软件定义汽车汽车工业软件不可或缺
软件在汽车价值结构中占比快速提升，并重新定义汽车产业链竞争力。而汽车工业软件已成为汽车产业链中不可或缺的一环，为汽车智能化、网联化、电动化提供重要支持。
11月3日，以“聚软件之力，创数智未来”为主题的2023中国汽车软件大会在上海嘉定成功举办。本次大会由中国汽车工业协会（下称“中汽协”）主办，中汽协旗下中德智能网联汽车推广应用中心、上海智能汽车软件园共同承办，中汽协软件分会、中汽协智能网联汽车分会和中国汽车工程学会汽车基础软件分会协办。作为汽车软件领域开放、高端、权威的交流与沟通平台，本次会议设置了“1场大会论坛+4个主题论坛”。
下午，举办了“共启汽车工业软件新征程”主题论坛。本场主题论坛由中汽协软件分会执行副秘书长尤强主持。会上，中汽协秘书长助理、技术部部长王耀发表致辞，山东山大华天软件有限公司副总裁李建勋、上海适途科技软件有限公司技术副总方文华、武汉天喻软件有限公司汽车行业资深顾问专家黄河、湖南迈曦软件有限责任公司创始人崔向阳、北京科思诚科技有限公司首席技术官敬伟峰、新迪数字技术有限公司CTO陈志杨、大捷智能科技（广东）有限公司副总经理易建业、倍睿软件（上海）有限公司功能安全产品总监戴兵和上海同星智能科技有限公司CMO罗伟光等分别做了精彩的主旨发言。
“汽车工业软件是汽车产业链中不可或缺的一环，为汽车智能化、网联化、电动化提供重要支持。”王耀强调说，“汽车工业软件发展离不开政策的引导和支持。我们要加大对汽车工业软件的投入，推动产业政策落地实施。同时，要加强对汽车工业软件人才的培养和引进，为产业高质量发展提供源源不断的人才支持。”
在汽车工业软件发展过程中，CAD、CAE、MBSE和BOM四大应用软件系统对促进汽车工业软件发展发挥着及其重要的作用。三维CAD是很复杂的应用软件。“我们以高铁模式打造国产高端三维CAD。高铁从买进、消化吸收到自主创新，三维CAD也是这样的发展路径。”陈志杨说，“我们以前给国外做CAD、CAE软件开发，拥有大型复杂工业软件架构设计能力。对三维CAD来说，我们从底层算法到上层应用都有非常好的实践。用户关心软件能不能用、符不符合需求。其实，国产软件的优势就是建立在用户能用、好用的基础上，更好地为客户服务。”
陈志杨坦言，产品真正面向客户时会遇到各种各样的“拦路虎”式问题。为此，新迪采取了积极举措：一是解决各种不同格式CAD文件的读入编辑问题，二是成套数据迁移，三是保持装配模型中异构数据的关联性。“围绕如何把国产CAD软件更好地让用户用起来，我们的产品支持用户在便捷地协同分享场景，真正实时三维模型在线评审，可以直接通过会议方式来进行操作。”随着计算机发展，过去几十年，CAE在整个汽车研发体系中成为不可或缺的工具，尤其2000年后，汽车产业得益于CAE技术发展，研发周期越来越短，现在一辆整车研发周期最快是8个月。崔向阳表示，目前汽车CAE研发工具完全依赖于国外。“目前在整车研发中需要40余款CAE软件工具，但全部来自于国外软件公司。到目前为止，国内还没提供一款真正在汽车行业中规模使用的CAE软件。”
目前汽车CAE仿真模型越来越精细。这对软件和算力的要求慢慢的升高。如何针对大规模汽车模型快速计算出结果，是行业发展对CAE软件的需求。崔向阳说：“目前CAE软件国产化还处于起步阶段。将这些软件有效用在未来新车型设计中，不能只靠软件公司琢磨，还需要主机厂把场景开放出来，让CAE软件公司有机会在实际场景中迭代。如果能真正坚持这样做，实现CAE软件自主化路就不远。”随着汽车业态发生明显的变化，汽车系统朝着越来越复杂的趋势变化。而MBSE就是为解决复杂问题而存在。整个汽车研发演进遵循着一定规律：从单个机电产品，到封闭系统，再到连接系统，最后是移动系统、移动服务过程。这就是怎么回事现在需要MBSE。新一代汽车进入研发深水区，在汽车业态变革阶段，对整个汽车系统的研发能力提出了新要求。方文华说：“MBSE衔接了四个维度的事：需求维度、技术维度、管理维度和经济维度。以前，汽车研发时这四个维度都是割裂的，但现在假如没有MBSE方式和方法，就只能低效率地进行这四个维度的工作。它背后的机制就是所有系统研发演进的发展趋势。”
不管新能源车还是传统燃油车，BOM系统都是很重要且核心的系统。黄河表示，根据BOM演变过程，将BOM分为概念BOM、设计BOM、制造BOM、订单BOM和服务BOM等。据他介绍，其公司与合作共建的新一代平台采用前后端分离架构，可以支撑研发管理全业务过程，具备以下特点：一是架构先进，全面支持国产化应用环境；二是采用OMG国际数据模型标准，具有非常好的业务适应性和全面兼容性，并可实现数据迁移；三是低代码开发平台，用户可自定义建模，方便用户后期做业务扩展；四是具有三维协同设计能力；五是具有先进的三维轻量化技术和Web可视化技术；六是具有结构化工艺管理能力；七是具有基于三维模型进行可视化装配的工艺子系统，可以直接读取三维模型，直观地指导车间生产。
在软件开发应用方面，敬伟峰和罗伟光都谈到联合仿真技术的开发与应用问题。针对自主多学科设计优化软件及联合仿真技术助力汽车数字化研发问题，敬伟峰表示：“国产自主研发的MBSE和CAD、CAE都在赶上来。CAE模型本质是一个数值模型，解决性能仿真。汽车产品要满足功能和性能，才可以获得更好的汽车产品。所以，我们基于多学科设计优化技术贯通系统模型和领域模型。”
从大架构上看，燃油车和电动车只是发动机和电动机的差别，但由于电动机驱动方式改变，导致电动车架构完全不一样。同时，从汽车研发周期看，传统燃油车已由原来五六年逐渐压缩到三年，电动车更为激进，由三年压缩到十二个月甚至九个月。随着发展，车企逐步引进MBSE的方法和手段，但未来面临系统模型和领域模型贯通问题。这些都对车企面临的巨大挑战。这就需要采取多学科联合仿真与优化实现性能验证。敬伟峰说：“目前在国际上把系统模型和领域模型打通的只有美国的软件，而我们是国内目前所知的唯一一款把系统模型和专业模型打通的。我们的这款多学科综合设计优化软件，除了传统多学科优化功能外，还可以和前端MBSESysML工具进行集成，实现方案设计阶段汽车总体、子系统、零部件方案的多学科权衡、优化以及稳健性设计，同时支持在详细设计阶段的参数优化、模型标定、敏度分析等，具有仿真流程标准化和自动化，并能集成主流的CAD、CAE软件等。”软件定义汽车，重新定义汽车产业链竞争力。现在硬件配置趋同，成本和功能改善空间存在限制，而软件成为打造差异化的核心。罗伟光说：“软件在汽车价值结构中占比快速提升，且软件升级将伴随着整车全生命周期。在此大背景下，汽车产业链企业亟需高性能产品、高性价比平台化解决方案来提升核心竞争力，而汽车电子软件助力产业链升级。”
但现在汽车行业常用的工业软件几乎都是国外品牌，各软件之间都是独立的，数据都不互通，没法互相调用。罗伟光表示，联合仿真将来自不同学科领域的仿真模型集成到共同的仿真环境中,进行协同仿真，以对汽车系统来进行全面评估，或对系统中单个部件进行充分测试。联合仿真在汽车领域应用广泛，涉及电气系统仿真、控制管理系统仿真、热管理仿真等。联合仿真技术能实现低成本软件开发测试。目前，同星软件90%的功能都免费开放，实现用户迅速增加，并通过用户反馈又不断快速提升软件综合性能。
目前AI技术正火。那么，在汽车装备领域，AI技术能做什么？现在装备设计过程中，还是依赖于设计工程师，需要工程师先在自己的脑海里完成结构构思后，再借助CAD软件进行三维建模。但建模过程非常耗时。汽车模型装备从点、线、面体建模要花八到十个工作日。复杂的设计过程有没有可能实现自动化、智能化，让软件自动完成设计工作？易建业表示，这正是大捷公司正在干的事情。
据易建业介绍，大捷公司将AI技术与工业软件结合，切入汽车制造装备行业，推出了系列专业型智能设计系统，以此对汽车模具进行智能设计系统开发与应用。这里面涉及几个核心问题：一是设计过程中用到多源异构知识，包括标准技术支撑、算法驱动的数据模型等；二是做AI面临数据问题，面向车辆专业领域数据怎么积累、怎么转化是十分艰难的过程；三是设计特征的主动识别与提取、智能方案的推理以及算法驱动怎么来实现自动化建模等。
为此，大捷公司从以下几个方面着力：首先，知识建模。以冲压工艺为例。冲压过程涉及非常多基础数据支撑。在基础数据上做大量知识提取、知识建模，可以用算法驱动统一化数据模型。其次，智能化设计。这要求对大量特征进行识别，并在特征提取基础上做后期的算法驱动。再次，智能决策。通过专业化AI模型，包括行业机率模型、优化模型、成熟设计标准等输出对应方案，在算法模型驱动下自动完成。另外，涉及机械非标结构。这要求软件底层设计能力非常强。
易建业说：“我们把这一系列技术封装形成一整套智能化设计的具体方案。”易建业表示，汽车制造应用到的模具、检具、夹具有着很突出的单件定制化开发特性。每个车型要重复开发，数量特别大。这类装备涉及大量的重复性设计工作，因此引入智能化技术效果很明显。
目前，汽车产业链变革及精细化分工、价值链重构、生态链跨界融合及优化等都在加剧市场之间的竞争和大融合。从发展的新趋势来看，汽车企业正面临相关挑战：一是研发决策链挑战，因为传统研发采用串形模式，链条长。二是用户定制化需求的挑战。从卖方市场变成买方市场，客户定制化且批量定制需求越来越明显。三是使用户得到满足体验的挑战，因为市场对使用者真实的体验要求慢慢的升高。而运营链条慢慢的变长和广，几乎涵盖产品线全生命周期过程，现在的平台架构难以支撑大链条、全流程数据驱动和数据分析。因此，李建勋说：“汽车企业要保持快速地增长并得到用户信赖，必须做数字化转型，包括创新研发、智能工厂、数字营销等工具/系统/平台都迫切地需要数字化转型。”
上文谈到，汽车系统工程对汽车研发的必要性体现在数字化转型等方面。联合仿真技术也有助于汽车数字化研发。其实，整个汽车开发过程中的每个关键业务点都需要数字化转型。那么，数字化转型的管控要点有哪些？李建勋介绍，可以从两条线来看：一是围绕产品业务主线，包括产品需求、产品定义、总体设计、工艺设计、试制试验、产品制造等业务要素及管控要点；二是围绕产品BOM主线，涉及早期BOM、设计EBOM、工艺PBOM、制造MBOM、SBOM到整个BOM演变需求等。
从数字化转型尤其汽车行业数字化战略来看，需要将研发、制造、供应链、营销、服务全链路打通。据李建勋介绍，华天软件产品组合以BOM为核心、MBD模型为表达，基于统一数据模型、单一数据源，打通从CAx-PLM-MOM-SLM的数字链路，以IPD/IATF16949先进管理理念为指引，贯穿项目管理全研发过程，拉通管理线，构建汽车企业全数字化一体化创新平台，实现产品全生命周期的全数字、全互联、全智能，实现闭环管控，全数字协同。
围绕汽车行业业务，李建勋介绍了三个着力方向：首先，在产品研制设计环节，基于模块化思路，产品正向设计管理，多专业协同，供应链协调管理，CAD集成等。其核心理念是采取标准化、平台化、系列化和模块化的数据治理模式。其次，在工艺规划与仿真设计环节，提供三维智能搜索，在PLM模型库快速检测相关零件，快速调出，快速复用，支持AI基于知识图谱的工艺自动推演，以提高设计效率。最后，在试制试验管理系统环节，对内容统一管理，打造绿色智能工厂，以数据驱动实现生产制造可视化、运营智能化。
随着“新四化”发展，汽车工业软件慢慢的变多，而且软件研发过程慢慢的变重要。为保障汽车功能安全，软件产品验证就成为必然的程序。基于相关安全标准，戴兵在会上介绍了符合汽车功能安全的白盒测试解决方案，包括采取静态分析、动态测试等方式方法来解决关联需求的软件产品验证过程。
我们相信，中国的汽车工业软件发展会慢慢的好，但需要汽车产业链企业以共赢、共享的切实行动来共创新未来。
