軟件定義汽車，汽車工業軟件不可或缺

文 / 本刊記者 黎沖森

軟件在汽車價值結構中占比快速提升，并重新定義汽車產業鏈競爭力。而汽車工業軟件已成為汽車產業鏈中不可或缺的一環，為汽車智能化、網聯化、電動化提供重要支持。

“共啟汽車工業軟件新征程”主題論壇現場

11 月3 日，以“聚軟件之力，創數智未來”為主題的2023 中國汽車軟件大會在上海嘉定成功舉辦。本次大會由中國汽車工業協會（下稱“中汽協”）主辦，中汽協旗下中德智能網聯汽車推廣應用中心、上海智能汽車軟件園共同承辦，中汽協軟件分會、中汽協智能網聯汽車分會和中國汽車工程學會汽車基礎軟件分會協辦。作為汽車軟件領域開放、高端、權威的交流與溝通平臺，本次會議設置了“1 場大會論壇+4 個主題論壇”。

下午，舉辦了“共啟汽車工業軟件新征程”主題論壇。本場主題論壇由中汽協軟件分會執行副秘書長尤強主持。會上，中汽協秘書長助理、技術部部長王耀發表致辭，山東山大華天軟件有限公司副總裁李建勛、上海適途科技軟件有限公司技術副總方文華、武漢天喻軟件有限公司汽車行業資深顧問專家黃河、湖南邁曦軟件有限責任公司創始人崔向陽、北京科思誠科技有限公司技術總監敬偉峰、新迪數字技術有限公司CTO 陳志楊、大捷智能科技（廣東）有限公司副總經理易建業、倍睿軟件（上海）有限公司功能安全產品總監戴兵和上海同星智能科技有限公司CMO 羅偉光等分別做了精彩的主旨發言。

“汽車工業軟件是汽車產業鏈中不可或缺的一環，為汽車智能化、網聯化、電動化提供重要支持。”王耀強調說，“汽車工業軟件發展離不開政策的引導和支持。我們要加大對汽車工業軟件的投入，推動產業政策落地實施。同時，要加強對汽車工業軟件人才的培養和引進，為產業發展提供源源不斷的人才支持。”

四種應用工具助力汽車工業軟件發展

在汽車工業軟件發展過程中，CAD、CAE、MBSE 和BOM 四大應用軟件系統對促進汽車工業軟件發展發揮著重要作用。

三維CAD 是非常復雜的應用軟件。“我們以‘高鐵模式’打造國產高端三維CAD。高鐵從買進、消化吸收到自主創新，三維CAD 也是這樣的發展路徑。”陳志楊說，“我們以前給國外做CAD、CAE 軟件開發，擁有大型復雜工業軟件架構設計能力。對三維CAD 來說，我們從底層算法到上層應用都有非常好的實踐。用戶關心軟件能不能用、符不符合需求。其實，國產軟件的優勢就是建立在用戶能用、好用的基礎上，更好地為客戶服務。”

陳志楊坦言，產品真正面向客戶時會遇到各種各樣的“攔路虎”式問題。為此，新迪采取了積極舉措：一是解決各種不同格式CAD 文件的讀入編輯問題，二是成套數據遷移，三是保持裝配模型中異構數據的關聯性。“圍繞如何把國產CAD 軟件更好地讓用戶用起來，我們的產品支持用戶在便捷地協同分享場景，真正實時三維模型在線評審，可以直接通過會議方式進行操作。”

隨著計算機發展，過去幾十年，CAE 在整個汽車研發體系中成為不可或缺的工具，尤其2000年后，汽車產業得益于CAE 技術發展，研發周期越來越短，現在一輛整車研發周期最快是8 個月。崔向陽表示，目前汽車CAE 研發工具完全依賴于國外。“目前在整車研發中需要40 余款CAE 軟件工具，但全部來自于國外軟件公司。到目前為止，國內還沒有提供一款真正在汽車行業中規模使用的CAE 軟件。”

目前汽車CAE 仿真模型越來越精細。這對軟件和算力的要求越來越高。如何針對大規模汽車模型快速計算出結果，是行業發展對CAE 軟件的需求。崔向陽說：“目前CAE 軟件國產化還處于起步階段。將這些軟件有效用在未來新車型設計中，不能只靠軟件公司琢磨，還需要主機廠把場景開放出來，讓CAE 軟件公司有機會在實際場景中迭代。如果能真正堅持這樣做，實現CAE 軟件自主化路就不遠。”

隨著汽車業態發生變化，汽車系統朝著越來越復雜的趨勢變化。而MBSE 就是為解決復雜問題而存在。整個汽車研發演進遵循著一定規律：從單個機電產品，到封閉系統，再到連接系統，最后是移動系統、移動服務過程。這就是為什么現在需要MBSE。

新一代汽車進入研發深水區，在汽車業態變革階段，對整個汽車系統的研發能力提出了新要求。方文華說：“MBSE 銜接了四個維度的事：需求維度、技術維度、管理維度和經濟維度。以前，汽車研發時這四個維度都是割裂的，但現在如果沒有MBSE方式和方法，就只能低效率地進行這四個維度的工作。它背后的機制就是所有系統研發演進的發展方向。”

不管新能源車還是傳統燃油車，BOM 系統都是非常重要且核心的系統。黃河表示，根據BOM 演變過程，將BOM 分為概念BOM、設計BOM、制造BOM、訂單BOM 和服務BOM 等。據他介紹，其公司與華為合作共建的新一代平臺采用前后端分離架構，可以支撐研發管理全業務過程，具備以下特點：一是架構先進，全面支持國產化應用環境；二是采用OMG 國際數據模型標準，具有很好的業務適應性和全面兼容性，并可實現數據遷移；三是低代碼開發平臺，用戶可自定義建模，方便用戶后期做業務擴展；四是具有三維協同設計能力；五是具有先進的三維輕量化技術和Web 可視化技術；六是具有結構化工藝管理能力；七是具有基于三維模型進行可視化裝配的工藝子系統，可以直接讀取三維模型，直觀地指導車間生產。

聯合仿真技術有助降低研發成本和數字化

在軟件開發應用方面，敬偉峰和羅偉光都談到聯合仿真技術的開發與應用問題。

針對自主多學科設計優化軟件及聯合仿真技術助力汽車數字化研發問題，敬偉峰表示：“國產自主研發的MBSE 和CAD、CAE 都在趕上來。CAE模型本質是一個數值模型，解決性能仿真。汽車產品要滿足功能和性能，才能獲得更好的汽車產品。所以，我們基于多學科設計優化技術貫通系統模型和領域模型。”

從大架構上看，燃油車和電動車只是發動機和電動機的差別，但由于電動機驅動方式改變，導致電動車架構完全不一樣。同時，從汽車研發周期看，傳統燃油車已由原來五六年逐漸壓縮到三年，電動車更為激進，由三年壓縮到十二個月甚至九個月。隨著新能源汽車發展，車企逐步引進MBSE 的方法和手段，但未來面臨系統模型和領域模型貫通問題。這些都是車企面臨的巨大挑戰。

這就需要采取多學科聯合仿真與優化實現性能驗證。敬偉峰說：“目前在國際上把系統模型和領域模型打通的只有美國的軟件，而我們是國內目前所知的唯一一款把系統模型和專業模型打通的。我們的這款多學科綜合設計優化軟件，除了傳統多學科優化功能外，還可以和前端MBSE SysML 工具進行集成，實現方案設計階段汽車總體、子系統、零部件方案的多學科權衡、優化以及穩健性設計，同時支持在詳細設計階段的參數優化、模型標定、敏度分析等，具有仿真流程標準化和自動化，并能集成主流的CAD、CAE 軟件等。”

軟件定義汽車，重新定義汽車產業鏈競爭力。現在硬件配置趨同，成本和功能改善空間有限，而軟件成為打造差異化的核心。羅偉光說：“軟件在汽車價值結構中占比快速提升，且軟件升級將伴隨著整車全生命周期。在此大背景下，汽車產業鏈企業亟需高性能產品、高性價比平臺化解決方案來提升核心競爭力，而汽車電子軟件助力產業鏈升級。”

但現在汽車行業常用的工業軟件幾乎都是國外品牌，各軟件之間都是獨立的，數據都不互通，沒法互相調用。羅偉光表示，聯合仿真將來自不同學科領域的仿真模型集成到共同的仿真環境中,進行協同仿真，以對汽車系統進行全面評估，或對系統中單個部件進行充分測試。聯合仿真在汽車領域應用廣泛，涉及電氣系統仿真、控制系統仿真、熱管理仿真等。聯合仿真技術可以實現低成本軟件開發測試。目前，同星軟件90%的功能都免費開放，實現用戶快速增長，并通過用戶反饋又不斷快速提升軟件綜合性能。

汽車模具引入智能化設計技術效果突出

目前AI 技術正火。那么，在汽車裝備領域，AI 技術能做什么？

現在裝備設計過程中，還是依賴于設計工程師，需要工程師先在自己的腦海里完成結構構思后，再借助CAD 軟件進行三維建模。但建模過程非常耗時。汽車模型裝備從點、線、面體建模要花八到十個工作日。復雜的設計過程有沒有可能實現自動化、智能化，讓軟件自動完成設計工作？易建業表示，這正是大捷公司正在干的事情。

據易建業介紹，大捷公司將AI 技術與工業軟件結合，切入汽車制造裝備行業，推出了系列專業型智能設計系統，以此對汽車模具進行智能設計系統開發與應用。這里面涉及幾個核心問題：一是設計過程中用到多源異構知識，包括標準技術支撐、算法驅動的數據模型等；二是做AI 面臨數據問題，面向車輛專業領域數據怎么積累、怎么轉化是非常困難的過程；三是設計特征的主動識別與提取、智能方案的推理以及算法驅動如何實現自動化建模等。

為此，大捷公司從以下幾個方面著力：首先，知識建模。以沖壓工藝為例。沖壓過程涉及非常多基礎數據支撐。在基礎數據上做大量知識提取、知識建模，可以用算法驅動統一化數據模型。其次，智能化設計。這要求對大量特征進行識別，并在特征提取基礎上做后期的算法驅動。再次，智能決策。通過專業化AI 模型，包括行業機率模型、優化模型、成熟設計標準等輸出對應方案，在算法模型驅動下自動完成。另外，涉及機械非標結構。這要求軟件底層設計能力非常強。易建業說：“我們把這一系列技術封裝形成一整套智能化設計方案。”

易建業表示，汽車制造應用到的模具、檢具、夾具存在非常突出的單件定制化開發特性。每個車型要重復開發，數量特別大。這類裝備涉及大量的重復性設計工作，因此引入智能化技術效果非常明顯。

汽車企業迫切需要數字化轉型

目前，汽車產業鏈變革及精細化分工、價值鏈重構、生態鏈跨界融合及優化等都在加劇市場競爭和大融合。從發展趨勢來看，汽車企業正面臨相關挑戰：一是研發決策鏈挑戰，因為傳統研發采用串形模式，鏈條長。二是用戶定制化需求的挑戰。從賣方市場變成買方市場，客戶定制化且批量定制需求越來越明顯。三是滿足用戶體驗的挑戰，因為市場對用戶體驗要求越來越高。而運營鏈條越來越長和廣，幾乎涵蓋產品線全生命周期過程，現在的平臺架構難以支撐大鏈條、全流程數據驅動和數據分析。因此，李建勛說：“汽車企業要保持高速增長并得到用戶信賴，必須做數字化轉型，包括創新研發、智能工廠、數字營銷等工具/系統/平臺都迫切需要數字化轉型。”

上文談到，汽車系統工程對汽車研發的必要性體現在數字化轉型等方面。聯合仿真技術也有助于汽車數字化研發。其實，整個汽車開發過程中的每個關鍵業務點都需要數字化轉型。那么，數字化轉型的管控要點有哪些？李建勛介紹，可以從兩條線來看：一是圍繞產品業務主線，包括產品需求、產品定義、總體設計、工藝設計、試制試驗、產品制造等業務要素及管控要點；二是圍繞產品BOM 主線，涉及早期BOM、設計EBOM、工藝PBOM、制造MBOM、SBOM 到整個BOM 演變需求等。

從數字化轉型尤其汽車行業數字化戰略來看，需要將研發、制造、供應鏈、營銷、服務全鏈路打通。據李建勛介紹，華天軟件產品組合以BOM 為核心、MBD 模型為表達，基于統一數據模型、單一數據源，打通從CAx-PLM-MOM-SLM 的數字鏈路，以IPD/IATF16949 先進管理理念為指引，貫穿項目管理全研發過程，拉通管理線，構建汽車企業全數字化一體化創新平臺，實現產品全生命周期的全數字、全互聯、全智能，實現閉環管控，全數字協同。

圍繞汽車行業業務，李建勛介紹了三個著力方向：首先，在產品研發設計環節，基于模塊化思路，產品正向設計管理，多專業協同，供應鏈協調管理，CAD 集成等。其核心理念是采取標準化、平臺化、系列化和模塊化的數據治理模式。其次，在工藝規劃與仿真設計環節，提供三維智能搜索，在PLM模型庫快速檢測相關零件，快速調出，快速復用，支持AI 基于知識圖譜的工藝自動推演，以提高設計效率。最后，在試制試驗管理系統環節，對內容統一管理，打造綠色智能工廠，以數據驅動實現生產制造可視化、運營智能化。

隨著“新四化”發展，汽車工業軟件越來越多，而且軟件研發過程變得越來越重要。為保障汽車功能安全，軟件產品驗證就成為必然的程序。基于相關安全標準，戴兵在會上介紹了符合汽車功能安全的白盒測試解決方案，包括采取靜態分析、動態測試等方式方法來解決關聯需求的軟件產品驗證過程。

我們相信，中國的汽車工業軟件發展會越來越好，但需要汽車產業鏈企業以共贏、共享的切實行動來共創新未來。