軟件作為產(chǎn)品的一部分，與硬件組合在一起提供特定的產(chǎn)品功能，已不稀奇。我們稱之為"嵌入式軟件或系統(tǒng)"。業(yè)界廣泛認(rèn)可的第一款嵌入式軟件系統(tǒng)是阿波羅制導(dǎo)計(jì)算機(jī)（AGC），是由麻省理工學(xué)院于 1965 年為 NASA阿波羅計(jì)劃開發(fā)，用于控制太空任務(wù)期間使用的所有機(jī)載設(shè)備。隨后，Intel公司于1971年發(fā)布了第一款微處理器C4004，它使得嵌入式軟件系統(tǒng)擺脫了計(jì)算機(jī)的限制，開始以獨(dú)立的計(jì)算單元形式嵌入到不同的硬件設(shè)備中。到2000年初期，嵌入式系統(tǒng)逐漸演進(jìn)為嵌入式微型計(jì)算機(jī)，并被廣泛應(yīng)用于大到汽車、高鐵和飛機(jī)，小到手機(jī)和家用電器等各種產(chǎn)品當(dāng)中。
時(shí)至今日，我們所談到的"軟件定義產(chǎn)品"已經(jīng)演進(jìn)成為一種專注于軟件創(chuàng)新而非硬件的新型產(chǎn)品--軟件開始成為產(chǎn)品的核心，且無需硬件的升級換代，用戶就可以持續(xù)享受產(chǎn)品的新功能。"軟件定義產(chǎn)品"最為大眾所熟知和津津樂道的是 "軟件定義汽車"。
根據(jù)大眾汽車2020年的預(yù)測，當(dāng)時(shí)一輛車上最多約集成了1億行代碼，而到2025年則將達(dá)到10億行，這是介于谷歌與Facebook之間的代碼量級。當(dāng)汽車的軟件代碼達(dá)到10億行時(shí)，汽車公司就成為了一家不折不扣的軟件公司。大眾汽車前CEO赫伯特·迪斯（Herbert Diess）預(yù)測，汽車行業(yè)的創(chuàng)新將有90%以上來源于軟件。普華永道在《打造軟件驅(qū)動(dòng)的汽車企業(yè)》報(bào)告中指出："軟件已成為現(xiàn)代車輛差異化競爭的核心，而軟件開發(fā)的成本，將在未來十年內(nèi)增長83%"。甚至有分析機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)：到2030年軟件在整車成本的占比將從現(xiàn)在的15%飆升到60%。
由此可見，軟件定義時(shí)代已經(jīng)來臨。
軟件定義時(shí)代的產(chǎn)品變革
正如德勤所指出的，在"軟件定義"時(shí)代，變化的不僅僅是簡單的產(chǎn)品中軟件的比重，其本質(zhì)是產(chǎn)品從高度集成的機(jī)電終端，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑?、可擴(kuò)展、可持續(xù)迭代升級的移動(dòng)電子終端。
為實(shí)現(xiàn)這一最終目標(biāo)，軟硬件將被進(jìn)一步解耦，硬件結(jié)構(gòu)部分將進(jìn)行極致的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，并將超前的硬件功能預(yù)埋在產(chǎn)品中，通過持續(xù)迭代升級的軟件來逐步釋放新功能，使得用戶能夠在無需任何硬件升級換代的前提下就能夠持續(xù)享受創(chuàng)新的應(yīng)用體驗(yàn)。
特斯拉是這一理念的大力倡導(dǎo)者，并率先將其付諸實(shí)踐。2012年，特斯拉推出Model S時(shí)首次發(fā)布了軟件空中升級（Software Over-The-Air，簡稱SOTA）功能，使得車輛可以遠(yuǎn)程升級車機(jī)娛樂系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，如導(dǎo)航系統(tǒng)、人機(jī)交互界面等。2017年發(fā)布Model 3時(shí)進(jìn)一步推出了固件空中升級（Firmware Over-The-Air，簡稱FOTA）功能，可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)固件的遠(yuǎn)程在線升級，再一次為業(yè)界樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)。
在這一趨勢下，首當(dāng)其沖的是企業(yè)商業(yè)模式和盈利模式的變化。特斯拉于2019年開始嘗試OTA付費(fèi)升級，并于2021年推出了EAP（Enhanced AutoPilot，增強(qiáng)輔助駕駛）和FSD（Full Self-Driving，完全自動(dòng)駕駛）兩套不同級別的自動(dòng)駕駛選裝套件。據(jù)高盛預(yù)測，特斯拉的FSD等軟件年收入已達(dá)到10億至30億美元，長期毛利率高達(dá)90%，而其車輛銷售最高毛利率僅為32.9%。到2030年，這一數(shù)字將達(dá)到100億至750億美元?？紤]到特斯拉2022年的總收入為815億美元，這一數(shù)字非常驚人。由此可見，在"軟件定義"時(shí)代，軟件服務(wù)收入在企業(yè)的營收和利潤占比中開始扮演越來越重要的角色，企業(yè)需要重新審視其商業(yè)模式和產(chǎn)品策略。
顯而易見的是："軟件定義產(chǎn)品"引發(fā)的產(chǎn)品電子電氣架構(gòu)（Electronic & Electrical Architecture，以下簡稱E/E）的革命性變革，也將帶來產(chǎn)品研發(fā)模式的變革。
簡單來說，傳統(tǒng)的汽車E/E架構(gòu)往往是采用以ECU為核心的分布式架構(gòu)，即傳感器、ECU和執(zhí)行器一一對應(yīng)，以保證各個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立性和抗干擾性。智能網(wǎng)聯(lián)、自動(dòng)駕駛等技術(shù)給整車開發(fā)帶來的巨大考驗(yàn)是爆炸式的數(shù)據(jù)處理需求和更高的運(yùn)算速度。傳統(tǒng)的分布式E/E架構(gòu)，無論是運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)處理能力，還是車載網(wǎng)絡(luò)傳輸效率等都無法滿足自動(dòng)駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的要求。因此，汽車E/E架構(gòu)開始由傳統(tǒng)的分布式逐步轉(zhuǎn)向以云計(jì)算為基礎(chǔ)的中央集中式架構(gòu)。下圖是博世給出的汽車E/E架構(gòu)演進(jìn)路線圖。
根據(jù)德勤的觀點(diǎn)：汽車E/E架構(gòu)將經(jīng)歷三個(gè)演變周期：即集成化、域集中式和中央集中式。其中，作為演變的終極目標(biāo)，中央集中式架構(gòu)極大地實(shí)現(xiàn)了軟硬件解耦，軟件直接部署在中央計(jì)算平臺，可支持整車軟件的OTA升級。然而，中央集中式架構(gòu)在量產(chǎn)開發(fā)過程中，軟件開發(fā)的規(guī)模和難度激增，面臨技術(shù)復(fù)雜度、組織體系、開發(fā)模式、開發(fā)周期等多維度挑戰(zhàn)，不僅要解決多核異構(gòu)芯片的軟件部署，還要涉及跨域融合的多個(gè)域控制器軟件開發(fā)。因此為了降低開發(fā)難度，大幅提高開發(fā)效率，需要將開發(fā)視圖從域控制器層面向整車層面遷移，并提供一體化的開發(fā)平臺、開發(fā)視圖與開發(fā)方法。與此同時(shí)，為提升軟件功能的重用性和可擴(kuò)展性，車載軟件技術(shù)架構(gòu)也將由傳統(tǒng)的面向信號的分布式架構(gòu)向基于統(tǒng)一平臺的分層化、服務(wù)化架構(gòu)轉(zhuǎn)變。
特斯拉于2019年率先在Model3車型中采用中央集中式架構(gòu)，國內(nèi)新能源車企也正在經(jīng)歷從域集中式架構(gòu)向中央集中式架構(gòu)轉(zhuǎn)型過程。同樣，其他行業(yè)也提出了類似的概念，如"軟件定義風(fēng)機(jī)"、"軟件定義工程機(jī)械"等。
軟件驅(qū)動(dòng)的敏捷產(chǎn)品開發(fā)模式
由于在"軟件定義產(chǎn)品"時(shí)代，產(chǎn)品創(chuàng)新更多地依賴于軟件的創(chuàng)新，因此產(chǎn)品研發(fā)模式也必然從傳統(tǒng)的硬件優(yōu)先方法過渡到軟件優(yōu)先的產(chǎn)品開發(fā)方法，即所謂的"軟件定義開發(fā)模式"。
簡單來說，軟件定義開發(fā)模式就是在產(chǎn)品開發(fā)過程中，以軟件開發(fā)為主，通過采用敏捷軟件開發(fā)和數(shù)字化部署運(yùn)營相結(jié)合的方法，構(gòu)建以軟件開發(fā)，以及持續(xù)集成、測試、部署為核心的產(chǎn)品研發(fā)運(yùn)營模式，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)、測試和運(yùn)營等過程的深度融合。
顯而易見，與傳統(tǒng)的硬件優(yōu)先產(chǎn)品開發(fā)模式相比，軟件定義產(chǎn)品開發(fā)模式具有諸多的顯著的優(yōu)勢和特點(diǎn)。
首先，通過軟件功能與硬件解耦，產(chǎn)品軟件逐漸由固化在專用微處理器的嵌入式程序，整合為基于服務(wù)架構(gòu)（SOA）的、開放可擴(kuò)展的軟件平臺，使開發(fā)人員能夠更專注于應(yīng)用程序開發(fā)和軟件功能創(chuàng)新。
其次，提供兼容不同硬件的應(yīng)用程序可移植性，極大地簡化了面向跨硬件平臺的軟件開發(fā)、測試和部署，并使制造商更容易更換升級過時(shí)或不可用的硬件組件。
第三，通過軟件在線應(yīng)用商店和產(chǎn)品功能的服務(wù)化，可以通過基于云的在線更新實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的持續(xù)升級或功能優(yōu)化，在提升用戶體驗(yàn)和滿意度的同時(shí)，也為企業(yè)帶來了新的盈利模式。
最后，新的模式能夠加速人工智能 (AI) 和云計(jì)算等新技術(shù)在產(chǎn)品中的應(yīng)用，并可通過簡單有效的方法來更新、配置和擴(kuò)展產(chǎn)品中的人工智能模型，而無需進(jìn)行昂貴且耗時(shí)的硬件升級。
隨著軟件定義產(chǎn)品開發(fā)模式被應(yīng)用，產(chǎn)品的整個(gè)研發(fā)模式也將面臨轉(zhuǎn)型升級--軟硬件一體化的敏捷產(chǎn)品開發(fā)方法成為其中的關(guān)鍵。
在傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式里，軟件和硬件是錯(cuò)綜復(fù)雜地連接在一起的。開發(fā)人員為確保軟件和硬件之間的完美集成，除了在開發(fā)過程中需要與硬件開發(fā)人員進(jìn)行頻繁的溝通協(xié)作，還需要通過物理樣機(jī)進(jìn)行大量的功能測試和集成測試，以確保終端、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序之間的交互邏輯能夠按預(yù)期運(yùn)作。在軟件定義產(chǎn)品開發(fā)模式下，軟硬件得到充分解耦，軟硬件之間采用通用的、標(biāo)準(zhǔn)的通訊和控制協(xié)議進(jìn)行交互，軟件開始轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚍?wù)的、平臺化的開發(fā)架構(gòu)。為提升軟件開發(fā)運(yùn)維協(xié)作效率，縮短軟件研發(fā)周期，提高軟件質(zhì)量，制造商開始在軟件開發(fā)過程中引入敏捷開發(fā)和基于DevOps的持續(xù)集成部署方法。SAFe（Scaled Agile Framework）敏捷開發(fā)方法提出的敏捷發(fā)布火車（Agile Release Train），能夠?qū)㈤_發(fā)團(tuán)隊(duì)協(xié)同起來，按照固定的時(shí)間間隔（通常為幾周或幾個(gè)月）發(fā)布產(chǎn)品或服務(wù)，這有助于加強(qiáng)產(chǎn)品不同開發(fā)團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)作，以快速響應(yīng)不斷變化的市場需求，并在競爭中保持領(lǐng)先地位。
在產(chǎn)品開發(fā)過程中應(yīng)用敏捷開發(fā)框架，需要從產(chǎn)品視角進(jìn)行通盤考慮，除了軟件工程領(lǐng)域之外，還需要兼顧硬件和機(jī)械工程領(lǐng)域。與硬件相比，軟件的研發(fā)即生產(chǎn)過程，沒有后續(xù)的生產(chǎn)制造供應(yīng)鏈等一系列活動(dòng)，但有著持續(xù)的運(yùn)營和迭代。而硬件和機(jī)械工程領(lǐng)域，由于其開發(fā)過程復(fù)雜，涉及業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)過多，開發(fā)周期長，矩陣式開發(fā)組織架構(gòu)等因素，使得敏捷方法一直難以得到大規(guī)模應(yīng)用。時(shí)至今日，隨著數(shù)字化技術(shù)的蓬勃發(fā)展和成熟應(yīng)用，敏捷產(chǎn)品開發(fā)再次成為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的關(guān)注焦點(diǎn)。很多企業(yè)開始構(gòu)建面向產(chǎn)品的BizDevOps方法體系，將軟硬件一體化的敏捷產(chǎn)品開發(fā)方法作為企業(yè)數(shù)字化戰(zhàn)略的重要一環(huán)。
寶馬汽車早在2018年就提出在整車開發(fā)過程中引入BizDevOps方法，開啟了向敏捷產(chǎn)品開發(fā)的轉(zhuǎn)型，即通過業(yè)務(wù)、開發(fā)和運(yùn)營團(tuán)隊(duì)的密切協(xié)作，以產(chǎn)品和專業(yè)領(lǐng)域?yàn)閷?dǎo)向，構(gòu)建連續(xù)、一致的工程數(shù)據(jù)流，加速和優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)和交付流程，實(shí)現(xiàn)端到端的持續(xù)集成、開發(fā)和部署運(yùn)營，以及全過程、360?的實(shí)時(shí)透明可視化。
戴姆勒（Daimler）公司也于2020年提出軟件驅(qū)動(dòng)的敏捷產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略，通過構(gòu)建面向多專業(yè)、全壽期的數(shù)字產(chǎn)品原型，打造敏捷的協(xié)作流程體系和產(chǎn)品開發(fā)組織架構(gòu)，在數(shù)字樣機(jī)+數(shù)字孿生環(huán)境中敏捷迭代完成系統(tǒng)/子系統(tǒng)、到機(jī)電軟等多專業(yè)級的虛擬仿真驗(yàn)證過程，取代90%的物理樣機(jī)功能，從而大大提升多專業(yè)、上下流協(xié)作效率，使得首車上市時(shí)間縮短12個(gè)月，且首車下線即達(dá)到可交付狀態(tài)。
軟件驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化創(chuàng)新轉(zhuǎn)型
由此，敏捷產(chǎn)品開發(fā)已經(jīng)成為"軟件定義產(chǎn)品"行業(yè)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略重心，必將引發(fā)新一輪的業(yè)務(wù)變革。經(jīng)過深入分析國內(nèi)外企業(yè)敏捷產(chǎn)品開發(fā)案例，結(jié)合多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)對于應(yīng)用企業(yè)而言，采用敏捷產(chǎn)品開發(fā)模式往往重點(diǎn)專注于兩個(gè)方面的轉(zhuǎn)型，即"向左轉(zhuǎn)"和"向右轉(zhuǎn)"。
"向左轉(zhuǎn)"注重于研發(fā)模式的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型，即采用BizDevOps策略實(shí)施敏捷產(chǎn)品開發(fā)和交付流程，在產(chǎn)品早期建立多專業(yè)、跨領(lǐng)域的敏捷組織模型，根據(jù)明確定義的業(yè)務(wù)策略和產(chǎn)品架構(gòu)，制定詳細(xì)的產(chǎn)品開發(fā)路線圖，并基于此各團(tuán)隊(duì)開展敏捷開發(fā)、持續(xù)集成、持續(xù)測試和部署工作。"向左轉(zhuǎn)"其實(shí)就是將物理樣機(jī)階段執(zhí)行的試驗(yàn)等各項(xiàng)工作盡量往左移，即利用數(shù)字樣機(jī)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)仿真和數(shù)字孿生等技術(shù)，構(gòu)建持續(xù)的、一致的面向全壽期的產(chǎn)品數(shù)字原型，并逐級分解和定義基于模型的多專業(yè)、上下游之間的協(xié)作機(jī)制和協(xié)作流程，從而驅(qū)動(dòng)硬件由傳統(tǒng)串行的、瀑布式開發(fā)模式轉(zhuǎn)向敏捷迭代開發(fā)模式，有效提升產(chǎn)品研發(fā)過程的并行協(xié)同效率，縮短硬件結(jié)構(gòu)迭代周期。
而"向右轉(zhuǎn)"則注重于商業(yè)模式的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型，即利用OTA和云計(jì)算技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)部署靈活性，保持產(chǎn)品持續(xù)更新，為用戶提供增值服務(wù)的同時(shí)，也為制造商帶來了新的盈利模式。OTA和云計(jì)算架構(gòu)，更易于實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和流程的集成，以及海量數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用，是數(shù)字孿生技術(shù)蓬勃發(fā)展的土壤。數(shù)字孿生，即物理產(chǎn)品或流程在數(shù)字空間的完整數(shù)字化表達(dá)，是人工智能和產(chǎn)品的深度融合，將為制造商帶來更多的創(chuàng)新和想象空間，為產(chǎn)品創(chuàng)新和持續(xù)改進(jìn)提供源源不斷的連續(xù)數(shù)據(jù)流。數(shù)字孿生將進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)品運(yùn)營模式的轉(zhuǎn)型，使產(chǎn)品即服務(wù)（Product As A Service）成為現(xiàn)實(shí)，產(chǎn)品或軟件可以按使用收費(fèi)。
當(dāng)然，目前數(shù)字孿生并不能完全取代物理樣機(jī)，如民用客機(jī)的試飛取證過程，汽車安全合規(guī)強(qiáng)制要求的實(shí)車碰撞試驗(yàn)等。但毫無疑問地，數(shù)字孿生將成為已交付產(chǎn)品與企業(yè)內(nèi)部開發(fā)團(tuán)隊(duì)之間的橋梁和紐帶，加速產(chǎn)品的敏捷開發(fā)和交付流程，促進(jìn)企業(yè)進(jìn)一步"向左轉(zhuǎn)型"。數(shù)字孿生技術(shù)最終將會(huì)使企業(yè)"向右轉(zhuǎn)型"和"向左轉(zhuǎn)型"無縫銜接，實(shí)現(xiàn)敏捷產(chǎn)品開發(fā)和持續(xù)部署運(yùn)營的無限循環(huán)迭代過程。
案例分析
我國汽車行業(yè)正在積極擁抱"軟件定義汽車"時(shí)代，眾多車企都在電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)上大規(guī)模引進(jìn)軟件人才，組建軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)，應(yīng)對汽車產(chǎn)品智能化的趨勢。我國某頭部新能源車企從創(chuàng)立伊始，即已注意到了軟件之于未來汽車產(chǎn)品的重要性，將"軟件定義創(chuàng)新"融入到了企業(yè)基因中。
該車企是我國某傳統(tǒng)車企獨(dú)立的新能源業(yè)務(wù)板塊，擁有獨(dú)立的品牌、獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)、獨(dú)立的管理體系。企業(yè)認(rèn)為，汽車產(chǎn)品的智能化水平將成為未來消費(fèi)者購車的重要因素，汽車不再是"交付及巔峰"、"不破不修"，而應(yīng)該是具有豐富的用戶體驗(yàn)，多樣化的功能，并能夠"常用常新"、"千人千面"。這背后意味著，軟件開發(fā)能力將成為車企的核心競爭力，車企研發(fā)的重心應(yīng)從硬件轉(zhuǎn)移到軟硬件并重。
因此，該車企實(shí)施了一系列舉措，全面推進(jìn)"軟件驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新"轉(zhuǎn)型。
首先，是架構(gòu)創(chuàng)新：企業(yè)自研了全新的EEA（電子電氣架構(gòu)）架構(gòu)，硬件方面適應(yīng)新能源車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并進(jìn)行了ECU的整合，有助于算力升級，軟件開發(fā)及更新升級；
其次，是流程創(chuàng)新：在符合ASPICE、ISO 26262等傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)合規(guī)性要求的同時(shí)，引入敏捷開發(fā)思想，形成"瀑布+敏捷"的混合開發(fā)流程，支持智能座艙、智能駕駛業(yè)務(wù)的開發(fā)與迭代；
最后，是工具創(chuàng)新：通過引入一系列工具鏈軟件，構(gòu)建CI/CD平臺，提高軟件開發(fā)、測試、發(fā)布效率；引入PTC新一代ALM平臺，實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)全過程可視化追溯管理，有效保障軟件開發(fā)質(zhì)量。
經(jīng)過不斷地探索與實(shí)踐，該企業(yè)的轉(zhuǎn)型之路得到了市場的認(rèn)可與積極的評價(jià)，品牌銷量居于新能源市場領(lǐng)先水平，車型智能化配置豐富，用戶口碑出眾。"軟件定義汽車"變革是一場長跑，企業(yè)贏得了起跑，但要想跑的更快，跑的更遠(yuǎn)，還將繼續(xù)堅(jiān)定投入，堅(jiān)持"軟件驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新"的轉(zhuǎn)型之旅。
結(jié)束語
過去五年來，麥肯錫對來自20多家經(jīng)歷敏捷創(chuàng)新轉(zhuǎn)型的企業(yè)進(jìn)行了一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果指出：在汽車、消費(fèi)電子、工業(yè)工程和醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)，經(jīng)歷敏捷轉(zhuǎn)型的上市公司在一系列研發(fā)指標(biāo)上取得了不低于20%的績效提升，包括上市時(shí)間、質(zhì)量、生產(chǎn)力和員工滿意度等。在某些情況下，上市時(shí)間和工作效率提高了 60%。我們預(yù)測，未來5-10年，敏捷化轉(zhuǎn)型將成為推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的新一波浪潮。
