基于ASPICE模型的汽車軟件開發(fā)質(zhì)量管理設(shè)計(jì)

前言

當(dāng)前汽車領(lǐng)域正處于一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的歷史時(shí)刻，隨著電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化等不斷變化的應(yīng)用場景，大量新興的業(yè)務(wù)和技術(shù)需求急速增長，汽車正日益成為軟件密集型的復(fù)雜系統(tǒng)，汽車行業(yè)的大部分創(chuàng)新都是基于電子和軟件?，F(xiàn)代汽車可以有100多個(gè)電子控制模塊，這些控制模塊通過汽車智能電子架構(gòu)，一起執(zhí)行數(shù)十億字節(jié)的軟件，同時(shí)通過車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)車與車、車與云端的相互連接。汽車智能網(wǎng)聯(lián)時(shí)代的到來，越來越依賴于汽車軟件開發(fā)質(zhì)量。

隨著IATF 16949:2016換版發(fā)布，嵌入式軟件的產(chǎn)品開發(fā)集成能力成熟度模型CMMI（Capability Maturity Model Integration）體系要求進(jìn)一步細(xì)化。另外，ISO 26262功能安全認(rèn)證，也在一些汽車公司和供應(yīng)商中開始導(dǎo)入實(shí)施，規(guī)范了汽車軟件開發(fā)的相關(guān)流程。但隨著“軟件定義汽車”時(shí)代的到來，汽車企業(yè)需要一個(gè)專門針對(duì)汽車軟件開發(fā)的規(guī)范及實(shí)踐，來指導(dǎo)和規(guī)劃汽車軟件的開發(fā)，以提升汽車軟件開發(fā)的質(zhì)量和效率。

本文基于ASPICE模型的汽車軟件開發(fā)，應(yīng)用門徑管理，建立了汽車軟件開發(fā)質(zhì)量管理平臺(tái)并應(yīng)用實(shí)踐，根據(jù)汽車軟件發(fā)展趨勢(shì)提出了汽車新產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量管理的挑戰(zhàn)和建議，以不斷提升汽車軟件開發(fā)質(zhì)量，提高開發(fā)效率，應(yīng)對(duì)當(dāng)前和未來汽車的復(fù)雜性和需求。

汽車軟件發(fā)展趨勢(shì)

隨著對(duì)汽車傳感器、中央處理器、ECU電子控制模塊、車載信息娛樂系統(tǒng)以及底盤系統(tǒng)等整車軟硬件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)高效的信號(hào)傳輸和集成系統(tǒng)布置，近幾年，汽車行業(yè)紛紛發(fā)力全新電子架構(gòu)，以適應(yīng)電動(dòng)化和智能化的發(fā)展需求。

電子架構(gòu)簡稱E/E架構(gòu)，也稱為EEA（Electrical/Electronic Architecture）。最近幾年，各大車企包括供應(yīng)商，紛紛投入資源開發(fā)全新一代電子架構(gòu)以適應(yīng)激烈市場競爭。先是特斯拉以新一代集中式布局的E/E架構(gòu)率先發(fā)力，隨后有供應(yīng)商如博世、安波福、大陸等跟進(jìn)，促使E/E電子架構(gòu)從分布式向集中式轉(zhuǎn)變，如圖1所示。

圖1 電子架構(gòu)從分布式向集中式轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)車企如大眾、通用和豐田等，也開始布局新一代汽車E/E電子架構(gòu)，加碼電子架構(gòu)和軟件開發(fā)技術(shù)投入，以應(yīng)對(duì)汽車軟件開發(fā)需求。比如，大眾汽車基于MEB平臺(tái)的全新電子架構(gòu)、豐田汽車“基于中央+區(qū)域”方案的電子架構(gòu)、通用汽車的Global B電子架構(gòu)、華為“平臺(tái)+生態(tài)”的CC電子架構(gòu)、上汽“零束”面向服務(wù)的SOA軟件平臺(tái)架構(gòu)等。各企業(yè)聚焦新一代電子架構(gòu)和軟件平臺(tái)，通過高算力的芯片，從域控制器到一個(gè)統(tǒng)一的車載電腦，實(shí)現(xiàn)車輛更快的數(shù)據(jù)處理速度、更全面的智能網(wǎng)聯(lián)和更可靠的網(wǎng)絡(luò)安全。通過電子架構(gòu)和軟件開發(fā)能力的提升，滿足全新汽車產(chǎn)品的敏捷開發(fā)、汽車生態(tài)系統(tǒng)的搭建、軟件和功能的快速迭代，以及與供應(yīng)商的快速協(xié)同，以應(yīng)對(duì)當(dāng)前和未來汽車的復(fù)雜性和需求，提高終端客戶體驗(yàn)和滿意度。

ASPICE模型

ASPICE全稱“Automotive Software Process Improvement and Capacity Determination”，即汽車軟件過程改進(jìn)及能力測(cè)定模型，是汽車軟件的開發(fā)過程標(biāo)準(zhǔn)。最初由歐洲20多家主要汽車制造商共同制定，目的是指導(dǎo)整車廠以及供應(yīng)商零部件研發(fā)廠商的軟件開發(fā)流程，評(píng)價(jià)軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)的研發(fā)能力水平，從而改善汽車電子控制單元的質(zhì)量和汽車軟件開發(fā)的質(zhì)量，以減少汽車軟件問題，提升用戶體驗(yàn)。自2005年該模型發(fā)布起，歐洲主要汽車企業(yè)及全球越來越多的整車廠及零部件供應(yīng)商開始將ASPICE作為評(píng)價(jià)其軟件供應(yīng)商的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。

從過程來看，ASPICE模型包含8個(gè)過程組，分別為系統(tǒng)工程過程組（SYS）、軟件工程過程組（SWE）、采購過程組（ACQ）、供應(yīng)商管理過程組（SPL）、支持過程組（SUP）、管理過程組（MAN）、重用管理過程組（REU）和過程改進(jìn)過程組（PIM），共計(jì)32個(gè)細(xì)化過程。從能力等級(jí)來說，ASPICE分為L0～L5級(jí)共6個(gè)等級(jí)——不完整級(jí)、已執(zhí)行級(jí)、已管理級(jí)、已建立級(jí)、可預(yù)測(cè)級(jí)和創(chuàng)新級(jí)。能力等級(jí)越高，意味著團(tuán)隊(duì)在軟件開發(fā)和軟件管理能力上水平越高，更有可能開發(fā)出高質(zhì)量、高客戶滿意度的軟件產(chǎn)品，如圖2所示。目前，歐洲品牌奧迪、寶馬、奔馳、大眾等整車廠均要求其供應(yīng)商至少通過16個(gè)過程的L2等級(jí)認(rèn)證，而當(dāng)前國內(nèi)企業(yè)剛剛引入此開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，整車廠和供應(yīng)商也已先后加入到ASPICE標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證實(shí)施中。ASPICE正在成為衡量汽車軟件開發(fā)能力的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 ASPICE汽車軟件過程改進(jìn)及能力測(cè)定模型能力等級(jí)

汽車軟件質(zhì)量管理平臺(tái)搭建

1.基于ASPICE模型的汽車軟件開發(fā)流程

整車電子架構(gòu)和軟件已經(jīng)成為汽車行業(yè)創(chuàng)新的主要領(lǐng)域，其研發(fā)過程的復(fù)雜度主要由電子架構(gòu)和軟件需求的規(guī)模、互聯(lián)、智能化、自動(dòng)化以及嚴(yán)格的法律法規(guī)要求等因素決定。這種復(fù)雜度帶來了架構(gòu)和軟件與整車集成協(xié)同研發(fā)管理的迫切需求。基于ASPICE模型的V型軟件開發(fā)流程，如圖3 所示，是整車企業(yè)保證其軟件產(chǎn)品開發(fā)的強(qiáng)力工具，包括用于指導(dǎo)整車廠自己的軟硬件生態(tài)開發(fā)，以及評(píng)估供應(yīng)商的開發(fā)流程和質(zhì)量保證。

圖3 基于ASPICE模型的V型汽車軟件開發(fā)流程

上汽通用基于ASPICE標(biāo)準(zhǔn)模型要求，結(jié)合功能安全標(biāo)準(zhǔn)及多年開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)汽車軟件開發(fā)中的需求分析、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、測(cè)試驗(yàn)證、質(zhì)量問題處理等環(huán)節(jié)制定了標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)流程，通過嚴(yán)格的軟件開發(fā)質(zhì)量評(píng)審機(jī)制及管理機(jī)制，制定了符合ASPICE標(biāo)準(zhǔn)要求的軟件開發(fā)流程、實(shí)施指南、交付物模板以及評(píng)審檢查單，并將標(biāo)準(zhǔn)流程導(dǎo)入項(xiàng)目實(shí)施，于2020年8月通過了ASPICE 3級(jí)國際權(quán)威資質(zhì)認(rèn)證，率先成為國內(nèi)首批獲得該等級(jí)能力認(rèn)證的整車研發(fā)機(jī)構(gòu)，標(biāo)志著公司的軟件開發(fā)能力和軟件質(zhì)量管理能力達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

2.門徑管理理論

自1988年羅勃特.G.庫珀在其發(fā)表于《市場管理雜志》的一篇文章中，第一次使用門徑管理（SGS：Stage-Gate System）這個(gè)術(shù)語，正式形成早期的門徑管理理論以來，經(jīng)過眾多國內(nèi)外專家和現(xiàn)代企業(yè)在實(shí)踐中的不斷學(xué)習(xí)和總結(jié)，這個(gè)充滿生命力的流程，正在不斷得到發(fā)展和改善。

門徑管理以設(shè)計(jì)新產(chǎn)品研發(fā)（新產(chǎn)品構(gòu)思-確定范圍-確立商業(yè)項(xiàng)目-新產(chǎn)品開發(fā)-測(cè)試與修正-投放市場）為主線，確定新產(chǎn)品研發(fā)的流程管理目標(biāo)，關(guān)注產(chǎn)品開發(fā)流程。它將創(chuàng)新流程劃分成一系列預(yù)先設(shè)定的階段，在每一個(gè)階段都有一個(gè)門徑交付物評(píng)審機(jī)制。這些審核有一套嚴(yán)格的評(píng)估體系，通過將產(chǎn)品開發(fā)流程劃分成一系列預(yù)先設(shè)定的階段和入口，每一個(gè)階段由一組預(yù)先規(guī)定的、跨職能的、同時(shí)進(jìn)行的活動(dòng)和交付物組成；而門徑入口控制著這些活動(dòng)和交付物，并起到質(zhì)量控制和生殺決策檢查點(diǎn)的作用，是決定開發(fā)活動(dòng)向下一項(xiàng)活動(dòng)或者下一個(gè)階段交付物推進(jìn)的關(guān)口，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)項(xiàng)目按節(jié)點(diǎn)推進(jìn)。門徑管理流程的應(yīng)用不僅可以提高產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量和成功率，而且可以縮短整體上的開發(fā)時(shí)間，加速產(chǎn)品上市，提高企業(yè)核心競爭力。典型的門徑管理流程有4～6個(gè)階段，如圖4所示。

圖4 新產(chǎn)品開發(fā)流程——門徑管理流程模型

3.汽車軟件開發(fā)質(zhì)量管理平臺(tái)構(gòu)建

ASPICE軟件開發(fā)過程要求的追溯性和一致性，對(duì)汽車新產(chǎn)品開發(fā)的項(xiàng)目質(zhì)量管理提出了全新的課題，即如何構(gòu)建覆蓋新產(chǎn)品開發(fā)的汽車軟件開發(fā)全過程的質(zhì)量管理流程，實(shí)現(xiàn)從客戶需求、系統(tǒng)需求、系統(tǒng)架構(gòu)、軟件需求、軟件架構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)到測(cè)試結(jié)果等全過程交付物的評(píng)審，確保汽車軟件開發(fā)質(zhì)量，減少開發(fā)過程中的軟件問題，向用戶及社會(huì)提供滿意的高質(zhì)量的產(chǎn)品。

為此上汽通用開發(fā)了基于門徑管理理論的SWQRR（Software Quality Readiness Review）汽車軟件開發(fā)質(zhì)量管理平臺(tái)，如圖5所示。它將同步整車開發(fā)的電子架構(gòu)和軟件開發(fā)過程中各職能部門負(fù)責(zé)的關(guān)鍵工作，納入統(tǒng)一的管理平臺(tái)，設(shè)置項(xiàng)目關(guān)鍵門徑/節(jié)點(diǎn)評(píng)審項(xiàng)目進(jìn)度和狀態(tài)，通過對(duì)交付物的評(píng)審，來確定交付物風(fēng)險(xiǎn)和相應(yīng)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)項(xiàng)目質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)可控時(shí)，項(xiàng)目按計(jì)劃進(jìn)入到下一階段；而當(dāng)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)需要得到額外資源解決的話，項(xiàng)目需要調(diào)動(dòng)公司內(nèi)外部資源，采取措施，化解質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，確保項(xiàng)目按計(jì)劃進(jìn)入后續(xù)階段。通過標(biāo)準(zhǔn)化軟件開發(fā)質(zhì)量管理流程，約束軟件開發(fā)過程，持續(xù)優(yōu)化軟件開發(fā)質(zhì)量管理的最佳實(shí)踐，不斷提升汽車軟件開發(fā)質(zhì)量，打造更高性能、高安全、高智能的汽車新產(chǎn)品。

圖5 SWQRR汽車軟件開發(fā)質(zhì)量管理平臺(tái)

汽車軟件發(fā)展趨勢(shì)及質(zhì)量管理挑戰(zhàn)

2017年，博世在德國一個(gè)汽車行業(yè)會(huì)議上曾分享其在整車電子電氣架構(gòu)方面的戰(zhàn)略圖，汽車電子架構(gòu)的發(fā)展被分為6個(gè)階段，依次為模塊化、集成化、集中化、域融合、車載電腦和車-云計(jì)算。按照博世六個(gè)階段的劃分，我們看到除了特斯拉Model 3、通用凱迪拉克CT5和大眾ID.3車型，進(jìn)入博世“集中化”階段的智能汽車并不多見，大多數(shù)車企的新一代電子架構(gòu)正處于“整合集成化”向“集中化”階段過渡的節(jié)點(diǎn)。

隨著5G技術(shù)、ADAS自動(dòng)駕駛等新技術(shù)的應(yīng)用，以及引入更高算力和更多傳感器件，進(jìn)一步加速了汽車軟件開發(fā)同步電子架構(gòu)朝著集成式、云服務(wù)器這一方向前行，對(duì)汽車軟件開發(fā)的質(zhì)量管理提出了更高的要求。對(duì)于具備跨品牌、跨平臺(tái)、跨車型應(yīng)用場景的軟件開發(fā)，我們需要研究如何深度挖掘用戶用車需求，如何確保車端子系統(tǒng)、整車集成、業(yè)務(wù)鏈APP軟件開發(fā)、云端服務(wù)器等全業(yè)務(wù)場景的硬件、軟件和服務(wù)驗(yàn)證，包括對(duì)于賬號(hào)權(quán)限、應(yīng)用風(fēng)控、功能迭代和內(nèi)容發(fā)布的質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)新功能在應(yīng)用市場的審核、上架等迭代需求，最終動(dòng)態(tài)地滿足千人千面的終端客戶需求，真正實(shí)現(xiàn)“軟件定義汽車”的愿景，形成以用戶體驗(yàn)為核心的汽車軟件開發(fā)質(zhì)量管理體系。

結(jié)束語

汽車電子架構(gòu)和軟件創(chuàng)新的新時(shí)代已經(jīng)開啟，諸多戰(zhàn)略性舉措可能就此催生：車企可以組建行業(yè)聯(lián)盟來實(shí)現(xiàn)車輛架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，IT巨頭可以引入車載云平臺(tái)，出行方案供應(yīng)商可以開發(fā)開源車輛堆棧和軟件功能，車企也可引入更加先進(jìn)的智能網(wǎng)聯(lián)車輛和自動(dòng)駕駛車輛。

傳統(tǒng)整車企業(yè)正在逐漸從以硬件為中心轉(zhuǎn)為以軟件為導(dǎo)向，轉(zhuǎn)型新四化并逐漸轉(zhuǎn)向軟件定義汽車，通過靈活的軟件功能迭代滿足用戶的個(gè)性化用車需求，實(shí)現(xiàn)為客戶提供全生命周期的軟件服務(wù)。此前業(yè)內(nèi)奉為圭臬的業(yè)務(wù)模式、客戶需求和競爭格局都將發(fā)生劇變，汽車行業(yè)的所有參與者均應(yīng)根據(jù)全新的環(huán)境，重新思考和定位自身的價(jià)值主張并立即行動(dòng)。

審核編輯：劉清