一般而言，架構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)涉及到很多循環(huán)迭代，是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。2023年5月9日-10日，在2023捷途汽車電子架構(gòu)與智能駕駛論壇上，IBM大中華區(qū)科技事業(yè)部ELM解決方案華南區(qū)總監(jiān)彭俊表示，在系統(tǒng)工程中，IBM Rhapsody借助Harmony 方法論和打通架構(gòu)到Autosar 的全套功能，從而減輕工程師們的工作量，降低工作負(fù)荷，提高工作效率，讓工程師聚焦在架構(gòu)設(shè)計(jì)的核心上。

彭俊表示，架構(gòu)設(shè)計(jì)首先要做需求建模，需求是分層級(jí)的；模型創(chuàng)建后可搭建活動(dòng)視圖；再到邏輯架構(gòu)階段，可根據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)的理念進(jìn)行內(nèi)容切換。對(duì)此，IBM在用例建模、場(chǎng)景分析、活動(dòng)視圖等過程進(jìn)行了實(shí)踐。

彭   俊 | IBM大中華區(qū)科技事業(yè)部ELM解決方案華南區(qū)總監(jiān)

以下為演講內(nèi)容整理：

數(shù)字化研發(fā)有三個(gè)步驟：第一個(gè)是質(zhì)量和效率的提升；第二個(gè)是正向設(shè)計(jì)，通過正向設(shè)計(jì)的方式做更多面向創(chuàng)新、面向整車的內(nèi)容，正向設(shè)計(jì)的內(nèi)容需要借助MBSE的能力；第三個(gè)是AI，借助AI的能力將架構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品、服務(wù)更快地、更好地推向市場(chǎng)。

今天我們將重點(diǎn)講第二個(gè)層面，從需求出發(fā)到架構(gòu)設(shè)計(jì)，到架構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用，再到具體的、底層的內(nèi)容一套完整的過程。

架構(gòu)設(shè)計(jì)到功能實(shí)踐的工作流程

以下是IBM的Harmony方法論到Autosar全過程的圖示。總的來說，先進(jìn)行需求分解，通過IBM自動(dòng)化的功能分析確保所有的系統(tǒng)功能得到正確的、自動(dòng)化的分解，分解后將架構(gòu)分成兩部分，一個(gè)根據(jù)性能和選型要求，以及具體的實(shí)踐技術(shù)要求進(jìn)行技術(shù)架構(gòu)的分解；另一個(gè)進(jìn)行架構(gòu)的可選工作，用什么樣的架構(gòu)？什么樣的架構(gòu)滿足當(dāng)下的產(chǎn)品要求？完成架構(gòu)的可選工作后，接下來進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)，將操作和功能分配到對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)。

圖源：IBM

一般而言，架構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)涉及到很多循環(huán)、迭代，會(huì)有很多調(diào)試、演進(jìn)的過程。同時(shí)，從功能到邏輯，再到具體設(shè)計(jì)的部分，如何將系統(tǒng)功能變成中立的、抽象的邏輯結(jié)構(gòu)，不依賴于具體特定的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)需求，對(duì)后續(xù)的軟硬件解耦、開發(fā)以及接口到端口的定義都大有裨益。

從系統(tǒng)工程來講，我們希望通過更加優(yōu)秀的架構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，來減輕因需求變化而帶來的架構(gòu)變化調(diào)整。前面已經(jīng)有系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)、功能分析、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、架構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)過一系列的迭代、循環(huán)，逐漸將其變成一個(gè)可執(zhí)行到可開發(fā)階段的架構(gòu)。通過該架構(gòu)，可以直接把接口、端口等直接定義成Autosar模型，減輕架構(gòu)設(shè)計(jì)師的工作量。

基于整體架構(gòu)展開具體工作，下圖是具體的功能實(shí)踐。

圖源：IBM

首先是功能分析，上述提到功能分析要先做需求建模，需求建模要確保所有需求都在用例模型中，從原始需求到產(chǎn)品需求，到子系統(tǒng)、零部件、軟硬件需求等，需求是分層級(jí)的，所以此處的需求是個(gè)概稱，涵蓋所有的內(nèi)容。創(chuàng)建模型后，我們會(huì)對(duì)用例圖進(jìn)行自動(dòng)分解，劃分其活動(dòng)圖，將其用例中的所有內(nèi)容、參與者、要求變成活動(dòng)場(chǎng)景，我們稱之為活動(dòng)視圖。有了活動(dòng)視圖后，可以通過活動(dòng)視圖計(jì)算功能的工作流，觀察每個(gè)活動(dòng)路徑的具體場(chǎng)景怎樣，會(huì)發(fā)生什么，再通過序列圖表達(dá)出來。

接下來是邏輯架構(gòu)。識(shí)別了系統(tǒng)的邏輯運(yùn)行的結(jié)構(gòu)體、邊界，以及相應(yīng)的內(nèi)容，我們就可以將各種功能分配到對(duì)應(yīng)的邏輯結(jié)構(gòu)上，對(duì)具體的操作步驟進(jìn)行切片劃分，比如為了解耦、為了分布式部署進(jìn)行特定劃分。就工程活動(dòng)而言，只需要進(jìn)行切片，并拖拽相應(yīng)功能到對(duì)應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行切換，我們就能得到一個(gè)場(chǎng)景的序列圖；基于場(chǎng)景的序列圖，可以將行為放到子系統(tǒng)中，子系統(tǒng)會(huì)形成所需要的端口和接口。

再到物理和軟硬件架構(gòu)。從架構(gòu)設(shè)計(jì)角度來講，物理和軟硬件架構(gòu)與邏輯架構(gòu)的操作步驟相同，也要先做架構(gòu)對(duì)象的圖示，通過活動(dòng)圖切片、結(jié)構(gòu)體劃分，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)以及端口、接口等，然后形成狀態(tài)活動(dòng)，并通過系統(tǒng)反過來進(jìn)行仿真，去核對(duì)設(shè)計(jì)過程、架構(gòu)想法、分解過程是否可行，相應(yīng)的內(nèi)容是否OK。通過系統(tǒng)的仿真反復(fù)驗(yàn)證后，再進(jìn)行二次調(diào)整，最終目的是到Autosar這個(gè)內(nèi)容可以進(jìn)行具體設(shè)計(jì)決策。將做好的類圖或結(jié)構(gòu)圖，通過Autosar定義轉(zhuǎn)化到Autosar模型，定義的過程是工程師操作的過程，但定義后，是M to M的轉(zhuǎn)化引擎，實(shí)現(xiàn)Autosar模型的轉(zhuǎn)換，并可以直接使用Autosar模型。Autosar模型轉(zhuǎn)化后，會(huì)到物理結(jié)構(gòu)模型，系統(tǒng)導(dǎo)出產(chǎn)品，給到下游，完成后續(xù)工作。

從架構(gòu)設(shè)計(jì)到架構(gòu)分解、選型、邏輯結(jié)構(gòu)、軟硬件結(jié)構(gòu)，最后到Autosar模型，再到文件導(dǎo)出，整個(gè)流程相當(dāng)于將原本需要系統(tǒng)工程師、軟硬件工程師參與協(xié)同的工作，在大的流程中都做完了。

基于工作流程，IBM的具體實(shí)踐

第一步用例建模，例如，有個(gè)車輛開門的動(dòng)作，然后是開門后亮燈的動(dòng)作。活動(dòng)是控制燈的開關(guān)，涉及門和燈兩個(gè)實(shí)體，這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的用例圖。我們通過工具進(jìn)行場(chǎng)景分析后，在建模過程中，工具會(huì)自動(dòng)生成內(nèi)外接口的相應(yīng)功能、參數(shù)等，分析結(jié)果會(huì)直接反饋成模型圖形。

圖源：IBM

基于模型圖形，再建立活動(dòng)圖。用例的活動(dòng)圖會(huì)定義開門的動(dòng)作，有個(gè)開門的時(shí)間，門開了，對(duì)燈打開或關(guān)閉進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制，涉及到的對(duì)象包括門、燈、控制活動(dòng)等。通過這個(gè)部分，我們會(huì)直接看到相應(yīng)的模型內(nèi)容以及接口要求，可直接創(chuàng)建序列過程、活動(dòng)過程，這個(gè)過程原來需要手工繪制，現(xiàn)在是use-case完成序列圖的自動(dòng)創(chuàng)建，再去創(chuàng)建測(cè)試工作臺(tái)。

創(chuàng)建序列圖后，點(diǎn)擊模擬運(yùn)行。此時(shí)還沒有任何代碼，只是一個(gè)初步的開門后開燈、關(guān)燈的想法，接下來的所有工作都由系統(tǒng)自動(dòng)完成。我們會(huì)啟動(dòng)測(cè)試工作臺(tái)，通過測(cè)試工作臺(tái)創(chuàng)建一個(gè)可以運(yùn)行和模擬仿真的環(huán)境，一步一步的調(diào)用觀察當(dāng)前在哪個(gè)活動(dòng)，對(duì)哪個(gè)元素進(jìn)行工作，以及它會(huì)達(dá)到怎樣的效果，自動(dòng)的去繪制事件以及事件活動(dòng)等一系列動(dòng)作，并對(duì)其分支進(jìn)行處理，還可以加分支條件的判斷，多做一些看板和按紐，對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行控制。

圖源：IBM

通過一系列的活動(dòng)，我們能從最開始對(duì)架構(gòu)進(jìn)行仿真，確保后續(xù)邏輯分析工作不會(huì)有遺漏、不會(huì)有錯(cuò)誤等，最后通過功能把它保存下來，形成完整的新序列圖作為后續(xù)活動(dòng)的參考。

工程師做完功能分析后，開始做邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，邏輯結(jié)構(gòu)圖中劃分各個(gè)功能對(duì)應(yīng)的各個(gè)部分。通過對(duì)活動(dòng)視圖增加結(jié)構(gòu)劃分，講不同的活動(dòng)分配給不同的結(jié)構(gòu)實(shí)體。具體實(shí)踐上來說，在活動(dòng)圖增加了兩個(gè)框結(jié)構(gòu)，一個(gè)是車身控制，一個(gè)是燈的開關(guān)控制。這兩個(gè)控制系統(tǒng)可以控制將一些功能放在車身上還是燈的開關(guān)上，兩種不同的調(diào)整取決于架構(gòu)設(shè)計(jì)的理念、解耦或其他原因，但在此，工程師只需要對(duì)具體的內(nèi)容進(jìn)行拖拽，拖拽完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)通過甬道圖的切片，自動(dòng)在模型上對(duì)功能進(jìn)行劃分，并建立相應(yīng)的接口、函數(shù)、方法，以及后續(xù)對(duì)應(yīng)的能力。

圖源：IBM

序列圖的過程是自動(dòng)產(chǎn)生的，產(chǎn)生后，我們可以到下一級(jí)，每一層函數(shù)的顆粒度會(huì)繼續(xù)向下分解，每一層會(huì)進(jìn)行循環(huán)迭代，基于前面的內(nèi)容生成內(nèi)部端口、外部端口、接口等，整個(gè)圖形的內(nèi)容都是系統(tǒng)自動(dòng)畫出來的，并且會(huì)自動(dòng)劃分，劃分依據(jù)參照架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括功能的劃分，結(jié)構(gòu)體的劃分，接口的劃分等。

視頻無法在word里面展現(xiàn)，所以借助下圖的一個(gè)仿真示例，來查看Rhapsody如何做活動(dòng)圖，如何做仿真，系統(tǒng)如何一步一步實(shí)時(shí)執(zhí)行，并且這個(gè)過程是可以實(shí)時(shí)控制，以便讓工程師查看系統(tǒng)在運(yùn)行狀態(tài)下的各種設(shè)計(jì)情況，包括結(jié)構(gòu)、接口、方法、參數(shù)等等內(nèi)容是否合理是否有優(yōu)化空間等。并且通過一直調(diào)整、優(yōu)化、再仿真這樣一個(gè)循環(huán)迭代的過程，讓工程師聚焦在架構(gòu)設(shè)計(jì)上。

圖源：IBM

接下來Autosar會(huì)進(jìn)行下一步工作。通過定義調(diào)整對(duì)象的內(nèi)容，我們可以決定架構(gòu)模型中哪些內(nèi)容需要進(jìn)入Autosar模型。模型生成后，還可以導(dǎo)出Autosar文件。從一開始開門、開燈、關(guān)門等一系列簡(jiǎn)單的用例，到最后Autosar文件的產(chǎn)生，就是整個(gè)的功能實(shí)踐。

通過Rhapsody的set stereotype的功能，講架構(gòu)設(shè)計(jì)元素定義為Autosar的元素，并且后續(xù)通過M2M工具引擎，直接無縫轉(zhuǎn)化架構(gòu)設(shè)計(jì)模型到Autosar模型，不僅銜接了架構(gòu)設(shè)計(jì)和Autosar模型設(shè)計(jì)，同時(shí)也大量減輕了工程師映射和匹配兩者的工作量。

圖源：IBM

圖源：IBM

圖源：IBM

通過M2M轉(zhuǎn)化后的Autosar模型，后續(xù)架構(gòu)模型優(yōu)化、調(diào)整后，再次轉(zhuǎn)化Autosar的模型，并且通過Rhapsody的模型比較、合并的功能，可以直接更新Autosar的模型，這樣避免了模型調(diào)整、變更給工程師帶來的額外工作。

IBM ELM全生命周期管理

前面我們做了很多關(guān)門、開門的模型，這個(gè)模型會(huì)同步到IBM ELM全生命周期管理軟件中，我們可以對(duì)標(biāo)或查看需求模型是什么樣子，將有利于全生命周期內(nèi)的管理，我們的模型不再是孤立的，而是可以直接同步到ELM平臺(tái)。

圖源：IBM

整個(gè)ELM平臺(tái)，比如做汽車仿真，我們可以放入更復(fù)雜、更多汽車環(huán)境的情況，觀察汽車電路運(yùn)行。因?yàn)槲业募軜?gòu)設(shè)計(jì)從一開始就對(duì)它進(jìn)行了仿真，所以能夠減輕后續(xù)返工的成本，規(guī)避掉一些錯(cuò)誤、干涉、沖突，或遺漏等情況，把模型作為企業(yè)資產(chǎn)保留下來。并且這個(gè)模型易于查看，架構(gòu)模型一層一層按照這個(gè)方法做完后也能夠保留下來。

整體上來說，架構(gòu)設(shè)計(jì)是正向設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心，不僅需要讓企業(yè)知其然也要知其所以然，同時(shí)，架構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)資源的要求非常高，不僅僅是資源本身的要求，同時(shí)對(duì)資源的安排和配置也要合理利用，避免資源的無效安排從而造成浪費(fèi)。并且架構(gòu)設(shè)計(jì)成果也是核心智慧資產(chǎn)，也需要有效的管理和繼承和重用，通過IBM Harmony方法論和 Rhapsody 架構(gòu)設(shè)計(jì)工具，不僅僅減輕了工程師的工作負(fù)荷，讓工程師聚焦在更關(guān)鍵的架構(gòu)設(shè)計(jì)上，更加縮短了工程師在非架構(gòu)設(shè)計(jì)工作的工作時(shí)間，同時(shí)還提高了資源的配置和利用能力，并且將模型這種核心資產(chǎn)進(jìn)行了有效的管理，為組織學(xué)習(xí)和重用奠定了強(qiáng)大的基礎(chǔ)，進(jìn)一步提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

（以上內(nèi)容來自IBM大中華區(qū)科技事業(yè)部ELM解決方案華南區(qū)總監(jiān)彭俊于2023年5月9日-10日在2023捷途汽車電子架構(gòu)與智能駕駛論壇發(fā)表的《架構(gòu)設(shè)計(jì)到 Autosar具體工程實(shí)踐》主題演講。）

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