基于全新電子架構(gòu)的整車軟件質(zhì)量管理研究

摘 要：汽車領(lǐng)域正處于一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的歷史時(shí)刻，電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化是這個(gè)不斷變化的主要領(lǐng)域。汽車正日益成為軟件密集型的復(fù)雜系統(tǒng)，汽車行業(yè)的大部分創(chuàng)新都是基于電子和軟件。本文通過公司全新電子架構(gòu)的整車開發(fā)案例，根據(jù)門徑管理提出了基于全新電子架構(gòu)的整車軟件質(zhì)量管理平臺(tái)并應(yīng)用實(shí)踐，旨在通過該項(xiàng)目質(zhì)量管理模式的探討和研究，能為汽車行業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量管理模式提供可借鑒的解決方案。

關(guān)鍵詞：電子架構(gòu) 軟件開發(fā) 門徑管理 質(zhì)量管理

1 引言

當(dāng)前汽車領(lǐng)域正處于一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的歷史時(shí)刻，隨著電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化等不斷變化的應(yīng)用場(chǎng)景，大量新興的業(yè)務(wù)和技術(shù)需求急速增長(zhǎng)，汽車正日益成為軟件密集型的復(fù)雜系統(tǒng)，汽車行業(yè)的大部分創(chuàng)新都是基于電子和軟件?，F(xiàn)代汽車可以有100多個(gè)電子控制模塊，這些控制模塊都是小型計(jì)算機(jī)，一起執(zhí)行數(shù)十億字節(jié)的軟件。電子控制模塊通過車輛內(nèi)部的通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互連接，同時(shí)通過車聯(lián)實(shí)現(xiàn)車與車、車與云端的相互連接。這些創(chuàng)新要求改變軟件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方式，并對(duì)汽車的電氣和軟件架構(gòu)進(jìn)行顛覆性的革新。在這篇論文中，通過公司新車型全新電子架構(gòu)的整車開發(fā)案例，描述了基于全新電子架構(gòu)的整車軟件質(zhì)量管理平臺(tái)搭建以及實(shí)施應(yīng)用，并根據(jù)汽車行業(yè)電子架構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)提出了新產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量管理的挑戰(zhàn)和建議，以應(yīng)對(duì)當(dāng)前和未來汽車的復(fù)雜性和需求。

2 當(dāng)前汽車電子架構(gòu)

電子架構(gòu)簡(jiǎn)稱E/E架構(gòu)，也稱為EEA（Electrical/Electronic Architecture），它是指對(duì)汽車傳感器、中央處理器、ECU電子控制模塊、車載信息娛樂系統(tǒng)以及底盤系統(tǒng)等整車軟硬件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車內(nèi)高效的信號(hào)傳輸和集成系統(tǒng)布置等。近幾年，隨著汽車行業(yè)電動(dòng)化和智能化的發(fā)展，傳統(tǒng)E/E電子架構(gòu)開始受到挑戰(zhàn)。

先是特斯拉以新一代集中式布局的E/E架構(gòu)率先發(fā)力，后有供應(yīng)商如博世、安波福、大陸等強(qiáng)調(diào)E/E電子架構(gòu)要從分布式向集中式轉(zhuǎn)變，如圖1所示，傳統(tǒng)車企大眾、通用和豐田等也開始布局新一代E/E架構(gòu)，加碼電子架構(gòu)和軟件技術(shù)投入。近兩年中外各大車企包括供應(yīng)商，紛紛投入資源開發(fā)全新一代電子架構(gòu)以適應(yīng)激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

2019年3月，大眾汽車發(fā)布基于MEB平臺(tái)的全新電子架構(gòu)及其應(yīng)用車型ID.3，并宣布其集團(tuán)軟件部門將作為獨(dú)立業(yè)務(wù)部門運(yùn)作。

2019年3月，豐田汽車發(fā)布新一代基于中央+區(qū)域方案的電子架構(gòu)，目標(biāo)是通過集成電子模塊實(shí)現(xiàn)軟件迭代。

2019年5月，通用汽車發(fā)布全新電子架構(gòu)Global B，為未來產(chǎn)品的電氣化、主動(dòng)安全、車載娛樂、智能互聯(lián)以及Super Cruise 等在內(nèi)的整車OTA升級(jí)提供支持，最新搭載該架構(gòu)的是全新凱迪拉克CT5。

2019年10月，華為提出“計(jì)算+通信”的CC電子架構(gòu)，打造包括智能駕駛、智能座艙、智能電動(dòng)、智能網(wǎng)聯(lián)和智能車云的五個(gè)智能系統(tǒng)平臺(tái)，通過強(qiáng)大算力和操作系統(tǒng)打造“HI”華為智能汽車解決方案，并相繼發(fā)布和眾多主機(jī)廠戰(zhàn)略合作的新產(chǎn)品汽車;

2020年6月，長(zhǎng)安汽車全球軟件中心落戶重慶，建立汽車智能軟件開發(fā)體系，打造整車操作系統(tǒng)，開發(fā)自動(dòng)駕駛以及車聯(lián)網(wǎng)等智能化技術(shù)。

2020年7月，上汽集團(tuán)宣布成立軟件中心“零束”，落地智能化發(fā)展戰(zhàn)略，聚焦新一代中央集中式電子架構(gòu)、智能駕駛、云服務(wù)平臺(tái)、基礎(chǔ)軟件平臺(tái)和數(shù)據(jù)工廠等項(xiàng)目。

作為車輛實(shí)現(xiàn)更快數(shù)據(jù)處理速度、更全面智能網(wǎng)聯(lián)、更可靠網(wǎng)絡(luò)安全的核心“基石”， E/E電子架構(gòu)和軟件開發(fā)的核心能力，已成為汽車品牌在復(fù)雜多變的行業(yè)環(huán)境下保持產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。通過電子架構(gòu)的開發(fā)，來滿足全新汽車產(chǎn)品的敏捷開發(fā)、汽車生態(tài)系統(tǒng)的搭建、軟件和功能的快速迭代以及與供應(yīng)商的快速協(xié)同開發(fā)，應(yīng)對(duì)當(dāng)前和未來汽車的復(fù)雜性和需求，切切實(shí)實(shí)滿足市場(chǎng)需求，提高終端客戶體驗(yàn)和滿意度。

3 門徑管理流程理論

羅勃特·G.庫(kù)珀博士是新產(chǎn)品管理領(lǐng)域里的世界級(jí)專家，長(zhǎng)期致力于產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)管理研究，他是門徑管理流程的奠基人，在1986年出版的《新產(chǎn)品開發(fā)流程管理》一書中，第一次系統(tǒng)性介紹了門徑管理（SGS：Stage-Gate System）流程理論和相關(guān)研究實(shí)證。門徑管理理論面世以來，經(jīng)過眾多國(guó)內(nèi)外專家和現(xiàn)代企業(yè)不斷在實(shí)踐中應(yīng)用和總結(jié)，這個(gè)充滿生命力的流程，已被世界上眾多的主流公司廣泛地運(yùn)用于新產(chǎn)品的開發(fā)。

門徑管理理論以新產(chǎn)品開發(fā)為主線（新產(chǎn)品構(gòu)思—確定范圍—項(xiàng)目立項(xiàng)—新產(chǎn)品開發(fā)—檢驗(yàn)與矯正—投放市場(chǎng)），主要由階段和關(guān)口并列組成。它將新產(chǎn)品開發(fā)劃分成一系列預(yù)先設(shè)定的階段，每一個(gè)階段由一組規(guī)定的、跨職能的活動(dòng)組成。關(guān)口放置在每個(gè)階段之后進(jìn)行獨(dú)立、強(qiáng)制執(zhí)行，起到質(zhì)量控制和決策檢查點(diǎn)作用。典型的門徑管理流程有4～6個(gè)階段，如圖2所示，每一個(gè)階段收集把項(xiàng)目推進(jìn)到下一個(gè)階段或者決策點(diǎn)所需要信息，每一個(gè)關(guān)口由可交付成果、標(biāo)準(zhǔn)和決策構(gòu)成。通過嚴(yán)格的門徑交付物評(píng)審機(jī)制，提高產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量和成功率，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間，加速產(chǎn)品上市，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

4 全新Global B電子架構(gòu)

隨著電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的技術(shù)發(fā)展，電子架構(gòu)、軟件開發(fā)、計(jì)算能力和各類傳感器正逐漸取代發(fā)動(dòng)機(jī)/變速箱的統(tǒng)治地位。現(xiàn)如今一輛汽車的電子控制單元ECU已經(jīng)是10 年前同類產(chǎn)品的2～5倍，隨之而來的軟件代碼行數(shù)（SLOC）暴增，由2010年主流車型代碼SLOC 1000萬(wàn)行發(fā)展到2020年1.5億行左右。用于整車發(fā)動(dòng)機(jī)/變速箱、三電系統(tǒng)、智能網(wǎng)聯(lián)、自動(dòng)駕駛、車身底盤控制等的全新電子架構(gòu)變得日益重要，正因如此，公司于2019年宣布了全新一代電子架構(gòu)Global B技術(shù)，并同步發(fā)布率先搭載應(yīng)用的全球戰(zhàn)略車型--凱迪拉克CT5。

凱迪拉克CT5率先搭載的Global B全新一代電子架構(gòu)，作為引領(lǐng)行業(yè)的前瞻科技，以超高速的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、卓越的整車云FOTA更新功能以及全方位的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)，為客戶帶來更高效、更安全的出行體驗(yàn)。新一代Global B電子架構(gòu)能夠?yàn)楣竞罄m(xù)汽車新產(chǎn)品開發(fā)提供系統(tǒng)技術(shù)支持，具備每小時(shí)處理4.5TB的數(shù)據(jù)計(jì)算能力，全面支持 OTA 更新迭代，通過軟件來維護(hù)車輛全生命周期內(nèi)整車所有子系統(tǒng)模塊的迭代更新和功能拓展，同時(shí)各類信息認(rèn)證、車載娛樂系統(tǒng)以及車載接口等網(wǎng)絡(luò)信息安全保護(hù)，都已加入到電子架構(gòu)底層設(shè)計(jì)安全保護(hù)范疇中。凱迪拉克CT5首發(fā)新電子架構(gòu)僅僅是開始，公司目標(biāo)是通過全新電子架構(gòu)技術(shù)，在未來車型上搭載上更多高科技，例如更完全的電氣化、更智能的主動(dòng)安全系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)互連乃至未來的自動(dòng)駕駛。

5 整車軟件質(zhì)量管理平臺(tái)搭建

5.1 ASPICE電子架構(gòu)及軟件開發(fā)流程

整車電子架構(gòu)和軟件已經(jīng)成為汽車行業(yè)創(chuàng)新的主要領(lǐng)域，其研發(fā)過程的復(fù)雜度主要由電子架構(gòu)和軟件需求的規(guī)模、互聯(lián)、智能化、自動(dòng)化以及嚴(yán)格的法律法規(guī)要求等因素決定，這種復(fù)雜度帶來了架構(gòu)和軟件與整車集成協(xié)同研發(fā)管理的迫切需求，這里Automotive SPICEV開發(fā)模型，如圖3 所示，就是整車企業(yè)保證其軟件產(chǎn)品開發(fā)體系的強(qiáng)力工具，包括用于其指導(dǎo)軟硬件生態(tài)開發(fā)供應(yīng)商的的開發(fā)流程和質(zhì)量保證。

ASPICE中文全稱是汽車軟件過程改進(jìn)及能力評(píng)定，是“Automotive Software Process Improvement and Capacity Determination”縮寫簡(jiǎn)稱，是汽車行業(yè)用來評(píng)價(jià)軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)能力水平的模型框架。最初由歐洲主要汽車制造商共同制定，于2005年發(fā)布，目的是為了指導(dǎo)汽車零部件研發(fā)廠商的軟件開發(fā)流程，從而改善車載軟件的質(zhì)量，當(dāng)前國(guó)內(nèi)才剛剛引入此開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。2020年8月份，公司工程中心通過了ASPICE 3級(jí)國(guó)際權(quán)威資質(zhì)認(rèn)證，率先成為國(guó)內(nèi)首批獲得該等級(jí)能力認(rèn)證的整車研發(fā)機(jī)構(gòu)，標(biāo)志著公司的軟件開發(fā)能力達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

5.2 整車軟件質(zhì)量SWQRR管理平臺(tái)構(gòu)建

電子架構(gòu)和軟件與整車集成的協(xié)同研發(fā)，對(duì)于汽車新產(chǎn)品開發(fā)的項(xiàng)目質(zhì)量管理提出了新的課題，就是如何構(gòu)建覆蓋新產(chǎn)品開發(fā)全過程的質(zhì)量管理流程，同時(shí)結(jié)合ASPICE軟件開發(fā)過程對(duì)于追溯性和一致性要求，從客戶需求、系統(tǒng)需求、系統(tǒng)架構(gòu)、軟件需求、軟件架構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)、到測(cè)試結(jié)果等全過程交付物的評(píng)審，確保電子架構(gòu)和軟件開發(fā)質(zhì)量，向客戶提供高質(zhì)量的汽車新產(chǎn)品。

為此開發(fā)了基于門徑管理理論的SWQRR（Software Quality Readiness Review）整車軟件質(zhì)量管理平臺(tái)，如圖4所示，它將同步整車開發(fā)的電子架構(gòu)和軟件開發(fā)過程各職能部門關(guān)鍵工作，納入統(tǒng)一的質(zhì)量管理平臺(tái)，設(shè)置項(xiàng)目關(guān)鍵門徑來評(píng)審交付物的進(jìn)度和狀態(tài)，確定項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，從而調(diào)動(dòng)公司內(nèi)外部資源，來化解風(fēng)險(xiǎn)，確保項(xiàng)目按計(jì)劃進(jìn)入下一個(gè)階段。

6 汽車電子架構(gòu)趨勢(shì)及質(zhì)量管理挑戰(zhàn)

2017年博世在德國(guó)一個(gè)汽車行業(yè)會(huì)議上曾分享過其在整車電子電氣架構(gòu)方面的戰(zhàn)略圖，汽車電子架構(gòu)的發(fā)展被分為了5個(gè)階段，依次為模塊化、集成化、集中化、域融合、車載電腦和車.云計(jì)算，如圖5所示。按照博世六個(gè)階段進(jìn)行對(duì)比，我們看到除了特斯拉Model 3、通用凱迪拉克CT5和大眾ID.3車型，進(jìn)入博世“集中化”階段的智能汽車并不多見，大多數(shù)車企的新一代電子架構(gòu)正處于“整合集成化”階段向“集中化”階段過渡的節(jié)點(diǎn)，并且隨著自動(dòng)駕駛引入更高算力和更多傳感器件，尤其式5G技術(shù)的引入，將進(jìn)一步加速電子電氣架構(gòu)朝著集成式、甚至云服務(wù)器這一方向前行。

隨著電子架構(gòu)/軟件在整車價(jià)值中的比重不斷增長(zhǎng)，將由現(xiàn)在占整車價(jià)值10%增長(zhǎng)到2030年的30%。汽車價(jià)值鏈上的所有企業(yè)都在嘗試從電子架構(gòu)和軟件技術(shù)帶來的創(chuàng)新中獲利，各大車企正進(jìn)入電子架構(gòu)、操作系統(tǒng)、信號(hào)處理等更底層的技術(shù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)一級(jí)供應(yīng)商以及新進(jìn)軟件公司正在競(jìng)爭(zhēng)成為整車企業(yè)的一級(jí)供應(yīng)商，并涉足操作系統(tǒng)，加深在汽車“技術(shù)棧”中的參與度。

電子架構(gòu)的演進(jìn)對(duì)汽車新產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量管理提出了更高的要求。對(duì)于具備跨品牌、跨平臺(tái)、跨車型應(yīng)用場(chǎng)景的電子架構(gòu)，我們需求研究如何深度挖掘用戶用車需求的軟件產(chǎn)品，需求研究如何確保車端子系統(tǒng)、整車集成、業(yè)務(wù)鏈APP軟件開發(fā)、云端服務(wù)器等全業(yè)務(wù)場(chǎng)景的硬件、軟件和服務(wù)驗(yàn)證，包括對(duì)于賬號(hào)權(quán)限、應(yīng)用風(fēng)控、功能迭代和內(nèi)容發(fā)布的質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)新功能在應(yīng)用市場(chǎng)的審核、上架等迭代需求，最終動(dòng)態(tài)地滿足千人千面的終端客戶需求，真正實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車的愿景，形成以用戶體驗(yàn)為核心的汽車新產(chǎn)品質(zhì)量管理體系。

7 結(jié)語(yǔ)

汽車電子架構(gòu)和軟件創(chuàng)新的新時(shí)代已經(jīng)開啟，車企和供應(yīng)商可以組建行業(yè)聯(lián)盟來實(shí)現(xiàn)電子架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，IT巨頭可以引入車載云平臺(tái)和自動(dòng)駕駛平臺(tái)，出行方案供應(yīng)商可以開發(fā)開源車輛堆棧和軟件功能，車企也可引入更加先進(jìn)的智能網(wǎng)聯(lián)和自動(dòng)駕駛新產(chǎn)品汽車。

汽車企業(yè)正在逐漸從以硬件為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐攒浖閷?dǎo)向，轉(zhuǎn)型新四化并逐漸轉(zhuǎn)向軟件定義汽車，大力開發(fā)SOA （Service Oriented Architecture） 面向服務(wù)的架構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)為用戶提供全生命周期的軟件服務(wù)，并通過靈活的功能配置滿足用戶的個(gè)性化用車需求。劇變的業(yè)務(wù)模式和競(jìng)爭(zhēng)格局以及不斷增長(zhǎng)的客戶需求，將使得汽車行業(yè)的所有參與者要根據(jù)全新的環(huán)境作出改變，思考和定位自身的價(jià)值并立即行動(dòng)起來。

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