關(guān)方無法進(jìn)行有效溝通和評(píng)審，導(dǎo)致在實(shí)現(xiàn)過程中，發(fā)現(xiàn)問題比較晚，修復(fù)成本很高；還有一個(gè)突出的問題是軟件開發(fā)，汽車工程師多數(shù)有機(jī)械或車輛背景，卻對(duì)軟件開發(fā)比較生疏。于是大約在2000年的時(shí)間點(diǎn)，行業(yè)開始引入了基于模型設(shè)計(jì)的方法，通過模型、圖形化的方式去構(gòu)建算法，在Simulink平臺(tái)上做仿真、測試。把算法自動(dòng)轉(zhuǎn)成代碼，大大降低了軟件開發(fā)的門檻。

第二次數(shù)字化轉(zhuǎn)型就是“軟件定義汽車”，這對(duì)汽車行業(yè)的開發(fā)體系有很大挑戰(zhàn)，以前的開發(fā)模式可能不能適應(yīng)或難以應(yīng)對(duì)這樣的轉(zhuǎn)型趨勢。關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于：缺少跨學(xué)科的專業(yè)知識(shí)；硬件原型不足且昂貴；缺陷發(fā)現(xiàn)時(shí)間太晚；以及如何符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

董淑成認(rèn)為，應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)需要顛覆性創(chuàng)新，從而也帶來新的機(jī)遇，包括復(fù)雜軟件、數(shù)據(jù)管理、AI專業(yè)知識(shí)、數(shù)字&工程等能力。從工具廠商的視角來看，可以從系統(tǒng)工程、軟件工廠、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、虛擬車輛這四大方向來進(jìn)行。軟件定義汽車的關(guān)鍵是整合系統(tǒng)、軟件和數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化算法，快速交付軟件。

汽車軟件開發(fā)體系如何重塑？

系統(tǒng)工程

系統(tǒng)工程涵蓋范圍非常廣，不僅包括技術(shù)問題，還有一些系統(tǒng)目標(biāo)，比如車輛的盈利狀況、未來的市場需求；從項(xiàng)目管理側(cè)來看，有什么風(fēng)險(xiǎn)、大概多長時(shí)間可以交付、預(yù)算和開發(fā)費(fèi)用情況如何……諸如此類問題。

MathWorks提供了基于模型的、從MBD到MBSE的系統(tǒng)工程方案，其中，MBD側(cè)重軟件開發(fā)，MBSE面向整個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)工程用戶案例包括奔馳、博世、福特等，奔馳、博世使用了MathWorks 2019年推出的工具System Composer進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

軟件工廠

董淑成表示，希望通過軟件工廠能夠提供持續(xù)、快速交付高質(zhì)量軟件產(chǎn)品的能力，這點(diǎn)非常重要，車企的做法已經(jīng)跟以前不一樣了，一款新車的開發(fā)時(shí)間大大縮短，從以往的5年壓縮到現(xiàn)在的2年甚至1年多。并且，車輛的軟件比重非常高，對(duì)于汽車的軟件開發(fā)，交付要求也非常高。汽車行業(yè)非常流行的“V模式開發(fā)”和IT領(lǐng)域經(jīng)常聽到的“敏捷開發(fā)”，在開發(fā)過程中也有融合的跡象。

此外還有一個(gè)概念叫開發(fā)運(yùn)營（DevOps）過程，國外車企開始較早，國內(nèi)新勢力車現(xiàn)在也已開始。一邊是開發(fā)，一邊是運(yùn)營，運(yùn)營過程中會(huì)收集一些數(shù)據(jù)，反饋給開發(fā)，開發(fā)不停地迭代軟件。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

AI算法的集成成為當(dāng)今企業(yè)的首要任務(wù)，不過，AI算法在應(yīng)用時(shí)仍面臨障礙：一是與已有技術(shù)的集成，二是數(shù)據(jù)的復(fù)雜度和質(zhì)量，三是工程師的專用技能，只有能夠交付基于AI技術(shù)的產(chǎn)品和服務(wù)才算AI應(yīng)用成功。這其中有一個(gè)問題值得思考：如何將真實(shí)系統(tǒng)和AI連接起來？如何讓數(shù)據(jù)科學(xué)家和工程師有效協(xié)同工作？

創(chuàng)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的、端到端的工作量非常關(guān)鍵，主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、AI建模、仿真測試、算法部署等環(huán)節(jié)。董淑成指出，MathWorks在這些方面有天然優(yōu)勢，對(duì)于統(tǒng)計(jì)、優(yōu)化、分析這些功能非常擅長，可以在這個(gè)過程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理、仿真測試、算法部署等。其中算法部署是一個(gè)比較突出的特點(diǎn)，可以部署在各種設(shè)備上，比如嵌入式設(shè)備、企業(yè)云系統(tǒng)等。

虛擬車輛

虛擬車輛即通過建模仿真車輛的完整功能行為，可以讓功能設(shè)計(jì)者在幾分鐘內(nèi)以適當(dāng)?shù)脑敿?xì)程度集成系統(tǒng)、軟件和數(shù)據(jù)，創(chuàng)建出一輛虛擬車輛，用于對(duì)功能進(jìn)行仿真，從而開展原型設(shè)計(jì)、虛擬標(biāo)定和虛擬驗(yàn)證。

董淑成表示，虛擬車輛的核心是仿真集成平臺(tái)，所實(shí)現(xiàn)的好處有三：通過豐富的即用功能實(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)建、保持接口開放性進(jìn)行定制擴(kuò)展、通過仿真可實(shí)現(xiàn)最大程度的流程前置。

在虛擬車輛的仿真過程中，主要包括創(chuàng)建車輛、集成軟件、創(chuàng)建場景、仿真分析、仿真部署。比如RoadRunner可以創(chuàng)建出逼真的虛擬場景，創(chuàng)建車輛模型方面近年來也有新產(chǎn)品，比如動(dòng)力總成工具箱、車輛動(dòng)力學(xué)工具箱等，可以快速構(gòu)建車輛模型。針對(duì)非常專用的子系統(tǒng)，可以使用Simscape進(jìn)行更詳細(xì)的設(shè)計(jì)，Simulink平臺(tái)也可以集成其他建模仿真軟件，構(gòu)建出虛擬車輛。

目前，比較典型的應(yīng)用案例有福特汽車自動(dòng)化系統(tǒng)仿真工具鏈(FASST-Ford Automated System Simulation Toolchain) ，是福特和MathWorks合作開發(fā)的用于汽車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的仿真平臺(tái)和工具集。此外，博世、通用在虛擬車輛仿真應(yīng)用方面也都有了各自的應(yīng)用。

軟件能力日益重要且協(xié)同發(fā)展

國內(nèi)車企包括零部件供應(yīng)商，近些年在軟件開發(fā)成熟度上已經(jīng)有了很大程度提升，并且消費(fèi)者也有所體會(huì)。經(jīng)過多年努力，軟件已經(jīng)做到穩(wěn)定可靠了，那么下一步迫切要解決的問題有哪些？董淑成認(rèn)為，一是優(yōu)化開發(fā)過程、提升開發(fā)效率，從而取得更好的成本優(yōu)勢；二是優(yōu)化算法、提升產(chǎn)品性能，近年來國內(nèi)車企對(duì)于車輛的建模仿真需求大大增加，希望通過車輛仿真優(yōu)化，進(jìn)一步指導(dǎo)軟件設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)的過程。

隨著未來軟件定義汽車的發(fā)展，車企能否實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)軟件的快速交付變得越來越重要。高品質(zhì)意味著要把汽車行業(yè)的軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)或最佳實(shí)踐投入應(yīng)用中；快速交付則是要做到盡快響應(yīng)客戶和市場需求，現(xiàn)在很多公司在進(jìn)行CI/CD，進(jìn)行持續(xù)集成、持續(xù)交付，投入DevOps開發(fā)運(yùn)營這些過程，其實(shí)就是致力于解決這些問題。

他強(qiáng)調(diào)，軟件能力雖然重要但并不是孤立的，系統(tǒng)層級(jí)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化，對(duì)于軟件的架構(gòu)優(yōu)化有著至關(guān)重要的作用。并且需要數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、虛擬車輛不斷優(yōu)化性能，為車主提供個(gè)性化服務(wù)。

全行業(yè)共同面對(duì)挑戰(zhàn)和機(jī)遇

談及給軟件開發(fā)體系的建議，董淑成表示，MathWorks一直是汽車行業(yè)可靠的合作伙伴，主要想傳達(dá)以下建議給行業(yè)：集成系統(tǒng)工程與軟件開發(fā)、融合敏捷開發(fā)到汽車工程、提前考慮云解決方案、標(biāo)準(zhǔn)化軟件工廠中的工具鏈、選擇流程中的自動(dòng)化步驟、培養(yǎng)內(nèi)部AI專家和開發(fā)能力、集成模型驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)流程。

董淑成認(rèn)為，車輛的電子電器架構(gòu)和軟件架構(gòu)發(fā)生了很大變化，傳統(tǒng)的基于信號(hào)的軟件架構(gòu)已經(jīng)無法駕馭新的軟件規(guī)模，面向服務(wù)的架構(gòu)被引入汽車行業(yè)。MathWorks在2019年就引入了對(duì)AUTOSAR AP的支持，隨后又增加了DDS工具箱，可以支持客戶開發(fā)DDS應(yīng)用。他補(bǔ)充，MathWorks在汽車行業(yè)有大量用戶，以前用Simulink開發(fā)各種控制軟件，在軟件定義汽車時(shí)代，希望可以繼續(xù)使用Simulink開發(fā)面向服務(wù)的軟件、硬件。

他表示，MathWorks通過產(chǎn)品和平臺(tái)優(yōu)勢，希望成為行業(yè)可靠的合作伙伴，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)、軟件、數(shù)據(jù)三方面：系統(tǒng)工具有領(lǐng)先的仿真集成平臺(tái)Simulink、軟件方面有基于模型設(shè)計(jì)的汽車行業(yè)軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)方法、以及面向工程的AI開發(fā)平臺(tái)MATLAB。

除了工具支持，MathWorks也有良好的服務(wù)體系，提供高質(zhì)量的技術(shù)支持、應(yīng)用支持、項(xiàng)目支持，以及良好的培訓(xùn)和咨詢服務(wù)。通過全方位的產(chǎn)品+平臺(tái)+服務(wù)，MathWorks希望與全行業(yè)共同面對(duì)挑戰(zhàn)和機(jī)遇，成為行業(yè)可靠的合作伙伴。