Тенденция к созданию автомобилей с автопилотом и электрических транспортных средств добавит сотни миллионов строк кода в автомобили. Справится ли с этим автомобильная промышленность?
Цифры в прогнозах сокращения мирового производства транспортных средств, вызванного продолжающейся нехваткой полупроводников, продолжают расти. В январе аналитики прогнозировали, что в результате дефицита будет произведено на 1,5 миллиона автомобилей меньше, к апрелю это число неуклонно росло, достигнув 2,7 миллиона единиц, а к маю — более 4,1 миллиона единиц.
Нехватка полупроводников продемонстрировала не только хрупкость цепочки поставок автомобилей, но и привлекла внимание к зависимости автомобильной промышленности от десятков скрытых компьютеров, встроенных в современные ТС. «Ни одна другая отрасль не ощущала таких быстрых технологических изменений, как автомобильная промышленность», — говорит Зоран Филипи, заведующий кафедрой автомобильной инженерии Международного центра автомобильных исследований Университета Клемсона. «Это вызвано необходимостью соответствовать растущим, все более строгим нормам и критериям по выбросам CO2, одновременно поддерживая при этом беспрецедентные темпы развития автоматизации и информационно-развлекательных систем, а также удовлетворяя ожидания клиентов в отношении мощности, комфорта и практичности».
В ближайшие годы произойдут еще изменения, поскольку все больше автопроизводителей берут на себя обязательство постепенно отказаться от использования автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) для достижения глобальных целей в борьбе с изменением климата, заменив их электромобилями (ЭМ), которые со временем смогут работать в автономном режиме.
Последнее десятилетие развития автомобилей с ДВС наглядно демонстрирует стремительный прогресс, а также то, куда он движется.
Диаграмма: Марк Монтгомери
«Когда-то программное обеспечение было частью автомобиля. Теперь программное обеспечение определяет стоимость автомобиля», — отмечает Манфред Брой, заслуженный профессор информатики в Техническом университете Мюнхена и ведущий эксперт по программному обеспечению в автомобилях. «Успех автомобиля зависит от его программного обеспечения гораздо больше, чем от механической части». По его словам, почти все автомобильные инновации автопроизводителей или производителей оригинальных комплектующих, как их называют инсайдеры отрасли, теперь связаны с программным обеспечением.
Десять лет назад только автомобили премиум-класса содержали 100 микропроцессорных электронных блоков управления (ЭБУ), объединенных в сеть по всему кузову автомобиля и выполняющих 100 миллионов строк кода или более. Сегодня люксовые автомобили, такие как BMW 7-й серии, оснащенные передовыми технологиями, например, усовершенствованными системами помощи водителю (ADAS), могут содержать 150 ЭБУ и более, а пикапы, такие как Ford F-150, могут достигать показателя в 150 миллионов строк кода. Даже бюджетные автомобили быстро приближаются к 100 ЭБУ и 100 миллионам строк кода, поскольку все больше функций, которые раньше считались роскошью, такие как адаптивный круиз-контроль и автоматическое экстренное торможение, становятся стандартными.
Дополнительные функции безопасности, обязательные с 2010 года, такие как электронный контроль устойчивости, камеры заднего вида и автоматический экстренный вызов (eCall) в ЕС, а также более строгие нормы выбросов, которым автомобили с ДВС могут соответствовать только при условии применения более инновационной электроники и программного обеспечения, способствовали дальнейшему распространению ЭБУ и программного обеспечения. По оценкам консалтинговой компании Deloitte Touche Tohmatsu Limited, по состоянию на 2017 год около 40% стоимости нового автомобиля приходится на электронные системы на основе полупроводников, что вдвое больше, чем в 2007 году. По оценкам компании, к 2030 году эта цифра приблизится к 50%. Компания также прогнозирует, что в каждом новом автомобиле сегодня установлено около полупроводников на 600 долларов США, состоящих из 3 000 микросхем всех типов.
Общее количество ЭБУ и линий программного обеспечения позволяет судить о сложной электронной оркестровке и программной хореографии, которые сегодня используются в автомобилях. Наблюдая за тем, как они работают вместе, можно заметить необычайную сложность, которая должна быть невидимой с точки зрения водителя. Новые функции безопасности, комфорта, мощности и развлечений, коммерческая необходимость предлагать покупателям десятки вариантов, что приводит к появлению множества опций каждой марки и модели, а также переход от бензина и человека-водителя к электрическим авто и системам вождения на основе искусственного интеллекта и сотни миллионов строк нового кода, который необходимо будет написать, проверить, отладить и защитить от хакеров, превращают автомобили в суперкомпьютеры на колесах и заставляют автомобильную промышленность адаптироваться. Но сможет ли она это сделать?
Особенности и варианты создают сложность
В последние два десятилетия стремление предоставить больше функций безопасности и развлечений превратило автомобили из простого средства передвижения в мобильные вычислительные центры. Вместо стоек серверов и высокоскоростных оптических соединений, ЭБУ и жгуты проводов передают данные по всему автомобилю и за его пределами. А еще есть десятки миллионов строк кода, которые выполняются каждый раз, когда вы едете в продуктовый магазин.
Вард Антинян, эксперт по качеству программного обеспечения в Volvo Cars, который много писал о программном обеспечении и сложности систем, объясняет, что к 2020 году «Volvo имеет супер-набор из примерно 120 ЭБУ, из которых компания может выбирать для создания системной архитектуры каждого автомобиля Volvo. В общей сложности это 100 миллионов строк исходного кода». Этот исходный код, говорит Антинян, «содержит 10 миллионов условных операторов, а также 3 миллиона функций, которые вызываются примерно в 30 миллионах мест исходного кода». Количество и типы программного обеспечения, находящегося в каждом ЭБУ, значительно варьируются в зависимости, в частности, от вычислительных возможностей ЭБУ, функций, которыми управляет ЭБУ, внутренней и внешней информации и связи, которые необходимо обрабатывать, а также от того, срабатывают ли блоки по событию или по времени, наряду с обязательными стандартами безопасности и другими нормативными требованиями.
В последнее десятилетие все больше программного обеспечения ЭБУ посвящено обеспечению эксплуатационного качества, надежности, безопасности и защиты. «Количество программного обеспечения, написанного для обнаружения неправильного поведения с целью обеспечения качества и безопасности, постоянно растет, — говорит Нико Хартманн, вице-президент центра программных решений и глобального программного обеспечения ZF Friedrichshafen AG, одного из крупнейших в мире поставщиков автомобильных компонентов. Если десять лет назад на обеспечение качественной работы ЭБУ отводилась, возможно, треть программного обеспечения, то сейчас зачастую это более половины или даже больше, особенно в системах, критически важных для безопасности, утверждает Хартманн.
То, какие ЭБУ и соответствующее программное обеспечение в конечном итоге попадут в Volvo, например, в роскошную модель внедорожника XC90, который имеет около 110 ЭБУ, зависит от нескольких факторов. Volvo, как и все автопроизводители, имеет разные варианты каждой модели, предлагаемой для продажи, ориентированные на различные сегменты рынка. Как отмечает Антинян, „модель Volvo, купленная в Швеции, может быть не полностью идентична аналогичной модели, купленной в США“. Дело не только в региональных нормативных требованиях, которым должен соответствовать каждый автомобиль. Каждый покупатель может выбрать один из нескольких вариантов двигателей, приводов, систем безопасности или других функций, которые предлагает Volvo. Выбранная конфигурация стандартного, дополнительного и требуемого по закону оборудования определяет точное количество и типы ЭБУ, программного обеспечения и сопутствующей электроники, которые должны быть встроены в автомобиль. И все они должны работать слаженно.
Эффективное управление сложными вариантами является серьезной задачей в автомобильной промышленности.
»Управление вариантами автомобилей — очень сложная задача" для автопроизводителя, — говорит Антинян, — «потому что она затрагивает всех». Например, естественное напряжение существует между отделом маркетинга, который хочет предложить множество типов автомобилей с огромным количеством функций для клиентов из разных сегментов рынка, и конструкторским и инженерным отделами, которые хотели бы разрабатывать меньше вариантов авто, чтобы упростить интеграцию систем, тестирование, проверку и сертификацию. Каждое увеличение функциональности подразумевает дополнительные датчики, исполнительные механизмы, ЭБУ и сопутствующее программное обеспечение, и, следовательно, дополнительные усилия по интеграции для обеспечения их правильной работы.
По оценкам Deloitte, 40% или более бюджета на разработку автомобиля с момента начала разработки до начала производства идет на интеграцию, тестирование, проверку и сертификацию систем. Отслеживание всей текущей, а также устаревшей электроники и программного обеспечения в каждой выпускаемой и продаваемой модели может оказаться непосильной задачей. Неудивительно, что эффективное управление сложностью вариантов является серьезной проблемой для всей автомобильной промышленности. Также неудивительно, что подключение и питание всех ЭБУ, датчиков и других электронных устройств требует большого количества проводов и ручного труда для их прокладки через автомобиль. Тысячи проводов поддерживают индивидуальные настройки автомобиля, а множество физических сетевых шин передают сигналы в авто.
Физическая и электронная архитектура автомобиля создает дополнительные ограничения при проектировании сети. Многие ЭБУ должны быть расположены близко к датчикам и исполнительным механизмам, с которыми они взаимодействуют, например, ЭБУ тормозной системы или управления двигателем. В результате жгут автомобильной сети, в котором могут быть соединены тысячи компонентов, может содержать более 1500 проводов общей длиной 5 000 метров и весить более 68 кг. Снижение веса и сложности жгута проводов стало основной задачей автопроизводителей по мере роста числа ЭБУ, датчиков и сопутствующих электронных устройств.
Проблемы тестирования
Несмотря на значительные усилия, временные и денежные затраты на обеспечение совместного функционирования всего разнообразного электронного оборудования, не все возможные комбинации ЭБУ можно тщательно проверить до начала производства. В то время как показатели безопасности автомобиля, как правило, в основном являются стандартными, сложность сборки ЭБУ в большей степени относится к дополнительным функциям комфорта и удобства для потребителя или функциям производительности. В некоторых случаях, из-за определенной комбинации дополнительных функций и опций, «автомобиль, сходящий с конвейера, будет первым экземпляром, на котором была протестирована конкретная конфигурация», — говорит Энди Уайделл, вице-президент ZF по планированию продукции для автомобильных систем.
График: Марк Монтгомери; Источник: Deloitte Touche Tohmatsu Limited
Некоторые производители авто имеют сотни тысяч потенциальных комбинаций сборки отдельной модели автомобиля, если не больше. Чтобы проверить в реальных условиях все комбинации электроники, возможные в некоторых моделях, «потребуется миллиард испытательных установок», — говорит он. Однако производители комплектующих во время разработки автомобиля могут проверить многие комбинации ЭБУ в лабораторных условиях с помощью «макетных плат», утверждает Уайделл. При этом нет необходимости создавать уникальный автомобиль для каждого случая.
Даже у самых проверенных популярных моделей ошибки, связанные с программным обеспечением, регулярно обнаруживаются и исправляются уже после продажи. Иногда требуется корректировка, как это произошло с General Motors в связи с отзывом своего бестселлера, автомобиля Chevy Silverado 2019 года, а также пикапа GMC Sierra и Cadillac CT6.
Уайделл отмечает, что управление вариантами усложняется тем, что «почти вся разработка ЭБУ и программного обеспечения передается поставщикам, а производитель комплектующих интегрирует ЭБУ» для создания единой системы с желаемой настраиваемой функциональностью. Уайделл говорит, что отдельные поставщики часто не очень хорошо понимают, как производители комплектующих интегрируют ЭБУ. Аналогично, производители комплектующих имеют ограниченное представление о программном обеспечении, установленном в ЭБУ, которые часто приобретаются как «черный ящик» для поддержки одной из нескольких функций, таких как информационно-развлекательная система, контроль кузова и движения, телематика, трансмиссия или автоматизированные системы помощи водителю.
По оценкам VW, только 10% программного обеспечения в их автомобилях разрабатывается собственными силами.
О том, как мало программного обеспечения разрабатывается автопроизводителями, свидетельствуют комментарии, сделанные в 2020 году Гербертом Диссом, тогдашним генеральным директором Volkswagen Group, а ныне ее председателем, когда он признался, что «почти ни одна строчка программного кода не пишется нами». По оценкам VW, только 10% программного обеспечения в их автомобилях разрабатывается собственными силами. Остальные 90% вносят десятки поставщиков, а у некоторых производителей комплектующих это количество, согласно их сообщениям, достигает более 50. Такое количество поставщиков программного обеспечения, каждый из которых имеет собственный подход к разработке, использует собственные операционные системы и языки, очевидно, добавляет еще один уровень сложности, особенно при проведении верификации и проверки. Об этом свидетельствует недавний опрос Strategy Analytics и Aurora Labs, проведенный среди разработчиков программного обеспечения в цепочке поставок автомобилей, в ходе которого выяснилось, насколько сложно определить, когда изменение кода в одном ЭБУ влияет на другой. Около 37% опрошенных ответили, что это сложно, 31% — что очень сложно, 7% — что это практически невозможно, а 16% — что это невозможно. Автомобильные компании и их поставщики осознают, что они должны теснее взаимодействовать для более жесткого контроля над управлением конфигурацией данных, чтобы избежать непредвиденных последствий из-за неожиданных изменений кода ЭБУ. Но и те, и другие признают, что предстоит еще многое сделать.
Улучшение уровня безопасности
Конечно, автопроизводители должны обеспечить не только надежность и безопасность программного обеспечения, но и его защиту. Удаленный доступ, который удалось получить исследователям в области безопасности, к Jeep Cherokee 2014 года выпуска стал тревожным сигналом для всей отрасли в 2015. Каждый поставщик и производитель комплектующих теперь осознает угрозу недостаточной кибербезопасности; по сообщениям, в GM 90 инженеров работают полный рабочий день над разработкой мер по обеспечению кибербезопасности. Однако десять лет назад «программное обеспечение автомобилей разрабатывалось в первую очередь для безопасности. Защита данных была на втором месте», — говорит Машрур Чоудхури, эксперт по кибербезопасности автомобилей и директор Центра взаимосвязанной мультимодальной мобильности Департамента транспорта США при Университете Клемсона. Это важно, поскольку в ЭБУ сегодня все еще используется большая часть программного обеспечения, разработанного десять или более лет назад, когда защита данных не была настолько приоритетной, как сейчас.
«Потенциальные площадки для атак растут практически ежедневно» — Машрур Чоудхури
Кроме того, за последнее десятилетие резко возросло количество внутренних и внешних коммуникаций автомобиля. В 2008 году, согласно оценкам, между ЭБУ автомобилей класса «люкс» происходил обмен 2 500 сигналами данных. Антинян из Volvo говорит, что сегодня более 7 000 внешних сигналов соединяют 120 ЭБУ в автомобилях Volvo, а количество внутренних сигналов на два порядка больше. По оценкам консалтинговой компании McKinsey & Company, объем этой информации может легко превысить 25 гигабайт данных в час.
С бурным развитием мобильных приложений и облачных сервисов за последние десять лет, не говоря уже о все более сложной электронике, встроенной в сами автомобили, «потенциальные площадки для атак растут практически ежедневно», — говорит Чоудхури. Правительства тоже обратили внимание на это и возложили на автопроизводителей ряд обязательств по обеспечению кибербезопасности. К ним относится наличие сертифицированной системы управления кибербезопасностью (CSMS), которая требует от каждого производителя «продемонстрировать систему управления на основе оценки рисков для обнаружения, анализа и защиты от соответствующих угроз, уязвимостей и кибератак».
Кроме того, производителям комплектующих потребуется система управления обновлениями программного обеспечения для безопасного управления обновлениями ПО по беспроводной сети. Автопроизводителям также предлагается «вести базу данных операционных программных компонентов, используемых в каждом ЭБУ, в каждом собранном автомобиле, а также журнал истории обновлений версий в течение всего срока службы автомобиля». Этот перечень программного обеспечения призван помочь автопроизводителям быстро определить, какие ЭБУ и конкретные автомобили могут быть затронуты той или иной киберуязвимостью.
Мягкая механика
Большинство водителей не обращают особого внимания на все окружающие их электронные устройства — разве что они раздражают или перестают работать. С увеличением количества электронных устройств за последнее десятилетие у водителей появилось множество возможностей уделить внимание электронике своего автомобиля. Согласно отчету о дефектах и отзывах автомобилей за 2020 год, составленному финансовой консультационной фирмой Stout Risius Ross, 2019 год стал рекордным: 15 миллионов автомобилей были отозваны из-за дефектов в электронных компонентах. Половина случаев отзыва была связана с дефектами программного обеспечения, что является самым высоким показателем с 2009 года.
Диаграмма: Марк Монтгомери; Источник: Stout Risius Ross
Почти 30% дефектов были связаны с интеграцией программного обеспечения, когда сбой возникает в результате взаимодействия программного обеспечения с другими электронными компонентами или системами автомобиля. Компания Mitsubishi Motors отозвала 60 000 внедорожников, поскольку ошибка в программном обеспечении ЭБУ гидравлического блока препятствовала работе нескольких систем безопасности.
Наконец, более 50% дефектов были связаны с неисправностью, которая не была напрямую вызвана ошибками программного обеспечения, но для ее устранения использовалось обновление ПО. Компания Ford Motor отозвала некоторые модели своих автомобилей Fusion и Escape, поскольку охлаждающая жидкость могла попасть в отверстия цилиндров двигателя, что могло привести к необратимому повреждению двигателя. Ford исправил ситуацию, перепрограммировав программное обеспечение управления трансмиссией, чтобы снизить вероятность попадания охлаждающей жидкости в цилиндры двигателя. Данные Stout показывают, что за последние пять лет число случаев использования программного обеспечения для устранения проблем с оборудованием автомобиля неуклонно росло.
2019 год стал рекордным: 15 миллионов автомобилей были отозваны из-за дефектов электронных компонентов. Половина случаев отзыва была связана с дефектами программного обеспечения.
«Количество отзываемых автомобилей в среднем снижаются, и средний возраст автомобилей тоже уменьшается», — говорит Нил Стейнкамп, управляющий директор Stout. «Производители используют технологии для более быстрого обнаружения дефектов», особенно дефектов, связанных с электроникой. Дефекты, связанные с программным обеспечением, как правило, обнаруживаются в более новых автомобилях, в то время как дефекты ЭБУ и других электронных компонентов проявляются только по прошествии некоторого времени после выпуска автомобиля".
Директор Stout Роберт Левин отмечает, что в последнее время наблюдается рост количества дефектов компонентов, связанных с электроникой автомобиля, «переходящих от удобств владельца к компонентам, критически важным для безопасности». Например, в США произошел всплеск отзывов камер заднего вида, поскольку все автомобили, выпущенные после 1 мая 2018 года, обязаны обеспечивать водителям видимость зоны размером 3 x 6 метров непосредственно сзади автомобиля. Многие производители комплектующих обнаруживают, что интеграция программного обеспечения более сложных камер с другими системами безопасности автомобиля оказывается сложной задачей.
Работа других новых систем безопасности автомобиля также не всегда идет гладко. Исследование, проведенное Американской автомобильной ассоциацией (ААА) в отношении современных систем помощи при вождении, которые могут помочь водителю либо с управлением, либо с торможением/ускорением, показало, что эти системы часто отключаются без предупреждения, мгновенно передавая управление обратно водителю. Проверки показали, что в среднем проблемы возникают примерно каждые 13 км, включая трудности с удержанием автомобиля на полосе или слишком близкое приближение к другим автомобилям или ограждениям.
Растущие расходы на ремонт
Многие автовладельцы осознают повышение сложности своих автомобилей, когда им приходится платить за ремонт. Почти 60% трудозатрат на ремонт автомобиля с передовыми системами безопасности приходится на электронику. Даже незначительное повреждение, скажем, треснувшее лобовое стекло, которое раньше стоило от 210 до 220 долларов, дорожает до 1650 долларов, если автомобиль оснащен камерой на лобовом стекле, системой автоматического экстренного торможения, адаптивным круиз-контролем и системой предупреждения о сходе с полосы движения, показало исследование AAA 2018 года. Расходы на калибровку всех этих систем, которая обычно выполняется вручную, являются одним из основных факторов, влияющих на стоимость ремонта.
Поскольку даже небольшие ошибки в калибровке датчиков могут резко снизить эффективность систем безопасности, «поставщики разработали системы автоматического выравнивания и автоматической калибровки, которые могут устранить или упростить ручной процесс», — говорит Уайделл из ZF, что помогает повысить точность калибровки и снизить затраты на ремонт.
Почти 60% трудозатрат на ремонт автомобиля с передовыми системами безопасности приходится на электронику автомобиля.
Уайделл также утверждает, что поставщики и производители комплектующих рассматривают возможность размещения датчиков, которые обычно устанавливаются по периметру автомобиля, в местах, которые с меньшей вероятностью получат повреждения при аварии. По данным AAA, стоимость ремонта одной только ультразвуковой системы, расположенной в заднем бампере и помогающей при парковке, составляет около 1300 долларов; если повреждены также задние радарные датчики, используемые для контроля слепых зон и предупреждения о движении в пересекающем направлении, то дополнительные расходы на ремонт повреждений задней части автомобиля могут составить еще 2050 долларов.
Так, как стоимость ремонта возрастает из-за большого количества электроники, это привело к тому, что страховой компании стало дешевле признать автомобили полностью уничтоженным. В недавнем отчете компании Mitchell International, занимающейся урегулированием исков, говорится, что, средний возраст страховки автомобилей, снижается в связи с удорожанием ремонта электроники. Ожидается, что эта тенденция сохранится, поскольку «сложность автомобилей возрастает», говорится в отчете.
ЭМ + ИИ = Неуправляемая сложность
Автопроизводители попали в своеобразный тупик. Согласно последнему исследованию J.D. Power в области надежности автомобилей в США, автомобили с двигателями внутреннего сгорания сегодня являются самыми надежными за последние 32 года. Они также более комфортабельны, безопасны и меньше загрязняют окружающую среду. Однако в связи с растущим беспокойством правительства и общественности по поводу изменения климата по всему миру, производители оказываются в положении, когда им приходится отказываться от сложных автомобилей с ДВС в пользу электромобилей, которые в будущем должны получить возможность автономного вождения.
Дилемма еще более усложняется тем, что для разработки электромобилей производители должны преодолеть пропасть в области программного обеспечения.
В современных автомобилях «программное обеспечение, использующее передовые архитектуры, становится сложным в управлении», — отмечает Энди Уайделл из ZF. Это мнение разделяют и другие. По данным консалтинговой компании McKinsey & Company, сложность программного обеспечения в автомобилях быстро опережает возможности его разработки и поддержки. За последнее десятилетие сложность программного обеспечения выросла в четыре раза, но за это же время производительность поставщиков и производителей комплектующих практически не увеличилась. Более того, в течение следующего десятилетия сложность программного обеспечения, вероятно, возрастет еще в три раза, говорится в докладе. Как производители автомобилей, так и поставщики изо всех сил пытаются преодолеть «разрыв между разработкой и производительностью».
«Когда-то программное обеспечение было частью автомобиля. Теперь ПО определяет стоимость автомобиля» — Манфред Брой.
Отчасти проблема заключается в поддержке постоянно растущей базы кода, и один из руководителей автомобильной компании сказал McKinsey, что при нынешних темпах поддержание существующей базы кода поглотит все ресурсы отдела разработки ПО, если разрыв не будет ликвидирован. По словам Уайделла, «в некоторых случаях автомобильная промышленность рассматривает как меру сложности не общее количество строк кода, а количество персонала, занимающегося созданием программным обеспечением, которое производитель комплектующих или поставщик нанимает для удовлетворения текущих и будущих потребностей».
Ликвидация разрыва между разработкой и производительностью выглядит особенно сложной задачей, если, как говорит председатель правления Volkswagen Герберт Диес, «на программное обеспечение будет приходиться 90% будущих инноваций в автомобиле». Необходимые знания в области программного обеспечения станут основным ключом к успеху. В McKinsey сформулировали это так: «Хотя автомобильные организации должны преуспеть на многих уровнях, чтобы выиграть в игре с программным обеспечением, привлечение и удержание лучших кадров, вероятно, является наиболее важным аспектом». Неудивительно, что привлечение нужных специалистов по программному обеспечению — «одна из тех вещей, которые не дают мне спать по ночам», — признается Уайделл из ZF. Это также не дает спать всем остальным руководителям поставщиков и производителей комплектующих.
Производители комплектующих с опозданием, во многом благодаря концепции ПО автомобиля Илона Маска в виде Tesla, поняли, что их нынешний подход, заключающийся в передаче необходимого программного обеспечения и электроники поставщикам, а затем их интеграции в автомобили с ДВС, не подходит для электромобилей.
Функциональность и сложность децентрализованных архитектур ЭБУ, используемых в автомобилях с ДВС, «достигли своего предела», — цитирует Wards Auto Тамару Сноу, руководителя отдела исследований и передовых разработок поставщика автомобилей первого уровня Continental AG.Это особенно верно, если возможности полного автономного вождения потребуют около 500 миллионов или более строк кода.
«В некоторых случаях автомобильная промышленность рассматривает как меру сложности не общее количество строк кода, а количество персонала, занимающегося программным обеспечением, которое производитель комплектующих или поставщик нанимает для удовлетворения текущих и будущих потребностей» — Энди Уайделл.
Для управления батареями вместо двигателя внутреннего сгорания и соответствующей трансмиссии потребуются новые программные и физические архитектуры автомобилей. Такая архитектура будет содержать всего несколько мощных, чрезвычайно быстрых компьютерных процессоров, выполняющих код на основе микросервисов, и обеспечивать внутреннюю связь с большим количеством датчиков через более легкие жгуты проводов или даже беспроводную связь, для начала. Внешняя связь также будет на порядок выше. И эти новые архитектуры, отмечает Хартманн из ZF, должны будут разрабатываться по низкой цене и при постоянно сокращающихся временных циклах командами разработчиков программного обеспечения у производителей комплектующих и поставщиков, которые будут изучать новые методы разработки ПО и систем.
Вероятно, самой большой проблемой является недостаточная компетентность руководителей в в этой области для понимания необходимых трансформаций, утверждает Манфред Брой. Хотя сложность аппаратного обеспечения является наиболее заметным аспектом автомобиля, Брой замечает: «Что я считаю более значимым, так это сложность ПО (которая очень зависит от выбранного аппаратного обеспечения) и, в частности, стоимость программного обеспечения, которая совершенно непонятна производителям комплектующих и крайне важна из-за ее постоянных изменений». В кабинетах руководителей автомобильных компаний сидят «люди вчерашнего дня», — говорит он, — «но они все еще у руля».
Зоран Филипи из Клемсона объясняет: «На протяжении более ста лет производители комплектующих сосредотачивались на совершенствовании двигателя внутреннего сгорания, передавая остальные части своих автомобилей на аутсорсинг поставщикам, а затем интегрируя все компоненты. Такой же подход был принят, когда в автомобилях начали использоваться электроника и программное обеспечение — они были просто еще одним „черным ящиком“, который нужно было встроить в автомобиль». Теперь, по его словам, «производителям комплектующих и их поставщикам необходимо перевести свои организации с подхода, ориентированного на аппаратное обеспечение, на подход, ориентированный на программное обеспечение, при этом продолжая поддерживать и совершенствовать автомобили с ДВС с помощью существующих подходов еще как минимум десять лет».
Питер Мертенс, бывший руководитель отдела исследований и разработок Audi AG и член совета директоров, заявил в недавнем интервью CleanTechnica: «Немецкая автомобильная промышленность отдает свои наиболее важные новые продукты, от которых зависит, выживут ли компании в существующей структуре, под ответственность менеджеров, которые имеют минимальный опыт и знания о наиболее важной части — программном обеспечении». Мертенс продолжает, что необходимо найти способ отсеять руководителей, которые не подходят для занимаемой ими должности. «Проведите завтра аттестацию всех топ-менеджеров VW, Audi, Porsche, BMW и Daimler и попросите их написать небольшую игру или простой, но работающий вирус», — говорит он. «Если они не смогут этого сделать, немедленно увольняйте их, потому что они не подходят для этой работы». Сколько их останется, спрашивает Мертенс? Кровь, оставшаяся на полу, будет подсказкой.
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Цифры в прогнозах сокращения мирового производства транспортных средств, вызванного продолжающейся нехваткой полупроводников, продолжают расти. В январе аналитики прогнозировали, что в результате дефицита будет произведено на 1,5 миллиона автомобилей меньше, к апрелю это число неуклонно росло, достигнув 2,7 миллиона единиц, а к маю — более 4,1 миллиона единиц.
Нехватка полупроводников продемонстрировала не только хрупкость цепочки поставок автомобилей, но и привлекла внимание к зависимости автомобильной промышленности от десятков скрытых компьютеров, встроенных в современные ТС. «Ни одна другая отрасль не ощущала таких быстрых технологических изменений, как автомобильная промышленность», — говорит Зоран Филипи, заведующий кафедрой автомобильной инженерии Международного центра автомобильных исследований Университета Клемсона. «Это вызвано необходимостью соответствовать растущим, все более строгим нормам и критериям по выбросам CO2, одновременно поддерживая при этом беспрецедентные темпы развития автоматизации и информационно-развлекательных систем, а также удовлетворяя ожидания клиентов в отношении мощности, комфорта и практичности».
В ближайшие годы произойдут еще изменения, поскольку все больше автопроизводителей берут на себя обязательство постепенно отказаться от использования автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) для достижения глобальных целей в борьбе с изменением климата, заменив их электромобилями (ЭМ), которые со временем смогут работать в автономном режиме.
Последнее десятилетие развития автомобилей с ДВС наглядно демонстрирует стремительный прогресс, а также то, куда он движется.
Диаграмма: Марк Монтгомери
«Когда-то программное обеспечение было частью автомобиля. Теперь программное обеспечение определяет стоимость автомобиля», — отмечает Манфред Брой, заслуженный профессор информатики в Техническом университете Мюнхена и ведущий эксперт по программному обеспечению в автомобилях. «Успех автомобиля зависит от его программного обеспечения гораздо больше, чем от механической части». По его словам, почти все автомобильные инновации автопроизводителей или производителей оригинальных комплектующих, как их называют инсайдеры отрасли, теперь связаны с программным обеспечением.
Десять лет назад только автомобили премиум-класса содержали 100 микропроцессорных электронных блоков управления (ЭБУ), объединенных в сеть по всему кузову автомобиля и выполняющих 100 миллионов строк кода или более. Сегодня люксовые автомобили, такие как BMW 7-й серии, оснащенные передовыми технологиями, например, усовершенствованными системами помощи водителю (ADAS), могут содержать 150 ЭБУ и более, а пикапы, такие как Ford F-150, могут достигать показателя в 150 миллионов строк кода. Даже бюджетные автомобили быстро приближаются к 100 ЭБУ и 100 миллионам строк кода, поскольку все больше функций, которые раньше считались роскошью, такие как адаптивный круиз-контроль и автоматическое экстренное торможение, становятся стандартными.
Дополнительные функции безопасности, обязательные с 2010 года, такие как электронный контроль устойчивости, камеры заднего вида и автоматический экстренный вызов (eCall) в ЕС, а также более строгие нормы выбросов, которым автомобили с ДВС могут соответствовать только при условии применения более инновационной электроники и программного обеспечения, способствовали дальнейшему распространению ЭБУ и программного обеспечения. По оценкам консалтинговой компании Deloitte Touche Tohmatsu Limited, по состоянию на 2017 год около 40% стоимости нового автомобиля приходится на электронные системы на основе полупроводников, что вдвое больше, чем в 2007 году. По оценкам компании, к 2030 году эта цифра приблизится к 50%. Компания также прогнозирует, что в каждом новом автомобиле сегодня установлено около полупроводников на 600 долларов США, состоящих из 3 000 микросхем всех типов.
Общее количество ЭБУ и линий программного обеспечения позволяет судить о сложной электронной оркестровке и программной хореографии, которые сегодня используются в автомобилях. Наблюдая за тем, как они работают вместе, можно заметить необычайную сложность, которая должна быть невидимой с точки зрения водителя. Новые функции безопасности, комфорта, мощности и развлечений, коммерческая необходимость предлагать покупателям десятки вариантов, что приводит к появлению множества опций каждой марки и модели, а также переход от бензина и человека-водителя к электрическим авто и системам вождения на основе искусственного интеллекта и сотни миллионов строк нового кода, который необходимо будет написать, проверить, отладить и защитить от хакеров, превращают автомобили в суперкомпьютеры на колесах и заставляют автомобильную промышленность адаптироваться. Но сможет ли она это сделать?
Особенности и варианты создают сложность
В последние два десятилетия стремление предоставить больше функций безопасности и развлечений превратило автомобили из простого средства передвижения в мобильные вычислительные центры. Вместо стоек серверов и высокоскоростных оптических соединений, ЭБУ и жгуты проводов передают данные по всему автомобилю и за его пределами. А еще есть десятки миллионов строк кода, которые выполняются каждый раз, когда вы едете в продуктовый магазин.
Вард Антинян, эксперт по качеству программного обеспечения в Volvo Cars, который много писал о программном обеспечении и сложности систем, объясняет, что к 2020 году «Volvo имеет супер-набор из примерно 120 ЭБУ, из которых компания может выбирать для создания системной архитектуры каждого автомобиля Volvo. В общей сложности это 100 миллионов строк исходного кода». Этот исходный код, говорит Антинян, «содержит 10 миллионов условных операторов, а также 3 миллиона функций, которые вызываются примерно в 30 миллионах мест исходного кода». Количество и типы программного обеспечения, находящегося в каждом ЭБУ, значительно варьируются в зависимости, в частности, от вычислительных возможностей ЭБУ, функций, которыми управляет ЭБУ, внутренней и внешней информации и связи, которые необходимо обрабатывать, а также от того, срабатывают ли блоки по событию или по времени, наряду с обязательными стандартами безопасности и другими нормативными требованиями.
В последнее десятилетие все больше программного обеспечения ЭБУ посвящено обеспечению эксплуатационного качества, надежности, безопасности и защиты. «Количество программного обеспечения, написанного для обнаружения неправильного поведения с целью обеспечения качества и безопасности, постоянно растет, — говорит Нико Хартманн, вице-президент центра программных решений и глобального программного обеспечения ZF Friedrichshafen AG, одного из крупнейших в мире поставщиков автомобильных компонентов. Если десять лет назад на обеспечение качественной работы ЭБУ отводилась, возможно, треть программного обеспечения, то сейчас зачастую это более половины или даже больше, особенно в системах, критически важных для безопасности, утверждает Хартманн.
То, какие ЭБУ и соответствующее программное обеспечение в конечном итоге попадут в Volvo, например, в роскошную модель внедорожника XC90, который имеет около 110 ЭБУ, зависит от нескольких факторов. Volvo, как и все автопроизводители, имеет разные варианты каждой модели, предлагаемой для продажи, ориентированные на различные сегменты рынка. Как отмечает Антинян, „модель Volvo, купленная в Швеции, может быть не полностью идентична аналогичной модели, купленной в США“. Дело не только в региональных нормативных требованиях, которым должен соответствовать каждый автомобиль. Каждый покупатель может выбрать один из нескольких вариантов двигателей, приводов, систем безопасности или других функций, которые предлагает Volvo. Выбранная конфигурация стандартного, дополнительного и требуемого по закону оборудования определяет точное количество и типы ЭБУ, программного обеспечения и сопутствующей электроники, которые должны быть встроены в автомобиль. И все они должны работать слаженно.
Эффективное управление сложными вариантами является серьезной задачей в автомобильной промышленности.
»Управление вариантами автомобилей — очень сложная задача" для автопроизводителя, — говорит Антинян, — «потому что она затрагивает всех». Например, естественное напряжение существует между отделом маркетинга, который хочет предложить множество типов автомобилей с огромным количеством функций для клиентов из разных сегментов рынка, и конструкторским и инженерным отделами, которые хотели бы разрабатывать меньше вариантов авто, чтобы упростить интеграцию систем, тестирование, проверку и сертификацию. Каждое увеличение функциональности подразумевает дополнительные датчики, исполнительные механизмы, ЭБУ и сопутствующее программное обеспечение, и, следовательно, дополнительные усилия по интеграции для обеспечения их правильной работы.
По оценкам Deloitte, 40% или более бюджета на разработку автомобиля с момента начала разработки до начала производства идет на интеграцию, тестирование, проверку и сертификацию систем. Отслеживание всей текущей, а также устаревшей электроники и программного обеспечения в каждой выпускаемой и продаваемой модели может оказаться непосильной задачей. Неудивительно, что эффективное управление сложностью вариантов является серьезной проблемой для всей автомобильной промышленности. Также неудивительно, что подключение и питание всех ЭБУ, датчиков и других электронных устройств требует большого количества проводов и ручного труда для их прокладки через автомобиль. Тысячи проводов поддерживают индивидуальные настройки автомобиля, а множество физических сетевых шин передают сигналы в авто.
Физическая и электронная архитектура автомобиля создает дополнительные ограничения при проектировании сети. Многие ЭБУ должны быть расположены близко к датчикам и исполнительным механизмам, с которыми они взаимодействуют, например, ЭБУ тормозной системы или управления двигателем. В результате жгут автомобильной сети, в котором могут быть соединены тысячи компонентов, может содержать более 1500 проводов общей длиной 5 000 метров и весить более 68 кг. Снижение веса и сложности жгута проводов стало основной задачей автопроизводителей по мере роста числа ЭБУ, датчиков и сопутствующих электронных устройств.
Проблемы тестирования
Несмотря на значительные усилия, временные и денежные затраты на обеспечение совместного функционирования всего разнообразного электронного оборудования, не все возможные комбинации ЭБУ можно тщательно проверить до начала производства. В то время как показатели безопасности автомобиля, как правило, в основном являются стандартными, сложность сборки ЭБУ в большей степени относится к дополнительным функциям комфорта и удобства для потребителя или функциям производительности. В некоторых случаях, из-за определенной комбинации дополнительных функций и опций, «автомобиль, сходящий с конвейера, будет первым экземпляром, на котором была протестирована конкретная конфигурация», — говорит Энди Уайделл, вице-президент ZF по планированию продукции для автомобильных систем.
График: Марк Монтгомери; Источник: Deloitte Touche Tohmatsu Limited
Некоторые производители авто имеют сотни тысяч потенциальных комбинаций сборки отдельной модели автомобиля, если не больше. Чтобы проверить в реальных условиях все комбинации электроники, возможные в некоторых моделях, «потребуется миллиард испытательных установок», — говорит он. Однако производители комплектующих во время разработки автомобиля могут проверить многие комбинации ЭБУ в лабораторных условиях с помощью «макетных плат», утверждает Уайделл. При этом нет необходимости создавать уникальный автомобиль для каждого случая.
Даже у самых проверенных популярных моделей ошибки, связанные с программным обеспечением, регулярно обнаруживаются и исправляются уже после продажи. Иногда требуется корректировка, как это произошло с General Motors в связи с отзывом своего бестселлера, автомобиля Chevy Silverado 2019 года, а также пикапа GMC Sierra и Cadillac CT6.
Уайделл отмечает, что управление вариантами усложняется тем, что «почти вся разработка ЭБУ и программного обеспечения передается поставщикам, а производитель комплектующих интегрирует ЭБУ» для создания единой системы с желаемой настраиваемой функциональностью. Уайделл говорит, что отдельные поставщики часто не очень хорошо понимают, как производители комплектующих интегрируют ЭБУ. Аналогично, производители комплектующих имеют ограниченное представление о программном обеспечении, установленном в ЭБУ, которые часто приобретаются как «черный ящик» для поддержки одной из нескольких функций, таких как информационно-развлекательная система, контроль кузова и движения, телематика, трансмиссия или автоматизированные системы помощи водителю.
По оценкам VW, только 10% программного обеспечения в их автомобилях разрабатывается собственными силами.
О том, как мало программного обеспечения разрабатывается автопроизводителями, свидетельствуют комментарии, сделанные в 2020 году Гербертом Диссом, тогдашним генеральным директором Volkswagen Group, а ныне ее председателем, когда он признался, что «почти ни одна строчка программного кода не пишется нами». По оценкам VW, только 10% программного обеспечения в их автомобилях разрабатывается собственными силами. Остальные 90% вносят десятки поставщиков, а у некоторых производителей комплектующих это количество, согласно их сообщениям, достигает более 50. Такое количество поставщиков программного обеспечения, каждый из которых имеет собственный подход к разработке, использует собственные операционные системы и языки, очевидно, добавляет еще один уровень сложности, особенно при проведении верификации и проверки. Об этом свидетельствует недавний опрос Strategy Analytics и Aurora Labs, проведенный среди разработчиков программного обеспечения в цепочке поставок автомобилей, в ходе которого выяснилось, насколько сложно определить, когда изменение кода в одном ЭБУ влияет на другой. Около 37% опрошенных ответили, что это сложно, 31% — что очень сложно, 7% — что это практически невозможно, а 16% — что это невозможно. Автомобильные компании и их поставщики осознают, что они должны теснее взаимодействовать для более жесткого контроля над управлением конфигурацией данных, чтобы избежать непредвиденных последствий из-за неожиданных изменений кода ЭБУ. Но и те, и другие признают, что предстоит еще многое сделать.
Улучшение уровня безопасности
Конечно, автопроизводители должны обеспечить не только надежность и безопасность программного обеспечения, но и его защиту. Удаленный доступ, который удалось получить исследователям в области безопасности, к Jeep Cherokee 2014 года выпуска стал тревожным сигналом для всей отрасли в 2015. Каждый поставщик и производитель комплектующих теперь осознает угрозу недостаточной кибербезопасности; по сообщениям, в GM 90 инженеров работают полный рабочий день над разработкой мер по обеспечению кибербезопасности. Однако десять лет назад «программное обеспечение автомобилей разрабатывалось в первую очередь для безопасности. Защита данных была на втором месте», — говорит Машрур Чоудхури, эксперт по кибербезопасности автомобилей и директор Центра взаимосвязанной мультимодальной мобильности Департамента транспорта США при Университете Клемсона. Это важно, поскольку в ЭБУ сегодня все еще используется большая часть программного обеспечения, разработанного десять или более лет назад, когда защита данных не была настолько приоритетной, как сейчас.
«Потенциальные площадки для атак растут практически ежедневно» — Машрур Чоудхури
Кроме того, за последнее десятилетие резко возросло количество внутренних и внешних коммуникаций автомобиля. В 2008 году, согласно оценкам, между ЭБУ автомобилей класса «люкс» происходил обмен 2 500 сигналами данных. Антинян из Volvo говорит, что сегодня более 7 000 внешних сигналов соединяют 120 ЭБУ в автомобилях Volvo, а количество внутренних сигналов на два порядка больше. По оценкам консалтинговой компании McKinsey & Company, объем этой информации может легко превысить 25 гигабайт данных в час.
С бурным развитием мобильных приложений и облачных сервисов за последние десять лет, не говоря уже о все более сложной электронике, встроенной в сами автомобили, «потенциальные площадки для атак растут практически ежедневно», — говорит Чоудхури. Правительства тоже обратили внимание на это и возложили на автопроизводителей ряд обязательств по обеспечению кибербезопасности. К ним относится наличие сертифицированной системы управления кибербезопасностью (CSMS), которая требует от каждого производителя «продемонстрировать систему управления на основе оценки рисков для обнаружения, анализа и защиты от соответствующих угроз, уязвимостей и кибератак».
Кроме того, производителям комплектующих потребуется система управления обновлениями программного обеспечения для безопасного управления обновлениями ПО по беспроводной сети. Автопроизводителям также предлагается «вести базу данных операционных программных компонентов, используемых в каждом ЭБУ, в каждом собранном автомобиле, а также журнал истории обновлений версий в течение всего срока службы автомобиля». Этот перечень программного обеспечения призван помочь автопроизводителям быстро определить, какие ЭБУ и конкретные автомобили могут быть затронуты той или иной киберуязвимостью.
Мягкая механика
Большинство водителей не обращают особого внимания на все окружающие их электронные устройства — разве что они раздражают или перестают работать. С увеличением количества электронных устройств за последнее десятилетие у водителей появилось множество возможностей уделить внимание электронике своего автомобиля. Согласно отчету о дефектах и отзывах автомобилей за 2020 год, составленному финансовой консультационной фирмой Stout Risius Ross, 2019 год стал рекордным: 15 миллионов автомобилей были отозваны из-за дефектов в электронных компонентах. Половина случаев отзыва была связана с дефектами программного обеспечения, что является самым высоким показателем с 2009 года.
Диаграмма: Марк Монтгомери; Источник: Stout Risius Ross
Почти 30% дефектов были связаны с интеграцией программного обеспечения, когда сбой возникает в результате взаимодействия программного обеспечения с другими электронными компонентами или системами автомобиля. Компания Mitsubishi Motors отозвала 60 000 внедорожников, поскольку ошибка в программном обеспечении ЭБУ гидравлического блока препятствовала работе нескольких систем безопасности.
Наконец, более 50% дефектов были связаны с неисправностью, которая не была напрямую вызвана ошибками программного обеспечения, но для ее устранения использовалось обновление ПО. Компания Ford Motor отозвала некоторые модели своих автомобилей Fusion и Escape, поскольку охлаждающая жидкость могла попасть в отверстия цилиндров двигателя, что могло привести к необратимому повреждению двигателя. Ford исправил ситуацию, перепрограммировав программное обеспечение управления трансмиссией, чтобы снизить вероятность попадания охлаждающей жидкости в цилиндры двигателя. Данные Stout показывают, что за последние пять лет число случаев использования программного обеспечения для устранения проблем с оборудованием автомобиля неуклонно росло.
2019 год стал рекордным: 15 миллионов автомобилей были отозваны из-за дефектов электронных компонентов. Половина случаев отзыва была связана с дефектами программного обеспечения.
«Количество отзываемых автомобилей в среднем снижаются, и средний возраст автомобилей тоже уменьшается», — говорит Нил Стейнкамп, управляющий директор Stout. «Производители используют технологии для более быстрого обнаружения дефектов», особенно дефектов, связанных с электроникой. Дефекты, связанные с программным обеспечением, как правило, обнаруживаются в более новых автомобилях, в то время как дефекты ЭБУ и других электронных компонентов проявляются только по прошествии некоторого времени после выпуска автомобиля".
Директор Stout Роберт Левин отмечает, что в последнее время наблюдается рост количества дефектов компонентов, связанных с электроникой автомобиля, «переходящих от удобств владельца к компонентам, критически важным для безопасности». Например, в США произошел всплеск отзывов камер заднего вида, поскольку все автомобили, выпущенные после 1 мая 2018 года, обязаны обеспечивать водителям видимость зоны размером 3 x 6 метров непосредственно сзади автомобиля. Многие производители комплектующих обнаруживают, что интеграция программного обеспечения более сложных камер с другими системами безопасности автомобиля оказывается сложной задачей.
Работа других новых систем безопасности автомобиля также не всегда идет гладко. Исследование, проведенное Американской автомобильной ассоциацией (ААА) в отношении современных систем помощи при вождении, которые могут помочь водителю либо с управлением, либо с торможением/ускорением, показало, что эти системы часто отключаются без предупреждения, мгновенно передавая управление обратно водителю. Проверки показали, что в среднем проблемы возникают примерно каждые 13 км, включая трудности с удержанием автомобиля на полосе или слишком близкое приближение к другим автомобилям или ограждениям.
Растущие расходы на ремонт
Многие автовладельцы осознают повышение сложности своих автомобилей, когда им приходится платить за ремонт. Почти 60% трудозатрат на ремонт автомобиля с передовыми системами безопасности приходится на электронику. Даже незначительное повреждение, скажем, треснувшее лобовое стекло, которое раньше стоило от 210 до 220 долларов, дорожает до 1650 долларов, если автомобиль оснащен камерой на лобовом стекле, системой автоматического экстренного торможения, адаптивным круиз-контролем и системой предупреждения о сходе с полосы движения, показало исследование AAA 2018 года. Расходы на калибровку всех этих систем, которая обычно выполняется вручную, являются одним из основных факторов, влияющих на стоимость ремонта.
Поскольку даже небольшие ошибки в калибровке датчиков могут резко снизить эффективность систем безопасности, «поставщики разработали системы автоматического выравнивания и автоматической калибровки, которые могут устранить или упростить ручной процесс», — говорит Уайделл из ZF, что помогает повысить точность калибровки и снизить затраты на ремонт.
Почти 60% трудозатрат на ремонт автомобиля с передовыми системами безопасности приходится на электронику автомобиля.
Уайделл также утверждает, что поставщики и производители комплектующих рассматривают возможность размещения датчиков, которые обычно устанавливаются по периметру автомобиля, в местах, которые с меньшей вероятностью получат повреждения при аварии. По данным AAA, стоимость ремонта одной только ультразвуковой системы, расположенной в заднем бампере и помогающей при парковке, составляет около 1300 долларов; если повреждены также задние радарные датчики, используемые для контроля слепых зон и предупреждения о движении в пересекающем направлении, то дополнительные расходы на ремонт повреждений задней части автомобиля могут составить еще 2050 долларов.
Так, как стоимость ремонта возрастает из-за большого количества электроники, это привело к тому, что страховой компании стало дешевле признать автомобили полностью уничтоженным. В недавнем отчете компании Mitchell International, занимающейся урегулированием исков, говорится, что, средний возраст страховки автомобилей, снижается в связи с удорожанием ремонта электроники. Ожидается, что эта тенденция сохранится, поскольку «сложность автомобилей возрастает», говорится в отчете.
ЭМ + ИИ = Неуправляемая сложность
Автопроизводители попали в своеобразный тупик. Согласно последнему исследованию J.D. Power в области надежности автомобилей в США, автомобили с двигателями внутреннего сгорания сегодня являются самыми надежными за последние 32 года. Они также более комфортабельны, безопасны и меньше загрязняют окружающую среду. Однако в связи с растущим беспокойством правительства и общественности по поводу изменения климата по всему миру, производители оказываются в положении, когда им приходится отказываться от сложных автомобилей с ДВС в пользу электромобилей, которые в будущем должны получить возможность автономного вождения.
Дилемма еще более усложняется тем, что для разработки электромобилей производители должны преодолеть пропасть в области программного обеспечения.
В современных автомобилях «программное обеспечение, использующее передовые архитектуры, становится сложным в управлении», — отмечает Энди Уайделл из ZF. Это мнение разделяют и другие. По данным консалтинговой компании McKinsey & Company, сложность программного обеспечения в автомобилях быстро опережает возможности его разработки и поддержки. За последнее десятилетие сложность программного обеспечения выросла в четыре раза, но за это же время производительность поставщиков и производителей комплектующих практически не увеличилась. Более того, в течение следующего десятилетия сложность программного обеспечения, вероятно, возрастет еще в три раза, говорится в докладе. Как производители автомобилей, так и поставщики изо всех сил пытаются преодолеть «разрыв между разработкой и производительностью».
«Когда-то программное обеспечение было частью автомобиля. Теперь ПО определяет стоимость автомобиля» — Манфред Брой.
Отчасти проблема заключается в поддержке постоянно растущей базы кода, и один из руководителей автомобильной компании сказал McKinsey, что при нынешних темпах поддержание существующей базы кода поглотит все ресурсы отдела разработки ПО, если разрыв не будет ликвидирован. По словам Уайделла, «в некоторых случаях автомобильная промышленность рассматривает как меру сложности не общее количество строк кода, а количество персонала, занимающегося созданием программным обеспечением, которое производитель комплектующих или поставщик нанимает для удовлетворения текущих и будущих потребностей».
Ликвидация разрыва между разработкой и производительностью выглядит особенно сложной задачей, если, как говорит председатель правления Volkswagen Герберт Диес, «на программное обеспечение будет приходиться 90% будущих инноваций в автомобиле». Необходимые знания в области программного обеспечения станут основным ключом к успеху. В McKinsey сформулировали это так: «Хотя автомобильные организации должны преуспеть на многих уровнях, чтобы выиграть в игре с программным обеспечением, привлечение и удержание лучших кадров, вероятно, является наиболее важным аспектом». Неудивительно, что привлечение нужных специалистов по программному обеспечению — «одна из тех вещей, которые не дают мне спать по ночам», — признается Уайделл из ZF. Это также не дает спать всем остальным руководителям поставщиков и производителей комплектующих.
Производители комплектующих с опозданием, во многом благодаря концепции ПО автомобиля Илона Маска в виде Tesla, поняли, что их нынешний подход, заключающийся в передаче необходимого программного обеспечения и электроники поставщикам, а затем их интеграции в автомобили с ДВС, не подходит для электромобилей.
Функциональность и сложность децентрализованных архитектур ЭБУ, используемых в автомобилях с ДВС, «достигли своего предела», — цитирует Wards Auto Тамару Сноу, руководителя отдела исследований и передовых разработок поставщика автомобилей первого уровня Continental AG.Это особенно верно, если возможности полного автономного вождения потребуют около 500 миллионов или более строк кода.
«В некоторых случаях автомобильная промышленность рассматривает как меру сложности не общее количество строк кода, а количество персонала, занимающегося программным обеспечением, которое производитель комплектующих или поставщик нанимает для удовлетворения текущих и будущих потребностей» — Энди Уайделл.
Для управления батареями вместо двигателя внутреннего сгорания и соответствующей трансмиссии потребуются новые программные и физические архитектуры автомобилей. Такая архитектура будет содержать всего несколько мощных, чрезвычайно быстрых компьютерных процессоров, выполняющих код на основе микросервисов, и обеспечивать внутреннюю связь с большим количеством датчиков через более легкие жгуты проводов или даже беспроводную связь, для начала. Внешняя связь также будет на порядок выше. И эти новые архитектуры, отмечает Хартманн из ZF, должны будут разрабатываться по низкой цене и при постоянно сокращающихся временных циклах командами разработчиков программного обеспечения у производителей комплектующих и поставщиков, которые будут изучать новые методы разработки ПО и систем.
Вероятно, самой большой проблемой является недостаточная компетентность руководителей в в этой области для понимания необходимых трансформаций, утверждает Манфред Брой. Хотя сложность аппаратного обеспечения является наиболее заметным аспектом автомобиля, Брой замечает: «Что я считаю более значимым, так это сложность ПО (которая очень зависит от выбранного аппаратного обеспечения) и, в частности, стоимость программного обеспечения, которая совершенно непонятна производителям комплектующих и крайне важна из-за ее постоянных изменений». В кабинетах руководителей автомобильных компаний сидят «люди вчерашнего дня», — говорит он, — «но они все еще у руля».
Зоран Филипи из Клемсона объясняет: «На протяжении более ста лет производители комплектующих сосредотачивались на совершенствовании двигателя внутреннего сгорания, передавая остальные части своих автомобилей на аутсорсинг поставщикам, а затем интегрируя все компоненты. Такой же подход был принят, когда в автомобилях начали использоваться электроника и программное обеспечение — они были просто еще одним „черным ящиком“, который нужно было встроить в автомобиль». Теперь, по его словам, «производителям комплектующих и их поставщикам необходимо перевести свои организации с подхода, ориентированного на аппаратное обеспечение, на подход, ориентированный на программное обеспечение, при этом продолжая поддерживать и совершенствовать автомобили с ДВС с помощью существующих подходов еще как минимум десять лет».
Питер Мертенс, бывший руководитель отдела исследований и разработок Audi AG и член совета директоров, заявил в недавнем интервью CleanTechnica: «Немецкая автомобильная промышленность отдает свои наиболее важные новые продукты, от которых зависит, выживут ли компании в существующей структуре, под ответственность менеджеров, которые имеют минимальный опыт и знания о наиболее важной части — программном обеспечении». Мертенс продолжает, что необходимо найти способ отсеять руководителей, которые не подходят для занимаемой ими должности. «Проведите завтра аттестацию всех топ-менеджеров VW, Audi, Porsche, BMW и Daimler и попросите их написать небольшую игру или простой, но работающий вирус», — говорит он. «Если они не смогут этого сделать, немедленно увольняйте их, потому что они не подходят для этой работы». Сколько их останется, спрашивает Мертенс? Кровь, оставшаяся на полу, будет подсказкой.
Немного рекламы
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
