一般而言，架構(gòu)設(shè)計會涉及到很多循環(huán)迭代，是一個循序漸進的過程。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，降低工作負荷，提高工作效率，讓工程師聚焦在架構(gòu)設(shè)計的核心上。

彭俊表示，架構(gòu)設(shè)計首先要做需求建模，需求是分層級的；模型創(chuàng)建后可搭建活動視圖；再到邏輯架構(gòu)階段，可根據(jù)架構(gòu)設(shè)計的理念進行內(nèi)容切換。對此，IBM在用例建模、場景分析、活動視圖等過程進行了實踐。

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

今天我們將重點講第二個層面，從需求出發(fā)到架構(gòu)設(shè)計，到架構(gòu)的實際應(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)計到功能實踐的工作流程

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

圖源：IBM

一般而言，架構(gòu)設(shè)計會涉及到很多循環(huán)、迭代，會有很多調(diào)試、演進的過程。同時，從功能到邏輯，再到具體設(shè)計的部分，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)，實現(xiàn)需求，對后續(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、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計，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、功能分析、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、架構(gòu)設(shè)計，經(jīng)過一系列的迭代、循環(huán)，逐漸將其變成一個可執(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，需求是分層級的，所以此處的需求是個概稱，涵蓋所有的內(nèi)容。創(chuàng)建模型后，我們會對用例圖進行自動分解，劃分其活動圖，將其用例中的所有內(nèi)容、參與者、要求變成活動場景，我們稱之為活動視圖。有了活動視圖后，可以通過活動視圖計算功能的工作流，觀察每個活動路徑的具體場景怎樣，會發(fā)生什么，再通過序列圖表達出來。

接下來是邏輯架構(gòu)。識別了系統(tǒng)的邏輯運行的結(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應(yīng)的邏輯結(jié)構(gòu)上，對具體的操作步驟進行切片劃分，比如為了解耦、為了分布式部署進行特定劃分。就工程活動而言，只需要進行切片，并拖拽相應(yīng)功能到對應(yīng)內(nèi)容進行切換，我們就能得到一個場景的序列圖；基于場景的序列圖，可以將行為放到子系統(tǒng)中，子系統(tǒng)會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)對象的圖示，通過活動圖切片、結(jié)構(gòu)體劃分，產(chǎn)生對應(yīng)的結(jié)構(gòu)以及端口、接口等，然后形成狀態(tài)活動，并通過系統(tǒng)反過來進行仿真，去核對設(shè)計過程、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)驗證后，再進行二次調(diào)整，最終目的是到Autosar這個內(nèi)容可以進行具體設(shè)計決策。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，整個流程相當于將原本需要系統(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的具體實踐

第一步用例建模，例如，有個車輛開門的動作，然后是開門后亮燈的動作?；顒邮强刂茻舻拈_關(guān)，涉及門和燈兩個實體，這是一個很簡單的用例圖。我們通過工具進行場景分析后，在建模過程中，工具會自動生成內(nèi)外接口的相應(yīng)功能、參數(shù)等，分析結(jié)果會直接反饋成模型圖形。

圖源：IBM

基于模型圖形，再建立活動圖。用例的活動圖會定義開門的動作，有個開門的時間，門開了，對燈打開或關(guān)閉進行簡單的控制，涉及到的對象包括門、燈、控制活動等。通過這個部分，我們會直接看到相應(yīng)的模型內(nèi)容以及接口要求，可直接創(chuàng)建序列過程、活動過程，這個過程原來需要手工繪制，現(xiàn)在是use-case完成序列圖的自動創(chuàng)建，再去創(chuàng)建測試工作臺。

創(chuàng)建序列圖后，點擊模擬運行。此時還沒有任何代碼，只是一個初步的開門后開燈、關(guān)燈的想法，接下來的所有工作都由系統(tǒng)自動完成。我們會啟動測試工作臺，通過測試工作臺創(chuàng)建一個可以運行和模擬仿真的環(huán)境，一步一步的調(diào)用觀察當前在哪個活動，對哪個元素進行工作，以及它會達到怎樣的效果，自動的去繪制事件以及事件活動等一系列動作，并對其分支進行處理，還可以加分支條件的判斷，多做一些看板和按紐，對整個過程進行控制。

圖源：IBM

通過一系列的活動，我們能從最開始對架構(gòu)進行仿真，確保后續(xù)邏輯分析工作不會有遺漏、不會有錯誤等，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，邏輯結(jié)構(gòu)圖中劃分各個功能對應(yīng)的各個部分。通過對活動視圖增加結(jié)構(gòu)劃分，講不同的活動分配給不同的結(jié)構(gòu)實體。具體實踐上來說，在活動圖增加了兩個框結(jié)構(gòu)，一個是車身控制，一個是燈的開關(guān)控制。這兩個控制系統(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)計的理念、解耦或其他原因，但在此，工程師只需要對具體的內(nèi)容進行拖拽，拖拽完成后，系統(tǒng)會自動通過甬道圖的切片，自動在模型上對功能進行劃分，并建立相應(yīng)的接口、函數(shù)、方法，以及后續(xù)對應(yīng)的能力。

圖源：IBM

序列圖的過程是自動產(chǎn)生的，產(chǎn)生后，我們可以到下一級，每一層函數(shù)的顆粒度會繼續(xù)向下分解，每一層會進行循環(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，整個圖形的內(nèi)容都是系統(tǒng)自動畫出來的，并且會自動劃分，劃分依據(jù)參照架構(gòu)設(shè)計，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仿真示例，來查看Rhapsody如何做活動圖，如何做仿真，系統(tǒng)如何一步一步實時執(zhí)行，并且這個過程是可以實時控制，以便讓工程師查看系統(tǒng)在運行狀態(tài)下的各種設(shè)計情況，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、再仿真這樣一個循環(huán)迭代的過程，讓工程師聚焦在架構(gòu)設(shè)計上。

圖源：IBM

接下來Autosar會進行下一步工作。通過定義調(diào)整對象的內(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)門等一系列簡單的用例，到最后Autosar文件的產(chǎn)生，就是整個的功能實踐。

通過Rhapsody的set stereotype的功能，講架構(gòu)設(shè)計元素定義為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)計模型到Autosar模型，不僅銜接了架構(gòu)設(shè)計和Autosar模型設(shè)計，同時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，這個模型會同步到IBM ELM全生命周期管理軟件中，我們可以對標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。

圖源：IBM

整個ELM平臺，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，觀察汽車電路運行。因為我的架構(gòu)設(shè)計從一開始就對它進行了仿真，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。并且這個模型易于查看，架構(gòu)模型一層一層按照這個方法做完后也能夠保留下來。

整體上來說，架構(gòu)設(shè)計是正向設(shè)計的關(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，架構(gòu)設(shè)計對資源的要求非常高，不僅僅是資源本身的要求，同時對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。并且架構(gòu)設(shè)計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)計工具，不僅僅減輕了工程師的工作負荷，讓工程師聚焦在更關(guān)鍵的架構(gòu)設(shè)計上，更加縮短了工程師在非架構(gòu)設(shè)計工作的工作時間，同時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)進行了有效的管理，為組織學習和重用奠定了強大的基礎(chǔ)，進一步提升企業(yè)的核心競爭力。

（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)計到 Autosar具體工程實踐》主題演講。）

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