與模擬一起邁向不同的未來

基於模型、以模擬為中心的系統工程方法將如何協助卡車製造商超越迅速的產業轉型

面對快速的產業轉變，卡車製造商、零件和系統供應商以及工程服務提供商將如何保持相關性呢？根據Berylls Group的說法，要有效應對這些挑戰，需要利用數位技術進行模擬和虛擬原型開發的靈活方法，並在增強的協作支持下實現。

Berylls，一家戰略顧問公司，最近發佈了名為《Beryll’s Strategy Advisors: Model-Based System-Engineering in Trucks R&D》的報告，該報告探討了軟體定義車輛（Software-Defined Vehicles；SDVs）的演進與需要模型為基礎的工程解決方案來促進SDV開發之間的聯繫。以下內容摘自這些發現，包括模擬在協助卡車業發展SDV的堅實MBSE(Model-Based System Engineering)策略中所扮演的角色。

應對複雜性的同時，面臨創新的壓力

運輸和物流促進了全球貨物的流動，這對生產力和消費至關重要。電子商務指數的增長凸顯了對快速、可靠運輸的需求。為此，在2021年，全球大約生產了340萬輛中型和重型卡車。未來，隨著這些車輛透過電池或燃料電池動力傳動系統轉向電動化發展，這一數字有望增長。自然而然地，伴隨這種轉變的是巨大的創新加速壓力。

然而，目前的卡車的電氣/電子（electrical/electronic；E/E）架構在開發過程中需要極大量的複雜佈署。這些架構具有多個電子控制單元（Electronic Control Units；ECUs），這些單元在嵌入式軟體方面發揮關鍵作用，因為它們控制著各種車輛系統並處理傳感器數據。

此外，相關的嵌入式軟體需從頭開始開發才能在該硬體上以精確配置運行，包括協調複雜算法、確保定時功能、協調輸入和輸出、以及保持數據安全。為了應對這些功能，研發組織需要進行轉變。這有助於原始設備製造商（OEMs）更好地調整人員、流程和技術，以支持成功的連接式SDV開發，從而節省時間、降低成本，並在軟體開發過程中減少品質問題。

提高這種嵌入式軟體的貢獻的是它所支持的先進駕駛輔助系統（ADAS）。ADAS的投資對於OEM來說至關重要，因為它們為未來自駕功能的發展奠定了基本的基礎，包括先進的感知、決策和動作控制系統。

利用MBSE（基於模型的系統工程）為研發工具鏈注入價值

為達到與架構、硬體、嵌入式軟體和感知系統開發相關的新里程碑，將需要在研發方面進行重大投入。預測未來10年，車輛製造商將增加對電氣/電子技術的投資，增長64%，其中軟體將占據大多數的支出。

在當今的製造環境中，創新周期的加速增加了對專業化的需求，並且通常導致外包開發流程的發生。卡車原始設備製造商（OEMs）很少獨立地成功將卡車平台推向市場。相反，開發過程涉及將外部，通常是不同的個體聚集在一起，包括OEM、一級供應商和外部專家。

MBSE是一種方法論，其重點在於創建和利用數位系統和工程領域模型，作為訊息、反饋和需求的主要交換手段。它涉及捕捉、傳達整個流程，確保用於表示系統的所有數位模型在該系統的整個生命週期中協調並得以維護。它還用全面的數位模型替換了靜態文件，這些模型代表著系統的關鍵層面，包括需求、架構和系統界面，所有這些都由一個數位線索連接，追踪整個設計過程。

基本上，MBSE提供了一種結構化的系統方法，以解決複雜的工程問題，從而使開發過程更加流暢並提高效率。它包括三個主要組件：全面的系統架構模型（System Architecture Model；SAM），工程模擬軟體以確定SAM的需求，及一個集中的計算中心來執行MBSE流程的功能並存儲結果。

模擬作為MBSE中的關鍵價值驅動因素

MBSE的成功實施對卡車業具有巨大的潛力，有助於應對其透過設計、電動化和自動化表達的最迫切的挑戰。採用系統導向的開發方法簡化了主要利害關係人之間的責任。

它還透過子系統的協調和劃分以及將硬體和軟體組件及功能委託給該系統來減少工作量。當適應 OEM 的組織、流程和工具 (OPT) 時，這項工作在專案經理的現場指導下，可以簡化流程並提高效率。

模擬可以透過多種方式在卡車製造中發揮巨大作用，因為它以 MBSE 方法來表達，以促進開發並促進整個開發鏈的效率：

·        透過測試和驗證，模擬作為 MBSE 跨學科方法的一部分來分析系統架構的所有相關層面，例如機械、電氣、軟體和控制系統，從而闡明系統功能和交互作用。

·        模擬支援對系統、子系統、組件和模型組件進行系統建模，從而增強不同產品和系統之間的可重複使用性，進而提高效率並管理冗餘，同時減少開發時間和成本。

·        創建實體系統的數位孿生或虛擬代表，可協助 OEM 考慮虛擬環境中的磨損和退化模型，從而獲得可提升車隊營運效率、預測和健康管理 (PHM) 的見解，同時降低停機時間，以評估零件重新利用/可重複使用性。

·        透過模擬進行的功能危害分析、故障樹分析（FTA）以及隨後的系統安全分析（SSA），讓人員可以從架構和系統層面到個別組件多角度評估安全性和可靠度。

上述只是模擬可以協助卡車業轉型變革的一些方式。有鑒於商用車輛產業不斷演變，對製造商來說至關重要的是追求如 MBSE 以模擬驅動的研發方法，來應對這些挑戰的複雜性，並在開發過程中對效能、效率和成本產生積極的影響，從製造到項目管理都包括在內。

欲了解更多信息，請閱讀《Beryll’s Strategy Advisors: Model-Based System-Engineering in Trucks R&D》有關 MBSE 在解決卡車業面臨的重大開發問題中的相關性。您還可以了解模擬如何融入全面的MBSE方法。