敏捷方法在汽車軟件開發過程中的整合

汽車軟件在復雜性、創新性、高可靠性、安全要求、變更管理和物理系統的特點方面都很復雜。因此，汽車行業最常見的汽車軟件開發過程遵循V模型。然而，隨著汽車系統的復雜性指數級增長，較晚的驗證和驗證過程導致了不可抗拒的更高的風險和成本的開發手段。一般來說，傳統的軟件開發過程不能滿足動態市場的需求。通過引入敏捷宣言（2001年），它承諾敏捷過程可以保證更早地將產品發布到市場。敏捷方法能夠對市場和客戶不斷變化的需求做出快速反應。此外，在開發過程中，他們提供用戶參與，以對不同的要求進行調整，并對最終的軟件進行后期改進。敏捷方法在汽車行業的整合是一個潛在的解決方案，以面對動態市場環境的挑戰和需求。采用敏捷方法的另一個關鍵因素是軟件開發的傳統過程的不靈活性。然而，敏捷是一種靈活的方法，它允許軟件的增量開發，并在迭代中開發軟件，在增量中交付軟件，而不是在開發過程結束時一次性交付所有軟件。通過在2001年引入敏捷宣言，敏捷方法在軟件開發中變得更加重要。根據敏捷宣言，敏捷方法可以獲得：

在汽車行業中，V模型是最常見和傳統的方法。然而，當涉及到軟件密集型系統的需求工程時，汽車領域的開發方法不能有效地適應需求。例如，當系統的復雜性相對較高時，傳統的V模型在后期驗證階段往往會導致非常高的成本，并且對后期市場和客戶的要求不靈活。

Pfeffer等人進行了一項研究，描述了自動駕駛系統開發過程中發現的挑戰，特別是在設計功能方面出現的問題。所進行的研究是探索性的，采訪了與德國大批量汽車OEMs相關的人員。

Manfred Broy在他的研究中，通過陳述汽車嵌入式系統的主要焦點領域和流程問題，解釋了汽車軟件設計中發現的挑戰。

Marner等人說明了傳統范式和敏捷流程的綜合效應，并提出了在汽車SW領域發布計劃中的挑戰。此外，本研究還解釋了敏捷屬性如何能夠克服已有的挑戰。

Hohl等人在他的研究中考察了汽車行業的嵌入式軟件、敏捷開發和軟件產品系列管理之間的關系。

Schlo?er等人通過解釋敏捷和V模型的優點和缺點，提出了開發汽車軟件的不同框架。本研究對V模型和敏捷過程的結合使用提出了見解。

在汽車領域提出了一種混合方法，用于改進流程，解釋了在安全關鍵型軟件開發環境中，通過整合Scrum和傳統的V模型，可以加快開發流程的因素對于安全關鍵軟件的開發，另一項研究提出了一種開發方法，即在需求分析階段采用形式化規范，并在軟件實施階段后整合形式化驗證。然而，這個方法論主要是針對高可靠性軟件或安全關鍵軟件。

一種評估模型“A HAA-敏捷混合評估法”將 CMMI 元素和 Automotive Spice 與敏捷屬性相結合，引入汽車領域。

Liu等人提出了一項研究，通過引入基于仿真的開發和建立連續和早期的集成驗證，提出了一個改進版的V流程模型，稱為 "增量V開發流程"。基于一個實例項目（案例研究）的初步研究結果表明，增量式V模型可以通過縮短時間周期和持續時間、最小化工作量和提高產品質量來改進V模型。

選擇敏捷方法融入V模型的第一步是分析當前使用V模型的主要挑戰，以及與敏捷方法普遍相關的主要優勢。表1根據V模型進行軟件開發項目中普遍發現的挑戰，構建了這些潛在的改進領域。所提到的挑戰是對汽車領域的詳細文獻分析的結果，主要在本文的第二部分描述。對于每一個挑戰，它都描述了V模型是如何解決這個問題的，以及與此相反，敏捷方法將如何處理這個挑戰。例如，客戶協作（表1中的 "協作類型"）這一挑戰在傳統的V模型項目中通過詳細而全面的客戶合同來解決。這些合同在項目結束時成為一個問題，因為它們沒有充分反映現實，在復雜的項目中存在著不確定性，而且需要不斷地改變和適應。敏捷方法論建議在整個項目執行過程中不斷與客戶互動，重視個人的反饋和變更要求，在共同開發和審查軟件的過程中就預期結果達成共識。顯然，在復雜的汽車軟件開發項目中實施這種新的范式是一項困難的任務，正如第二節中引用的文獻所證明的那樣，它沒有得到充分的解決。

所提議的研究將選擇最有希望將敏捷方法集成到V模型中的候選者，執行過程中的更改，并在示例項目(案例研究)中測試修改后的過程。這背后的一個普遍假設是繼續應用V模型作為汽車軟件開發的主要流程框架。因此，敏捷軟件開發不會完全取代V模型，也不會將V模型集成到敏捷框架中，例如通過多次迭代V周期來增量地生產軟件。關于V模型仍將是雨傘框架的假設還需要進一步研究和驗證。然而，如何在V模型框架中實現敏捷方法是本文研究的重點。

基于 V 模型和敏捷方法改進汽車軟件開發的主要杠桿體現在以下幾個方面:

這個列表將被擴展。這些陳述構成了擬議研究的假設。它們需要細化成如何在V模型中實現敏捷擴展的概念模型，并且需要驗證。它旨在使用行動研究，以便在示例項目中建立評估和驗證的實驗。

V模型將在特定區域進行修改，以評估和驗證已確定的改進(見表1)。作為該方法的一個例子，本節將更詳細地闡述模塊級增量開發的實現(見圖1)。建議將增量開發作為一種敏捷方法，以分解復雜性，允許用戶參與并支持后期更改。

將敏捷嵌入到V模型中--增量式迭代

在基于V模型的軟件開發中，整體軟件架構的分層分解形成了一組軟件模塊的定義，這些模塊實現了客戶要求的功能。在傳統的V模式中，這些模塊被完全開發和測試之后被集成到整個系統中，并再次進行測試。這個過程的最后一步是由客戶進行驗收測試。這導致了客戶很晚才參與進來，反饋也很晚，因此會導致很晚才提出修改要求。擬議的敏捷方法是將模塊開發分成幾個遞增的步驟。這些步驟以敏捷短期的方式進行，根據客戶要求的功能，以漸進的方式實現功能。對于每個短期階段（或一組短期階段），客戶都會參與到審查的結果中。這是一個挑戰，因為客戶可能無法評估所生產的軟件的質量，而不能集成到整個系統中。循環中的軟件（SiL）或循環中的模型（MiL）可能有助于驗證生產的軟件版本。

為了驗證這一發現，針對所提出的方法和確定的挑戰，我們與汽車領域的從業人員進行了一些討論。與從業人員討論的結果表明，本文提出的方法在汽車軟件開發中是有前景的。

下一步是將這些變化落實到一個實際項目的方法中。

[17]Wiecher, C., Japs, S., Kaiser, L., Greenyer, J., Dumitrescu, R., & Wolff, C. “Scenarios in the loop: integrated requirements analysis and automotive system validation”, in Proc. 23rd ACM/IEEE International Conference on Model Driven Engineering Languages and Systems: Companion Proceedings (October 2020), (pp. 1-10).