對(duì)比時(shí)下每個(gè)人都在使用的智能手機(jī)，它的感知價(jià)值卻是隨時(shí)間而增長(zhǎng)。原因在于其不斷引入新的應(yīng)用軟件，操作系統(tǒng)和應(yīng)用也因?yàn)椴粩嗟脑诰€更新持續(xù)滿足人們?cè)鲩L(zhǎng)的期望。其價(jià)值最低的時(shí)候，反而有可能是打開包裝盒的時(shí)候。

不僅僅是手機(jī)，家用電器、智能汽車、醫(yī)療設(shè)備等等，都是這樣。此前它們并不互連，也缺乏智能，更多時(shí)候需要手工去維護(hù)。盡管其功能非常簡(jiǎn)單，或者是體積極度瘦小，由于軟件的持續(xù)支持，它們變得更加具有交互性、更加智能。

“軟件定義汽車”是當(dāng)下汽車行業(yè)最流行的術(shù)語，汽車制造商也正在以電氣化、自動(dòng)駕駛和互聯(lián)互通來作為解決方案推出大量新的商業(yè)模式，比如應(yīng)用商店和訂閱軟件等提供諸如改進(jìn)駕駛舒適度、提升安全性能和以及類似通過汽車去接通手機(jī)電話等跨設(shè)備的無縫數(shù)字體驗(yàn)，滿足消費(fèi)者越來越高甚至獨(dú)一無二的需求，而不僅僅是止步于數(shù)字界面。

MathWorks全球行業(yè)總監(jiān) Arun Mulpur

“這其中有很多關(guān)鍵的品牌定義的特性都是由軟件所驅(qū)動(dòng)的。軟件定義的產(chǎn)品在我們的生活中越來越普及?！盡athWorks全球行業(yè)總監(jiān)Arun Mulpur在2025年MATLAB EXPO（北京站）上開門見山：“這個(gè)非凡的現(xiàn)象，標(biāo)志著軟件定義的市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)。”

挑戰(zhàn)與實(shí)踐：從軟件定義的產(chǎn)品到軟件定義的系統(tǒng)

伴隨快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)，是越來越嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。

當(dāng)復(fù)雜的產(chǎn)品變得更加復(fù)雜，以及軟件定義的產(chǎn)品變成了一個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候，人們面臨的挑戰(zhàn)是應(yīng)該如何去高質(zhì)量地構(gòu)建這些系統(tǒng)，如何快速地去交付、去部署去運(yùn)行和維護(hù)。

東風(fēng)汽車通過利用MATLAB和Simulink加速了車身域控軟件的開發(fā)，利用MATLAB實(shí)現(xiàn)了音頻控制的嵌入式代碼生成與部署。

相比智能駕駛，簡(jiǎn)單的塑料瓶看不出科技含量，也沒有太多軟件。但制造商KRONES采用基于模型的設(shè)計(jì)將軟件應(yīng)用于復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備中，通過使用MATLAB及系統(tǒng)仿真來進(jìn)行系統(tǒng)仿真與數(shù)字孿生，以及虛擬的開發(fā)和測(cè)試，結(jié)合實(shí)時(shí)的設(shè)備數(shù)據(jù)狀況和環(huán)境不斷地進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了塑料瓶更加精準(zhǔn)的輸送定位和成型，確保更高質(zhì)量更高效率地產(chǎn)出大量的塑料瓶，并且減少了設(shè)備停機(jī)時(shí)間與材料浪費(fèi)。

除了制造行業(yè)，軟件定義的系統(tǒng)也在其他的行業(yè)發(fā)揮作用，汽車、低空交通、航空航天、手術(shù)機(jī)器人以及消費(fèi)電子等更多的行業(yè)應(yīng)用，都已經(jīng)普遍實(shí)現(xiàn)了軟件定義。

“雖然軟件定義產(chǎn)品的行業(yè)成熟度各有不同，但在各個(gè)行業(yè)內(nèi)部都得到了很大的發(fā)展。”Arun Mulpur介紹說，“當(dāng)你把設(shè)備的一些功能搭建在半導(dǎo)體以及軟件上的時(shí)候，軟件定義產(chǎn)品這件事情就開始發(fā)生，而且是越來越被更多的行業(yè)所應(yīng)用?！?/p>

MathWorks聯(lián)手合作伙伴：讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟件定義

是什么讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟件定義？

目前各界正致力于構(gòu)建非?？煽康娜孪到y(tǒng)，通常需要去做一些功能安全認(rèn)證，需要集成軟件和物理硬件，但是軟件定義存在幾個(gè)關(guān)鍵特征。

Arun Mulpur表示，首先，對(duì)于現(xiàn)代軟件開發(fā)而言，自動(dòng)化是其核心，它離不開更快的速度、更敏捷的處理、更頻繁的發(fā)布以及采用無限更新的方式；其次，是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的功能，利用現(xiàn)實(shí)世界的洞察來進(jìn)行持續(xù)的改進(jìn)；三是云集成，既需要用于開發(fā)，同時(shí)也需要用于已部署系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋。

不過，Arun Mulpur表示，當(dāng)系統(tǒng)和軟件定義兩種完全不同的文化融合在一起，既能創(chuàng)造巨大的機(jī)遇，也可能帶來巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗麄兙哂胁煌乃季S方式、工具鏈和工作流，讓集成變得充滿風(fēng)險(xiǎn)。

1）基于模型設(shè)計(jì)

基于模型設(shè)計(jì)（Model-Based Design，MBD）是MathWorks提出的一種設(shè)計(jì)理念，以模型為核心，通過創(chuàng)建系統(tǒng)模型，覆蓋需求分析、設(shè)計(jì)、仿真、代碼自動(dòng)生成和測(cè)試等環(huán)節(jié)，可提前驗(yàn)證設(shè)計(jì)、發(fā)現(xiàn)并解決問題，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的高效開發(fā)與優(yōu)化并且確保集成是無縫的這樣一個(gè)開發(fā)流程。

MathWorks還在不斷地?cái)U(kuò)展關(guān)鍵功能，尤其是在仿真領(lǐng)域。比如電氣化領(lǐng)域，MathWorks通過Simulink和Simscape Electrical的結(jié)合，提供半導(dǎo)體、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、傳感器和作動(dòng)器組件的模型，可用來對(duì)機(jī)電系統(tǒng)和電子系統(tǒng)進(jìn)行仿真；采用Simscape Battery用于仿真電池管理和儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過使用高級(jí)控制算法進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)和部署，實(shí)現(xiàn)新的電機(jī)控制方法，用于高性能的控制器。

同時(shí)，互操作性也是實(shí)現(xiàn)軟件定義產(chǎn)品的關(guān)鍵。MathWorks的工具提供開放的API，支持和絕大多數(shù)的主流工具和工作流程，以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等的協(xié)同工作，包括FMI和ROS這樣的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保這個(gè)開放式的架構(gòu)能夠融入客戶現(xiàn)有的工作流程。

2）持續(xù)推進(jìn)先進(jìn)的代碼生成和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

在先進(jìn)的代碼生成和嵌入式的系統(tǒng)開發(fā)方面，MathWorks也在開發(fā)新的能力。

一方面，利用合作伙伴的優(yōu)化庫并與之集成。如與英飛凌合作開發(fā)汽車的微控制器MCU，也與高通等合作開發(fā)音頻和其他應(yīng)用，再者，使用新思科技的虛擬化來使開發(fā)人員能夠盡早的評(píng)估性能，縮短迭代周期，甚至在實(shí)際的硅片可用之前都能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)。

另一方面，通過運(yùn)行Linux的強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理器，MathWorks可支持一些新的計(jì)算架構(gòu)，比如用于感知和ADAS應(yīng)用中車載數(shù)據(jù)處理的NXP GoldBox for in-vehicle高性能計(jì)算架構(gòu)。

在Arun Mulpur看來，軟件定義的系統(tǒng)將超越嵌入式系統(tǒng)的范疇，高性能計(jì)算正被集成到車輛和產(chǎn)品中。MathWorks不僅可以處理對(duì)傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)過于龐大的數(shù)據(jù)，同時(shí)還能夠保持實(shí)時(shí)的性能。

通過基于模型設(shè)計(jì)，將虛擬化和仿真與DevOps和CI/CD工作流接通，為軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)與DevOps團(tuán)隊(duì)協(xié)同應(yīng)用現(xiàn)代軟件開發(fā)和部署提供了一個(gè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了工程開發(fā)團(tuán)隊(duì)之間統(tǒng)一思維方式、方法、工具和工作流程，杜絕了誤會(huì)與摩擦，避免了導(dǎo)致延誤的問題、效率低下以及質(zhì)量問題的發(fā)生。

3）以人工智能為抓手，驅(qū)動(dòng)軟件定義產(chǎn)品進(jìn)化

從智能汽車自動(dòng)駕駛算法優(yōu)化，到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能監(jiān)控，人工智能正重塑軟件定義產(chǎn)品格局，開啟智能新時(shí)代。

在軟件定義產(chǎn)品的浪潮中，人工智能也正成為核心驅(qū)動(dòng)力。MathWorks憑借其工具鏈，助力企業(yè)將人工智能深度融入產(chǎn)品全生命周期。從設(shè)計(jì)到部署，AI不僅優(yōu)化產(chǎn)品性能，更催生全新功能與體驗(yàn)。

借助MATLAB的深度學(xué)習(xí)工具箱，工程師能輕松構(gòu)建、訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并將其部署到嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能決策。Simulink平臺(tái)支持集成開源AI框架如PyTorch、TensorFlow的模型，無需復(fù)雜轉(zhuǎn)換，直接用于仿真與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大大提升開發(fā)效率。更重要的是，利用AI賦能傳統(tǒng)行業(yè)設(shè)備，通過對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，減少資源浪費(fèi)。

MathWorks攜手英偉達(dá)等硬件廠商，提供專有庫支持，進(jìn)一步強(qiáng)化AI在嵌入式系統(tǒng)中的性能表現(xiàn)。

4）將軟件定義技術(shù)延伸到云端

以軟件定義的汽車為例，若想在不改變硬件環(huán)境下部署新功能或增強(qiáng)加速性能的新駕駛模式，可通過云實(shí)現(xiàn)。

MathWorks基于AWS云技術(shù)，結(jié)合MATLAB和Simulink與新思科技虛擬原型、數(shù)字孿生技術(shù)及Elektrobit的嵌入式互聯(lián)軟件產(chǎn)品和互聯(lián)和安全、自動(dòng)駕駛相關(guān)服務(wù)，進(jìn)行可視化虛擬ECU仿真，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證和確認(rèn)工作流程左移，避免轉(zhuǎn)向?qū)嶋H硬件時(shí)出現(xiàn)意外。

起初MATLAB在云端冷啟動(dòng)時(shí)間需12分鐘，經(jīng)過開發(fā)變通方法和優(yōu)化方式，如預(yù)啟動(dòng)技術(shù)，首次啟動(dòng)時(shí)間縮短至一分鐘。

在整個(gè)軟件定義系統(tǒng)中，系統(tǒng)工程師、平臺(tái)工程師和基于模型的開發(fā)團(tuán)隊(duì)是三個(gè)最關(guān)鍵的角色，集成式環(huán)境可讓他們相互連接交流。其中平臺(tái)工程師常見任務(wù)是為AWS或Azure構(gòu)建自定義MATLAB和Simulink的機(jī)器鏡像。

以軟件定義推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展

在軟件定義產(chǎn)品的背景下，客戶通過軟件更新拓展產(chǎn)品生命周期。產(chǎn)品交付后并非一成不變，而是可通過更新功能持續(xù)進(jìn)化，減少因功能固化導(dǎo)致的硬件廢棄，從而降低資源浪費(fèi)，契合可持續(xù)發(fā)展理念。如一些老舊設(shè)備雖硬件固定，難以進(jìn)行功能更新，但借助軟件定義產(chǎn)品的技術(shù)手段，仍可發(fā)揮剩余價(jià)值。MathWorks利用其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，經(jīng)分析挖掘優(yōu)化運(yùn)行模式，提升效能表現(xiàn)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化利用。

MathWorks提供的基于模型設(shè)計(jì)和相關(guān)工具鏈，為軟件定義產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用提供了有力支持，幫助企業(yè)更好地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。通過支持軟件定義產(chǎn)品的持續(xù)更新和迭代，促進(jìn)資源的高效利用和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，共同應(yīng)對(duì)全球資源與環(huán)境挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

MathWorks中國(guó)工業(yè)自動(dòng)化與裝備（IA&M）行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理 宋勝凱（左）

“通過持續(xù)更新創(chuàng)造價(jià)值，以系統(tǒng)和軟件定義的思維模式共同成為推動(dòng)因素。MathWorks竭力提供支持，幫助客戶更好地進(jìn)行下一代軟件定義系統(tǒng)的部署和應(yīng)用?！盇run Mulpur表示，這既是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是一個(gè)新的機(jī)遇。

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