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Como o software está mudando o desenvolvimento automotivo

Por Nand Kochhar, vice-presidente de estratégias para os setores automotivo e de transporte da Siemens Digital Industries Software.

O software é um componente fundamental de quase todos os veículos modernos. Os consumidores automotivos continuam exigindo recursos baseados em software de alta tecnologia. Essa transição para um veículo definido por software está causando um rápido crescimento na complexidade do veículo e mudando a natureza do desenvolvimento automotivo (Figura 1).

Para permanecerem competitivos na indústria automotiva moderna, os fabricantes e fornecedores de equipamentos automotivos originais devem fornecer recursos inovadores de veículos baseados em software que se integrem perfeitamente aos sistemas mecânicos, elétricos e eletrônicos de um veículo.

Figura 1: A transição para o veículo definido por software está promovendo a inovação de dezenas de recursos automotivos avançados e um rápido aumento da complexidade (fonte da imagem: Siemens).

A importância desses sistemas de software aumenta à medida que o setor se aproxima de alcançar a autonomia total. Em um veículo autônomo (VA), o software assumirá total responsabilidade por guiar o veículo em ambientes de direção dinâmica. Essa tarefa exigirá a incorporação de algoritmos de inteligência artificial e aprendizado de máquina em sistemas de software que já são complexos para processar informações e tomar decisões em tempo real. O impacto dessa complexidade crescente se manifestará de várias maneiras no desenvolvimento de software automotivo:

Projeto e desenvolvimento de software — Os sistemas de software terão que atender a um número maior de requisitos, oferecer mais recursos/funções e operar com maior confiabilidade enquanto o veículo terá um número cada vez maior de sistemas de software.

Verificação/validação e conformidade — Com o aumento de sistemas de software no veículo, a tarefa de verificar e validar sua funcionalidade torna-se muito mais difícil. Isso se aplica principalmente a sistemas fundamentais de segurança que devem atender a requisitos mais rigorosos de taxas de falha e modos de falha (segurança funcional).

Gerenciamento de mudanças — Quando surgem mudanças no projeto, as equipes de software precisam testar e validar a implementação da mudança e aplicá-la em cascata em todos os sistemas afetados. A dispersão e a implementação dessas mudanças de forma eficiente, precisa e organizada são fundamentais para a construção de um veículo que funcione conforme pretendido e que seja seguro.

Os sistemas de software permitem a criação de veículos mais inteligentes, mais adaptáveis, mais convenientes e mais desejáveis, mas também aceleram os ciclos de desenvolvimento e contribuem para a complexidade do veículo. Enquanto as montadoras enfrentam esses desafios, novas abordagens para o desenvolvimento de veículos podem ajudar a gerenciar a crescente complexidade dos sistemas de software, hardware, mecânicos e elétricos dos veículos autônomos.

A complexidade do software gera novos desafios – A integração de vários softwares no veículo aumenta a complexidade, em particular a interação entre o software e os outros sistemas, como os sistemas elétricos e eletrônicos (E/E), redes e hardware eletrônico.

O aumento do conteúdo de software do veículo leva a um aumento na frequência e importância das interações entre o software e outros sistemas. Esses outros sistemas devem considerar o aspecto de tempo real da maioria dos softwares automotivos modernos, adicionando restrições de compatibilidade tanto ao hardware selecionado quanto aos sistemas de software durante o projeto.

A complexidade adicional em todos os níveis do veículo sobrecarregará os processos tradicionais de desenvolvimento em silos. Os problemas de integração se tornarão mais frequentes e graves entre as equipes e disciplinas de engenharia.

Abordagens baseadas em documentos para o gerenciamento do programa de sistemas também se tornarão inviáveis com o envolvimento de mais equipes e parceiros externos no programa do veículo. Com isso, o desenvolvimento do veículo pode levar a um aumento no risco de recall do veículo, no uso da garantia para reparos e mais despesas para a montadora.

A digitalização permite o futuro do projeto de VAs – As montadoras devem encontrar novas abordagens de desenvolvimento de software para continuar a jornada rumo aos veículos autônomos (Figura 2).

Hoje, as equipes de engenharia de software automotivo e o ciclo geral de desenvolvimento de veículos estão mal preparados para enfrentar os desafios do futuro. Com isso, muitas empresas estão adotando abordagens de engenharia de software baseada em recursos para gerenciar a complexidade e acelerar os ciclos de desenvolvimento.

Figura 2: As montadoras terão que adotar novas abordagens de desenvolvimento de software automotivo para superar a complexidade dos veículos autônomos (fonte da imagem: Siemens).

Porém, essas abordagens apresentam lacunas. Muitas empresas ainda usam abordagens baseadas em documentos para acompanhar e gerenciar o desenvolvimento de software. Isso não será expandido para resolver os desafios de um carro moderno, e certamente não de um VA.

Em abordagens baseadas em documentos, baseadas em recursos ou não, as empresas encontrarão dificuldades para garantir a conformidade dos processos de software e desenvolvimento com os vários padrões, incluindo segurança funcional.

O gerenciamento de mudanças e a colaboração entre as equipes também serão difíceis, pois os sistemas de software serão mais sofisticados e interconectados entre si e com os outros sistemas ao redor do veículo. As alterações de engenharia devem ser implementadas em cascata de maneira eficiente nos vários sistemas, exigindo a colaboração contínua das equipes durante o desenvolvimento.

Abordagem de engenharia de software e sistemas em toda a empresa – A digitalização pode ajudar a preencher as lacunas do desenvolvimento tradicional de software automotivo. A digitalização leva as empresas além da abordagem de desenvolvimento baseada em documentos e ajuda a melhorar a integração do software com os outros domínios de engenharia.

Com isso, os engenheiros de software podem trabalhar de forma mais próxima e eficiente com seus colegas de hardware eletrônico, sistemas E/E e da área mecânica (Figura 3).

Essa maior colaboração pode reduzir riscos relacionados ao desenvolvimento, facilitando o processo de encontrar e resolver problemas de projeto ou evitando o surgimento desses problemas.

Desta forma, todas as áreas podem melhorar e otimizar seus projetos, apesar dos ciclos de desenvolvimento acelerados, pois gastam menos tempo com a resolução de problemas durante a integração.

Figura 3: A digitalização permite que as equipes de engenharia de todas as áreas colaborem no desenvolvimento de soluções e inovação de recursos e funções do veículo (fonte da imagem: NDABCREATIVITY).

A digitalização também permite que as montadoras adotem uma abordagem de engenharia de software e sistemas (SSE, na sigla em inglês) em toda a empresa para o desenvolvimento geral do veículo. Um processo de SSE digitalizado permite que as montadoras tenham uma visão holística no nível dos sistemas do veículo durante o seu desenvolvimento usando ferramentas digitais conectadas.

A visão no nível dos sistemas inclui várias áreas e subsistemas, como software, hardware, sistemas mecânicos, etc.

A SSE capta os requisitos do produto, as metas de desempenho, as restrições e outras informações para formar a definição do produto. Essas definições e requisitos ficam disponíveis para todos os grupos envolvidos, incluindo CAD, CAE e até mesmo empresas parceiras. Também permite um fluxo multidirecional de informações.

Quando as simulações e os testes são concluídos, esses dados podem ser captados para enriquecer ainda mais o gêmeo digital do veículo, garantindo a todos os grupos envolvidos o acesso a um modelo atualizado do veículo e do seu comportamento.

Um fluxo moderno de desenvolvimento de software digitalizado, baseado em SSE, é construído com base em três pilares principais:

Captura de requisitos e especificações de teste de todos os aspectos de sistemas de software com designação de atributos e rastreabilidade integrada. Isso pode incluir uma plataforma online para gerenciamento do fluxo de trabalho e soluções digitais para gerenciamento de casos de teste com rastreabilidade de requisitos.

Procedimentos de projeto e teste que conectam os requisitos a modelos e código. Isso permite o rastreamento de resultados de teste, testes automatizados e planejamento de lançamento de software com monitoramento de status.

Relatórios em tempo real e painéis que podem fornecer informações sobre o desenvolvimento do modelo com feedback em forma de resultados automatizados.

Esses pilares criam uma solução que pode fornecer continuamente informações fundamentais para as pessoas certas em todas as fases do desenvolvimento, incluindo processos de especificação de software, implementação, teste, reutilização de modelo e análise de mudanças e impactos. Essa solução também permite que os grupos envolvidos visualizem e gerenciem informações de uma plataforma globalmente acessível, com rastreabilidade direta de modelos relevantes.

Essa abordagem pode ajudar a coordenar o fluxo geral de desenvolvimento de software, desde a engenharia de programação de nível superior (decomposição de recursos/funções, estudos comerciais, definição de metas, etc.) até os controles centrais e os processos de engenharia de software. E por meio da digitalização, as áreas e equipes de engenharia estão mais integradas e preparadas para superar os desafios do desenvolvimento e integração de software de VAs.

Conclusão – A complexidade dos veículos está aumentando, impulsionada pelo rápido crescimento no conteúdo e sofisticação dos vários softwares que fornecem os recursos e as funções avançadas exigidas no mercado atual.

A busca contínua por veículos autônomos comercialmente disponíveis vai reunir essas tendências, tornando o software uma peça fundamental do projeto automotivo e elevando ainda mais a complexidade do veículo.

Enquanto as montadoras enfrentam essa complexidade e os desafios associados, elas vão descobrir que as metodologias tradicionais de desenvolvimento de software baseadas em documentos e em silos são inadequadas para essa tarefa.

Para acompanhar essas mudanças, as empresas automotivas terão que adotar a digitalização e uma abordagem holística de engenharia de software e sistemas para o projeto e o desenvolvimento de software automotivo. Essa abordagem incentiva e facilita a colaboração entre as áreas de engenharia e permite um fluxo multidirecional de informações em toda a organização, capacitando os engenheiros automotivos a concretizar o futuro da mobilidade.

Autor – Nand Kochhar é vice-presidente de estratégias para os setores automotivo e de transporte da Siemens Digital Industries Software. Ele ingressou na Siemens em 2020, após quase 30 anos na Ford Motor Company, onde atuou mais recentemente como Engenheiro Chefe de Sistemas de Segurança Global. Nesta função, Kochhar foi responsável pelo desempenho da segurança de veículos de todos os produtos das marcas Ford e Lincoln globalmente. Ele também atuou como Líder Técnico Executivo, CAE e como membro do Conselho Consultivo de Tecnologia da Ford. Na Ford, Kochhar também ocupou cargo de liderança de engenharia executiva em várias áreas, incluindo desenvolvimento de produtos, manufatura, digitalização, desenvolvimento e implementação de tecnologia de simulação.

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