一種結合敏捷方法和V模型的汽車軟件開發(fā)方法

?

摘要 ? ?

敏捷實踐由于其靈活、及時的交付、豐富的實現和迭代的特性而在軟件開發(fā)中被廣泛使用。考慮到廣泛的好處，汽車行業(yè)也正在從傳統(tǒng)的方法轉向汽車軟件開發(fā)的敏捷實踐。汽車軟件的主要挑戰(zhàn)是安全性、復雜性、用戶參與、靈活性和創(chuàng)新性；這些都是傳統(tǒng)方法難以處理的問題。為了克服這些挑戰(zhàn)，采用這種方法是必要的，它應該是靈活的，有快速的變更管理和用戶參與，并能夠完成汽車行業(yè)的要求和標準。因此，為了加快汽車軟件的開發(fā)過程，有必要整合敏捷開發(fā)流程。本文對敏捷方法的實施提出了見解，并了解了敏捷流程和V模型在汽車軟件開發(fā)中的綜合使用效果。本文揭示，從研究和產業(yè)的角度來看，如何將敏捷方法和V模型這兩種方法結合起來，目前還不清楚。本文的研究結果表明，在汽車軟件開發(fā)中結合使用敏捷過程和V模型是有前景的，有必要開發(fā)一種結合敏捷方法和V模型的汽車軟件開發(fā)方法。

I.引言

汽車軟件在復雜性、創(chuàng)新性、高可靠性、安全要求、變更管理和物理系統(tǒng)的特點方面都很復雜。因此，汽車行業(yè)最常見的汽車軟件開發(fā)過程遵循V模型。然而，隨著汽車系統(tǒng)的復雜性指數級增長，較晚的驗證和驗證過程導致了不可抗拒的更高的風險和成本的開發(fā)手段。一般來說，傳統(tǒng)的軟件開發(fā)過程不能滿足動態(tài)市場的需求。通過引入敏捷宣言（2001年），它承諾敏捷過程可以保證更早地將產品發(fā)布到市場。敏捷方法能夠對市場和客戶不斷變化的需求做出快速反應。此外，在開發(fā)過程中，他們提供用戶參與，以對不同的要求進行調整，并對最終的軟件進行后期改進。敏捷方法在汽車行業(yè)的整合是一個潛在的解決方案，以面對動態(tài)市場環(huán)境的挑戰(zhàn)和需求。采用敏捷方法的另一個關鍵因素是軟件開發(fā)的傳統(tǒng)過程的不靈活性。然而，敏捷是一種靈活的方法，它允許軟件的增量開發(fā)，并在迭代中開發(fā)軟件，在增量中交付軟件，而不是在開發(fā)過程結束時一次性交付所有軟件。通過在2001年引入敏捷宣言，敏捷方法在軟件開發(fā)中變得更加重要。根據敏捷宣言，敏捷方法可以獲得：

“個人和互動高于流程和工具

客戶參與合同協(xié)商與談判

工作軟件的全面文檔

應對變化而不是遵循計劃”

在汽車行業(yè)中，V模型是最常見和傳統(tǒng)的方法。然而，當涉及到軟件密集型系統(tǒng)的需求工程時，汽車領域的開發(fā)方法不能有效地適應需求。例如，當系統(tǒng)的復雜性相對較高時，傳統(tǒng)的V模型在后期驗證階段往往會導致非常高的成本，并且對后期市場和客戶的要求不靈活。

盡管這兩種方法--敏捷和V模式--都有它們的好處，但挑戰(zhàn)和限制仍然存在，特別是在汽車軟件開發(fā)方面。本文旨在提供關于敏捷方法在汽車軟件開發(fā)中的實施的見解，即敏捷方法如何被用于汽車軟件的開發(fā)，它們的好處、挑戰(zhàn)和限制。它顯示了一些與敏捷方法和傳統(tǒng)流程V模型的結合使用有關的效果。

II.相關工作

Pfeffer等人進行了一項研究，描述了自動駕駛系統(tǒng)開發(fā)過程中發(fā)現的挑戰(zhàn)，特別是在設計功能方面出現的問題。所進行的研究是探索性的，采訪了與德國大批量汽車OEMs相關的人員。

Manfred Broy在他的研究中，通過陳述汽車嵌入式系統(tǒng)的主要焦點領域和流程問題，解釋了汽車軟件設計中發(fā)現的挑戰(zhàn)。

Marner等人說明了傳統(tǒng)范式和敏捷流程的綜合效應，并提出了在汽車SW領域發(fā)布計劃中的挑戰(zhàn)。此外，本研究還解釋了敏捷屬性如何能夠克服已有的挑戰(zhàn)。

Hohl等人在他的研究中考察了汽車行業(yè)的嵌入式軟件、敏捷開發(fā)和軟件產品系列管理之間的關系。

Schlo?er等人通過解釋敏捷和V模型的優(yōu)點和缺點，提出了開發(fā)汽車軟件的不同框架。本研究對V模型和敏捷過程的結合使用提出了見解。

在汽車領域提出了一種混合方法，用于改進流程，解釋了在安全關鍵型軟件開發(fā)環(huán)境中，通過整合Scrum和傳統(tǒng)的V模型，可以加快開發(fā)流程的因素對于安全關鍵軟件的開發(fā)，另一項研究提出了一種開發(fā)方法，即在需求分析階段采用形式化規(guī)范，并在軟件實施階段后整合形式化驗證。然而，這個方法論主要是針對高可靠性軟件或安全關鍵軟件。

一種評估模型“A HAA-敏捷混合評估法”將 CMMI 元素和 Automotive Spice 與敏捷屬性相結合，引入汽車領域。

Liu等人提出了一項研究，通過引入基于仿真的開發(fā)和建立連續(xù)和早期的集成驗證，提出了一個改進版的V流程模型，稱為 "增量V開發(fā)流程"?；谝粋€實例項目（案例研究）的初步研究結果表明，增量式V模型可以通過縮短時間周期和持續(xù)時間、最小化工作量和提高產品質量來改進V模型。

因此，現有的文獻中沒有關于結合敏捷方法和V模型的結論或最終結果。目前還沒有任何一種方法能專門解決汽車軟件開發(fā)中結合敏捷和V模型的所有主要影響。為了解決這個問題，本文的研究打算開發(fā)一種方法，通過研究V模型使用中面臨的挑戰(zhàn)，用適當的敏捷方法解決這些問題，同時仍然滿足汽車行業(yè)的要求，例如關于安全或流程成熟度，從而實現敏捷方法和V模型的結合。

III.現有的挑戰(zhàn)

選擇敏捷方法融入V模型的第一步是分析當前使用V模型的主要挑戰(zhàn)，以及與敏捷方法普遍相關的主要優(yōu)勢。表1根據V模型進行軟件開發(fā)項目中普遍發(fā)現的挑戰(zhàn)，構建了這些潛在的改進領域。所提到的挑戰(zhàn)是對汽車領域的詳細文獻分析的結果，主要在本文的第二部分描述。對于每一個挑戰(zhàn)，它都描述了V模型是如何解決這個問題的，以及與此相反，敏捷方法將如何處理這個挑戰(zhàn)。例如，客戶協(xié)作（表1中的 "協(xié)作類型"）這一挑戰(zhàn)在傳統(tǒng)的V模型項目中通過詳細而全面的客戶合同來解決。這些合同在項目結束時成為一個問題，因為它們沒有充分反映現實，在復雜的項目中存在著不確定性，而且需要不斷地改變和適應。敏捷方法論建議在整個項目執(zhí)行過程中不斷與客戶互動，重視個人的反饋和變更要求，在共同開發(fā)和審查軟件的過程中就預期結果達成共識。顯然，在復雜的汽車軟件開發(fā)項目中實施這種新的范式是一項困難的任務，正如第二節(jié)中引用的文獻所證明的那樣，它沒有得到充分的解決。

所提議的研究將選擇最有希望將敏捷方法集成到V模型中的候選者，執(zhí)行過程中的更改，并在示例項目(案例研究)中測試修改后的過程。這背后的一個普遍假設是繼續(xù)應用V模型作為汽車軟件開發(fā)的主要流程框架。因此，敏捷軟件開發(fā)不會完全取代V模型，也不會將V模型集成到敏捷框架中，例如通過多次迭代V周期來增量地生產軟件。關于V模型仍將是雨傘框架的假設還需要進一步研究和驗證。然而，如何在V模型框架中實現敏捷方法是本文研究的重點。

基于 V 模型和敏捷方法改進汽車軟件開發(fā)的主要杠桿體現在以下幾個方面:

在模塊層面上實施增量開發(fā)（見圖1），以打破復雜性，允許用戶參與并支持后期修改。

通過就增量短期的目標達成一致，而不是就完全交付軟件的合同進行談判，來培養(yǎng)用戶的參與。這就改變了計劃的范圍，從完整的項目運行時間變?yōu)橐恍┟艚荻唐诘倪\行時間。

擺脫基于紙張（或文件）的規(guī)范，使用工作軟件（如原型、模擬、可執(zhí)行規(guī)范），根據場景和用戶背景進行驗證。

這個列表將被擴展。這些陳述構成了擬議研究的假設。它們需要細化成如何在V模型中實現敏捷擴展的概念模型，并且需要驗證。它旨在使用行動研究，以便在示例項目中建立評估和驗證的實驗。

圖1?將敏捷原則嵌入到 V 模型中 ?

IV.擬議的方法

V模型將在特定區(qū)域進行修改，以評估和驗證已確定的改進(見表1)。作為該方法的一個例子，本節(jié)將更詳細地闡述模塊級增量開發(fā)的實現(見圖1)。建議將增量開發(fā)作為一種敏捷方法，以分解復雜性，允許用戶參與并支持后期更改。

將敏捷嵌入到V模型中--增量式迭代

在基于V模型的軟件開發(fā)中，整體軟件架構的分層分解形成了一組軟件模塊的定義，這些模塊實現了客戶要求的功能。在傳統(tǒng)的V模式中，這些模塊被完全開發(fā)和測試之后被集成到整個系統(tǒng)中，并再次進行測試。這個過程的最后一步是由客戶進行驗收測試。這導致了客戶很晚才參與進來，反饋也很晚，因此會導致很晚才提出修改要求。擬議的敏捷方法是將模塊開發(fā)分成幾個遞增的步驟。這些步驟以敏捷短期的方式進行，根據客戶要求的功能，以漸進的方式實現功能。對于每個短期階段（或一組短期階段），客戶都會參與到審查的結果中。這是一個挑戰(zhàn)，因為客戶可能無法評估所生產的軟件的質量，而不能集成到整個系統(tǒng)中。循環(huán)中的軟件（SiL）或循環(huán)中的模型（MiL）可能有助于驗證生產的軟件版本。

為了驗證這一發(fā)現，針對所提出的方法和確定的挑戰(zhàn)，我們與汽車領域的從業(yè)人員進行了一些討論。與從業(yè)人員討論的結果表明，本文提出的方法在汽車軟件開發(fā)中是有前景的。

下一步是將這些變化落實到一個實際項目的方法中。

在多特蒙德應用科學與藝術大學IDiAL學院內，開展了許多汽車軟件開發(fā)項目，這些項目將作為擬議行動研究的第一候選項目。規(guī)劃的環(huán)境是ita3項目全景1，它為復雜的汽車軟件開發(fā)工具和方法。它涉及到一些大型汽車供應商公司的相關軟件開發(fā)活動。

V.總結

從文獻中發(fā)現，汽車行業(yè)正在從傳統(tǒng)模式向更靈活的方法轉變，即敏捷方法。對于汽車行業(yè)來說，這種轉變并不容易，因為該行業(yè)幾十年來一直在遵循傳統(tǒng)的流程。相關的標準是基于這些流程的，項目管理和客戶互動也相應地進行。然而，敏捷轉型已經開始了。文獻還顯示，將敏捷方法與V模型相結合的成果很少，也沒有任何方法專門解決敏捷方法與V模型相結合對汽車軟件開發(fā)的影響。在本文中，敏捷元素被嵌入到傳統(tǒng)的V模型中以獲得更好的結果。目前，正在研究哪些開發(fā)階段可以集成敏捷迭代。并確定了一些候選項目，將在實例項目中進一步研究。從文獻資料和對從業(yè)人員的訪談結果顯示，所進行的方法是有希望的，需要進一步研究。在未來的工作中，計劃基于現有的挑戰(zhàn)來評估所提出的方法：它如何解決已確定的挑戰(zhàn)，以及所提出的方法在多大程度上可以應用于汽車軟件的開發(fā)過程。

審核編輯：劉清