通過系統(tǒng)工程方法驅(qū)動產(chǎn)品創(chuàng)新
汽車工程技術(shù)的難點在于平衡碳排放、成本和性能之間的關(guān)系。最新的產(chǎn)品生命周期管理軟件能夠在企業(yè)范圍內(nèi)整合信息。
各大汽車生產(chǎn)廠商所面臨的各種需求前所未有地復(fù)雜，而產(chǎn)品生命周期管理（PLM）平臺恰恰能夠提供幫助。工程師必須要設(shè)計出令人振奮的產(chǎn)品，不僅僅聽起來是好產(chǎn)品，用起來更要是好產(chǎn)品，而且能夠通過消費者世界中越來越多的智能系統(tǒng)實現(xiàn)完美的用戶體驗。同時，這種產(chǎn)品必須具有更高的燃油經(jīng)濟(jì)性，更輕便以及維護(hù)費用更低。對于工程師來說，在這些相互抵觸的需求之間找到平衡點是一項越來越困難的任務(wù)。
每輛車平均使用兩千萬行代碼對越來越多的需求進(jìn)行管理和確認(rèn)。汽車生產(chǎn)廠商正在向模塊化方向發(fā)展，如大眾的MQB（Modularer Querbaukasten，意思就是模塊化橫向矩陣）和豐田的TNGA（豐田新型全球架構(gòu)）正在借助模塊化部件建立全球的跨品牌系統(tǒng)。模塊化生產(chǎn)能夠幫助降低復(fù)雜度和對產(chǎn)品的更改程度，通過在車輛配置中使用可以復(fù)用的部件，工程設(shè)計可以更多地聚焦于理解行為、耐用性和整體的用戶體驗。
提前決策
按照順序解決特定問題雖然能夠影響車輛的行為和對車輛的理解，但是這種方法對于工程師來說不可預(yù)測。這就是PLM的核心挑戰(zhàn)：如何及時將決策所需的信息提供給與車輛開發(fā)和生產(chǎn)相關(guān)的每一個人。
能量流：仿真顯示了一臺混合動力車在虛擬道路上行進(jìn)時的能量流。
系統(tǒng)必須確保工程師能夠在過程的早期做出正確的決策，因為相比于后期的改動，早期的變更成本更低。系統(tǒng)需要在更早的時刻引入合適的專家，對質(zhì)量、耐用性、性能和生產(chǎn)成本給出意見。系統(tǒng)需要“提前”決策，將對后續(xù)功能的影響提前，使決策過程和驗證過程形成閉環(huán)，確保提前做出正確決策。
下一代PLM
下一代PLM為生命周期決策提供了一種浸入式的環(huán)境，為了實現(xiàn)這一設(shè)想，人們必須從本質(zhì)上享有更多信息。信息應(yīng)該就在工作人員身邊，但是只有相關(guān)且合理的信息才會被展示。這能夠幫助他們在整個系統(tǒng)的背景下做出集成決策，保證決策是及時的且具有更高的精度。我們的目標(biāo)就是建立一種浸入式的決策環(huán)境，在這個環(huán)境中，產(chǎn)品生命周期中每一個相關(guān)人員都能夠在決策相關(guān)背景下，在必要的時刻獲得所需要的知識。這一環(huán)境能夠?qū)?fù)雜的事物轉(zhuǎn)化成有用的知識，給汽車制造商帶來如下競爭優(yōu)勢：
1.為企業(yè)中所有的用戶，從市場、質(zhì)量、設(shè)計和工廠到生產(chǎn)人員，提供一種透明的環(huán)境。
2.從多種來源收集數(shù)據(jù)，為決策提供重要保障。
3.為車輛結(jié)構(gòu)、控制和行為的框架定義以及模型描述提供了一種工具。
4.在用戶作業(yè)環(huán)境中，保證提供正確的信息。
采用系統(tǒng)工程方法開發(fā)產(chǎn)品是可行的。系統(tǒng)工程方法已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域和防御領(lǐng)域施行了幾十年，而且越來越多地被汽車行業(yè)所采用。但是系統(tǒng)工程本身有時候就是一種非常復(fù)雜的過程。并非所有的工程師都能夠?qū)ο到y(tǒng)工程的復(fù)雜性有透徹的了解。實際上，系統(tǒng)工程通常獨立于核心設(shè)計之外，很少專家會在關(guān)鍵設(shè)計中使用系統(tǒng)工程。
企業(yè)從系統(tǒng)工程方法獲得的信息中受益良多，所以企業(yè)必須找到一種方法，能夠使用由系統(tǒng)工程師創(chuàng)建的模型，并在所有復(fù)雜的系統(tǒng)環(huán)境下完成具體事務(wù)。所以，如何能夠采用系統(tǒng)工程方法，而同時又不會身陷這種方法的艱深晦澀之中呢？這就是PLM的工作了。PLM能夠?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行詳盡描述，明確定義產(chǎn)品的復(fù)雜度并使之能夠被理解，保證它能夠被所有工程師和產(chǎn)品生命周期中相關(guān)其他人員所使用。
系統(tǒng)化開發(fā)
通過系統(tǒng)工程方法進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)有四個要點：
1.開放性。沒有一種軟件能夠完成所有的工作。汽車生產(chǎn)廠商和上層供應(yīng)商在開發(fā)、仿真、工程和生產(chǎn)中使用的軟件工具多達(dá)上百種。PLM系統(tǒng)的開放性以及確保瞬時信息不會受阻的能力是成功的關(guān)鍵。
2.單一的配置管理工具。PLM必須提供一種能夠明確變更并且能夠定義大量理論配置和實際配置的架構(gòu)。
3.變更和日程管理。PLM必須提供一種企業(yè)級的變更和日程管理程序，對各種應(yīng)用程序中的大量變更做出規(guī)劃。
4.構(gòu)建和模擬用戶體驗。編程工程師需要了解油耗、駕駛行為、噪音和振動以及各種情況下的車輛成本。他們需要具有物理特性和控制軟件的精確模型，從而“組裝”一輛仿真的車輛，并在電腦上進(jìn)行“試驗駕駛”。
社交和移動工具幫助改進(jìn)PLM模型
PLM軟件模型配以社交商務(wù)軟件之后，能夠?qū)T工移動互聯(lián)，使用全新的協(xié)作方法改進(jìn)產(chǎn)品工程方案。
產(chǎn)品生命周期管理（PLM），包括一系列的策略、商業(yè)實踐和技術(shù)設(shè)計，目的是為了在產(chǎn)品的整個生命周期中獲取并維護(hù)產(chǎn)品信息，這一方法能夠提升產(chǎn)品開發(fā)速度，提升用戶滿意度，優(yōu)化作業(yè)并創(chuàng)造全新的盈利機(jī)遇。全新的社交和移動工具能夠幫助提升PLM。
社交媒介：Ommify Empower公司的PLM軟件成為了企業(yè)研發(fā)過程中的一部分，通過云技術(shù)的應(yīng)用，Mevion MedicalSystems公司能夠創(chuàng)建更加協(xié)作的環(huán)境，便于創(chuàng)新的發(fā)生。任何設(shè)備都可以進(jìn)行內(nèi)容分享。Mevion公司認(rèn)為其協(xié)作環(huán)境能夠擴(kuò)展其社交組網(wǎng)能力，并且能夠在企業(yè)的任何設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)分享。
管理企業(yè)PLM的產(chǎn)品設(shè)計人員和工程人員正在變得更加分散。如果工程隊伍中年齡跨度大，那么如何將團(tuán)隊成員的知識儲備提煉出來并傳遞給下一代工程技術(shù)人員是一個非常關(guān)鍵的問題。
生產(chǎn)廠商必須將員工的技能和知識物盡其用，不管員工以及商業(yè)伙伴在哪，都需要采用一種更加協(xié)同的方法來完成。解決方法是為企業(yè)提供一種實時可視的方案，在計劃、設(shè)計、成本核算、采購、生產(chǎn)和物流等環(huán)節(jié)中提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)并共享信息。
協(xié)作工具迅速出現(xiàn)并開始幫助越來越多的企業(yè)創(chuàng)建更優(yōu)秀和更高效的“虛擬團(tuán)隊”。
社交計算時代下的工具
ARC Advisory Group發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)品開發(fā)組織之間，社交實時協(xié)作和PLM正在凸顯，開發(fā)者和其所開發(fā)的產(chǎn)品連接在一起，創(chuàng)造了一個可以解決問題的社區(qū)，產(chǎn)品靈感不時閃現(xiàn)。PLM供應(yīng)商們提供各種不同的工具，Dassault Systèmes公司正在主推其“Social 3D Experience平臺”，而PTC公司和Autodesk公司也有名為“Social PLM”的產(chǎn)品，Omnify Software公司提供“Social Collaboration Portal”。在產(chǎn)品設(shè)計中整合社交媒介還有很長的路要走，企業(yè)將社交媒介作為一種低成本的廣播信息的方法，但是并未將社交媒介用于收集用戶輸入，而后者實際上可以轉(zhuǎn)化為十分有價值的信息。
ISG是一家采購顧問公司，其報告稱在關(guān)鍵因素上的社交媒介合作影響了2012年的全球采購，而且從長期來看還會重塑采購的模式。通過利用供應(yīng)商、合作伙伴和用戶這些“外沿企業(yè)”的技術(shù)和知識，企業(yè)將得以使用這種協(xié)作工具來加快發(fā)展。ISG協(xié)作模型能夠從相關(guān)組分中提煉知識財富，通過社交網(wǎng)絡(luò)使用最終用戶對于產(chǎn)品的各種觀點。
Michael Fauscette是IDC公司的軟件業(yè)務(wù)解決方案集團(tuán)副總裁，他說道：“建立合作共贏的企業(yè)可遠(yuǎn)非使用一些新型的軟件工具那么簡單，而是需要從根本上對文化和行為進(jìn)行改變。”他將商業(yè)創(chuàng)新管理分成了四個階段：創(chuàng)意收集、開發(fā)、生產(chǎn)和反饋，而這四個階段需要根植于社交技術(shù)。
Bertrand Sicot是SolidWorks公司（Dassault Systemes公司旗下企業(yè)）的CEO，他指出有些人對將數(shù)據(jù)在云上進(jìn)行分享仍舊有些惴惴不安，而大部分人已經(jīng)適應(yīng)了這種使用方法：“不管什么平臺，我們的用戶總是確保對IP進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲于外部架構(gòu)時，更加小心謹(jǐn)慎。這種情況就如同幾年之前大家對在線銀行持不信任態(tài)度一樣，但是現(xiàn)在人們接受了這種使用方法。我們認(rèn)為同樣的事情也會在我們的領(lǐng)域發(fā)生。人們對安全性不再擔(dān)心，設(shè)計能夠受到保護(hù)。”
項目設(shè)計中系統(tǒng)集成是關(guān)鍵要素
在項目設(shè)計的早期引入系統(tǒng)集成商能夠確保遞交高質(zhì)量的項目，從而滿足項目需求。
來自傳統(tǒng)的建筑和工程方法的優(yōu)點正在被應(yīng)用于設(shè)計過程中。面向用戶的建筑和工程方法采用階段式概念和可行性設(shè)計步驟，給出30%、60%和90%的設(shè)計視圖，讓用戶在每一個階段進(jìn)行確認(rèn)。關(guān)鍵的工程原則能夠在整個過程中明確表達(dá)，確保設(shè)計功能完美實現(xiàn)。
項目成本影響曲線表明了在項目后期產(chǎn)生的設(shè)計變更會導(dǎo)致更多花費。
以往，只有在具體設(shè)計定稿后項目準(zhǔn)備進(jìn)入實際建造階段時才會引入系統(tǒng)集成商。在項目的這個階段，除非耗費巨資，否則集成商已然無法對項目給出積極的影響。不采用這種方法，轉(zhuǎn)而在更早的時刻引入系統(tǒng)集成商，相比于傳統(tǒng)的方法，項目成本和風(fēng)險能夠降低，特別是那些既定品牌的供應(yīng)商。
項目成本影響曲線能夠顯示在項目生命周期的不同階段項目成本和影響效果之間的關(guān)系。一旦到達(dá)了具體的設(shè)計階段，影響效果會顯著降低，而花費則會激增。以這種方法執(zhí)行項目就會將系集成商降格為單純的商品采購方，好比老道的銷售人員和儀表采購一樣。出于成本考慮，項目通常都會按照設(shè)計進(jìn)行，而不管這一設(shè)計是否可以稱之為最佳方案（甚至是可行方案）。
在項目設(shè)計中，集成商能夠借鑒既往經(jīng)驗，進(jìn)行有側(cè)重點的產(chǎn)品分析并對系統(tǒng)搭建給出建議，選擇能夠降低集成難度并且具有更好可持續(xù)性的解決方案，判斷是否需要開發(fā)商業(yè)現(xiàn)貨產(chǎn)品以及是否需要開發(fā)用戶應(yīng)用程序。
系統(tǒng)集成商會被要求按照用戶的預(yù)算和需求進(jìn)行設(shè)計，為了滿足這個目標(biāo)，就不能只評估當(dāng)前的項目，還需要分析客戶的既往系統(tǒng)并考慮未來的升級需求。集成商能夠以企業(yè)層面的視角，賦予整個設(shè)計更多的價值，能夠提升客戶的利潤、發(fā)展及企業(yè)聲譽。需求分析是典型的項目生命周期中系統(tǒng)集成商的主要工作之一。
需求分析
需求分析階段能夠幫助團(tuán)隊精準(zhǔn)地確定客戶對于項目的當(dāng)前需求和未來需求。這一階段的任務(wù)包括：
■ 當(dāng)前的系統(tǒng)架構(gòu)——檢查現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、數(shù)據(jù)通路和程序文件；
■ 用戶需求——識別出現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，并根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)細(xì)化用戶需求；
■ 接口匹配——確定系統(tǒng)接口，包括當(dāng)前和可用的硬件接口和與系統(tǒng)設(shè)備通訊的協(xié)議；
■ 識別項目風(fēng)險——備案項目集成風(fēng)險以及緩解手段；
■ 關(guān)注點——細(xì)化軟件、硬件、現(xiàn)場總線輸入/輸出、接口描述和路徑、數(shù)據(jù)表布局、作業(yè)順序以及圖形用戶界面。
系統(tǒng)設(shè)計：靈活的編程使軟件開發(fā)更加流暢
識別各種程序編寫任務(wù)并按照優(yōu)先級排序，然后落實每一個任務(wù)以改進(jìn)設(shè)備。
一臺設(shè)備從概念到具體實現(xiàn)的整個生命周期都可以通過仿真來完成有效的開發(fā)和測試。合適的程序編寫工具非常必要，它能簡化設(shè)計，當(dāng)功能集成度高時尤為如此。虛擬現(xiàn)實設(shè)備的設(shè)計及建模環(huán)境將在未來成為可能。
開發(fā)、仿真和建模軟件通常都是獨立的軟件包。軟件包的數(shù)量會隨著工程內(nèi)容的增加而增加，例如機(jī)械、電氣和控制，通常這些工程內(nèi)容都使用特定的軟件。一個編程技巧就是使用那些已經(jīng)解決了時效問題且具有子程序管理功能的既有框架。
使用工具對回轉(zhuǎn)輪進(jìn)行仿真，此圖解釋了如何有效開發(fā)和測試代碼。
這些工具能夠節(jié)省時間，讓人們聚焦于設(shè)備本身的問題。為此，我使用靈活的編程方式，這意味著識別各種程序編寫任務(wù)并按照優(yōu)先級排序，然后按照順序落實每一個任務(wù)。具體實現(xiàn)包括一些研究、代碼編寫和測試任務(wù)。
通過使用針對自動化系統(tǒng)編寫的輔助工具，并且使用仿真來測試代碼如何操控具體的生產(chǎn)設(shè)備，用戶可以簡化研究、代碼編寫和測試的任務(wù)。其結(jié)果就是一旦組裝完畢，就可以確保這些代碼能夠正確自動操控設(shè)備。
更加簡單的軟件設(shè)計工具
在嵌入式系統(tǒng)中集成硬件和軟件是很復(fù)雜的工作。如何盡量簡化這項工作？合適的軟件工具能夠提升質(zhì)量并且節(jié)省時間。
系統(tǒng)合計軟件簡化了各種不同處理單元的編程復(fù)雜度，降低了對特殊專業(yè)技能的依賴性。對于一個應(yīng)用程序來說，NI LabVIEW代碼（左側(cè)）比60多頁的VHDL代碼（右側(cè)）更精簡。
系統(tǒng)設(shè)計軟件環(huán)境需要：1）支持多種處理器件，例如微處理器、FPGA和GPU。2）完整的計算模型庫。系統(tǒng)設(shè)計軟件不能限制嵌入式設(shè)計人員僅僅使用一種語言或者軟件計算模型，系統(tǒng)設(shè)計人員需要能夠在一個環(huán)境中針對不同的應(yīng)用程序選擇使用合適的編程語言，不管是圖形編程、文本式數(shù)學(xué)、C/C++/C#還是HDL.3。 3）仿真功能。4）用戶界面開發(fā)工具。5）系統(tǒng)部署和維護(hù)管理。
系統(tǒng)設(shè)計軟件能夠幫助企業(yè)實現(xiàn)快速開發(fā)，提供靈活的設(shè)計手段，支持特定嵌入式控制硬件下實現(xiàn)來自Intel、Freescale、ARM、TI和ADI等多家公司的技術(shù)。軟件和硬件平臺的結(jié)合替代了低等級的架構(gòu)管理，現(xiàn)在的專利技術(shù)已經(jīng)很少使用后者了?？刂乒δ荛_發(fā)人員可以利用系統(tǒng)等級的設(shè)計工具來實現(xiàn)原型搭建和實現(xiàn)，跨越了從設(shè)計到產(chǎn)品之間的壁壘，極大地縮短了投入市場的時間。
優(yōu)秀的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員會考慮系統(tǒng)升級需要，并在設(shè)計時考慮未來對代碼進(jìn)行增加或者變更的功能，通常采用軟件抽象來實現(xiàn)。低等級的代碼很難做變更，這樣就是為什么開發(fā)人員會建立代碼模塊來實現(xiàn)更高等級功能的原因。系統(tǒng)層面的工具本身就是抽象化的，只要應(yīng)用得當(dāng)就有助于后期升級。
市場投放時間縮短的好處不僅僅在于銷售和利潤上。系統(tǒng)設(shè)計軟件還能夠幫助工程師率先向市場推出最好的產(chǎn)品。
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