“软件定义汽车”重塑汽车生态

进入汽车产业转型的下半场，大量复杂的软件和电子系统几乎布满市场上所有车型，在提升其性能的同时，车企对于收益与风险的评估方式也随之发生改变。举例来说，自动驾驶技术的出现提高了汽车的安全标准，车企就必须打好“提前量”，承担过去原本由司机所承担的风险；同时，从机械系统向电动汽车（EV）的过渡也改变了人们对车辆耐用性的理解；而对电子设备的更多依赖也因为供应商网络的扩展引发出供应链上的多种挑战。

为了保持竞争力并适应不断变化的市场动态，一场从“机械定义汽车”向“软件定义汽车”（SDV）的数字化革命势在必行。这一转型过程可以通过三大行业趋势来进一步解读：电动汽车动力系统需求的增长，（半）自动驾驶功能的普及，以及制造数字化。

电动汽车的成功依赖于新的协作模式

电气化无疑是车企跨越传统设计和制造方法的主要趋势之一，要脱离“机械定义汽车”的“束缚”，车企必须重新判断电动汽车背后的需求，也要重新思考车辆软件和 E/E （电子/电气）系统的架构设计。

其中，电池电气化的发展主要靠电池技术和充电基础设施推动，它涉及到开发新的电池管理系统软件，通过学习不同地区具体用户的充电行为来尽可能延长电池组的使用寿命。无论具体如何实施，汽车制造商都需要在供应商网络中全面集成，以管理电动汽车所需的跨学科架构。

图2. 给汽车充电比加油耗时更长，因此需要尽可能简化这一过程（图片来源：西门子）。

数字主线允许汽车制造商在整个产品生命周期里建立结构化的数据流，从而实现上述集成。每个设计相关领域都可以访问相关数据，以实现更优的产品设计。通过数字化开发，车企与供应商之间可以进行实时的双向交流，既可以第一时间传达车企的新需求，也能快速了解供应商的零件可用性以及采购情况。从设计到制造的数字孪生将形成一种强连接，使得数据在这两个领域之间得以快速且通畅地传输。此外，贯穿了设计、生产和运营的可追溯能力还能确保车辆生命周期内的软件通过云端进行实时更新，为车企和客户带来更多价值。

为自动驾驶更新开发工作流程

车道偏离警告和自适应巡航控制已经成为今天自动驾驶车辆的标配，L3 级自动驾驶也即将迎来产业化。然而，要打造更高级别的自动驾驶能力，需要机械、电气、电子和软件系统之间更加紧密的互联，而这在无形中增加了开发的复杂性和成本。此外，消费级车辆要达到更高的自动驾驶水平，需要在实际的动态城市道路上进行严苛的验证和确认，而这一过程极具挑战，道阻且长。

高级别自动驾驶的商业化需要在设计过程中简化跨学科的协作，这意味着汽车制造商需要重新思考各工程学科之间的整合，并且避免过早进行原型制造。在这一点上，数字孪生至关重要，它可以帮助工程师在早期仿真的过程中发现潜在问题，使汽车制造商能够在整车的数字孪生环境中更容易地解决问题。此外，完整的数字化解决方案能够提供更大的设计探索空间，在机械、电气、电子和软件领域找到平衡。

打破存在于这些不同领域之间的传统隔阂，需要在汽车的整个过程中以数字化方式定义和传达系统需求。基于文档的传统项目沟通方式不仅会带来高昂的时间成本，并且容易发生错误，给一些关键的汽车指标带来风险。相比之下，数字化流程则能在设计的早期，更好地管理因电子和软件的增多而带来的复杂性和高成本。

此外，如果系统需求可以更早地传递给供应商，就可以更轻松地与其他关联系统一起验证子系统。例如，用于自动驾驶功能的传感器，可以在早期针对控制板、机械接口甚至是软件在环测试进行验证。

图3. 软件开发对现代汽车至关重要，但需要经过深思熟虑的规划，才能使其充分发挥效应。（图片来源：西门子）

数字化框架的优势绝不仅仅局限于初始产品设计和开发阶段。基于数字孪生的数字化工作流程能够实现数据的可追溯性和可访问性，在全环境中理解需求，有效降低风险，并在保证开发速度的情况下建立更严谨的工作流程。

在车辆上路后，数字化同样能够带来巨大价值。通过在工厂与车辆之间创建数字反馈机制，汽车制造商可以持续更新和改进车辆的软件功能。例如，当行驶车辆遇到新的驾驶场景或其他系统错误时，汽车制造商可以使用车辆数据来改进其数字孪生模型，在云端对其进行更新，并将反馈数据反哺于正在开发的其他车辆。这种数据的连续性为车企提供了实施新自动驾驶技术所需的灵活性和可扩展性，从而推动其创新，并提高车辆的安全性能。

通过智能制造更快交付产品

构建自动驾驶功能以及为适应电气化改造动力系统，对车辆的制造方式也提出了更高要求。面对 “软件定义汽车”架构日益增长的复杂性，汽车制造商正在寻求更加智能的制造技术，以实现灵活、高效和可持续的运营。而这种可以在工厂快速实施的能力，也意味着车企在面对全球供应商网络带来的供应链问题时，需要更快地调整相应策略。

图4. 通过智能制造等灵活敏捷的解决方案，汽车制造商可以在工厂环境中实现加速制造。（图片来源：西门子）

通过生产的数字孪生，制造商能够在虚拟世界中对生产进行优化，探索所有可能的配置，并以更快的速度来调试机器操作。如果能打通设计与制造，全面的数字孪生就能帮助汽车制造商节省大量时间，同时实现高质量、可持续且快速推出产品的目标。

通过培养跨职能合作的企业文化，以及基于全面数字孪生的智能制造，汽车制造商能够实现灵活运营，打造更高级别的自动驾驶能力，并实现业务的可持续性。现实世界和数字世界的融合，有助于将新一代的移动出行解决方案成功推向市场，并在实际投产前及整个生产过程中提供可操作的洞察。这种“左移“的策略也推动了“软件定义汽车”的高质量发展。

设计和制造由 “软件定义” 的汽车需要车企一方面在内部进行跨工程的团队协作，另一方面要在外部与全球供应链的伙伴建立紧密联系。汽车设计和制造的数字化转型，是应对软件和电子技术给汽车行业带来的成本增加、生产时间延长和风险提升的关键解决方案。针对“软件定义汽车”而创建的全面数字孪生，以及在关键学科之间建立强大的数字主线，有助于确保整体系统需求得到满足并验证，可以说，数字化为汽车行业的成功转型提供了可依据的框架与可行性。