1、Automotive DevelopmentRevolutionizing Automotive Development for the Digital FutureA solution for integrating innovative silicon and software design into automotive systems engineering processes汽车开发革命性汽车软件开发迎接数字化未来将新型芯片和软件设计集成到汽车系统流程的一种解决方案 革命性汽车软件开发迎接数字化未来2简介针对广泛且快速发展的数字化车辆，当今的汽车原始设备制造商（OEM）都在互相竞争，

2、以期满足消费者对于性能、功能及特性需求。这些产品对汽车电子架构的依赖性极大地改变了研发团队与汽车软件和芯片之间的关系。技术团队在尝试培养应对这种模式转变的能力时，还面临着法规要求、新竞争对手和盈利限制的压力。本文介绍的解决方案将新思科技 Triple Shif Lef 方法学与保时捷咨询系统工程原则融会贯通。Triple Shif Lef 描述了一种自下而上开发电子架构的方法学。它利用了更智能且更安全的芯片 IP 解决方案，并行软件和硬件开发，以及全面的软件测试。系统工程原则专注于早期战略性规划及调整，需求工程及发布管理，和长期产品生命周期。利用系统工程原则指导 Triple Shif Lef

3、 的实施，可确保将新技术和新工具成功整合到现有组织和流程中。以下分析概述了该新型解决方案如何应对当前面临的挑战。现状汽车电子架构简介世界上第一批机动四轮马车是当今汽车的始祖，它们的发明昭示着 19 世纪机械工程专业技术的顶峰。这些车辆可以通过发动机、车轴和制动器机械连接的方向盘和踏板，响应操作人员发出的简单命令，完成加速、制动和转弯操作。在接下来几十年的时间里，随着汽车的普及，汽车 OEM 不断完善这些机械部件。这样，尽管车辆的速度，大小和形状发生了变化，但操作员与车辆之间的关系仍然植根于齿轮和皮带的直接模拟连接。在汽车发明一百多年后的 1970 年代，随着第一批汽车电子控制单元（ECU）的推

4、出，驾驶员和车辆之间的直接机械相互作用开始演进1。随着诸如清洁空气法（Clean Air Act，最初于 1963 年在美国颁布）等监管排放和燃油经济性的管制措施的推出，汽车制造商开始广泛采用第一批主要专注于管理发动机运行的 ECU。对于许多驾驶员而言，这种从纯机械命令到电子管理车辆命令的技术飞跃几乎没有改变用户体验。来自驾驶员的命令和车辆的功能保持不变：“我踩了油门踏板，车辆就会加速。”然而对于 OEM 而言，电子控制器件的引入标志着车辆功能和产品开发流程（PDP）的巨大转变。革命性汽车软件开发迎接数字化未来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如今的汽车电子架构从一开始，ECU 就在整个汽车工业中得以迅速应用，以提高车辆的舒适度、效率、安全和性能。提供自动车窗，防抱死制动，信息娱乐系统等车辆功能使得硬件和软件的电子架构日益复杂化。任意给定 ECU 的功能，硬件和软件要求的清晰界定和相对独立性，促进了这样一条供应链的形成，这条供应链使得汽车制造商可以在其中选择一级供应商的分立组件，用于实现自身产品的特定功能。实际上，ECU 的爆炸式增长可能部分归因于为汽车开发团队提供的“即插即用”的便捷性。这种趋势一直持续到今天，豪华轿车拥有庞大且强大的功能（如车道保持辅助和联网功能

11、），其钣金下方可能隐藏着一个超过一百个 ECU（图 1）的网络2。图一:汽车电子工程和创新的主要数据 随着特性和功能变得日益复杂，电子架构要求也随之提高。例如，自动停车功能需要一种能够处理多种类型的传感器数据的电子系统，不仅要测量本车的速度、位置和方向，还要测量其他车辆和基础设施的速度、位置和方向。必须收集大量输入数据，并将其输入复杂的人工智能算法中，然后输出组合指令，为驾驶员提供指示，对本车制动和加速控制器下达命令。更复杂的情况，诸如自动紧急刹车之类的功能，与安全息息相关，因而极大地增加了对相应电子架构的安全性、可靠性和其他性能的要求。的创新是基于软件和电子件的，50%是在系统层级我们需要成

12、为系统工程专家个以上的 ECU 安装在每一辆整车上我们需要加强系统性思维的车辆系统目前仅仅被垂直关联和整合我们需要利用完全关联系统的潜力 革命性汽车软件开发迎接数字化未来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警示标志：重大错误曲线嵌入式系统的缺陷检测与修复成本这种日益复杂的软件和电子硬件架构给汽车工程团队带来了重大挑战。经过数十年对分立机械硬件组件的开发、测试和集成的不断完善，传统的汽车 PDP 尚未针对电子硬件和软件系统开发的艰巨任务进行优化。尽管许多 OEM 认识到电子功能日益增长

16、的重要性和差异化潜力，但传统的分层式 ECU 供应链使汽车制造商与电子软硬件开发流程相对分离。现在，希望对新趋势作出调整的汽车制造商意识到工具和技术的更新需这些挑战导致在功能和车辆开发中出现越来越多的关键错误曲线（图 2），这一点可以从普遍存在的用于纠正现有 PDP 框架无法解决的错误的“急救队”得到证明。假如这些急救队无法及时纠正重大错误，量产开始的（SOP）目标就有可能无法完成，这给渴望通过成要大量的投资，但是当用传统的方法实施时，他们又无法保证获得明显的回报。此外，OEM 必须决定是否开发内部能力（例如详细的电子要求规范）以及如何开发3。同时，呈指数增长的代码量（LoC）需要更多层的验证

17、、认证和合规性测试。除了这些各自独立的问题之外，硬件和软件组件的集成以及它们之间的相互依赖性，还导致具有互操作性的关键功能问题产生了“大爆炸”效应。品销售来收回开发投资的 OEM 和供应商造成了巨大的成本负担。尽管业界已经意识到了这些问题并试图进行补救，但在满足市场对新功能和新能力的需求方面，其进展尚未跟上其发展步伐。缺陷比例%时间系统设计和编程单元测试功能测试系统测试发布之后缺陷引入比例%缺陷修复成本缺陷发现比例%图二:缺陷引入、发现和修复成本之间的关系 革命性汽车软件开发迎接数字化未来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 汽车行业的未来趋势全球 OEM 正致力于从车辆制造商和分销商发展为整车服务提供商，并对在这方

20、面所作的努力进行了大力宣传。自动驾驶、互联、电动和共享（ACES）车辆及商业模式组合的不断增长，为实现这一转变打下了基础（图 3）。为了证明所取得的进展，OEM 车展上展出功能固定、缺乏与数字世界交互的产品，无法继续满足消费者的需求。充分连接和能够通过空中（Over the Air,OTA）更新推出新功能，这已经从一种差异化元素转变为必备特性。这与传统的汽车模型形成鲜明对比，传统的汽车模型在其 7 年的生命周期内仅进行一次“面部提升”4。更复杂的情况则是汽车的使用寿命要远远长于智能手机等产品，同时汽车还要耐受更严酷的温度、天气和磨损条件。随着 OEM 开始转变其单一的汽车制造和经销业务模式，他

21、们面临着来自同行业的新公司和边缘行业的巨头的激烈竞争。Maven、优步（Uber）和 来福车（Lyf）也在不断打破车辆私人所有的局面。诞生于硅谷的特斯拉表现出了将电子硬件和软件开发整合到内部运营中的意愿和能力。简而言之，OEM 必须适应竞争加剧带来的行业压力。了从电动超级跑车到自动睡眠舱的各种概念车。然而在许多汽车研发团队中，设计和开发符合客户期望、市场断层并适应财务不利因素的竞争性产品，只会加剧目前已经普遍存在的重大错误曲线问题。此外，传统 OEM 商业模式面临的压力推动了对创新的需求，却同时限制了投资资金5。未能持续增加的销售量，排放和安全法规导致的日益增长的材料成本，在利润丰厚的售后业务

22、方面越来越激烈的竞争，这些都是压制 OEM 财务业绩的因素的几个例子。这种动荡的行业氛围迫使开发主管们不得不面对这样一种需要，即在如何最好地确定优先次序和利用这些投资方面达成明确共识之前，必须证明不断增加的创新成本是合理的。从传统驾驶从机械主导从由人驾驶从个人所有从以产品为中心从松散耦合设备电动交通到软件与机电一体化自动驾驶共享经济全方位服务提供商系统互联图三:汽车行业产品研发大趋势 革命性汽车软件开发迎接数字化未来6复杂因素汽车 OEM 面临的复杂化因素尽管转变为汽车服务提供商这一方向，为行业中的许多人树立了明亮的灯塔，但 OEM 发现，其原有业务与行业新方向的相互推动使得应对这种变化变得很

23、复杂。不断发展的电子架构，过时的流程、方法和工具（Process,Methods,and Tools,PMT），日益严格的法规/法律要求，组织惯性以及财务不确定性都阻碍了 OEM 的创新计划。在汽车电子领域，开发团队越来越多地使用集中域控制器（CDC），其在动力总成、高级驾驶员辅助系统（ADAS）、信息娱乐和联网等领域中整合了相关系统的功能。尽管这消除了当今车辆中对许多分立 ECU 的需求，但 CDC 的实现并不能保证其简单易用。CDC 必须提供更强大的计算能力，并可以定义车辆的整体功能产品，才能进而定义其对客户的价值。此外，这些系统也代表了许多功能的单一潜在故障点。因此，在设计或在供应商处选

24、择 CDC 时，需要更深入地了解每个系统的局限性和功能，以及与在该系统上运行的软件的交互作用6。OEM 当前拥有将碰撞和安全法律要求纳入机械硬件（底盘、动力总成等）的专业能力。但是，随着电子架构变得更加先进、复杂且安全攸关，经验不足的汽车开发团队面临针对软件完整性、功能安全性和安全漏洞（例如联合国欧洲经委会网络安全建议书、SAE J3061、ISO/SAE 21434 和 ISO 26262）的新要求7。例如，要对诸如 ADAS 之类生死攸关的功能做出保证，就需要一种确保故障率趋向于零的方法。技术和系统复杂性的显著增加使得这些挑战变得更加严峻。为了管理安全要素并确保开发高度复杂的系统，OEM

25、需要高性能的过程图景，以及由严格定义的签署（sign-of）关卡构成的正确系统定义。因此，开发团队需要面对如何在创新投资与风险之间权衡利弊、实现最佳管理的艰难决策，尤其是在不太熟悉但越来越重要的专业领域，如人工智能应用、网络安全、机器学习和安全攸关系统。简而言之，新产品和功能需要更新 PMT 组合，而要有效地实施该组合，就必须在各个级别进行组织性的调整。从汽车平台到电子架构再到功能组合，协调合作是实现投资收益的关键所在。团队必须将发展战略与相应的组织战略做好匹配，包括一个明确的开发和获取专业技能的路线图。要克服上述所有障碍需要大量的资金投入，但在没有明确商业案例的情况下，组织机构可能会犹豫是否

26、应当批准此类投资，因而常常会延误必要的投资决策8。为了应对诸如通过共享组件策略进行成本优化之类的挑战，在观念上要有重大的转变。尽管这种方法在机械应用中得到了很好的验证，但是当用于电子应用时，就可能会使新车背上软件漏洞等技术性债务。OEM 及其供应商如果希望跟上行业变化的步伐，就必须不断优化其内部财务计算和决策流程9。总之，OEM 面临的不止是充满挑战的市场和通往未来的未知道路。他们还必须积极管理自己的转型战略和复杂问题，以确保既能够适应未来发展，又不会失去取得现有成功的至关重要的核心竞争力（图 4）。革命性汽车软件开发迎接数字化未来7 Revolutionizing Automotive De

27、velopment for the Digital Future07 Porsche Consulting01 02 03040506克服汽车 OEM 面临的发展挑战，不仅需要独特的能力和部门，而且还需要整个公司的变革。尽管行业参与者们已经意识到变革的必要性，但要确定一条可持续的前进道路，仍然是看似无法解决的难题。此外，老牌 OEM 经常发现自己在股东压力下要优先考虑短期财务业绩，这就使得他们更加不愿意在商业项目未经验证的情况下投资尖端技术。在实施这些重大变革上所耗费的时间，只会增强该行业迅速采取行动的需求。安于现状终将导致在竞争压力下跟不上发展步伐。因此，在整个公司层面改变管理层决策后实现即

28、时价值总体需求概述是至关重要的，但是只有对公司的未来达成一致愿景这一点才能实现。凭借数十年的电子架构和汽车工程经验，新思科技和保时捷咨询公司共同设计了一种整体解决方案，以克服 OEM 及其供应链所面临的这些确切问题。以下是这种用于更新决策流程、提高生产率并显著提高开发流程灵活性的方法的梗概。变 革焦点变革整体方法工程学科转变招聘转变前 置新型服务传统方式零部件导向整体系统导向整体与跨学科机电一体化与软件工程软件开发人员在前期阶段考虑综合服务特定学科机械工程机械工程师在研发阶段考虑卖 车导向工程方法工程学科招聘需求PDP 阶段的重要性产品战略新型方式图四:汽车研发机构的必要变革 革命性汽车软件开

29、发迎接数字化未来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 解决方案要构建最先进的电子架构开发能力，就必须将新产品开发工具和技术锚定在流程、组织和策略的统一整体方法中。然而，许多 OEM 现在发现，如果没有明确的实施框架，就很难掌控这一改变。本文提出的解决方案路线图，将保时捷咨询公司的自上而下的系统工程方法与新思科技自下而上的 Triple Shif Lef 方法学相结合，确保了工程质量、速度和效率三方面的可持续增长。这个概念是从 Boehm（1979）最初开发的经典“V 模型

33、(V-model)”演变而来，该模型说明了系统开发生命周期及其主要里程碑。V 模型的左侧侧重于需求工程，右侧侧重于组件集成和验证。保时捷咨询公司和新思科技已经将 V 模型发展成为一个经验证的框架，该模型可以满足当今对个性化服务、复杂功能及其所组成系统的需求。这一联合解决方案包括四个主要组成部分（图 5）。下文详细描述的每一项，都是对面向未来的 OEM 开发工作采取整体方法的重要组成部分。技术发展战略规划需求工程和发布管理面向数字化未来的汽车发展生命周期考量Triple Shif Lef 方法图五:Triple Shif Lef 支持的集成汽车系统工程概述Triple Shif Lef 支持的系

34、统工程 革命性汽车软件开发迎接数字化未来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 技术开发战略计划第一个解决方案元素侧重于保时捷咨

35、询公司的专长，即在开发过程的早期阶段进行战略调整。甚至在概念企业现状一项合适的战略计划始于对公司现状的分析，以形成并统一对现有能力和弱点的清晰认识。例如，OEM 在机械工程领域拥有深厚的专业知识，这些知识通过多年的经验不断得到完善。另一方面，供应商历来负责软件开发任务。要真正全面了解公司现状，就需要对跨职能指标（如财务结构和组织配置）进行深入分析。输入数据的深度、广度和质量是决定这种公司现状分析是否可靠的关键所在。技术战略战略计划的第二部分是技术战略定义。这项巨大努力使我们能够充分利用公司优先考虑的技术，及其带来的行业内相对竞争优势。例如，动力总成电气化或自动驾驶汽车技术开发表明技术支柱可以为

36、 OEM 或其他同行们确定行业基准。拥有明确优先顺序的技术投资化初始模型和构建第一个原型之前，就必须制定一项有凝聚力的高层战略计划，该计划分为三个阶段（图 6）。路线图，是将概念投入批量生产的关键。因此，所需的预算和资源必须具有可保证的和可预测的可用性。否则，在计划过程中努力推进的项目可能永远无法得到全面实施，这代表的是一种普遍却极其低效的资源分配。制定和维护清晰的技术战略需要高效的创新管理组织。这些团队负责预测技术发展并确定其优先级，然后推荐相应的投资。建立这些机制之后，可以及时做出决策，以进行有效的项目优先级批准或驳回。项目落实第三个组成部分优先考虑可提供最佳投资回报和努力回报的项目。尽管

37、许多开发组织可能会偏爱开发包含突破性技术的产品，但这些产品必须首先与公司的战略和竞争优势保持一致。正确规划这些已批准的技术项目，可以最优化地利用公司现有的技术和资源。如项目实现集团情况战略规划技术战略图六:技术发展战略规划框架 革命性汽车软件开发迎接数字化未来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、果将这三个组成部分妥善融汇到组织的现有流程中，它们将成为推动 OEM 技术开发工作不断发展的关键基础。例如，在汽车电子工程领域，这些努力突出强调了 OEM 需要哪些技术和工具来开发高性能且安全可靠的芯片。妥善的实施不仅需要整个组织（而不是孤立的战略团队）的参与，而且还需要连续的流程（而不是时间受限制的孤立战略项目）。尽管技术开发的战略规划不能确保 OEM 的技术流程本身能适应未来的发展，但它可以通过进一步的行动，将组织推向系统工程的新时代。02 需求工程和发布管理保时捷咨询公司的系统工程基于保时捷咨询公司开发复杂产品和服务方法的两个基本方面，进行调整后得出第二个关键解决方案促成因素（图 7）需

43、求工程和发布管理。正确解决这些主题可确保技术开发团队具备充分的能力来回答各种问题，例如，“如何知道客户看重什么？如何量化并优先考虑价值创造功能？如何确定一个产品是否适合发布？最终产品是否提供客户想要的功能？”汽车工程师每天都面临这些问题，但是不断提高的能力（从机械到数字）要求和不断变化的客户需求（从硬件到功能）都使得一致、及时地给出笃定的结论变得极为困难。基于综合体系结构的概念设计管理整体系统架构干系人要求变型管理成熟度管理测试和验证功能和网络安全用户体验系统规格首次模拟图七:保时捷咨询系统工程方法概述 革命性汽车软件开发迎接数字化未来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.跨学科合作是关键 Porsche Consulting保时捷咨

50、询公司系统工程方法，使 OEM 可以了解如何为需求工程和发布管理建立最佳实践流程、方法、工具和组织结构。此方法检验需求工程和发布管理定义的两个方面整体系统考量和可追溯性。整体系统考量当今的产品开发流程主要围绕各个系统组件及其在产品系列中的完善，从而形成了分级式供应链。但是，成功开发创新产品需要一种更全面的方法，该方法要优先考虑将客户需求与产品和服务建立起端到端的联系。这种范式转变将会促使 OEM 销售汽车和其后端功能、基础设施组件以及与汽车相关的所有其他组件。例如，自动驾驶需要“V2X”（车辆至基础设施、其他汽车、互联网等等）连接。随着客户越来越多地从功能而不仅仅是从汽车硬件中获取价值，这种现

51、象自然会带来更全面的生态系统考量。若要与时俱进，就需要 OEM 完成观念转变从开发汽车内的组件转变为开发生态系统内的系统。垂直和水平可追溯性条理清晰地了解系统、功能和组件之间的关系，可以在开发过程的各个阶段实现至关重要的透明度。这种可追溯性的优势和必要性不仅存在于功能和系统环节，还存在于需求环节。运用适当的技术（例如系统化的文档备案和跨职能合作），可确保开发团队达到实现垂直可追溯性所需的细致性和连贯性程度。垂直可追溯性是指通过生态系统和组件开发的各个级别来跟踪需求的能力（图 8）。这种能力反过来促使技术组织可以确保职能和服务部门提供预期的客户价值。需求获取在系统和产品的整个生命周期中，合并、处

52、理和跟踪所有涉众需求，以定义一个作为工作结果定义的需求基线系统需求分析将所有已定义的干系人需求转换为一系列系统需求，作为系统概念的指南系统架构设计建立系统架构，根据定义的标准进行评估，随后确定系统需求并将其分配给系统元素图八:系统需求定义与设计进展 革命性汽车软件开发迎接数字化未来12正如 V 模型的右侧所示，结构化的需求和发布具有相互依赖性。进一步联系 V 模型的左侧和右侧，可以进行系统性的发布管理，称为“水平可追溯性”。举例说明：如果组件/功能 x 满足需求 y，则会发布组件/功能 x。这种逻辑需要转变传统的开发逻辑范式；组件和功能仅在满足客户需求的情况时才能发布，而不是在组件或功能独立运

53、行时发布。这一逻辑可转移到所有系统级别，并符合法律要求和行业标准。自下而上的电子架构开发通过技术开发的战略计划和发布管理的需求工程，OEM 可以对所需的系统功能形成一个自上而下的认知。对于汽车开发团队而言，利用现有的内部技术专长可让这些方法在机械工程方面快速发挥其优势。但是，在电子工程领域，许多 OEM 需要其他专业技术的支持。保时捷咨询公司和新思科技等合作伙伴提供丰富的经验、成熟的应用和专业的技术，对于正在调整自身开发流程，努力适应以电子为主导领域的 OEM 而言是助其战胜挑战的理想合作伙伴。03 Triple Shif Lef 方法学硅谷的技术公司已经开发出各种方法来实现电子架构开发的“S

54、hif Lef”。“Shif Lef”一词起源于软件行业，是指在设计过程的早期，而不是在发布后的测试中，识别错误。IBM 发现，相比在发布之后的修复成本而言，在设计阶段修复软件错误的成本仅为其百分之一。10 当涉及到实物半导体和其他电子硬件组件时，错误修复的成本甚至会增加更多。过去的三十年，新思科技已指导芯片设计人员切实解决这些问题，借助“Triple Shif Lef”的解决方案，不仅可以在早期减少错误，还可以进行并行电子硬件和软件开发。这种方法将串行开发流程转换为并行开发流程，不仅可以进行早期（且成本更低）的缺陷识别，而且可以深入了解早期设计阶段的重要复杂难题。新思科技解决方案包括三个主要

55、工具：智能且更安全的汽车芯片设计、并行软硬件开发以及全面的汽车软件测试。这些工具能够将安全性、保护性和可靠性完全融入芯片中，提前 18 个月发现软件问题，并将安全和品质融入软件开发中。第一重 Shif Lef更智能更安全的汽车芯片设计随着车辆功能变得越来越先进，基础电子硬件也变得越来越先进。在传统汽车电子硬件供应链中，OEM 将系统需求定义提供给一级供应商，一级供应商将芯片规格传达给半导体制造商，半导体制造商将知识产权（IP）“构件”规格传达给 IP 开发人员11。交付成果推动了供应链的发展，并相互推动，一直到 OEM 系统级别（图 9）。这样，供应链中的各个环节都不需要掌握自身领域以外的技术

56、专长。尽管这一模式在机械应用和相对简单的电子硬件应用领域发挥着良好作用，但是也表现出一些劣势。供应链中的各方通常通过询价单（Request for Quote,RFQ）或需求建议书（Request for Proposal,RFP）传达需求，所以在解读规格时可能出错。此外，一定数量的信息在通过供应链传递时会“在传递中丢失”。最后，可能也是最重要的一点，这种模式限制了 OEM 质量保证工作和对供应链中各个参与者当前或将来可能具备的能力的了解。革命性汽车软件开发迎接数字化未来13 Porsche ConsultingOEMTier 1SemiIPOEMTier 1SemiIP 运用芯片专业知识，O

57、EM 可以将预期功能转换为详细的规格，从头开始构建最佳的电子硬件（针对安全性、保护性和可靠性进行了优化）。OEM 和其他供应链参与者可通过运用 ADAS、信息娱乐或动力总成管理等专门为汽车应用设计的安全、可靠且可重复使用的汽车级 IP 进行前端设计，省去多年的设计工作。将这些构建模块组合到功能专用的芯片中（而不是传统的单独“挑挑拣拣”的 ECU 模型）时，可以降低总体系统成本、功耗、空间消耗和安全风险。此外，将 IP 与符合 ISO 26262 标准的逻辑结合使用，可确保在OEM 电子供应链中达到各种级别的 ASIL（A、B、C 和 D）合规性。选择正确的 IP 对于满足严格的 AEC-Q10

58、0 可靠性标准并支持嵌入式视觉、传感器融合和云连接用户界面等新应用所需的最新协议也至关重要。汽车电子架构供应链传统硬件设计最佳硬件设计模块规格模块系统系统模块芯片/SoC芯片/SoC构建块（IP）构建块（IP）芯片规格IP 规格规格在供应链中以越来越高的粒度进行传递公司没有可以跳过供应链中某一环节的技术专长伙伴关系有助于直接沟通，以确保翻译损失最小更好的技术专长使得透明度更高传统的汽车行业电子硬件供应链并不能使 OEM 对组成其电子系统的零部件有足够的洞察力或信心图九:汽车电子系统供应链的演变 革命性汽车软件开发迎接数字化未来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并行软硬件开发Triple Shif Lef 战略的第二个组成部分，利用虚拟样机实现并发的软硬件设计。传统上，汽车电子系统开发需要先交付硬件原型，然后才能开始软件开发。随着虚拟原型的出现，可以开发、测试硬件的数字孪生并将其用作软件测试的依据。结果，ECU 的软件开发可以比实际的硅制造提早最多 18 个月完成，而不受硬件生产时间表的限制。这种方法不仅有益于软件开

62、发，而且能够在硬件开发中实现敏捷实践（图 11）。用户还可以通过识别早期虚拟原型而不是实物原型中的错误或问题，来降低原型制作成本。如果在整个供应链中共享，则可行的虚拟模型将取代 RFQ，从而减少误解的风险，同时提高质量并缩短生产时间。“信息娱乐”“网关”“BCM”“ADAS”“动力总成”芯片规格A 样B 样阶段B 样阶段B 样阶段B 样阶段B 样阶段C 样阶段C 样阶段C 样阶段C 样阶段C 样阶段车型年款升级车型年款升级车型年款升级车型年款升级车型年款升级A 样A 样A 样A 样芯片规格系统架构芯片规格系统架构芯片规格系统架构汽车 SoC 设计以确保安全性、安保性和可靠性硅上的专用功能（嵌入

63、式视觉、ADAS）SHIFT LEFT I:系统架构图十:加速汽车 SoC 设计12Shif Lef-汽车系统级芯片（SoC）概 念研 发生 产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.革命性汽车软件开发迎接数字化未来15 SynopsysBeforeRevolutionizing Automotive Development for the Digital Future15 Synopsys Synop

71、sysBefore这些优势累积起来，使开发人员可以更快速、更低成本地识别硬件、软件以及硬件/软件集成问题，将重大错误曲线向左移动，从而更及时地调整错误处理（图 12）。大规模生产仿真是获得经验的重要步骤虚拟硬件 ECU 可用于来自 BSP 的软件开发，操作系统移植，复杂驱动程序，算法开发等ECU 研发ECU 研发软件研发Shif Lef虚拟原型样件研发敏捷方法应用OEM 云中的软件回归集成到故障测试框架中提前发现硬件、软件问题和缺陷避免未经测试的硬件和软件集成引起的“大爆炸”软件研发虚拟化降低了研发成本 软硬件协同设计使早期测试和发现硬件缺陷成为可能图十一:基于虚拟建模的 ECU 软硬件并行开

72、发13改变开发过程错误曲线可管理错误曲线左移（Shit Lef）严重错误曲线图十二:ECU 虚拟化对开发项目临界误差曲线的影响14 革命性汽车软件开发迎接数字化未来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 全面的汽车软件测试通通常，电子系统可以在其测试环境中发挥预期功能，但也会留下安全漏洞、安全缺陷或未发现的错误，这些问题可能要等到汽车投入量产几年之后才会显现出来。在这种情况下，OEM 只能求助于历来都代价昂贵的召回处理。但是，先进的虚拟测试方法可提供无与伦比的数据速度和深度，以进行错误故障排除和洞察了解，同

74、时进一步减少对硬件的依赖性。新思科技进一步运用汽车电子系统的虚拟模型，帮助汽车 OEM 和供应商创建用于虚拟车辆开发的测试平台（图 13）。这样可以通过静态安全测试、软件组件分析、交互式安全测试和模糊测试进行广泛的验证。借助虚拟测试平台，还可以进行扩展和衍生测试，从而对无数潜在的硬件-软件配置进行试验，以降低小批量衍生产品的验证成本。这种回归测试或自动测试可以提高总体覆盖率，并加快应用、电力电子设备、线束仿真以及各种其他特定应用的测试周期。可以自定义虚拟测试环境，以适应每位客户的独特需求，包括测试生命周期措施（例如 OTA 更新）。虚拟原型样件-拓展和成本无法针对各种硬件变体进行扩展耗时且成本

75、高昂的维护标准高性能运算能力灵活且可重新配置图十三:虚拟与物理原型的可扩展性15 革命性汽车软件开发迎接数字化未来17 Porsche Consulting01 020303 04 生命周期考量保时捷咨询公司在革新 OEM 技术组织方面，所采用的最后一个方法是将产品生命周期考量纳入开发流程。为了满足客户购买汽车后对新服务和新功能的需求，例如最新版本的导航、泊车或音乐播放应用，OEM 必须确保将售后功能纳入到他们的开发工作中。车辆生命周期的开发必须从概念阶段开始，一直持续到车辆功能使用寿命结束。因此，汽车开发过程必须跨越 12 年，从传统的 4 年开发周期扩展到同时覆盖车辆的 8 年使用寿命。除

76、了客户需求之外，可靠性和安全性要求也至关重要。尽管诸如联合国欧洲经委会（UNECE）的第 29 号工作文件产品开发是否遵循可重复、高效和系统导向的流程？是否存在功能导向的研发分解？IT 系统是否为跨产品系统的不同数据模型的多种工具应用提供了坚实的基础？是否有方法确保结构化需求分解和系统定义，以及与之配合的集成和测试？人员能力和组织架构是否支持系统开发？Soli Structure 的主导地位如何？之类的法规有望在 2021 年 9 月之前生效，从而为这些考量提供依据，但是监管机构很少能够紧跟市场创新的速度。因而需要一些流程，用于在迅速发展的工业环境中评估漏洞。解决方案的实施上文介绍的整体方法是

77、一个有效的解决方案，为 OEM 克服汽车行业面临的诸多挑战提供了一个途径。必须在 OEM 流程、方法、组织、IT 系统和工具中分别实施各个组成部分（图 14）。每家公司的独特构成和定位消除了执行“一刀切”解决方案的可能性，也使得有经验的合作伙伴的参与十分重要。流 程流 程改善维度IT-系统IT-系统方法和工具方法和工具组 织组 织图十四:系统工程原理的实施领域 革命性汽车软件开发迎接数字化未来18 Porsche Consulting总结多年来，汽车行业一直都在警示，我们面临电气化、自动驾驶技术、车联网以及车辆拥有量的不确定性带来的迫在眉睫的挑战。今天，这些单独的技术飞跃以及它们所构成的最终的

78、行业革命，不再代表令人不安的不确定性，而是极其现实而艰巨的挑战。OEM 开发组织正努力将这些概念引入量产，力争在与以往的技术专长越来越脱节的领域，保持在创新前沿。谷歌、苹果、百度等巨头以及来自世界各个角落的许多其他公司进一步突破了这一竞争领域。尽管传统 OEM 面临的赔率似乎越来越高，但近年来的情况表明，机械工程技术专长仍然是相对于大量失败或没有盈利的汽车制造初创公司而言的无价优势。对于那些希望继续取得成功并保持领先地位的企业，现在该采取行动了。汽车开发必须重塑自我，不仅将芯片和软件的前沿技术带入汽车之中，而且要将电子元件安全性和耐用性提升到前所未有的高度（图 15）。因此，对 OEM 而言，

79、仅仅赶上科技行业还远远不够。相反，车辆开发组织必须重塑自己，面对机械和电子工程联合所具有的功能安全性、保密性和可靠性挑战，蓬勃地发展壮大。当前状态大量的需求不清晰的目标、边界条件和交互界面最先进的供应商技术无法集成测试条件未定义错误在开发周期结束时出现项目按时完成创新能力提升研发成本降低技术一致性和可追溯性服务扩展结构化需求分析所有系统级别的系统化定义整体流程环境支持集成测试条件针对需求预先定义在下一个集成步骤之前完成测试和错误解决未来状态过渡图十五:整体解决方案给产品研发机构带来的收益 革命性汽车软件开发迎接数字化未来19没有大量的精力、时间和资源投入，这种转变就不会成功。但是，一旦 OEM

80、 做出了必要的努力，只要正确地实施，就可以保证及时获得丰厚的投资回报。通过采用自上而下的系统工程方法来应对这些变化，指导应用自下而上的电子架构设计、原型设计和验证，汽车巨头可以保持他们目前所享有的行业地位。OEM 由此即可确保其品牌不仅在客户生活中保持重要地位，同时日益加强与围绕客户车辆所形成的生态系统之间的重要联系。汽车开发的未来不仅仅在于制造车辆，还在于能够进入界定人们生活的现实世界和数字世界。革命性汽车软件开发迎接数字化未来20(1)https:/ 革命性汽车软件开发迎接数字化未来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关于保时捷管理咨询保时捷管理咨询是德国领先的战略和运营咨询公司，在全球范围内拥有670名员工。该公司是斯图加特跑车制造商Dr.Ing.h.c.F.Porsche AG的子公司。保时捷管理咨询在斯图加特、汉堡、慕尼黑、柏林、法兰克福、米兰、巴黎、圣保罗、上海、北京、亚特兰大和贝尔蒙特（硅谷）均设有办事处。遵循“谋于思，践于行”的原则，公司顾问为行业领导者提供有关战略、创新、提高绩效和可持续性的建议。保时捷管理咨询的12

83、个全球办事处组成了庞大的业务网络，为移动和工业产品行业的客户提供服务，包括生命科学与医疗保健、消费品和金融服务部门。谋于思，践于行作为领先的战略实施咨询企业，我们有一个明确的任务：为客户创造竞争优势，并让客户能够切身体验到成果。在这一过程中，我们在思维上走战略性路线、在行动上走务实路线。我们坚信并遵循以人为本的原则。我们的项目能够取得成功的关键因素便在于我们与客户及其员工展开合作的方式。只有当我们能够调动所有参与者的积极性，并让他们热情投入到必要的变革之中，我们才真正实现了目标。初级合伙人初级合伙人经理顾问作者 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 革命性汽车软件开发迎接数字化未来22保时捷管理咨询微信公众号保时捷管理咨询官方网站保时捷管理咨询领英主页保时捷管理咨询www.porsche-|2020 年保时捷管理咨询版权所有中国上海市浦东新区世纪大道 826 号 13 楼斯图加特|汉堡|慕尼黑|柏林|法兰克福|米兰|巴黎|圣保罗|亚特兰大|贝尔蒙特|上海|北京