軟件定義汽車時代，軟件開發(fā)體系將如何重塑？

2022 MathWorks中國汽車年會日前舉行，“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)如何來應對這些變化？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”。這個過程最早始于發(fā)動機控制，最初是解決發(fā)動機排放問題，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。

當時主要面臨的挑戰(zhàn)有：設(shè)計方面，很多利益相關(guān)方無法進行有效溝通和評審，導致在實現(xiàn)過程中，發(fā)現(xiàn)問題比較晚，修復成本很高；還有一個突出的問題是軟件開發(fā)，汽車工程師多數(shù)有機械或車輛背景，卻對軟件開發(fā)比較生疏。于是大約在2000年的時間點，行業(yè)開始引入了基于模型設(shè)計的方法，通過模型、圖形化的方式去構(gòu)建算法，在Simulink平臺上做仿真、測試。把算法自動轉(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)模式可能不能適應或難以應對這樣的轉(zhuǎn)型趨勢。關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于：缺少跨學科的專業(yè)知識；硬件原型不足且昂貴；缺陷發(fā)現(xiàn)時間太晚；以及如何符合行業(yè)標準。

董淑成認為，應對這些挑戰(zhàn)需要顛覆性創(chuàng)新，從而也帶來新的機遇，包括復雜軟件、數(shù)據(jù)管理、AI專業(yè)知識、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、虛擬車輛這四大方向來進行。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，比如車輛的盈利狀況、未來的市場需求；從項目管理側(cè)來看，有什么風險、大概多長時間可以交付、預算和開發(fā)費用情況如何……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進行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。

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。

此外還有一個概念叫開發(fā)運營（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)，一邊是運營，運營過程中會收集一些數(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

AI算法的集成成為當今企業(yè)的首要任務，不過，AI算法在應用時仍面臨障礙：一是與已有技術(shù)的集成，二是數(shù)據(jù)的復雜度和質(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)品和服務才算AI應用成功。這其中有一個問題值得思考：如何將真實系統(tǒng)和AI連接起來？如何讓數(shù)據(jù)科學家和工程師有效協(xié)同工作？

創(chuàng)建數(shù)據(jù)驅(qū)動的、端到端的工作量非常關(guān)鍵，主要包括數(shù)據(jù)預處理、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，對于統(tǒng)計、優(yōu)化、分析這些功能非常擅長，可以在這個過程實現(xiàn)數(shù)據(jù)預處理、仿真測試、算法部署等。其中算法部署是一個比較突出的特點，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)計者在幾分鐘內(nèi)以適當?shù)脑敿毘潭燃上到y(tǒng)、軟件和數(shù)據(jù)，創(chuàng)建出一輛虛擬車輛，用于對功能進行仿真，從而開展原型設(shè)計、虛擬標定和虛擬驗證。

董淑成表示，虛擬車輛的核心是仿真集成平臺，所實現(xiàn)的好處有三：通過豐富的即用功能實現(xiàn)快速創(chuàng)建、保持接口開放性進行定制擴展、通過仿真可實現(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，比如動力總成工具箱、車輛動力學工具箱等，可以快速構(gòu)建車輛模型。針對非常專用的子系統(tǒng)，可以使用Simscape進行更詳細的設(shè)計，Simulink平臺也可以集成其他建模仿真軟件，構(gòu)建出虛擬車輛。

目前，比較典型的應用案例有福特汽車自動化系統(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)計和驗證的仿真平臺和工具集。此外，博世、通用在虛擬車輛仿真應用方面也都有了各自的應用。

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，并且消費者也有所體會。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，進一步指導軟件設(shè)計、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)驗或最佳實踐投入應用中；快速交付則是要做到盡快響應客戶和市場需求，現(xiàn)在很多公司在進行CI/CD，進行持續(xù)集成、持續(xù)交付，投入DevOps開發(fā)運營這些過程，其實就是致力于解決這些問題。

他強調(diào)，軟件能力雖然重要但并不是孤立的，系統(tǒng)層級的架構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化，對于軟件的架構(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、虛擬車輛不斷優(yōu)化性能，為車主提供個性化服務。

全行業(yè)共同面對挑戰(zhàn)和機遇

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、標準化軟件工廠中的工具鏈、選擇流程中的自動化步驟、培養(yǎng)內(nèi)部AI專家和開發(fā)能力、集成模型驅(qū)動和數(shù)據(jù)驅(qū)動流程。

董淑成認為，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)的基于信號的軟件架構(gòu)已經(jīng)無法駕馭新的軟件規(guī)模，面向服務的架構(gòu)被引入汽車行業(yè)。MathWorks在2019年就引入了對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應用。他補充，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，在軟件定義汽車時代，希望可以繼續(xù)使用Simulink開發(fā)面向服務的軟件、硬件。

他表示，MathWorks通過產(chǎn)品和平臺優(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Simulink、軟件方面有基于模型設(shè)計的汽車行業(yè)軟件開發(fā)標準方法、以及面向工程的AI開發(fā)平臺MATLAB。

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