《Systems》：Towards a Unified Engineering Approach for Variability and Modular Architecture Management in Automotive Systems
编辑推荐：
汽车系统正经历着由软件定义车辆、自动驾驶功能和日益互联的E/E（电气/电子）架构转型所驱动的复杂性快速增长。这种转变加剧了硬件和软件领域的可变性，并对既有的工程方法构成挑战。传统的模块化产品开发（MPD）提供了管理硬件复杂性的结构机制，而系统与软件产品线工程（
汽车系统正经历着由软件定义车辆、自动驾驶功能和日益互联的E/E（电气/电子）架构转型所驱动的复杂性快速增长。这种转变加剧了硬件和软件领域的可变性，并对既有的工程方法构成挑战。传统的模块化产品开发（MPD）提供了管理硬件复杂性的结构机制，而系统与软件产品线工程（SPLE）则提供了管理软件可变性的方法。然而，这些范式通常被孤立应用，缺乏能够应对汽车系统中跨领域可变性和架构同步的集成方法论。本文研究了如何将SPLE和MPD系统性地集成，以管理汽车系统的可变性和架构复杂性。遵循以设计为导向的研究方法，研究人员从一个原始设备制造商（OEM）的汽车案例研究中推导出行业需求。针对这些需求分析了现有的SPLE和模块化方法，揭示了在跨领域可追溯性、同步机制和生命周期协调方面的差距。基于此分析，研究人员提出了一种集成方法论，将SPLE的可变性建模原理与架构模块化概念相结合。该方法能够管理模块结构，支持汽车环境中的系统级一致性。主要贡献是一个模型集成框架，它桥接了可变性管理和模块化架构设计，以应对汽车行业日益增长的系统复杂性。
随着汽车行业向软件定义车辆（SDV）的转型，电子/电气（E/E）架构的互联性和自动驾驶功能使系统复杂性急剧增加，硬件与软件领域的可变性（variability）显著扩大。传统上，模块化产品开发（MPD）通过结构机制管理硬件复杂性，而系统与软件产品线工程（SPLE）则提供软件可变性的管理方法，但两者孤立应用，缺乏跨域同步与生命周期协调的集成方法论。为填补这一空白，研究团队基于设计研究法（DRM），从大众集团（Volkswagen Group）旗下保时捷公司（Porsche AG）的工业案例中提取行业需求，分析了现有SPLE与MPD方法的不足，提出了一种面向汽车系统的模块化系统产品线工程（MSPLE）方法论，并发表于《Systems》期刊。
本研究采用的关键技术方法包括：基于特征建模（feature modeling）的可变性表示，利用正交可变性模型（OVM）和特征导向域分析（FODA）方法构建多层级特征模型；采用RFLP（需求、功能、逻辑、物理）框架实现系统架构的跨层映射与可追溯性；依托模型驱动系统工程（MBSE）工具链（3DEXPERIENCE、Codebeamer、Cameo Systems Modeler）进行实例化验证。案例来源为大众集团内保时捷的侧视镜子系统工业应用分析。
研究结果按以下子标题展开：
**1. 定义系统（Define the System）**
该阶段通过RFLP框架，从需求层（R）出发，将用户故事转化为用例并分解为基本功能（F），在逻辑层（L）将功能分配至逻辑系统组件，形成模块化系统单元。研究表明，基于大众集团的逻辑参考系统架构（LRSA）可建立跨品牌、跨项目的一致逻辑层次，为模块化分解奠定基础。
**2. 文档化系统（Document the System）**
在物理层（P），将逻辑元素映射为具体的机械、电子或软件工程制品（如CAD模型）。通过中央特征目录中的技术属性描述模块的可变性，并利用属性驱动的可控性实现配置决策。研究证明，这一方法可在150%产品结构中保留所有变体，并为后续重用提供可配置的资产。
**3. 管理系统（Manage the System）**
核心是建立多层级特征模型，避免单一模型，每个子系统拥有独立的特征模型，并通过自底向上的约束规则确保一致性。特征分为能力（capability）和结构数据（structural data），分别对应功能与边界条件。研究指出，这种分层特征模型结合属性链接，可支持模块的持续演化与配置管理，但时间维度（如生命周期演化）暂未涵盖。
**4. 重用系统（Reuse the System）**
通过配置层级（200%系统存储→150% E/E架构与平台→130%车辆项目→120%衍生车型→100% VIN特定车辆）逐步细化特征选择，实现从系统存储到具体车辆实例的配置转换。研究证明，该分层配置外显了隐含的配置知识，并保持RFLP端到端可追溯性，支持测试与验证活动的针对性生成。
**讨论与结论**
讨论部分指出，MSPLE方法论在概念上整合了SPLE与MPD，但界面定义、模块粒度划分、工具互操作性及时间维度管理仍有待完善。结论部分（翻译如下）：本文研究了可变性管理与产品模块化在模型驱动工程中的集成。分析表明，现有SPLE和MPD方法因缺乏统一的可变性与模块结构整合，未能充分满足需求。为填补这一空白，MSPLE方法论作为概念框架被提出，为未来操作化和工业应用奠定基础。基于此，本文做出两大贡献：第一，提出结合SPLE与MPD的集成方法，通过特征模型驱动的模块治理和形式化方法论实现；第二，基于模型驱动SPLE和RFLP范式，建立了沿V模型的一致可追溯性框架。案例研究证明了从需求到物理实现的端到端可追溯性。MSPLE主要关注V模型左侧，验证与确认活动尚未明确涉及，但未来可扩展至测试用例与验证制品的可追溯性链。该方法为操作化集团系统存储（GSS）提供了重要基础，但模块定义、产品分解及时间维度管理需由企业根据自身上下文补充。未来研究应聚焦于可扩展性、界面细化及方法标准化，以支持鲁棒的工业应用。
