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谈谈EEA建设的系统思维

发布日期:2020-10-18

侯哥工作感悟 汽车电子电气架构创新发展论坛 今天 

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文/侯哥@Roy

动态复杂系统的行为,是不可能被预测和被控制的。我们能够做的,是尽可能地去倾听系统、理解系统,顺应它的特性,跟上它的节拍,然后,优雅地“与系统共舞“。--梅多斯

1.     

*近一直在思考怎么从系统的角度来把EEA(电子电气架构)的建设思路来说清楚,因为不知不觉中好像成为了汽车电子电气架构领域的一个小网红——经常有一些素不相识的朋友联系我讨论一些相关的问题,还要经常面对各种各样的灵魂拷问。比如:

1.  有了域控制器和以太网就是下一代的架构了吗?
2.  下一代架构比当前架构在成本上能节省多少?
3.  不搞下一代架构就活不下去了吗?
4.  哪种架构方案是*好的?
5.  主机厂应该自己做软件吗?
6.  ……

虽然我一直很努力很诚恳的想回答清楚,给别人一个满意的答案,可是在尝试了很多方式之后,总是觉得有些事情没有办法从科学的角度去说清楚,直到*近看到了这本书《系统之美》。终于可以用近似科学的方式来回答一些问题了。



作者:德内拉•梅多斯,毕业于麻省理工学院的系统学专业,师从系统动力学的创始人杰伊•福瑞斯特。梅多斯毕生从事系统思考的研究和教学,被誉为系统思考大师。梅多斯还是《第五项修炼》的作者、管理学大师彼得•圣吉的老师,彼得•圣吉所说的“第五项修炼”,就是指系统思考。

2.     

在讨论EEA相关的问题前,我们先来看一个**的哲学悖论,这是罗马帝国时期一个叫普鲁塔克的哲学家提出的:忒修斯有一艘船,可以在海上航行几百年。船体如果有木板腐烂了,会被马上替换掉,久而久之,这条船上所有的木板都重新被换过了一遍。那么问题来了:这艘忒修斯之船,还是原来那艘吗?

对于这个问题,不同的人有不同的答案。让我们看看架构的演变,就拿目前的主流的中央网关为主的那种架构来说,虽然大家把这种架构归为一类,可是仔细看看,没有一个OEM的网络拓扑图和别人的完全一样,即使在一个OEM的内部,网络拓扑图也会随着车型的配置而变化。即使拓扑图不变,里面的控制器的软件、硬件也在不停的变化。那么,问题来了?这些架构是同一个架构吗?

按照《系统之美》中的定义,系统不是一堆事物的简单集合,而是由一组相互连接的要素构成的、能够实现某个目标的整体。任何一个系统,都由三种要件构成,分别是:要素,连接,功能。如果将船看做一个系统的话,从系统的角度出发,这个问题很好回答。船的要素是一堆木板,连接就是这些木板的相对位置和铆合关系,也就是这艘船的结构,而功能就是航行。

梅多斯说,当我们看一个系统时,往往只会注意到系统的要素,而忽略掉系统的连接和功能。实际上,对一个系统来说,要素往往是*不重要、随时可替换的。但是,如果改变了系统的连接,那么系统就会发生巨大的变化。忒修斯之船只是要素更新了,而连接和功能没变,所以它仍然是原来那条船。

3.     

架构也是一样,即使把里面的控制器都更新了,也只是更新了要素,连接和功能没有大变化的前提下,架构就还是原来的架构。就像无论怎么进行控制器层级的整合、无论引入了多么强大的域控制器或者网络总线,只要各个控制器之间的连接关系与架构承载的功能没有本质的变化,架构还是没有真正的变化。

举个栗子,如果大学里,不是由教授给学生打分,而是由学生给教授打分(连接关系的变化),那么虽然大学里面的人还是那些人,但大学就不再是大学,而成了培训机构。如果大学的功能不再是教书育人,而是赚钱营利,那么大学显然也就变成了另外一种系统。比连接更重要的是系统的功能。功能是决定系统行为*关键的因素。

对于EEA架构来说,各种控制器只是元素,网络拓扑展示的是在网络层面的连接关系,电气架构描述的是物理层面的连接关系,而架构所支撑起的功能列表才是*核心的因素,而功能也是有层级的,不是所有的功能都能够引起架构的本质变化或是代际变化。仅增加一个无钥匙启动不能引起一个架构的升级,但是TJP(Traffic Jam Pilot)应该就可以引起一个架构的升级了,L4级别的自动驾驶功能则可以引起架构的全面革新了,因为这个功能可以让架构这个复杂系统中的元素、连接和功能都发生变化。

4.     

对于域控制式架构来说,重要的点不在于域控制器这个元素本身,也不在于以太网的高速通信(以太网也只是系统中的一个元素),连接关系的本质变化和功能的提升才是重点。关于连接关系,有两个层面。一个是看得见的,参考下面这个**的图就足够了。


另一个是看不见的,也就是逻辑功能的连接关系的变化。原来的各控制器中的逻辑处理功能 (谈谈汽车电子的IPO模型)统统上移到各个域控制器里面,域控制器下面通过总线来与只具有采集和输出控制的智能执行器连接,每个域的逻辑处理功能绝大部分由本域的域控制器来完成。

对于有的域控制器,在目前的软件技术支撑下,就可以实现SOA(面向服务的架构)了。SOA又是一种连接关系的变革。服务(Service)的引入,是EEA中的一次革命,将以前固定关系的控制器间的连接变更为可以被调用的原子级的模块,从而可以实现在SOP后的低成本、快速功能更新。

从功能层面,下一代的架构主要新增的功能有两大类:网联类、智驾类。这些都是需要大数据量处理、高速数据传输和大算力支持的,而且涉及到各种数据的融合,甚至AI(人工智能)。这是目前大部分车的架构所无法支撑的,这些新功能的需求,加上各种基础技术的支撑,综合的导致了EEA的元素(控制器)本身的变更和元素之间的连接关系的变更,从而导致了整个EEA(系统)的升级。

5.     

对于EEA这个复杂系统来说,连接不止是物理上的连接,更重要的是那些看不到的逻辑层面的连接和归属关系。大家可以想象一下在一个开放式的办公室中,你所看得见的座位分布往往无法反应员工间的实际关系,而背后那些看不见的组织架构、人际关系才是真正起决定作用的。

“忒修斯悖论”还暗含了一个陷阱,就是,当系统出现了问题,我们*容易发现的,就是要素层面的问题,所以首先会想到去更换要素。这种解决问题的思路,对一条木船可能是适用的,但对于EEA这样一个复杂得多的系统,可能就不适用了。

EEA设计所做的工作既包括元素的设计,也包括各种连接关系的设计。这一点就像一个学校,要素就是学校里的师生、建筑和教学设施,连接就是把这些要素整合在一起的关系,比如校规校纪、教学方法、学习氛围,以及师生、同学关系等等,学校的功能就是传授知识、培养人才。但是,一堆沙子就不是一个系统,它只有要素,但要素之间没有固定的连接,也没有共同的目标。

6.     

搞清楚了系统的基本结构后,我们来研究一下系统是如何变化的,以及系统变化的关键特性。 



系统中能够影响变化的结构性客观存在,一般可以分为存量、流量、增强回路、调节回路等。

存量是指系统中现有的那些东西,比如EEA中的各种元素,包括架构的各个层面:功能架构、网络架构、软件架构和电气架构等,也包括与EEA相匹配的组织架构、流程体系等。

流量指的是系统的输入和输出。可以对应于EEA系统中的很多东西,比如说功能增加与变化,控制器和其他零部件的变化,以及人员的变化等。

增强回路与调节回路指的是系统中的“正反馈”。它会不断地放大、增强一开始的发展态势,像滚雪球一样越滚越大。现实中有很多增强回路的例子,比如我们常说的“赢者通吃”“马太效应”。

反馈回路,叫做调节回路,也叫做“负反馈”。

增强回路是让系统偏离初始状态越来越远,而调节回路是努力把系统拉回到原来的状态。比如空调,当室内温度高于设定温度,就开始制冷;一旦到达设定温度,就停止制冷。

在EEA系统中,增强回路与反馈回路不是很容易描述。可以这么理解,能够快速迭代升级的架构中增强回路就比较强,不容易拓展升级的架构增强回路就弱。而那种让架构越来越复杂,*终到了难以维护、升级成本越来越高的设计(体系)就是反馈回路强。

在现实中系统的增长与衰退都是很多个调节关系所决定的,不是单因单果,而是多因多果;系统的变化不是线性变化,而是非线性变化,系统可能保持原状,可能加速增长,也可能突然被打断,取决于增强回路和调节回路谁能够占主导地位。

7.     

现在很多车企把特斯拉视为大敌或者是行业的颠覆者,原因不在于特斯拉卖了多少车,而在于特斯拉已经表现出了近似几何级数增长的潜力,而这种潜力必然是特斯拉已经建立一个增强回路占主导地位的系统。而在特斯拉的建立的系统中,EEA则是其中*重要的系统。我们在谈的EEA的时候,很多人习惯于谈论技术,其实*应该谈论的是特斯拉的整个体系。

这个体系不同于以往的任何体系,实现了几倍速度的迭代增长。其中*容易观察到的就是软件的更新速度:传统的OEM基本需要2~3年才能去完成的事情,特斯拉可以在几个月甚至几周就完成了。这才是*可怕的!纵使特斯拉的起点不高,可是按照这种迭代速度,5年以后世界是什么样子就很难说了。

新的EEA的建设的重中之重不是域控制器,而是这种可以支持快速迭代的体系:既包括技术层面的软件、硬件、网络,更要包括与之匹配的组织架构、流程、工具和方法等。如何建立这种增强回路占主导地位、负反馈尽量弱的架构,是每个EEA的参与者要优先思考的问题。*近大家讨论SDV(软件定义汽车)很火热,其实,我觉得SDV*核心的价值就是提供了一种建立增强回路的思路。

但是,大家请务必不要忘记一个基本规律:在有限的环境中,没有一个物理系统可以无止境地增长下去。一开始,系统可能增长得很快,调节回路不明显,好像没起作用;但随着增长的持续,调节回路的力量会压倒增强回路,让增长逐渐放缓,直到停止。所以,想毕其功于一役的想法是不现实的,唯一可行的就是不断的变革来适应*新的情况。

系统变化有一个关键特性:反馈延迟。反馈延迟要求我们不对系统的短期变化做出过激反应、频繁干预系统,而是应该降低反应的力度和频率,着眼于长期视角。也许,越是处于一个快速变化的系统中,我们越应该提醒自己,慢下来。有一句耳熟能详的的话:选择比努力更重要。无论你做出何种选择或者努力,想立即看到成果都是很难的,尤其像EEA建设这种工作,如果你期望在两三年内就把销量翻番,那么还是去把精力和资金投入到其他方面更有希望,可是如果你考虑的是5~10年以后的生存与发展,那么,Please do it now.

那些能够有耐心让子弹飞一会儿的人,只要不死在今天,就一定有一个美化的明天!


编者简介:

原创作者:侯哥@Roy 专注汽车电子电气架构开发

文案编辑:文昌@Vincent 汽车信息安全从业者




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