淺析MBSE助力提升自動駕駛汽車的功能安全與信息安全

隨著配備高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的汽車不斷更新升級，以及業(yè)界致力于生產(chǎn)能夠在道路上相互通信的全自動駕駛汽車（AV），這就使得汽車系統(tǒng)將變得更加龐大而且復雜。與此同時，它要求汽車系統(tǒng)設計具有更高的安全性與保密性。然而，安全性與保密性這兩個需求有時候會產(chǎn)生沖突。為了提高車輛的安全性，需要額外的組件來監(jiān)控車輛的運行，但由于這些組件可能會提供新的攻擊點，這使得黑客有機會訪問控制系統(tǒng)與軟件，因此這可能會降低車輛的信息安全。

為了支持此類大型復雜系統(tǒng)的開發(fā)并且為汽車系統(tǒng)設計提供魯棒性的開發(fā)框架，日本日立工業(yè)與控制解決方案有限公司（Hitachi Industry & Control Solutions）在2019年成立了一個名為MBSE設計實驗室（MBSE Design Lab）的專職部門。2022年10月，該部門經(jīng)過規(guī)模擴張并更名為MBSE設計中心（MBSE Design Center）。

這個基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）設計中心將Ansys SCADE嵌入式軟件和Ansys medini analyze功能安全與信息安全仿真軟件作為其汽車設計方法中安全與保密的關(guān)鍵要素。

在支持汽車原始制造商(OEM)與一級供應商(Tier 1)設計和開發(fā)自動駕駛、汽車信息娛樂以及汽車控制系統(tǒng)的過程中，日立工業(yè)與控制解決方案公司通過MBSE設計中心實施功能安全與信息安全管理策略。從功能角度來看，Ansys SCADE Architect適用于通過逐步迭代內(nèi)部細節(jié)來進行架構(gòu)設計；Ansys medini analyze能夠在一個通用模型上開展兩種分析——功能安全分析與信息安全分析。

日立工業(yè)與控制解決方案公司MBSE設計中心總經(jīng)理Takeo Hashimoto表示：“我們相信Ansys仿真工具與MBSE的集成使我們能夠了解整個設計流程，從而可以降低開發(fā)成本，提高工程效率，推動創(chuàng)新和設計出極具競爭力的產(chǎn)品?！?/p>

日立工業(yè)與控制解決方案公司采用Ansys解決方案管理汽車功能安全與信息安全的流程圖

創(chuàng)建MBSE解決方案

在過去的10年里，日立工業(yè)與控制解決方案公司的開發(fā)方式經(jīng)歷了從傳統(tǒng)設計到系統(tǒng)工程，最后到MBSE的轉(zhuǎn)變。在此之前，汽車行業(yè)的開發(fā)工作變得越來越龐大而復雜，從而導致客戶的汽車開發(fā)現(xiàn)場問題頻發(fā)。

Hashimoto表示：“開發(fā)現(xiàn)場在驗證流程中經(jīng)歷了大量返工，而這些問題已經(jīng)無法通過傳統(tǒng)的開發(fā)方法解決。我們花費了大量時間來研究，如何處理相關(guān)需求，以及如何有效使用現(xiàn)有資產(chǎn)來解決上游流程的文檔不足問題，因為文檔是驗證流程的基礎所在?！?/p>

在經(jīng)過詳細研究后，我們得出了結(jié)論：系統(tǒng)工程才是問題的解決方案。根據(jù)國際系統(tǒng)工程協(xié)會（International Council on Systems Engineering，簡稱INCOSE）的定義，系統(tǒng)工程是“利用系統(tǒng)原理與概念，以及科學、技術(shù)與管理方法使工程系統(tǒng)順利實施、使用和停止運行的跨學科綜合方法。具體而言，它專注于在開發(fā)周期的早期階段制定、平衡和整合利益相關(guān)方的目標、方向與成功標準，以及定義實際或預期的客戶需求、運營概念與所需功能。”

Hashimoto表示：“但是，當時在日本關(guān)于系統(tǒng)工程的文獻少之甚少。在日本多所創(chuàng)新高校的幫助下，并根據(jù)INCOSE提供的海外文獻資料，我們通過反復的試錯逐步開發(fā)了系統(tǒng)工程。我們可以稱得上是日本系統(tǒng)工程實踐的開拓者。”

即使實施了系統(tǒng)工程，當開展上游流程的需求分析與架構(gòu)設計時，設計信息變得極為龐雜，而傳統(tǒng)的基于紙張的系統(tǒng)工程開發(fā)方式遭遇了新的挑戰(zhàn)，即很難在開發(fā)與管理的同時保持整體一致性與完整性。

日立工業(yè)與控制解決方案公司很快就轉(zhuǎn)向MBSE，INCOSE把它定義為“從概念設計階段開始、一直持續(xù)到整個開發(fā)與生命周期后期階段、以用于支持系統(tǒng)需求、設計、分析、驗證與確認活動的形式化建模應用?！?/strong>