1、Automotive DevelopmentRevolutionizing Automotive Development for the Digital FutureA solution for integrating innovative silicon and software design into automotive systems engineering processes汽車開發革命性汽車軟件開發迎接數字化未來將新型芯片和軟件設計集成到汽車系統流程的一種解決方案 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來2簡介針對廣泛且快速發展的數字化車輛，當今的汽車原始設備制造商（OEM）都在互相競爭，

2、以期滿足消費者對于性能、功能及特性需求。這些產品對汽車電子架構的依賴性極大地改變了研發團隊與汽車軟件和芯片之間的關系。技術團隊在嘗試培養應對這種模式轉變的能力時，還面臨著法規要求、新競爭對手和盈利限制的壓力。本文介紹的解決方案將新思科技 Triple Shif Lef 方法學與保時捷咨詢系統工程原則融會貫通。Triple Shif Lef 描述了一種自下而上開發電子架構的方法學。它利用了更智能且更安全的芯片 IP 解決方案，并行軟件和硬件開發，以及全面的軟件測試。系統工程原則專注于早期戰略性規劃及調整，需求工程及發布管理，和長期產品生命周期。利用系統工程原則指導 Triple Shif Lef

3、 的實施，可確保將新技術和新工具成功整合到現有組織和流程中。以下分析概述了該新型解決方案如何應對當前面臨的挑戰?，F狀汽車電子架構簡介世界上第一批機動四輪馬車是當今汽車的始祖，它們的發明昭示著 19 世紀機械工程專業技術的頂峰。這些車輛可以通過發動機、車軸和制動器機械連接的方向盤和踏板，響應操作人員發出的簡單命令，完成加速、制動和轉彎操作。在接下來幾十年的時間里，隨著汽車的普及，汽車 OEM 不斷完善這些機械部件。這樣，盡管車輛的速度，大小和形狀發生了變化，但操作員與車輛之間的關系仍然植根于齒輪和皮帶的直接模擬連接。在汽車發明一百多年后的 1970 年代，隨著第一批汽車電子控制單元（ECU）的推

4、出，駕駛員和車輛之間的直接機械相互作用開始演進1。隨著諸如清潔空氣法（Clean Air Act，最初于 1963 年在美國頒布）等監管排放和燃油經濟性的管制措施的推出，汽車制造商開始廣泛采用第一批主要專注于管理發動機運行的 ECU。對于許多駕駛員而言，這種從純機械命令到電子管理車輛命令的技術飛躍幾乎沒有改變用戶體驗。來自駕駛員的命令和車輛的功能保持不變：“我踩了油門踏板，車輛就會加速?！比欢鴮τ?OEM 而言，電子控制器件的引入標志著車輛功能和產品開發流程（PDP）的巨大轉變。革命性汽車軟件開發迎接數字化未來3Revolutionizing Automotive Development fo

5、r the Digital Future03From their humble beginnings,ECUs quickly proliferated throughout the automotive industry to increase the com-fering automatic windows,anti-lock braking,infotainment systems,and other vehicle features required an increasingly The clear delineation and relative independence of a

6、ny given fostered a supply chain in which automotive manufacturers could select discrete components from Tier 1 suppliers to explosion of ECUs may be partially attributed to the relative teams.This trend has continued to the point that todays luxury vehicles,boasting a wide breadth and depth of feat

7、ures as advanced as lane keep assist and internet connectivity,may have a network of well over one hundred 2.As features and functionalities evolve in complexity,so do electronic architecture requirements.Self-parking function-alities,for example,require an electronic system capable of processing ma

8、ny types of sensor data gauging not only the host vehicles speed,position,and orientation,but also that of other vehicles and infrastructure.Massive amounts of input(AI)algorithms,then output as a combination of indications to the driver and commands to the host vehicles braking and acceleration con

9、trollers.To complicate matters further,the safety-critical nature of functionalities such as automatic emergency braking dramatically increases the safety,securi-ty,and performance requirements of corresponding electro-nic architectures.Automotive Electronic Architectures Today Porsche Consulting90%

10、*100+*70%*EENewsEurope,Siemens PLM如今的汽車電子架構從一開始，ECU 就在整個汽車工業中得以迅速應用，以提高車輛的舒適度、效率、安全和性能。提供自動車窗，防抱死制動，信息娛樂系統等車輛功能使得硬件和軟件的電子架構日益復雜化。任意給定 ECU 的功能，硬件和軟件要求的清晰界定和相對獨立性，促進了這樣一條供應鏈的形成，這條供應鏈使得汽車制造商可以在其中選擇一級供應商的分立組件，用于實現自身產品的特定功能。實際上，ECU 的爆炸式增長可能部分歸因于為汽車開發團隊提供的“即插即用”的便捷性。這種趨勢一直持續到今天，豪華轎車擁有龐大且強大的功能（如車道保持輔助和聯網功能

11、），其鈑金下方可能隱藏著一個超過一百個 ECU（圖 1）的網絡2。圖一:汽車電子工程和創新的主要數據 隨著特性和功能變得日益復雜，電子架構要求也隨之提高。例如，自動停車功能需要一種能夠處理多種類型的傳感器數據的電子系統，不僅要測量本車的速度、位置和方向，還要測量其他車輛和基礎設施的速度、位置和方向。必須收集大量輸入數據，并將其輸入復雜的人工智能算法中，然后輸出組合指令，為駕駛員提供指示，對本車制動和加速控制器下達命令。更復雜的情況，諸如自動緊急剎車之類的功能，與安全息息相關，因而極大地增加了對相應電子架構的安全性、可靠性和其他性能的要求。的創新是基于軟件和電子件的，50%是在系統層級我們需要成

12、為系統工程專家個以上的 ECU 安裝在每一輛整車上我們需要加強系統性思維的車輛系統目前僅僅被垂直關聯和整合我們需要利用完全關聯系統的潛力 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來4 Revolutionizing Automotive Development for the Digital Future04For automotive engineering teams,this increasingly com-pre sents a major challenge.The classical automotive PDP,discrete mechanical hardware component

13、s,has not been op-timized for the daunting and vital task of electronics hardware-tential of electronics-enabled functionalities,the traditional tiered ECU supply chain has kept automotive manufacturers development processes.Now car manufacturers wishing to adapt realize that tool and technology upd

14、ates require signif-icant investments,but are unable to promise a clear return when implemented in traditional processes.Furthermore,OEMs must decide if and how to develop internal competen-3.Meanwhile,exponentially growing Lines of Code(LoC)require compliance testing.In addition to these individual

15、 issues,the-tionality issues with interoperability.Warning Sign:Critical Error CurvesDefect detection vs.cost-to-repair for embedded systems Porsche Consulting警示標志：重大錯誤曲線嵌入式系統的缺陷檢測與修復成本這種日益復雜的軟件和電子硬件架構給汽車工程團隊帶來了重大挑戰。經過數十年對分立機械硬件組件的開發、測試和集成的不斷完善，傳統的汽車 PDP 尚未針對電子硬件和軟件系統開發的艱巨任務進行優化。盡管許多 OEM 認識到電子功能日益增長

16、的重要性和差異化潛力，但傳統的分層式 ECU 供應鏈使汽車制造商與電子軟硬件開發流程相對分離?，F在，希望對新趨勢作出調整的汽車制造商意識到工具和技術的更新需這些挑戰導致在功能和車輛開發中出現越來越多的關鍵錯誤曲線（圖 2），這一點可以從普遍存在的用于糾正現有 PDP 框架無法解決的錯誤的“急救隊”得到證明。假如這些急救隊無法及時糾正重大錯誤，量產開始的（SOP）目標就有可能無法完成，這給渴望通過成要大量的投資，但是當用傳統的方法實施時，他們又無法保證獲得明顯的回報。此外，OEM 必須決定是否開發內部能力（例如詳細的電子要求規范）以及如何開發3。同時，呈指數增長的代碼量（LoC）需要更多層的驗證

17、、認證和合規性測試。除了這些各自獨立的問題之外，硬件和軟件組件的集成以及它們之間的相互依賴性，還導致具有互操作性的關鍵功能問題產生了“大爆炸”效應。品銷售來收回開發投資的 OEM 和供應商造成了巨大的成本負擔。盡管業界已經意識到了這些問題并試圖進行補救，但在滿足市場對新功能和新能力的需求方面，其進展尚未跟上其發展步伐。缺陷比例%時間系統設計和編程單元測試功能測試系統測試發布之后缺陷引入比例%缺陷修復成本缺陷發現比例%圖二:缺陷引入、發現和修復成本之間的關系 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來5 Revolutionizing Automotive Development for the Digi

18、tal Future05evolve from vehicle manufacturers and distributors to holistic mobility service providers.A growing portfolio of Autonomous,business models serves as the foundation for this transition brim with concept vehicles from electric super cars to fully autonomous sleeper pods.Within many automo

19、tive develop-ment organizations,however,designing and developing com-petitive products that can keep up with customer expecta-exacerbate the critical error curve issues already prevalent today.Future Trends for the Automotive Industry Porsche Consulting 汽車行業的未來趨勢全球 OEM 正致力于從車輛制造商和分銷商發展為整車服務提供商，并對在這方

20、面所作的努力進行了大力宣傳。自動駕駛、互聯、電動和共享（ACES）車輛及商業模式組合的不斷增長，為實現這一轉變打下了基礎（圖 3）。為了證明所取得的進展，OEM 車展上展出功能固定、缺乏與數字世界交互的產品，無法繼續滿足消費者的需求。充分連接和能夠通過空中（Over the Air,OTA）更新推出新功能，這已經從一種差異化元素轉變為必備特性。這與傳統的汽車模型形成鮮明對比，傳統的汽車模型在其 7 年的生命周期內僅進行一次“面部提升”4。更復雜的情況則是汽車的使用壽命要遠遠長于智能手機等產品，同時汽車還要耐受更嚴酷的溫度、天氣和磨損條件。隨著 OEM 開始轉變其單一的汽車制造和經銷業務模式，他

21、們面臨著來自同行業的新公司和邊緣行業的巨頭的激烈競爭。Maven、優步（Uber）和 來福車（Lyf）也在不斷打破車輛私人所有的局面。誕生于硅谷的特斯拉表現出了將電子硬件和軟件開發整合到內部運營中的意愿和能力。簡而言之，OEM 必須適應競爭加劇帶來的行業壓力。了從電動超級跑車到自動睡眠艙的各種概念車。然而在許多汽車研發團隊中，設計和開發符合客戶期望、市場斷層并適應財務不利因素的競爭性產品，只會加劇目前已經普遍存在的重大錯誤曲線問題。此外，傳統 OEM 商業模式面臨的壓力推動了對創新的需求，卻同時限制了投資資金5。未能持續增加的銷售量，排放和安全法規導致的日益增長的材料成本，在利潤豐厚的售后業務

22、方面越來越激烈的競爭，這些都是壓制 OEM 財務業績的因素的幾個例子。這種動蕩的行業氛圍迫使開發主管們不得不面對這樣一種需要，即在如何最好地確定優先次序和利用這些投資方面達成明確共識之前，必須證明不斷增加的創新成本是合理的。從傳統駕駛從機械主導從由人駕駛從個人所有從以產品為中心從松散耦合設備電動交通到軟件與機電一體化自動駕駛共享經濟全方位服務提供商系統互聯圖三:汽車行業產品研發大趨勢 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來6復雜因素汽車 OEM 面臨的復雜化因素盡管轉變為汽車服務提供商這一方向，為行業中的許多人樹立了明亮的燈塔，但 OEM 發現，其原有業務與行業新方向的相互推動使得應對這種變化變得很

23、復雜。不斷發展的電子架構，過時的流程、方法和工具（Process,Methods,and Tools,PMT），日益嚴格的法規/法律要求，組織慣性以及財務不確定性都阻礙了 OEM 的創新計劃。在汽車電子領域，開發團隊越來越多地使用集中域控制器（CDC），其在動力總成、高級駕駛員輔助系統（ADAS）、信息娛樂和聯網等領域中整合了相關系統的功能。盡管這消除了當今車輛中對許多分立 ECU 的需求，但 CDC 的實現并不能保證其簡單易用。CDC 必須提供更強大的計算能力，并可以定義車輛的整體功能產品，才能進而定義其對客戶的價值。此外，這些系統也代表了許多功能的單一潛在故障點。因此，在設計或在供應商處選

24、擇 CDC 時，需要更深入地了解每個系統的局限性和功能，以及與在該系統上運行的軟件的交互作用6。OEM 當前擁有將碰撞和安全法律要求納入機械硬件（底盤、動力總成等）的專業能力。但是，隨著電子架構變得更加先進、復雜且安全攸關，經驗不足的汽車開發團隊面臨針對軟件完整性、功能安全性和安全漏洞（例如聯合國歐洲經委會網絡安全建議書、SAE J3061、ISO/SAE 21434 和 ISO 26262）的新要求7。例如，要對諸如 ADAS 之類生死攸關的功能做出保證，就需要一種確保故障率趨向于零的方法。技術和系統復雜性的顯著增加使得這些挑戰變得更加嚴峻。為了管理安全要素并確保開發高度復雜的系統，OEM

25、需要高性能的過程圖景，以及由嚴格定義的簽署（sign-of）關卡構成的正確系統定義。因此，開發團隊需要面對如何在創新投資與風險之間權衡利弊、實現最佳管理的艱難決策，尤其是在不太熟悉但越來越重要的專業領域，如人工智能應用、網絡安全、機器學習和安全攸關系統。簡而言之，新產品和功能需要更新 PMT 組合，而要有效地實施該組合，就必須在各個級別進行組織性的調整。從汽車平臺到電子架構再到功能組合，協調合作是實現投資收益的關鍵所在。團隊必須將發展戰略與相應的組織戰略做好匹配，包括一個明確的開發和獲取專業技能的路線圖。要克服上述所有障礙需要大量的資金投入，但在沒有明確商業案例的情況下，組織機構可能會猶豫是否

26、應當批準此類投資，因而常常會延誤必要的投資決策8。為了應對諸如通過共享組件策略進行成本優化之類的挑戰，在觀念上要有重大的轉變。盡管這種方法在機械應用中得到了很好的驗證，但是當用于電子應用時，就可能會使新車背上軟件漏洞等技術性債務。OEM 及其供應商如果希望跟上行業變化的步伐，就必須不斷優化其內部財務計算和決策流程9?？傊?，OEM 面臨的不止是充滿挑戰的市場和通往未來的未知道路。他們還必須積極管理自己的轉型戰略和復雜問題，以確保既能夠適應未來發展，又不會失去取得現有成功的至關重要的核心競爭力（圖 4）。革命性汽車軟件開發迎接數字化未來7 Revolutionizing Automotive De

27、velopment for the Digital Future07 Porsche Consulting01 02 03040506克服汽車 OEM 面臨的發展挑戰，不僅需要獨特的能力和部門，而且還需要整個公司的變革。盡管行業參與者們已經意識到變革的必要性，但要確定一條可持續的前進道路，仍然是看似無法解決的難題。此外，老牌 OEM 經常發現自己在股東壓力下要優先考慮短期財務業績，這就使得他們更加不愿意在商業項目未經驗證的情況下投資尖端技術。在實施這些重大變革上所耗費的時間，只會增強該行業迅速采取行動的需求。安于現狀終將導致在競爭壓力下跟不上發展步伐。因此，在整個公司層面改變管理層決策后實現即

28、時價值總體需求概述是至關重要的，但是只有對公司的未來達成一致愿景這一點才能實現。憑借數十年的電子架構和汽車工程經驗，新思科技和保時捷咨詢公司共同設計了一種整體解決方案，以克服 OEM 及其供應鏈所面臨的這些確切問題。以下是這種用于更新決策流程、提高生產率并顯著提高開發流程靈活性的方法的梗概。變 革焦點變革整體方法工程學科轉變招聘轉變前 置新型服務傳統方式零部件導向整體系統導向整體與跨學科機電一體化與軟件工程軟件開發人員在前期階段考慮綜合服務特定學科機械工程機械工程師在研發階段考慮賣 車導向工程方法工程學科招聘需求PDP 階段的重要性產品戰略新型方式圖四:汽車研發機構的必要變革 革命性汽車軟件開

29、發迎接數字化未來8 Revolutionizing Automotive Development for the Digital Future08Solution Porsche ConsultingEstablishing state of the art electronic architecture devel-opment competencies necessitates anchoring new product development tools and technologies in an aligned and holis-tic approach to processes,

30、organizations,and strategy.Many OEMs are now discovering,however,that managing this framework.The solution roadmap presented in this paper guarantees sustainable gains in engineering quality,speed,Systems Engineering approach with the Synopsys bottom-up developed by Boehm(1979),which illustrates the

31、 systems of the V-model focuses on requirements engineering,while the right side focuses on component integration and vali-dation.Porsche Consulting and Synopsys have evolved the V-model into a proven framework for managing todays de-mand for individual services,complex functions,and the sys-tems th

32、at they compose.Each of these,described in detail below,are vital components 03 02 01 04 解決方案要構建最先進的電子架構開發能力，就必須將新產品開發工具和技術錨定在流程、組織和策略的統一整體方法中。然而，許多 OEM 現在發現，如果沒有明確的實施框架，就很難掌控這一改變。本文提出的解決方案路線圖，將保時捷咨詢公司的自上而下的系統工程方法與新思科技自下而上的 Triple Shif Lef 方法學相結合，確保了工程質量、速度和效率三方面的可持續增長。這個概念是從 Boehm（1979）最初開發的經典“V 模型

33、(V-model)”演變而來，該模型說明了系統開發生命周期及其主要里程碑。V 模型的左側側重于需求工程，右側側重于組件集成和驗證。保時捷咨詢公司和新思科技已經將 V 模型發展成為一個經驗證的框架，該模型可以滿足當今對個性化服務、復雜功能及其所組成系統的需求。這一聯合解決方案包括四個主要組成部分（圖 5）。下文詳細描述的每一項，都是對面向未來的 OEM 開發工作采取整體方法的重要組成部分。技術發展戰略規劃需求工程和發布管理面向數字化未來的汽車發展生命周期考量Triple Shif Lef 方法圖五:Triple Shif Lef 支持的集成汽車系統工程概述Triple Shif Lef 支持的系

34、統工程 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來9 Porsche Consultingin the early stages of the development process,a specialty of Porsche Consulting.Even before conceptualizing initial-op a cohesive high-level strategic plan,delineated into three 01 Strategic Planning for Technical Development020301 01 技術開發戰略計劃第一個解決方案元素側重于保時捷咨

35、詢公司的專長，即在開發過程的早期階段進行戰略調整。甚至在概念企業現狀一項合適的戰略計劃始于對公司現狀的分析，以形成并統一對現有能力和弱點的清晰認識。例如，OEM 在機械工程領域擁有深厚的專業知識，這些知識通過多年的經驗不斷得到完善。另一方面，供應商歷來負責軟件開發任務。要真正全面了解公司現狀，就需要對跨職能指標（如財務結構和組織配置）進行深入分析。輸入數據的深度、廣度和質量是決定這種公司現狀分析是否可靠的關鍵所在。技術戰略戰略計劃的第二部分是技術戰略定義。這項巨大努力使我們能夠充分利用公司優先考慮的技術，及其帶來的行業內相對競爭優勢。例如，動力總成電氣化或自動駕駛汽車技術開發表明技術支柱可以為

36、 OEM 或其他同行們確定行業基準。擁有明確優先順序的技術投資化初始模型和構建第一個原型之前，就必須制定一項有凝聚力的高層戰略計劃，該計劃分為三個階段（圖 6）。路線圖，是將概念投入批量生產的關鍵。因此，所需的預算和資源必須具有可保證的和可預測的可用性。否則，在計劃過程中努力推進的項目可能永遠無法得到全面實施，這代表的是一種普遍卻極其低效的資源分配。制定和維護清晰的技術戰略需要高效的創新管理組織。這些團隊負責預測技術發展并確定其優先級，然后推薦相應的投資。建立這些機制之后，可以及時做出決策，以進行有效的項目優先級批準或駁回。項目落實第三個組成部分優先考慮可提供最佳投資回報和努力回報的項目。盡管

37、許多開發組織可能會偏愛開發包含突破性技術的產品，但這些產品必須首先與公司的戰略和競爭優勢保持一致。正確規劃這些已批準的技術項目，可以最優化地利用公司現有的技術和資源。如項目實現集團情況戰略規劃技術戰略圖六:技術發展戰略規劃框架 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來10 Revolutionizing Automotive Development for the Digital Future10These three components,when properly integrated into an organizations existing processes,comprise a cruc

38、ial foun-dation enabling the evolution of OEM technical development tools the OEM needs to develop high-performing,safe,and secure SoCs.Proper implementation necessitates not only involvement of the entire organization(rather than isolated strategy teams),but also continuous processes(rather than di

39、stinct,time-constrained strategy projects).Although strate-gic planning for technical development does not ensure an OEMs technical processes are future-proof by itself,it enables further actions that push an organization into a new era of Systems Engineering.The second key solution enabler has been

40、 adapted from two essential aspects of Porsche Consultings approach to-quirements engineering and release management.Properly addressing these topics ensures technical development teams are well equipped to answer questions such as“How do I know what customers value?How do I quantify and prioritize

41、value-generating features?How do I determine a product as-ity the customer desires?”Automotive engineers face these questions every day,but evolving competency requirements(from hardware to functionalities)have made the consistent 02 Requirements Engineering and Release Management Porsche Consulting

42、果將這三個組成部分妥善融匯到組織的現有流程中，它們將成為推動 OEM 技術開發工作不斷發展的關鍵基礎。例如，在汽車電子工程領域，這些努力突出強調了 OEM 需要哪些技術和工具來開發高性能且安全可靠的芯片。妥善的實施不僅需要整個組織（而不是孤立的戰略團隊）的參與，而且還需要連續的流程（而不是時間受限制的孤立戰略項目）。盡管技術開發的戰略規劃不能確保 OEM 的技術流程本身能適應未來的發展，但它可以通過進一步的行動，將組織推向系統工程的新時代。02 需求工程和發布管理保時捷咨詢公司的系統工程基于保時捷咨詢公司開發復雜產品和服務方法的兩個基本方面，進行調整后得出第二個關鍵解決方案促成因素（圖 7）需

43、求工程和發布管理。正確解決這些主題可確保技術開發團隊具備充分的能力來回答各種問題，例如，“如何知道客戶看重什么？如何量化并優先考慮價值創造功能？如何確定一個產品是否適合發布？最終產品是否提供客戶想要的功能？”汽車工程師每天都面臨這些問題，但是不斷提高的能力（從機械到數字）要求和不斷變化的客戶需求（從硬件到功能）都使得一致、及時地給出篤定的結論變得極為困難?；诰C合體系結構的概念設計管理整體系統架構干系人要求變型管理成熟度管理測試和驗證功能和網絡安全用戶體驗系統規格首次模擬圖七:保時捷咨詢系統工程方法概述 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來11 Revolutionizing Automotive

44、 Development for the Digital Future11The Porsche Consulting Systems Engineering approach grants OEMs perspective regarding how to establish best practice processes,methods,tools and organizational struc-tures for Requirements Engineering and Release Manage-quirements Engineering and Release Manageme

45、nt holistic system thinking and traceability.HOLISTIC SYSTEM THINKINGTodays product development processes are predominantly oriented around individual system components and their re-chain.Successful development of innovative products,how-ever,requires a more holistic approach that prioritizes end-to

46、-end linkage of customer requirements with products and plus the back-end functions,infrastructure components,and everything else connected to the vehicle.As an example,autonomous driving requires“V2X”(vehicle to infrastructure,other cars,internet,etc.)connectivity.This phenomenon nat-urally leads t

47、o more holistic ecosystem thinking as customers increasingly derive values from functions,rather than just OEMs mindsets from developing components within cars to systems within ecosystems.VERTICAL AND HORIZONTAL TRACEABILITYA structured view of the relationships between systems,functionalities,and

48、components enables vital transparency throughout the various stages of the development process.to functions and systems but also to requirements.Employ-ing appropriate techniques such as systematic documenta-tion and cross-functional cooperation ensures development teams will achieve the levels of g

49、ranularity and cohesiveness necessary to enable vertical traceability.Vertical traceability refers to the ability to trace requirements through the vari-8).In turn,this allows technical organizations to ensure that functions and services deliver desired customer value.跨學科合作是關鍵 Porsche Consulting保時捷咨

50、詢公司系統工程方法，使 OEM 可以了解如何為需求工程和發布管理建立最佳實踐流程、方法、工具和組織結構。此方法檢驗需求工程和發布管理定義的兩個方面整體系統考量和可追溯性。整體系統考量當今的產品開發流程主要圍繞各個系統組件及其在產品系列中的完善，從而形成了分級式供應鏈。但是，成功開發創新產品需要一種更全面的方法，該方法要優先考慮將客戶需求與產品和服務建立起端到端的聯系。這種范式轉變將會促使 OEM 銷售汽車和其后端功能、基礎設施組件以及與汽車相關的所有其他組件。例如，自動駕駛需要“V2X”（車輛至基礎設施、其他汽車、互聯網等等）連接。隨著客戶越來越多地從功能而不僅僅是從汽車硬件中獲取價值，這種現

51、象自然會帶來更全面的生態系統考量。若要與時俱進，就需要 OEM 完成觀念轉變從開發汽車內的組件轉變為開發生態系統內的系統。垂直和水平可追溯性條理清晰地了解系統、功能和組件之間的關系，可以在開發過程的各個階段實現至關重要的透明度。這種可追溯性的優勢和必要性不僅存在于功能和系統環節，還存在于需求環節。運用適當的技術（例如系統化的文檔備案和跨職能合作），可確保開發團隊達到實現垂直可追溯性所需的細致性和連貫性程度。垂直可追溯性是指通過生態系統和組件開發的各個級別來跟蹤需求的能力（圖 8）。這種能力反過來促使技術組織可以確保職能和服務部門提供預期的客戶價值。需求獲取在系統和產品的整個生命周期中，合并、處

52、理和跟蹤所有涉眾需求，以定義一個作為工作結果定義的需求基線系統需求分析將所有已定義的干系人需求轉換為一系列系統需求，作為系統概念的指南系統架構設計建立系統架構，根據定義的標準進行評估，隨后確定系統需求并將其分配給系統元素圖八:系統需求定義與設計進展 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來12正如 V 模型的右側所示，結構化的需求和發布具有相互依賴性。進一步聯系 V 模型的左側和右側，可以進行系統性的發布管理，稱為“水平可追溯性”。舉例說明：如果組件/功能 x 滿足需求 y，則會發布組件/功能 x。這種邏輯需要轉變傳統的開發邏輯范式；組件和功能僅在滿足客戶需求的情況時才能發布，而不是在組件或功能獨立運

53、行時發布。這一邏輯可轉移到所有系統級別，并符合法律要求和行業標準。自下而上的電子架構開發通過技術開發的戰略計劃和發布管理的需求工程，OEM 可以對所需的系統功能形成一個自上而下的認知。對于汽車開發團隊而言，利用現有的內部技術專長可讓這些方法在機械工程方面快速發揮其優勢。但是，在電子工程領域，許多 OEM 需要其他專業技術的支持。保時捷咨詢公司和新思科技等合作伙伴提供豐富的經驗、成熟的應用和專業的技術，對于正在調整自身開發流程，努力適應以電子為主導領域的 OEM 而言是助其戰勝挑戰的理想合作伙伴。03 Triple Shif Lef 方法學硅谷的技術公司已經開發出各種方法來實現電子架構開發的“S

54、hif Lef”?！癝hif Lef”一詞起源于軟件行業，是指在設計過程的早期，而不是在發布后的測試中，識別錯誤。IBM 發現，相比在發布之后的修復成本而言，在設計階段修復軟件錯誤的成本僅為其百分之一。10 當涉及到實物半導體和其他電子硬件組件時，錯誤修復的成本甚至會增加更多。過去的三十年，新思科技已指導芯片設計人員切實解決這些問題，借助“Triple Shif Lef”的解決方案，不僅可以在早期減少錯誤，還可以進行并行電子硬件和軟件開發。這種方法將串行開發流程轉換為并行開發流程，不僅可以進行早期（且成本更低）的缺陷識別，而且可以深入了解早期設計階段的重要復雜難題。新思科技解決方案包括三個主要

55、工具：智能且更安全的汽車芯片設計、并行軟硬件開發以及全面的汽車軟件測試。這些工具能夠將安全性、保護性和可靠性完全融入芯片中，提前 18 個月發現軟件問題，并將安全和品質融入軟件開發中。第一重 Shif Lef更智能更安全的汽車芯片設計隨著車輛功能變得越來越先進，基礎電子硬件也變得越來越先進。在傳統汽車電子硬件供應鏈中，OEM 將系統需求定義提供給一級供應商，一級供應商將芯片規格傳達給半導體制造商，半導體制造商將知識產權（IP）“構件”規格傳達給 IP 開發人員11。交付成果推動了供應鏈的發展，并相互推動，一直到 OEM 系統級別（圖 9）。這樣，供應鏈中的各個環節都不需要掌握自身領域以外的技術

56、專長。盡管這一模式在機械應用和相對簡單的電子硬件應用領域發揮著良好作用，但是也表現出一些劣勢。供應鏈中的各方通常通過詢價單（Request for Quote,RFQ）或需求建議書（Request for Proposal,RFP）傳達需求，所以在解讀規格時可能出錯。此外，一定數量的信息在通過供應鏈傳遞時會“在傳遞中丟失”。最后，可能也是最重要的一點，這種模式限制了 OEM 質量保證工作和對供應鏈中各個參與者當前或將來可能具備的能力的了解。革命性汽車軟件開發迎接數字化未來13 Porsche ConsultingOEMTier 1SemiIPOEMTier 1SemiIP 運用芯片專業知識，O

57、EM 可以將預期功能轉換為詳細的規格，從頭開始構建最佳的電子硬件（針對安全性、保護性和可靠性進行了優化）。OEM 和其他供應鏈參與者可通過運用 ADAS、信息娛樂或動力總成管理等專門為汽車應用設計的安全、可靠且可重復使用的汽車級 IP 進行前端設計，省去多年的設計工作。將這些構建模塊組合到功能專用的芯片中（而不是傳統的單獨“挑挑揀揀”的 ECU 模型）時，可以降低總體系統成本、功耗、空間消耗和安全風險。此外，將 IP 與符合 ISO 26262 標準的邏輯結合使用，可確保在OEM 電子供應鏈中達到各種級別的 ASIL（A、B、C 和 D）合規性。選擇正確的 IP 對于滿足嚴格的 AEC-Q10

58、0 可靠性標準并支持嵌入式視覺、傳感器融合和云連接用戶界面等新應用所需的最新協議也至關重要。汽車電子架構供應鏈傳統硬件設計最佳硬件設計模塊規格模塊系統系統模塊芯片/SoC芯片/SoC構建塊（IP）構建塊（IP）芯片規格IP 規格規格在供應鏈中以越來越高的粒度進行傳遞公司沒有可以跳過供應鏈中某一環節的技術專長伙伴關系有助于直接溝通，以確保翻譯損失最小更好的技術專長使得透明度更高傳統的汽車行業電子硬件供應鏈并不能使 OEM 對組成其電子系統的零部件有足夠的洞察力或信心圖九:汽車電子系統供應鏈的演變 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來14Revolutionizing Automotive Devel

59、opment for the Digital Future14+SynopsysSHIFT LEFT II PARALLEL SOFTWARE AND HARDWARE DEVELOPMENTleverages virtual prototyping to enable concurrent hardware systems development required hardware prototype delivery of virtual prototyping,a digital twin of the hardware can be up to 18 months before act

60、ual silicon manufacture,rather than being constrained by hardware production timelines.also allows implementation of agile practices in hardware de-by identifying errors or issues in early virtual prototypes rather than physical ones.If shared throughout the supply chain,actionable virtual models re

61、place RFQs,reducing the risk of misinterpretation while increasing quality and reducing time to production.第二重 Shif Lef并行軟硬件開發Triple Shif Lef 戰略的第二個組成部分，利用虛擬樣機實現并發的軟硬件設計。傳統上，汽車電子系統開發需要先交付硬件原型，然后才能開始軟件開發。隨著虛擬原型的出現，可以開發、測試硬件的數字孿生并將其用作軟件測試的依據。結果，ECU 的軟件開發可以比實際的硅制造提早最多 18 個月完成，而不受硬件生產時間表的限制。這種方法不僅有益于軟件開

62、發，而且能夠在硬件開發中實現敏捷實踐（圖 11）。用戶還可以通過識別早期虛擬原型而不是實物原型中的錯誤或問題，來降低原型制作成本。如果在整個供應鏈中共享，則可行的虛擬模型將取代 RFQ，從而減少誤解的風險，同時提高質量并縮短生產時間?！靶畔蕵贰薄熬W關”“BCM”“ADAS”“動力總成”芯片規格A 樣B 樣階段B 樣階段B 樣階段B 樣階段B 樣階段C 樣階段C 樣階段C 樣階段C 樣階段C 樣階段車型年款升級車型年款升級車型年款升級車型年款升級車型年款升級A 樣A 樣A 樣A 樣芯片規格系統架構芯片規格系統架構芯片規格系統架構汽車 SoC 設計以確保安全性、安保性和可靠性硅上的專用功能（嵌入

63、式視覺、ADAS）SHIFT LEFT I:系統架構圖十:加速汽車 SoC 設計12Shif Lef-汽車系統級芯片（SoC）概 念研 發生 產Revolutionizing Automotive Development for the Digital Future14+SynopsysSHIFT LEFT II PARALLEL SOFTWARE AND HARDWARE DEVELOPMENTleverages virtual prototyping to enable concurrent hardware systems development required hardware pr

64、ototype delivery of virtual prototyping,a digital twin of the hardware can be up to 18 months before actual silicon manufacture,rather than being constrained by hardware production timelines.also allows implementation of agile practices in hardware de-by identifying errors or issues in early virtual

65、 prototypes rather than physical ones.If shared throughout the supply chain,actionable virtual models replace RFQs,reducing the risk of misinterpretation while increasing quality and reducing time to production.Revolutionizing Automotive Development for the Digital Future14+SynopsysSHIFT LEFT II PAR

66、ALLEL SOFTWARE AND HARDWARE DEVELOPMENTleverages virtual prototyping to enable concurrent hardware systems development required hardware prototype delivery of virtual prototyping,a digital twin of the hardware can be up to 18 months before actual silicon manufacture,rather than being constrained by

67、hardware production timelines.also allows implementation of agile practices in hardware de-by identifying errors or issues in early virtual prototypes rather than physical ones.If shared throughout the supply chain,actionable virtual models replace RFQs,reducing the risk of misinterpretation while i

68、ncreasing quality and reducing time to production.Revolutionizing Automotive Development for the Digital Future14+SynopsysSHIFT LEFT II PARALLEL SOFTWARE AND HARDWARE DEVELOPMENTleverages virtual prototyping to enable concurrent hardware systems development required hardware prototype delivery of vi

69、rtual prototyping,a digital twin of the hardware can be up to 18 months before actual silicon manufacture,rather than being constrained by hardware production timelines.also allows implementation of agile practices in hardware de-by identifying errors or issues in early virtual prototypes rather tha

70、n physical ones.If shared throughout the supply chain,actionable virtual models replace RFQs,reducing the risk of misinterpretation while increasing quality and reducing time to production.革命性汽車軟件開發迎接數字化未來15 SynopsysBeforeRevolutionizing Automotive Development for the Digital Future15 Synopsys Synop

71、sysBefore這些優勢累積起來，使開發人員可以更快速、更低成本地識別硬件、軟件以及硬件/軟件集成問題，將重大錯誤曲線向左移動，從而更及時地調整錯誤處理（圖 12）。大規模生產仿真是獲得經驗的重要步驟虛擬硬件 ECU 可用于來自 BSP 的軟件開發，操作系統移植，復雜驅動程序，算法開發等ECU 研發ECU 研發軟件研發Shif Lef虛擬原型樣件研發敏捷方法應用OEM 云中的軟件回歸集成到故障測試框架中提前發現硬件、軟件問題和缺陷避免未經測試的硬件和軟件集成引起的“大爆炸”軟件研發虛擬化降低了研發成本 軟硬件協同設計使早期測試和發現硬件缺陷成為可能圖十一:基于虛擬建模的 ECU 軟硬件并行開

72、發13改變開發過程錯誤曲線可管理錯誤曲線左移（Shit Lef）嚴重錯誤曲線圖十二:ECU 虛擬化對開發項目臨界誤差曲線的影響14 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來16 Synopsys With virtual test platforms,scaling and derivative testing also become possible,allowing for experimentation with regression forming,or automated testing,increases overall coverage and accelerates test cycl

73、es for applications,power electronics,wire harness simulations,and a variety of other testing lifecycle measures,such as OTA updates.第三重 Shif Lef 全面的汽車軟件測試通通常，電子系統可以在其測試環境中發揮預期功能，但也會留下安全漏洞、安全缺陷或未發現的錯誤，這些問題可能要等到汽車投入量產幾年之后才會顯現出來。在這種情況下，OEM 只能求助于歷來都代價昂貴的召回處理。但是，先進的虛擬測試方法可提供無與倫比的數據速度和深度，以進行錯誤故障排除和洞察了解，同

74、時進一步減少對硬件的依賴性。新思科技進一步運用汽車電子系統的虛擬模型，幫助汽車 OEM 和供應商創建用于虛擬車輛開發的測試平臺（圖 13）。這樣可以通過靜態安全測試、軟件組件分析、交互式安全測試和模糊測試進行廣泛的驗證。借助虛擬測試平臺，還可以進行擴展和衍生測試，從而對無數潛在的硬件-軟件配置進行試驗，以降低小批量衍生產品的驗證成本。這種回歸測試或自動測試可以提高總體覆蓋率，并加快應用、電力電子設備、線束仿真以及各種其他特定應用的測試周期?？梢宰远x虛擬測試環境，以適應每位客戶的獨特需求，包括測試生命周期措施（例如 OTA 更新）。虛擬原型樣件-拓展和成本無法針對各種硬件變體進行擴展耗時且成本

75、高昂的維護標準高性能運算能力靈活且可重新配置圖十三:虛擬與物理原型的可擴展性15 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來17 Porsche Consulting01 020303 04 生命周期考量保時捷咨詢公司在革新 OEM 技術組織方面，所采用的最后一個方法是將產品生命周期考量納入開發流程。為了滿足客戶購買汽車后對新服務和新功能的需求，例如最新版本的導航、泊車或音樂播放應用，OEM 必須確保將售后功能納入到他們的開發工作中。車輛生命周期的開發必須從概念階段開始，一直持續到車輛功能使用壽命結束。因此，汽車開發過程必須跨越 12 年，從傳統的 4 年開發周期擴展到同時覆蓋車輛的 8 年使用壽命。除

76、了客戶需求之外，可靠性和安全性要求也至關重要。盡管諸如聯合國歐洲經委會（UNECE）的第 29 號工作文件產品開發是否遵循可重復、高效和系統導向的流程？是否存在功能導向的研發分解？IT 系統是否為跨產品系統的不同數據模型的多種工具應用提供了堅實的基礎？是否有方法確保結構化需求分解和系統定義，以及與之配合的集成和測試？人員能力和組織架構是否支持系統開發？Soli Structure 的主導地位如何？之類的法規有望在 2021 年 9 月之前生效，從而為這些考量提供依據，但是監管機構很少能夠緊跟市場創新的速度。因而需要一些流程，用于在迅速發展的工業環境中評估漏洞。解決方案的實施上文介紹的整體方法是

77、一個有效的解決方案，為 OEM 克服汽車行業面臨的諸多挑戰提供了一個途徑。必須在 OEM 流程、方法、組織、IT 系統和工具中分別實施各個組成部分（圖 14）。每家公司的獨特構成和定位消除了執行“一刀切”解決方案的可能性，也使得有經驗的合作伙伴的參與十分重要。流 程流 程改善維度IT-系統IT-系統方法和工具方法和工具組 織組 織圖十四:系統工程原理的實施領域 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來18 Porsche Consulting總結多年來，汽車行業一直都在警示，我們面臨電氣化、自動駕駛技術、車聯網以及車輛擁有量的不確定性帶來的迫在眉睫的挑戰。今天，這些單獨的技術飛躍以及它們所構成的最終的

78、行業革命，不再代表令人不安的不確定性，而是極其現實而艱巨的挑戰。OEM 開發組織正努力將這些概念引入量產，力爭在與以往的技術專長越來越脫節的領域，保持在創新前沿。谷歌、蘋果、百度等巨頭以及來自世界各個角落的許多其他公司進一步突破了這一競爭領域。盡管傳統 OEM 面臨的賠率似乎越來越高，但近年來的情況表明，機械工程技術專長仍然是相對于大量失敗或沒有盈利的汽車制造初創公司而言的無價優勢。對于那些希望繼續取得成功并保持領先地位的企業，現在該采取行動了。汽車開發必須重塑自我，不僅將芯片和軟件的前沿技術帶入汽車之中，而且要將電子元件安全性和耐用性提升到前所未有的高度（圖 15）。因此，對 OEM 而言，

79、僅僅趕上科技行業還遠遠不夠。相反，車輛開發組織必須重塑自己，面對機械和電子工程聯合所具有的功能安全性、保密性和可靠性挑戰，蓬勃地發展壯大。當前狀態大量的需求不清晰的目標、邊界條件和交互界面最先進的供應商技術無法集成測試條件未定義錯誤在開發周期結束時出現項目按時完成創新能力提升研發成本降低技術一致性和可追溯性服務擴展結構化需求分析所有系統級別的系統化定義整體流程環境支持集成測試條件針對需求預先定義在下一個集成步驟之前完成測試和錯誤解決未來狀態過渡圖十五:整體解決方案給產品研發機構帶來的收益 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來19沒有大量的精力、時間和資源投入，這種轉變就不會成功。但是，一旦 OEM

80、 做出了必要的努力，只要正確地實施，就可以保證及時獲得豐厚的投資回報。通過采用自上而下的系統工程方法來應對這些變化，指導應用自下而上的電子架構設計、原型設計和驗證，汽車巨頭可以保持他們目前所享有的行業地位。OEM 由此即可確保其品牌不僅在客戶生活中保持重要地位，同時日益加強與圍繞客戶車輛所形成的生態系統之間的重要聯系。汽車開發的未來不僅僅在于制造車輛，還在于能夠進入界定人們生活的現實世界和數字世界。革命性汽車軟件開發迎接數字化未來20(1)https:/ 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來21AndreasSchneleKevinSchwutkeDr.-Ing.Marc-Florian UthP

81、aulKirschenbauerContact(Stuttgart)+49 170 911 3467 andreas.schneleporsche-AuthorsContact(Atlanta)+1 678 687 3492 kevin.schwutkeporsche.us Revolutionizing Automotive Development for the Digital Future21AndreasSchneleKevinSchwutkeDr.-Ing.Marc-Florian UthPaulKirschenbauerContact(Stuttgart)+49 170 911 3

82、467 andreas.schneleporsche-AuthorsContact(Atlanta)+1 678 687 3492 kevin.schwutkeporsche.us關于保時捷管理咨詢保時捷管理咨詢是德國領先的戰略和運營咨詢公司，在全球范圍內擁有670名員工。該公司是斯圖加特跑車制造商Dr.Ing.h.c.F.Porsche AG的子公司。保時捷管理咨詢在斯圖加特、漢堡、慕尼黑、柏林、法蘭克福、米蘭、巴黎、圣保羅、上海、北京、亞特蘭大和貝爾蒙特（硅谷）均設有辦事處。遵循“謀于思，踐于行”的原則，公司顧問為行業領導者提供有關戰略、創新、提高績效和可持續性的建議。保時捷管理咨詢的12

83、個全球辦事處組成了龐大的業務網絡，為移動和工業產品行業的客戶提供服務，包括生命科學與醫療保健、消費品和金融服務部門。謀于思，踐于行作為領先的戰略實施咨詢企業，我們有一個明確的任務：為客戶創造競爭優勢，并讓客戶能夠切身體驗到成果。在這一過程中，我們在思維上走戰略性路線、在行動上走務實路線。我們堅信并遵循以人為本的原則。我們的項目能夠取得成功的關鍵因素便在于我們與客戶及其員工展開合作的方式。只有當我們能夠調動所有參與者的積極性，并讓他們熱情投入到必要的變革之中，我們才真正實現了目標。初級合伙人初級合伙人經理顧問作者 Revolutionizing Automotive Development fo

84、r the Digital Future21AndreasSchneleKevinSchwutkeDr.-Ing.Marc-Florian UthPaulKirschenbauerContact(Stuttgart)+49 170 911 3467 andreas.schneleporsche-AuthorsContact(Atlanta)+1 678 687 3492 kevin.schwutkeporsche.us Revolutionizing Automotive Development for the Digital Future21AndreasSchneleKevinSchwut

85、keDr.-Ing.Marc-Florian UthPaulKirschenbauerContact(Stuttgart)+49 170 911 3467 andreas.schneleporsche-AuthorsContact(Atlanta)+1 678 687 3492 kevin.schwutkeporsche.us 革命性汽車軟件開發迎接數字化未來22保時捷管理咨詢微信公眾號保時捷管理咨詢官方網站保時捷管理咨詢領英主頁保時捷管理咨詢www.porsche-|2020 年保時捷管理咨詢版權所有中國上海市浦東新區世紀大道 826 號 13 樓斯圖加特|漢堡|慕尼黑|柏林|法蘭克福|米蘭|巴黎|圣保羅|亞特蘭大|貝爾蒙特|上海|北京