汽车软件开发的思考

sxq0201

在当今数字化浪潮中，软件开发不仅是技术领域的核心驱动力，更是企业创新与商业成功的战略支点。特别是软件定义汽车的时代，软件研发的规范化管理成为车企的难言之痛：软件版本如此多，如何测试？全量测试还是采样测试？软件版本发布如何管控？软件质量如何保障？软件功能为什么总是赶不上造车的节奏？软件是如何集成的？敏捷会让车企的软件开发一夜之间发生神奇的变化？….

本篇文章依据《软件研发全攻略》这份详实的教程资料，为您揭开软件开发的神秘面纱，以科普的方式探讨其理论基础、关键模型、实战技巧以及组织与人才发展等重要议题，旨在为读者提供一幅全景式的软件研发导图。

一、软件开发基石：软件开发生命周期模型的选择

软件开发生命周期模型是组织软件研发活动的框架，它定义了开发过程中的阶段、顺序、迭代方式以及各阶段间的关联 （见图1）。



图1

软件开发生命周期模型，大家耳熟能详的是经典的瀑布模型和敏捷开发模型。

瀑布模型：

瀑布模型遵循严格的线性顺序，从需求分析到详细设计，再到编码、测试和维护，每个阶段必须在前一阶段完全完成后才能开始。瀑布模型适用于需求稳定、技术路径清晰的项目，但其僵化性可能导致应对变化的能力较弱，一旦前期需求定义有误，后续阶段修正的成本极高。

关于瀑布模型，我们需要知道，目前看到的瀑布模型（见图2）更多是停留在了理论模型基础之上。实际上，在1980s, Fred Brooks, 著名的产品开发畅销书《人月神话》作者，图灵奖获得者，在NASA内部会议上指出，“在超过370亿美金的投资项目中，只有2%的项目使用了纯粹的瀑布模型，75%的项目或夭折或没有使用.”



图2

在现实的世界里，更多的是采用了基于瀑布模型演化的进化模型，如螺旋模型，V模型等。他们都融合了瀑布模型的结构化特点与迭代思想。螺旋模型特别适用于高风险项目，通过反复的风险评估和原型迭代降低不确定性；而V模型（见图3）强调开发与测试的对应关系，确保每个阶段的验证与确认工作紧密相连。V模型成为了产品工程，特别是软硬一体的嵌入式产品开发的核心骨架，也是产品开发使用最为广泛的模型。像汽车行业的ASPICE标准，功能安全的ISO26262标准，信息安全的ISO21434标准，基本都是根据V模型制定了相应的规范要求。



图3

敏捷模型：

敏捷开发模型则以快速响应变化为宗旨，倡导迭代开发和持续集成。它强调团队协作、用户参与以及适应需求的灵活性，通过短周期的迭代（如Scrum中的Sprint）快速产出可用软件，并根据反馈进行调整。敏捷模型更多地关注了软件开发过程中的工程实践，对于软件交付后的运营提及不多。交付后的管理更多的还是采用传统的软件生命周期管理的模式。

敏捷软件开发模型同样存在多种实操模型，例如XP，FDD，等。目前应用最广的还是团队级敏捷SCRUM模型（见图4）



图4

敏捷开发在实际落地过程中有两种具体的项目管理方式：基于时间盒的迭代计划（见图5）和基于流的迭代计划（见图6）。采用不同的迭代计划，将决定了敏捷项目每个冲刺（SPRINT）的交付内容。我们需要注意的是，因为产品形态及产品技术架构的复杂度不同，组织架构的不同，如果迭代规划方式选择与之不匹配，敏捷反而会引入更多的混乱和内卷。

例如，如果产品是单一架构的（monolithic Architecture）且功能依赖多，如果采用时间盒的迭代规划方式，会出现待开发的新功能不得不削足适履，进行功能分拆用户故事，确保能在一个时间盒的窗口交付，反而导致大量的模块之间的相互依赖，交易成本（Transaction Cost）巨升，协调工作冗长，从系统论的维度看下来，反而是降低了效率。针对这种情况，要么是改变时间盒的跨度，要么是采用基于流的迭代工作模式。



图5 （来源：From Prince2 Agile）



图6（来源：From Prince2 Agile）

软件开发的模型选择：

“There's no singular technique orprocess that will bring about significant improvements in software developmentproductivity”

- No SilverBullet—Essence and Accidents of Software Engineering

Gerald Weinberg,Fred Brooks, and Grady Booch

面临乱花渐欲迷人眼以及病急乱投医的汽车软件开发，到底如何选择自己的软件开发模式呢？正如Fred Brooks所言，没有单一技术或模型能够显著提成软件开发效率。我们需要的是因地制宜，选择适合自己组织和产品属性的研发活动的模型。

在实际工作中，我们应该且必须学以致用，灵活适配合适的软件开发模型，而不是简单地照猫画虎，仿照各种敏捷框架，站会，结对编程，…（题外话：其实，适配性（Adapability）才是业务敏捷的精髓所在）。不管选择何种开发模型，其核心目的是更快、更好地交付客户价值和业务价值。具体来讲，可以基于Stacey矩阵，选择合适的开发模型（图7）。当然，除了Stacey矩阵提供的需求确定性和技术确定性的两个维度外，还需要考虑团队的成熟度，团队成员的技能经验，工作地点分布，团队规模以及组织文化等因素。



图7

二、需求分析与架构设计的艺术

软件开发始于需求的获取与需求开发的过程（通常将这个过程称为需求工程阶段）。需求的获取主要是从市场需求，用户需求，业务等维度，理解并分析企业所在的行业，国家，地区，适用的法律法规等各个维度，定义软件产品的需求。

近几年来，随着国内互联网造车的兴起，互联网用户需求分析的工具也逐步引入到垂直行业，也成为国内传统造车企业纷纷攘攘去学习的重心。但从第一性原理来看，需求获取的原理没有改变，变化的是传统企业缺少需求获取的数字化手段，缺少人物画像的细节管控。

需求获取的方法手段很多，我们总结如图8所示。



图8

在对软件产品功能进行定义的过程中，往往采用的是多种方法的综合应用，确保功能能够满足最大数量的用户期望。同时，我们要关注，对于TOC业务与ToB业务的需求获取方法，也存在着差异。无论是从调研对象，调研数量以及调研方法，在实际过程中，要注重理论与实践的结合。

这里，特别给大家推荐一个用来识别或改进产品可用性功能需求（Usability）的强大工具–用户历程地图（题外话：对于其他如非功能性需求的定义与改进，建议采用其他工具方法）。图9展示了对电车用户充电活动的用户历程地图，通过一张纸，可以清晰地将产品功能的优劣以及待创新的功能点描述清楚。



图9

需求获取只是开启了整个软件开发的序幕。我们下一步要做的是需求的确认。需求的确认，是确保软件产品的开发“做正确的事”。需求确认的方法包括了VOC，焦糖布丁法，Y分析法，数据分析法等等。

为什么要进行需求的确认呢？其实，这涉及到了人类认知的过程，如图10所示，当我们看到现实的人形机器人图片时，我们会根据自己的认知(Perception)和我们个人的知识（Knowledge）对其进行描述。然后，我们将我们自己脑海里，经过自己认知过滤过的图片，用自己的知识，包括文字语言对其进行描述，这个过程，将不可避免的引入人为的错误。所以，在专业的产品研发环境中，我们意识到这个人类认知的过程偏差，所以需要建立规范的工具方法，如需求文档的评审，需求撰写的规范，等，作为“获取正确需求”的底线保障，确保最大可能地不失真。而敏捷思想里强调的“客户合作胜于客户合同”，也正是基于这个不可更改的事实做出的更合理的过程建议。



图10

需求的开发包括需求分析与需求的分解与分配的过程。它是软件产品开发“正确做事”的过程。这个过程可以使用类似FAST功能分析图，EFFBD图，UML建模或者其他建模工具实现。也可以使用其它不同的工具方法，如KJ法，KANO法，QFD法，Pugh 矩阵法等等，帮助我们有效工作。

需求开发从产品定义语境出发，逐步细化分解功能，最后分配到子系统和模块。这个过程是用户可见的功能和可感知的非功能性期望，转化为我们软件产品能力的过程。如果是0到1的产品开发，这个过程与产品架构设计交互迭代，最终形成产品的雏形；如果是基于原有产品架构的功能增加，则更多的工作是基于原有架构进行需求分配的过程。当然，不排除原有系统需要重构，才能满足客户的功能要求的情况。

而架构设计则是将技术需求转化为系统的蓝图，涉及功能模型定义、架构评估方法选择、物理架构布局等多个环节。软件产品常见的技术架构包括了C/S架构，MVC架构，分层的SOA架构等。但具体的架构设计，要考虑的不仅关乎技术实现，更是一种权衡艺术（Trade -Off），需要在功能、成本、时间、用户期望等多种因素间寻求最佳平衡。如图11，当面对客户“过河”的需求，架构设计可能需要考虑桥梁、船只、潜水艇，飞机等多种解决方案，每种方案背后代表了不同的技术复杂度、投资规模与时间周期，系统架构就是需要在不同的解决方案中选择最合适的，而不仅仅是技术最优的。



图11

在架构设计过程中，可以运用启发式问题法、KJ法、QFD等工具进行评估与决策，有助于识别最合适的架构。同时，评估软件架构的有效性，还可以通过创建原型、迭代开发、模型模拟等方式获取直观反馈，必要时引入量化指标进行深度分析。

康威定律揭示了一个重要规律：软件架构往往反映出组织内部的结构。这意味着，良好的组织设计有助于催生高效、协调的软件架构，反之亦然。因此，在软件开发过程中，应充分考虑组织架构对技术实现的影响，确保架构设计既能满足功能需求，又能顺应组织协作模式。

---

-end-

分享不易，恳请点个【👍】和【在看】