适途科技方文华：MBSE如何支撑复杂汽车系统设计
时间: 2023-11-06 04:11
来源: 中国汽车软件大会
作者: editor
2023年11月3日，2023中国汽车软件大会在上海嘉定举办。本届大会以“聚软件之力，创数智未来”为主题，由中国汽车工业协会主办，中国汽车工业协会下属单位中德智能网联汽车推广应用中心、上海智能汽车软件园共同承办，中国汽车工业协会软件分会、智能网联汽车分会和中国汽车工程学会汽车基础软件分会协办。紧扣新时代汽车产业高质量发展和汽车软件发展要求，本次会议设置了“1场大会论坛+4个主题论坛”，旨在打造汽车软件领域开放、高端、权威的交流与沟通平台。
其中，在下午举办的“共启汽车工业软件新征程”主题论坛上，上海适途科技软件有限公司技术副总方文华发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
谢谢各位！首先稍微介绍一下，MBSE在汽车行业使用也就是这几年，几个汽车新势力意识到系统研发的重要性，然后就开始慢慢采用。今天上午我特别欣慰看到所有的大佬已经意识到这块了。因为MBSE起源应用应该还是军工，国防军工这块最早意识到系统研发的重要性。汽车行业也是随着新能源和新技术的出现，新一代汽车进入人们的视野，这到了时间节点，进入到研发深水区，也就是我们所谓汽车业态整个变革的阶段。自然而然对整个汽车系统的研发能力提出要求。
适途科技在汽车行业耕耘多年，一直致力于汽车行业研发的支撑工作。旗下仆勾山是2020年成立，专门致力于系统工程和MBSE这块。就是说我们整个团队一直在做基于模型的系统工程（MBSE）相关的工作，是从一开始到现在都是着重于解决真正客户的真正问题。
我的介绍主要分三个部分，第一部分是为什么新一代汽车设计需要MBSE，解决why的问题，第二部分我们自主解决方案M-Fun（魔方）本身是从国防军工孵化出来的，如今思考在汽车行业怎么帮助到大家，最后部分是一个很简短的例子，因为我觉得有可能大家对这个专业领域不是特别熟悉，当然事实上这个专业领域是可以用在任何的地方的。
其实整个的汽车研发演进遵循着一定的规律，这个规律是汽车从单个机电产品，以前所谓的机械电子这块，到封闭系统，然后连接系统，最后是移动的系统、移动的服务这么一个过程。
这个过程上午我们两个院士都提到了，当然者还只是单个汽车，还有涉及到如果车联网或整个交通生态就更加了，也就是说我们本身MBSE其实就是为了解决所有的复杂的问题而存在的。
以前汽车只是一个机械件或不够复杂的时候用不到MBSE，也没有必要。如今随着我们汽车的定义的变化，就迎来了我认为是最主要变革的时代。传统时代汽车最顶层的定义应该是将人或物从A点移动到B点的交通工具，定义的是交通工具。但是将来新一代的汽车定义完全不一样。就像我们的手机从原来的功能机进化到现在的智能机手机过程一样。新一代汽车将会是移动的生活、办公、旅行的空间。这种变化对我们以前所有的架构进行颠覆性的变化。目前刚好处在变革的开始，我们刚看到一点点曙光出现。
新一代汽车需要解决舒适性、可靠性、安全性、经济性、可得性、便利性等等，自然而然要求实现电气化、软件化、智能化、网络化、共享化和定制化，接下来看怎么实现。
下面是几个非常简单的场景，我没有特别展开。比如说将来智能驾驶、网络互联、所有设备的互联，这些都需要做相关设计工作才能实现出来的。这个场景如果按新的定义大家就觉得传统汽车框架就需要变了，譬如可能根本不一定要有方向盘，根本就不一定是原来的样子，接下来的汽车和原来的传统汽车可能只是表面相似，里面都会架构发生变化，这是今天上午两个院士都提到过的。
就是说随着整个汽车业态发生变化，就必然会提升复杂性，复杂性也带来很多很多问题，包括所有的缺陷，包括原有研发模式根本跟不上整个汽车产业发展变化，这里只是一些简单数据，具体我不说了，因为时间关系，后续有什么问题可以随时联系我。
我们的汽车系统变化都是往着越来越复杂的趋势去变化的。这个也跟所有的系统进化模式是一模一样的。系统都是从分立式、联合式、综合式、高度综合式，汽车变化单个机械汽车、智能汽车，网联，整个交互车联系统，甚至整个国家的智慧交通网络。
自然而然这种变革是由我们现在的汽车业态发生变化而造成的，对我们汽车研发也提出很多很多挑战。挑战可以从以下六方面理解，第一比如创新，如何进行创新的变化，第二市场的需求千变万化，就是需求已经和原来也不一样了，前面提到了我们有一个有可能从卖方市场转向买方市场，将来所有的汽车可能根据不同的客户、不同的场景自动生成、定制化，包括复杂性。
第三是复杂性，它来自于什么地方，来自于我们所有的汽车将来的交互模式完全是跟原来不一样的，原来可能我们跟几个方向盘、刹车、油门等这几个发生交互，将来的交互完全不是这样的。
第四是跨学科。原来我去德国时，同事的奔驰车开了二十多年了，我看上面都是机械件，电子件都很少，但那早就已经是成为过去时，接下来的话跨学科跨的非常厉害，新一代的汽车都不是单一的几个学科，比如说机械、电子之类的可以解决掉的。现在华为问界出来以后它的雷达，激光雷达都能用上，甚至将来有很多的传感器、很多的外部网络交互都会用到，后面包括第五安全性的要求、第六供应链的要求，都出现了非常大的变化。
所以说系统工程对汽车研发的必要性体现在数字化转型、处理复杂性、创新、控制项目风险进度、提高项目质量降低成本。系统工程想解决的恰恰是我们现在传统汽车工业、汽车厂商已经想要解决但一直没找到比较大的突破点、方向。
具体系统工程也是随着整个社会发展，技术科技进步不断变化而不断演进的。目前基于模型系统工程，就是MBSE阶段，也就是系统工程4.0阶段
传统系统工程各行各业用的非常多，无法支撑复杂度急剧提升的研发模式转变，所以现在大家开始转向基于模型的方式，基于模型的方式意味着不单单人要识别，还要计算机、将来人工智能都能识别我们整个的设计。原先基于文档、文本的方式全部转化为基于模型的方式。
这就是我们说为什么现在这个阶段会需要MBSE。原先传统汽车行业很多人已经适应了原有的研发模式。我介入汽车行业也比较早，06年进入汽车行业，当时国外只是传统系统工程，经过这么多年变化，已经是到了时间节点，接下来如果是哪个汽车厂商你要做研发，汽车系统这块是少不掉的，也就是说我们必须要构建起从需求到后面机械、电子、软件，光热磁声等专业学科、设计之间的一个桥梁，这就是系统设计
我们的整个自主解决方案M-Fun，叫魔方，寓意建模的乐趣，是经过七八年的时间在国防军工我们去孵化出来的一个国产的解决方案。当时根据国防军工的需求孵化出来的。这整个的V字模型大家见的比较多，红圈框起来的是我们魔方系统覆盖的部分，主要在V的左上角，不管是多少个V、双V或三V都在左上角这块，就是从市场、用户需求到各个专业，比如说机械、电子所有的专业之前的设计。
这是我们整个框架，可以看到魔方系统包括我们侧重的几个方面，一个是整个的系统架构建模、包括需求管理、运行场景分析建模方面，这里特点强调左下角的运行，运行的分析，运行的场景设计，是将来我们所有的汽车整车厂研发绕不过去的槛，今天上午我看到有一个做汽车行业说的顶层上面的规划比较乏力，就是因为缺乏这方面的能力。
这是七个我们的模块，第一个主要是系统建模，第二个是系统仿真，第三块协同建模，第四参数建模仿真，第五安全性建模，第六块是整个接口建模、管理。最后模型生成文档。
我们系统的仿真主要想解决什么？解决我们设计出来的东西是否满足我们的要求，至少在我们虚拟空间做一定的验证工作，这样一开始可以验证，不需要到后面发现问题再纠正，是一开始就能发现问题。这是仿真模块具有的功能，可以直接在设计阶段就可以进行验证的。
系统建模协同建模模块，是大家协同用的。所有的建模工作特别是针对复杂的装备，我们当时有很多复杂项目，有可能有几十个、上百个系统工程师工作，必须要去协同。就是说我们在同一个模型上可以同时进行编辑、进行建模。也可以在直接网页端进行访问、评审。
参数这块，参数这块也是我们专门针对很多复杂型号、复杂系统里有很多很多性能参数存在的问题，原先通过单个管理类软件无法解决的问题，我们花了一年多时间开发出这个模块，专门解决我们所有的设计过程里的参数、数值有关的所有工作，包括计算、约束等，包括相应的参数网络等等。参数的变更都可以通过参数网络点到哪个地方知道我这个地方变化影响范围怎么样的。
安全性分析，这个模块源自于我们的大飞机项目，我们的民机项目，对安全性要求非常高。目前市面上国外所有的安全分析软件没办法解决整机安全分析问题，我们和他们一起合作开发的一个模块。这个模块刚好现在整个汽车行业对安全性要求越来越高，所以说自然而然对这方面提出要求。这是它整个工作原理、工作机制。我们MBSE工具可以完全支持我们整个汽车安全性分析，将来有可能我们国家会出法律法规要求汽车试航上路。通过安全性分析很好的把安全性一开始就设计出来。包括失效模式，所有具体的细节不说了，目前我们模块在全球应该属于最领先的分析工具之一。
接口模块是系统设计里面很重要的一块内容，我们模块从上往下可以实现五层的接口架构一体化的设计。我们原先分割的接口设计都可以用这个模块统一实现。这里五层包括功能接口、协议接口、物理接口、数据接口定义及后面消息字段定义，一杆子插到底，从上往下整个接口设计到底。信号设计都可以，形成信号库可以直接重复使用。
文档导出，为了对外交流，通过模型生成相应的文档。魔方系统是完全公开、开放的平台，完全可以在上面进行所有的定制开发，这是一个国外的全球前三的汽车零配件厂商的工具架构，具体不说了，这是工作界面，采用我们的思维方式构建，他们在16、17年开始弄了，现在比较成熟了。这个架构上午有一个国外企业的嘉宾也用到。这是他们整个采用将来MBSE架构。
这是一个比较简单的模块的介绍。下面就是用一个很简单的例子告诉我们说我们这个MBSE究竟做些什么？一开始告诉我们需要进行运行分析，主要是解决系统整个分析运行的过程，特别是我们汽车将来究竟怎么用，是怎么去运行的，这是运行分析。定义出来以后进行系统的分析，这个分析汽车应该做成什么样子，是汽车的系统需求，下面是说为了实现需求汽车架构会怎么样的，将来应该具备哪些模块，最后去到我们整个底层物理架构，这是建模过程，最后是一个定速巡航系统的例子，具体我不展开了。主要是说我们怎么一步步做这个设计。就是这个系统原先没做过，做的不够好，怎么一步步展开相关的设计。从头到面把这个设计实现出来。
好，应该还有一两分钟，稍微说一下为什么MBSE是非常关键的。因为它衔接了四个维度的事。以前这四个维度是割裂的，首先需求维，市场需求，用户需求从一开始到后面汽车实现，第二个维度是技术维度，如何通过一开始需求实现出来的，技术维，第三个是管理维，就是整个研发过程我们都涉及到是一个整车，从系统架构到子系统，到设备和零件，然后集成为一个真实汽车，如何把整个过程管理起来的，第四个我们叫经济维，是如何在整个过程里管控我们经济因素、成本优势等等，原先传统汽车研发所有的这些东西都是割裂开来的，每个维度都是靠人实现的，如果没有MBSE方式方法，我们只能低效率进行这四个维度的工作，我觉得如果大家感兴趣的话可以稍微了解一下整个背后的机制，因为它背后的机制就是我们所有的系统研发演进的最终发展方向。
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2023年11月3日，2023中国汽车软件大会在上海嘉定举办。本届大会以“聚软件之力，创数智未来”为主题，由中国汽车工业协会主办，中国汽车工业协会下属单位中德智能网联汽车推广应用中心、上海智能汽车软件园共同承办，中国汽车工业协会软件分会、智能网联汽车分会和中国汽车工程学会汽车基础软件分会协办。紧扣新时代汽车产业高质量发展和汽车软件发展要求，本次会议设置了“1场大会论坛+4个主题论坛”，旨在打造汽车软件领域开放、高端、权威的交流与沟通平台。
其中，在下午举办的“共启汽车工业软件新征程”主题论坛上，上海适途科技软件有限公司技术副总方文华发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
谢谢各位！首先稍微介绍一下，MBSE在汽车行业使用也就是这几年，几个汽车新势力意识到系统研发的重要性，然后就开始慢慢采用。今天上午我特别欣慰看到所有的大佬已经意识到这块了。因为MBSE起源应用应该还是军工，国防军工这块最早意识到系统研发的重要性。汽车行业也是随着新能源和新技术的出现，新一代汽车进入人们的视野，这到了时间节点，进入到研发深水区，也就是我们所谓汽车业态整个变革的阶段。自然而然对整个汽车系统的研发能力提出要求。
适途科技在汽车行业耕耘多年，一直致力于汽车行业研发的支撑工作。旗下仆勾山是2020年成立，专门致力于系统工程和MBSE这块。就是说我们整个团队一直在做基于模型的系统工程（MBSE）相关的工作，是从一开始到现在都是着重于解决真正客户的真正问题。
我的介绍主要分三个部分，第一部分是为什么新一代汽车设计需要MBSE，解决why的问题，第二部分我们自主解决方案M-Fun（魔方）本身是从国防军工孵化出来的，如今思考在汽车行业怎么帮助到大家，最后部分是一个很简短的例子，因为我觉得有可能大家对这个专业领域不是特别熟悉，当然事实上这个专业领域是可以用在任何的地方的。
其实整个的汽车研发演进遵循着一定的规律，这个规律是汽车从单个机电产品，以前所谓的机械电子这块，到封闭系统，然后连接系统，最后是移动的系统、移动的服务这么一个过程。
这个过程上午我们两个院士都提到了，当然者还只是单个汽车，还有涉及到如果车联网或整个交通生态就更加了，也就是说我们本身MBSE其实就是为了解决所有的复杂的问题而存在的。
以前汽车只是一个机械件或不够复杂的时候用不到MBSE，也没有必要。如今随着我们汽车的定义的变化，就迎来了我认为是最主要变革的时代。传统时代汽车最顶层的定义应该是将人或物从A点移动到B点的交通工具，定义的是交通工具。但是将来新一代的汽车定义完全不一样。就像我们的手机从原来的功能机进化到现在的智能机手机过程一样。新一代汽车将会是移动的生活、办公、旅行的空间。这种变化对我们以前所有的架构进行颠覆性的变化。目前刚好处在变革的开始，我们刚看到一点点曙光出现。
新一代汽车需要解决舒适性、可靠性、安全性、经济性、可得性、便利性等等，自然而然要求实现电气化、软件化、智能化、网络化、共享化和定制化，接下来看怎么实现。
下面是几个非常简单的场景，我没有特别展开。比如说将来智能驾驶、网络互联、所有设备的互联，这些都需要做相关设计工作才能实现出来的。这个场景如果按新的定义大家就觉得传统汽车框架就需要变了，譬如可能根本不一定要有方向盘，根本就不一定是原来的样子，接下来的汽车和原来的传统汽车可能只是表面相似，里面都会架构发生变化，这是今天上午两个院士都提到过的。
就是说随着整个汽车业态发生变化，就必然会提升复杂性，复杂性也带来很多很多问题，包括所有的缺陷，包括原有研发模式根本跟不上整个汽车产业发展变化，这里只是一些简单数据，具体我不说了，因为时间关系，后续有什么问题可以随时联系我。
我们的汽车系统变化都是往着越来越复杂的趋势去变化的。这个也跟所有的系统进化模式是一模一样的。系统都是从分立式、联合式、综合式、高度综合式，汽车变化单个机械汽车、智能汽车，网联，整个交互车联系统，甚至整个国家的智慧交通网络。
自然而然这种变革是由我们现在的汽车业态发生变化而造成的，对我们汽车研发也提出很多很多挑战。挑战可以从以下六方面理解，第一比如创新，如何进行创新的变化，第二市场的需求千变万化，就是需求已经和原来也不一样了，前面提到了我们有一个有可能从卖方市场转向买方市场，将来所有的汽车可能根据不同的客户、不同的场景自动生成、定制化，包括复杂性。
第三是复杂性，它来自于什么地方，来自于我们所有的汽车将来的交互模式完全是跟原来不一样的，原来可能我们跟几个方向盘、刹车、油门等这几个发生交互，将来的交互完全不是这样的。
第四是跨学科。原来我去德国时，同事的奔驰车开了二十多年了，我看上面都是机械件，电子件都很少，但那早就已经是成为过去时，接下来的话跨学科跨的非常厉害，新一代的汽车都不是单一的几个学科，比如说机械、电子之类的可以解决掉的。现在华为问界出来以后它的雷达，激光雷达都能用上，甚至将来有很多的传感器、很多的外部网络交互都会用到，后面包括第五安全性的要求、第六供应链的要求，都出现了非常大的变化。
所以说系统工程对汽车研发的必要性体现在数字化转型、处理复杂性、创新、控制项目风险进度、提高项目质量降低成本。系统工程想解决的恰恰是我们现在传统汽车工业、汽车厂商已经想要解决但一直没找到比较大的突破点、方向。
具体系统工程也是随着整个社会发展，技术科技进步不断变化而不断演进的。目前基于模型系统工程，就是MBSE阶段，也就是系统工程4.0阶段
传统系统工程各行各业用的非常多，无法支撑复杂度急剧提升的研发模式转变，所以现在大家开始转向基于模型的方式，基于模型的方式意味着不单单人要识别，还要计算机、将来人工智能都能识别我们整个的设计。原先基于文档、文本的方式全部转化为基于模型的方式。
这就是我们说为什么现在这个阶段会需要MBSE。原先传统汽车行业很多人已经适应了原有的研发模式。我介入汽车行业也比较早，06年进入汽车行业，当时国外只是传统系统工程，经过这么多年变化，已经是到了时间节点，接下来如果是哪个汽车厂商你要做研发，汽车系统这块是少不掉的，也就是说我们必须要构建起从需求到后面机械、电子、软件，光热磁声等专业学科、设计之间的一个桥梁，这就是系统设计
我们的整个自主解决方案M-Fun，叫魔方，寓意建模的乐趣，是经过七八年的时间在国防军工我们去孵化出来的一个国产的解决方案。当时根据国防军工的需求孵化出来的。这整个的V字模型大家见的比较多，红圈框起来的是我们魔方系统覆盖的部分，主要在V的左上角，不管是多少个V、双V或三V都在左上角这块，就是从市场、用户需求到各个专业，比如说机械、电子所有的专业之前的设计。
这是我们整个框架，可以看到魔方系统包括我们侧重的几个方面，一个是整个的系统架构建模、包括需求管理、运行场景分析建模方面，这里特点强调左下角的运行，运行的分析，运行的场景设计，是将来我们所有的汽车整车厂研发绕不过去的槛，今天上午我看到有一个做汽车行业说的顶层上面的规划比较乏力，就是因为缺乏这方面的能力。
这是七个我们的模块，第一个主要是系统建模，第二个是系统仿真，第三块协同建模，第四参数建模仿真，第五安全性建模，第六块是整个接口建模、管理。最后模型生成文档。
我们系统的仿真主要想解决什么？解决我们设计出来的东西是否满足我们的要求，至少在我们虚拟空间做一定的验证工作，这样一开始可以验证，不需要到后面发现问题再纠正，是一开始就能发现问题。这是仿真模块具有的功能，可以直接在设计阶段就可以进行验证的。
系统建模协同建模模块，是大家协同用的。所有的建模工作特别是针对复杂的装备，我们当时有很多复杂项目，有可能有几十个、上百个系统工程师工作，必须要去协同。就是说我们在同一个模型上可以同时进行编辑、进行建模。也可以在直接网页端进行访问、评审。
参数这块，参数这块也是我们专门针对很多复杂型号、复杂系统里有很多很多性能参数存在的问题，原先通过单个管理类软件无法解决的问题，我们花了一年多时间开发出这个模块，专门解决我们所有的设计过程里的参数、数值有关的所有工作，包括计算、约束等，包括相应的参数网络等等。参数的变更都可以通过参数网络点到哪个地方知道我这个地方变化影响范围怎么样的。
安全性分析，这个模块源自于我们的大飞机项目，我们的民机项目，对安全性要求非常高。目前市面上国外所有的安全分析软件没办法解决整机安全分析问题，我们和他们一起合作开发的一个模块。这个模块刚好现在整个汽车行业对安全性要求越来越高，所以说自然而然对这方面提出要求。这是它整个工作原理、工作机制。我们MBSE工具可以完全支持我们整个汽车安全性分析，将来有可能我们国家会出法律法规要求汽车试航上路。通过安全性分析很好的把安全性一开始就设计出来。包括失效模式，所有具体的细节不说了，目前我们模块在全球应该属于最领先的分析工具之一。
接口模块是系统设计里面很重要的一块内容，我们模块从上往下可以实现五层的接口架构一体化的设计。我们原先分割的接口设计都可以用这个模块统一实现。这里五层包括功能接口、协议接口、物理接口、数据接口定义及后面消息字段定义，一杆子插到底，从上往下整个接口设计到底。信号设计都可以，形成信号库可以直接重复使用。
文档导出，为了对外交流，通过模型生成相应的文档。魔方系统是完全公开、开放的平台，完全可以在上面进行所有的定制开发，这是一个国外的全球前三的汽车零配件厂商的工具架构，具体不说了，这是工作界面，采用我们的思维方式构建，他们在16、17年开始弄了，现在比较成熟了。这个架构上午有一个国外企业的嘉宾也用到。这是他们整个采用将来MBSE架构。
这是一个比较简单的模块的介绍。下面就是用一个很简单的例子告诉我们说我们这个MBSE究竟做些什么？一开始告诉我们需要进行运行分析，主要是解决系统整个分析运行的过程，特别是我们汽车将来究竟怎么用，是怎么去运行的，这是运行分析。定义出来以后进行系统的分析，这个分析汽车应该做成什么样子，是汽车的系统需求，下面是说为了实现需求汽车架构会怎么样的，将来应该具备哪些模块，最后去到我们整个底层物理架构，这是建模过程，最后是一个定速巡航系统的例子，具体我不展开了。主要是说我们怎么一步步做这个设计。就是这个系统原先没做过，做的不够好，怎么一步步展开相关的设计。从头到面把这个设计实现出来。
好，应该还有一两分钟，稍微说一下为什么MBSE是非常关键的。因为它衔接了四个维度的事。以前这四个维度是割裂的，首先需求维，市场需求，用户需求从一开始到后面汽车实现，第二个维度是技术维度，如何通过一开始需求实现出来的，技术维，第三个是管理维，就是整个研发过程我们都涉及到是一个整车，从系统架构到子系统，到设备和零件，然后集成为一个真实汽车，如何把整个过程管理起来的，第四个我们叫经济维，是如何在整个过程里管控我们经济因素、成本优势等等，原先传统汽车研发所有的这些东西都是割裂开来的，每个维度都是靠人实现的，如果没有MBSE方式方法，我们只能低效率进行这四个维度的工作，我觉得如果大家感兴趣的话可以稍微了解一下整个背后的机制，因为它背后的机制就是我们所有的系统研发演进的最终发展方向。
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