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WICV2020 | 国家智能网联汽车创新中心梁浩:智能网联汽车系统架构研究技术报告

时间:2020-11-12 20:32:39|来源:|编辑:网络|点击:

11月11-13日,“2020世界智能网联汽车大会(WICV2020)”在北京隆重召开,本次大会由北京市人民政府、工业和信息化部、公安部、交通运输部、中国科学技术协会共同主办。旨在打造全球智能网联汽车领域内规模最大、级别最高、影响力最大的世界级平台,持续引领全球汽车产业发展趋势,全面开启智能网联汽车产业发展的新征程。下面是国家智能网联汽车创新中心高级系统架构师梁浩在本次论坛上的发言:

国家智能网联汽车创新中心高级系统架构师 梁浩

尊敬的各位领导、各位专家、女士们、先生们,大家上午好。在这里我代表国家智能网联汽车创新中心向大家作《智能网联汽车系统架构研究技术报告》。我的报告分为四个部分,在第一部分中我将跟大家一起探讨智能网联汽车体系架构研究的背景与意义。第二部分我将向大家介绍国家智能网联汽车创新中心体系架构研究,现阶段的进展以及最新成果。第三部分我将向大家讲解体系架构研究目前成果的应用方向,抛砖引玉,最后我将介绍国家智能网联汽车创新中心体系架构研究的未来计划

首先,从自动驾驶在中国的发展上来看,我们认为国际上的单车智能发展路径难以被采用,需要充分融合智能化与网联化的技术路线,发展智能网联汽车,利用中国相关技术优势以及体制优势,去弥补国内复杂的交通环境,解决交通问题。但是,智能网联汽车作为新的产品,设计、生产以及运营,都需要新的模式,也带来了新的产业生态。目前,作为一个典型的信息物理融合的复杂大系统,智能网联汽车涉及了汽车、交通、运输、通信、公安等多行业、多领域,因此需要在一个更广泛协同的体系范畴下去解决智能网联汽车目前所有的问题。

我们认为从传统汽车到智能汽车,再到智能网联汽车,从未来的角度来看,智能网联汽车将作为实现智能交通系统的关键一环,并最终深度参与协同的智能交通信息物理体系,对于智能网联汽车信息物理系统的认识就至关重要。所谓的信息物理系统,是作为计算进程和物理进程的统一体,是继承计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。因此,一个汽车、交通、信息和通信系统深度融合的信息物理系统,是智能网联汽车发展的必然阶段。

从智能网联汽车的整体现状分析来看,目前智能网联汽车信息物理系统正处于复杂大协同极端,急需解决从复杂大协同到体系的过渡,这种过渡需要整个产业对复杂大系统以及体系的概念,与相互关系有正确的认识并且达成共识,同时需要明确架构的相关概念在过渡中的重要地位,因此我们认为需要通过架构研究支持的顶层设计,来加速智能网联汽车体系的形成,同时面向产业发展的需要,明确体系架构并且架构相关的参考架构,从而支持实现多领域、多类型的信息系统和物理系统的互操作,建立跨领域研发、跨行业合作、跨产业可持续运营的协同发展模式。

因此智能网联汽车体系架构研究有如图所示的四个方面的重要性,一是提供先进的体系架构框架,为规划者提供顶层设计方案草案。二是梳理并定理智能网联汽车体系中相关利益攸关者研究定位,明确关注点以及体系建设过程中各方的角色以及相互的依赖关系,推进行业共识,促进体系的健康发展。三是通过构建为智能网联汽车体系服务的工具链以及参考架构模型库,促进产业的协同合作,开发创新。四是通过引进国际先进的基于模型的系统工程方法论,MBSE,进行规范化系统建模、仿真措施和创新的工程范式的构建,为产业提供具有示范作用的先进解决方案。

为了实现总体目标,国家智能网联汽车创新中心在各参研单位支持下,于2019年10月发布参考架构1.0,产业中产生了积极的影响和广泛的好评。现阶段的体系架构研究也就是第二阶段中,着重加强以下五个方面:完善理论基础为智能网联汽车开发继续注入系统理念;完善先进方法论,为体系架构的研究巩固基础;提出体系架构框架,为产业协同发展提供支持;引进融合MESE方法,支持相关产业数字化转型;明确架构研究应用方向,支持政策法规与标准体系搭建。本着这五项原则,体系架构研究中进行了架构框架研究,并提出了智能网联汽车7S体系架构框架,在此基础上进行了创新的工程范式相关研究。

接下来重点介绍体系架构研究现阶段的进展与相关研究成果。首先是对体系架构研究理论体系进行了全面的革新,在参考更广泛的国际标准和相关概念后,在ISO15288和国际系统工程师协会制定系统全生命周期标准下,统筹考虑复杂大系统架构、功能安全、信息安全等国际标准,结合不同相关领域,构筑了标准化的基础理论框架,在这一理论框架内,完善了智能网联汽车信息物理系统的定义,以及体系的定义。

作为国家智能网联汽车创新中心在现阶段体系架构研究中的一大创新点,首创了智能网联汽车7S体系框架,根据国际经验,与智能网联汽车信息物理系统相类似的复杂大系统,向体系升级的过程中,都需要体系架构框架的支持,这一事实已经在国内外航空航天以及国防军事领域被反复证明,因此国家智能网联汽车创新中心参考主流框架基础上,根据UAF、TOGAF的优缺点以及应用范畴的考虑,博采众家之长,进行全面本地化,首创了智能网联汽车7S体系架构框架。

智能网联汽车7S体系架构框架包括战略、利益攸关者、服务、系统、安全、防护、标准化七个英文S开头的试图,7S体系框架定义三大核心概念,分别为立场、视角、试图。如图所示,当应用于智能网联汽车信息物理系统时,其车路云三要素被理解为顶层三个立场,在此不同立场下,7S提供了统一的视角以及方法,对系统中的7个范畴进行分析、提炼、整理,从而最终形成7大试图。从整体上7S支持了三个维度一致性和可追溯性,首先在纵向上,7S支持用户对不同概念层级的分析一致性和可追溯性。概念层级主要表现为战略、利益攸关方、服务和系统,自上而下的关系以及子试图自上而下的关系。其次,横向上7S支持不同视角之间的一致性,最后7S最终目的以及创新点,是在于支持不同立场下的试图间的一致性以及相互呼应,从而达成不同立场间的共识以及协同的基础。

7S应用范围可以自体系级一直向下,7S支持的不仅仅是体系和产业的规划以及顶层设计,通过支持挖掘需求配套建模范式,以及参考架构模型,也自上而下打通了自体系到系统开发的道路。7S体系框架有如下优势,第一明确定位,适配智能网联汽车体系中多方现阶段的差异,为不同立场的参与方提供统一的沟通与交流的框架,从而更好进行协同。第二支持顶层设计,通过上层定义战略、安全、防护以及标准化方向需求,自上而下强调追溯性支持顶层设计落地。第三全面融入系统工程理念和方法,支持系统化的需求挖掘,知识转移,以及模型库的构建,支持评测和监管认证。第四三维立体统筹全面分析智能网联汽车目前的复杂性,推动体系的形成。

接下来我将着重介绍体系架构研究现阶段成果应用方向,首先为国内智能网联汽车产业提供具有完整性、追溯性和一致性的从顶层设计到系统设计一条龙的完整解决方案,应用MESE,通过7S体系架构框架构建智能网联汽车体系和参考架构及通用模型库。在重构设计阶段,利用参考架构模型,减少工程落地过程中的资源浪费以及重复劳动,架构设计和系统设计阶段,以参考架构的实力化,快速形成系统架构设计,完成上层协调统一与下层兼容并包的落地应用,与国际先进理念支持产品快速迭代以及规范化需求管理。同时在解决方案的数字化方面,通过7S体系架构框架对数字化架构以及工程设计、工程模型进行标准化、规范化的组织与管理,更好对接智能网联汽车产业与国际先进MBSE相关工程实践的对接。

其次,体系架构研究以及相关的参考架构模型库重大应用方向就是向国内智能网联汽车相关产业提供基于参考架构的开发软件平台,用户可以通过7S体系架构框架支持构建的参考架构模型库中,勾选相关的功能与模型,将参考架构模型作为具体架构设计和系统设计的模板,完善设计,形成具体架构与系统模块设计,形成包含完整的工具链的智能网联汽车开发平台。PARADE使国内智能网联汽车相关产业更容易享受到MBES在复杂系统开发中巨大优势,同时完整打通左侧顶端上层需求,直至右侧底部验证阶段能力,为智能网联汽车开发节约大量人力、物力、财力。

以7S架构框架为基础,开发众创参考架构模型平台,构建中国智能网联汽车模型资源共享平台,以规范化和标准化的面向对象的方法以及系统建模语言为依据,邀请产业各领域专业力量群策群力,丰富中国方案智能网联汽车的数字化模型底蕴。

最后,通过MBSE相关方法将文档标准转化为模型,支持标准细化,减少智能网联汽车相关标准制定过程的时间,提高标准在表达层面的准确性和一致性,基于模型对标准的表达方式已经在西方国家进行尝试,我们国家智能网联汽车创新中心也已经依据这一趋势定义分级分类的数据流7000余项,车辆发出数据646项,车辆接收数据803项,为系统数据模型设计提供关键的指标,同时依据相关国内标准,从应用层的车路云交互方面进行建模,支持智能网联汽车标准化工作。

应用层面,体系架构研究推动产业数字化和现代化转型,以及支持相关政策监管和标准体系构建,同时国家智能网联汽车创新中心即将发布智能网联汽车信息物理系统参考架构2.0以及体系架构蓝皮书,支持完善智能网联汽车体系中相关子系统、子体系与使能系统的开发。除此之外,体系架构研究成果也可以提供自主创新的咨询服务,通过构建模型众创平台以及开发相关工具链,为产业提供工程咨询服务。

最后,我们将继续体系架构的相关研究着重考虑在以下四个方面,首先聚焦智能网联汽车信息物理系统参考架构2.0相关工作,推动智能网联汽车系统架构、接口管理等相关工作。发布智能网联汽车7S体系架构使用手册,加大推广力度,最后支持国内相关智能网联汽车企业进行MBSE的需求、功能、架构的设计和验证应用。

国家智能网联汽车创新中心的体系架构研究将秉承以下要点:第一,为中国智能网联汽车产业添砖加瓦,通过7S体系架构框架明确顶层设计要求,凝聚发展战略共识。第二,推进MBSE应用创新发展路径,打造中国方案智能网联汽车。第三,夯实基础研发,完善参考架构和通用模型库本地化建设与应用。第四,有效推进设计协同创新环境,打造自主知识产权的PARADE平台。最后互利共赢,共同进步。谢谢大家。

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)

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