本文转载于《维克多中文期刊》VOL.2 2019的“特邀文章”。
摘要
在现今的汽车行业中，“软件”已经成为决定性的竞争因素。创新的汽车功能，如驾驶辅助和环保节能等技术，都必须仰赖复杂的软件系统设计。此外，除了需要管理日益增加的功能复杂度之外，还需要确保功能安全的完善。在全球竞争和快速发布周期不断加速的情况下，对持续改善与成本优化的重视不断加大。Vector对来自世界各地的汽车产业领导者进行调查，汇整出产业报告，提供了调查结果以及实施建议，并从全球咨询项目所积累的经验，指出哪些成功因素可以协助客户成为汽车市场的赢家。本文章节摘录并翻译自Vector产业报告的“车联网与数字转型”章节。
介绍
汽车电子和IT正以飞快的速度在发生变化。多样的移动方式连接原先彼此独立的汽车与公共交通。出行服务，如共享汽车，正在创建全新的生态系统和商业模式。而自动驾驶功能需要高度互动与多传感器融合，也与原先功能独立的控制单元设计思路大相迳庭。
车联网和信息娱乐系统已经将汽车转化为整个分布式IT世界中的一份子，如云计算和OTA，以及高带宽所带来的服务，如地图服务、娱乐媒体以及其他车辆和周边基础设施的连接。此外还有从传统燃油动力系统逐渐电气化的改变。
图1说明基于软件驱动的创新正在高速成长。相应地，汽车复杂度也在加速提高中，并且在某些情况下，信息安全的攻击可能会对某些系统造成影响。
越来越多的客户不再单单根据外型设计或动力性能来选择车辆，而是考虑环保因素与软件应用程序。面向软件的汽车解决方案已经开始对具有强大IT背景的市场新玩家敞开大门，而这些新玩家同时也对传统汽车制造商发起协作或挑战。图2展示的快速增长的互联性是它的最佳印证。
车联网对于信息安全、鲁棒性和易用性提出了新的挑战。安全性和鲁棒性对商业模式和潜在责任有着巨大影响。分享到网络的内容越多就越容易遭受各种攻击。对于安全软件和商业流程/终端保护方案的爆炸性需求也说明了这一点。试想一下在驾驶员都不知道会发生什么的情况下，自动驾驶功能进行了GPS连接、车辆间通信以及多传感器融合，预测紧急情况，并采取相应的反应措施。
复杂性以及规模需求最终聚焦于易用性。驾驶员疲于应付各种辅助功能，有时还需要依靠太多的嵌入式IT，而不是关注于控制车辆本身。易用性的不足往往是在医疗、交通和生产工厂引发严重故障的主要来源。
车联网与数字转型
今日，车联网是整个行业的大趋势。汽车系统通过感知外界环境而变得更加聪明。然而车联网是极具有挑战性的，因为它需要一个全新的技术能力，包含嵌入式系统开发与IT和信息安全的结合。为了能推动安全可靠的互联服务， Vector总结开发与实施车联网的最佳实践，这些实际经验来自于BMW、 Essence、 Ford、 Vodafone和Vector。
车 联 网 是 发 展 跨 产 业 的 全 新 商 业 模 式 及 技 术 的 基石。” Christof Ebert博士总结来自全球客户的经验并得出以上结论。车联网在Vector客户调查报告中一直是主要议题。车联网是数字转型的前提条件并且赋予了系统实时观察和控制的可能性，其联系了现实世界和数字世界，包括数据采集、分析和建模以及必要的信息安全和网络技术。我们也因此能深入探讨当前的应用领域，如自动驾驶、预测性车辆维护、物联网以及工业4.0。
“车联网驱动整个新的商业模式。”来自Vodafone德国的Gerhard Mack强调创新技术前景的相关性以及业务流程和销售模式。 Vodafone电信公司是连接各产业的主要参与者，并且为汽车行业带来丰富经验。创新主要来源于IT推动。软件驱动的解决方案已经打开了新的市场。互联服务的快速增长就是最好的证明。增强的驾驶交互体验、软件升级过程、预测性车辆维修、车队管理等等，都需要依赖于IT与软件所带来的全新计算模式与基础设施。例如，可扩展的汽车架构可以促进互联服务，并为某些有高度安全需求的V2X系
统提供强大的基础设施，或者通过数据分析来预测必要的车辆维护和提高客户体验。
“I oT 以 及 I o S 使 得 通 过 创 新 的 方 式 结 合 前 延 通 信 技术，如人 工智能、数 据 分析与海量 数 据，可以创造 新的价值。” Haim Amir博士（Essence公司创始人兼CEO）进一步解释。随著汽车上的应用程序变为主要驱动力， IT会与嵌入式系统逐渐融合，如物联网和工业4.0，而嵌入式产业将结合云计算与动态远程更新，朝著IT产业前进。与其他领域不同的是，汽车软件包括几乎所有的质量要求，如功能安全、信息安全、易用性、性能和适应性。它涵盖了从实时嵌入式软件到复杂的云计算解决方案。如果不能满足其中任何质量要求将导致昂贵的召回行为和法律诉讼。这些挑战将很快地在整个行业中展开。
“在必要的管理制度下，逐步地增加互联服务以及基础数字转型。” Christof Ebert博士发出相关提醒。车联网不仅仅只是一种技术升级，而是在几个方面都会发生转变。图3显示在发展互联服务时的模式转变。
商业模式正在发生变化，从而推动了全新的面向服务的交付模式，而这种面向服务的模式必须建立在灵活的模块化平台上才得以实现。 IT和嵌入式系统必须同步发展，因此带来全新的知识领域与专业技能，这将会影响所有的工程师。对整个快速变化的生态系统来说，在不同级别都要有所掌握，例如与新的供应商协作， IT行业的持续部署或DevOps模式。
最后，重点在于如何在新的文化中，将管理、鲁棒可靠和信息安全等深入到组织内部以及个人的日常工作。根据Vector的客户调查经验，所有安全相关的事件，大约90%都是由于人为错误。
发展互联服务是有相当难度的，因为它连接了嵌入式系统与庞大的IT系统，并在全球范围分布式地进行开发。在所有行业之中，IT开发周期最短。当代汽车大约拥有50～120个嵌入式微控制器，并通过各种外部接口，连接到各种云和信息娱乐系统。车载软件是在数百MLOC（million lines of code）量级，并且仍然呈几何级数增长。汽车软件的产品线和变型在所有产业中最为庞大和复杂。
“新架构必须能驾驭这些快速成长的复杂度，尤其是与外界IT骨干之间的互 联 服 务，如云服务以及OTA布署方案。” Matthias Traub博士（BMW首席架构师）提出以上建议。图4展示了 BMW的全新E/E架构。
“车联网需要有全面的系统工程。”在福特负责中央软件和软件核心流程的Frank Kirschke‐Biller先生强调。图5显示了系统工程在整个产品生命周期扮演的角色。他特别说明完整的系统工程是非常必要的，包括对组织结构和功能负责人的影响。井然有序的端到端系统工程与所有部门都息息相关。而需求工程与系统工程的彼此密切结合更是软硬件系统能够高效发展的决定性成功因素。敏捷系统工程提供了从需求阶段到验证阶段的不断迭代改善，带来对任务彼此之间的关键相依性的理解，并提供一套方法论以应对不断增长的复
杂性。由于抽象层次的提高，以及整个系统相依性的一致处理，使得设计规范变得更加清晰简单，降低冗余信息。这不仅提高了开发速度，更能清晰地保证项目中的各种概念。
随著不断增长的复杂性和规模，整个端到端系统的品质必须得到保证。这需要专业的方法论和工具，以确保耐用性、可靠性、功能安全、信息安全性和易用性。信息安全性和鲁棒性对商业模式带来巨大影响和潜在责任。分享越多，关联越多，也就更加地暴露在各种攻击之中。而易用性是一个有趣的例子，用来说明如何影响品质。在各行业和应用中，易用性不足是严重故障、危害和直接操作错误的主要来源。
由于质量、时间和成本在各行各业中都是关键因素，流程优化和项目管理改善一直以快节奏在持续发展，因此对敏捷性和灵活性有更多的要求。
如同用户从手机上学到的，用户期望产品拥有自适应行为和持续交付的模式。
自动驾驶和车联网的迅速进展，要求软件更新（OTA）之后，有着更短的认证周期。来自Vector的Joerg Schaeufele坚信“只有新颖的开发方式，如SOA，才能处理不断增长的灵活性。”
图6以Adaptive AUTOSAR为例，展示如何进行SOA建模且与传统架构相结合。
当今系统和软件工程技术的进步深受来自车联网的驱动，包括以下示例：
- 用于环境感知、定位服务、在线应用程序、远程诊断、软件更新和应急功能的云服务；
- 现代软件系统的信息安全性、易用性和性能；
- 面向服务的高级操作系统，具有安全的通信平台，如Adaptive AUTOSAR；
- 驾驶辅助和自动驾驶的应用中，多传感器融合和图像识别的关键技术，如机器学习和AI；
- Model-in-the-loop的系统级建模、测试和仿真，并确保质量要求，如安全性。
“车联网需要整个组织、文化和流程的转变。”来自Vector的Ulrich Bodenhausen博士总结他在车联网的全球经验。由于汽车软件以两位数的CAGR（年均复合增长率）的市场渗透和可观的利润，许多新的玩家，如苹果、谷歌和华为正在进入这个市场。
车联网打了新的大门，带来了技术创新、全新商业模式以及跨界合作方案。多样的移动方式将连接原先分离的领域。汽车共享创建完全新的生态，影响着原本人们习惯的购车习惯。
作者简介
Ebert Christof
CEO
Vector Consulting Services
斯图加特大学和巴黎索邦大学教授
IEEE Software期刊编辑委员
研究方向：多年汽车业界谘询经验，产品战略和开发，以及组织变革
