敏捷實(shí)踐由于其靈活、及時(shí)的交付、豐富的實(shí)現(xiàn)和迭代的特性而在軟件開發(fā)中被廣泛使用?？紤]到廣泛的好處，汽車行業(yè)也正在從傳統(tǒng)的方法轉(zhuǎn)向汽車軟件開發(fā)的敏捷實(shí)踐。汽車軟件的主要挑戰(zhàn)是安全性、復(fù)雜性、用戶參與、靈活性和創(chuàng)新性；這些都是傳統(tǒng)方法難以處理的問題。為了克服這些挑戰(zhàn)，采用這種方法是必要的，它應(yīng)該是靈活的，有快速的變更管理和用戶參與，并能夠完成汽車行業(yè)的要求和標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了加快汽車軟件的開發(fā)過程，有必要整合敏捷開發(fā)流程。本文對敏捷方法的實(shí)施提出了見解，并了解了敏捷流程和V模型在汽車軟件開發(fā)中的綜合使用效果。本文揭示，從研究和產(chǎn)業(yè)的角度來看，如何將敏捷方法和V模型這兩種方法結(jié)合起來，目前還不清楚。本文的研究結(jié)果表明，在汽車軟件開發(fā)中結(jié)合使用敏捷過程和V模型是有前景的，有必要開發(fā)一種結(jié)合敏捷方法和V模型的汽車軟件開發(fā)方法。
I.引言
汽車軟件在復(fù)雜性、創(chuàng)新性、高可靠性、安全要求、變更管理和物理系統(tǒng)的特點(diǎn)方面都很復(fù)雜。因此，汽車行業(yè)最常見的汽車軟件開發(fā)過程遵循V模型。然而，隨著汽車系統(tǒng)的復(fù)雜性指數(shù)級增長，較晚的驗(yàn)證和驗(yàn)證過程導(dǎo)致了不可抗拒的更高的風(fēng)險(xiǎn)和成本的開發(fā)手段。一般來說，傳統(tǒng)的軟件開發(fā)過程不能滿足動(dòng)態(tài)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(chǎn)品發(fā)布到市場。敏捷方法能夠?qū)κ袌龊涂蛻舨粩嘧兓男枨笞龀隹焖俜磻?yīng)。此外，在開發(fā)過程中，他們提供用戶參與，以對不同的要求進(jìn)行調(diào)整，并對最終的軟件進(jìn)行后期改進(jìn)。敏捷方法在汽車行業(yè)的整合是一個(gè)潛在的解決方案，以面對動(dòng)態(tài)市場環(huán)境的挑戰(zhàn)和需求。采用敏捷方法的另一個(gè)關(guān)鍵因素是軟件開發(fā)的傳統(tǒng)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(fā)，并在迭代中開發(fā)軟件，在增量中交付軟件，而不是在開發(fā)過程結(jié)束時(shí)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(fā)中變得更加重要。根據(jù)敏捷宣言，敏捷方法可以獲得：
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“個(gè)人和互動(dòng)高于流程和工具
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客戶參與合同協(xié)商與談判
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工作軟件的全面文檔
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應(yīng)對變化而不是遵循計(jì)劃”
在汽車行業(yè)中，V模型是最常見和傳統(tǒng)的方法。然而，當(dāng)涉及到軟件密集型系統(tǒng)的需求工程時(shí)，汽車領(lǐng)域的開發(fā)方法不能有效地適應(yīng)需求。例如，當(dāng)系統(tǒng)的復(fù)雜性相對較高時(shí)，傳統(tǒng)的V模型在后期驗(yàn)證階段往往會導(dǎo)致非常高的成本，并且對后期市場和客戶的要求不靈活。
盡管這兩種方法--敏捷和V模式--都有它們的好處，但挑戰(zhàn)和限制仍然存在，特別是在汽車軟件開發(fā)方面。本文旨在提供關(guān)于敏捷方法在汽車軟件開發(fā)中的實(shí)施的見解，即敏捷方法如何被用于汽車軟件的開發(fā)，它們的好處、挑戰(zhàn)和限制。它顯示了一些與敏捷方法和傳統(tǒng)流程V模型的結(jié)合使用有關(guān)的效果。
II.相關(guān)工作
Pfeffer等人進(jìn)行了一項(xiàng)研究，描述了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)的挑戰(zhàn)，特別是在設(shè)計(jì)功能方面出現(xiàn)的問題。所進(jìn)行的研究是探索性的，采訪了與德國大批量汽車OEMs相關(guān)的人員。
Manfred Broy在他的研究中，通過陳述汽車嵌入式系統(tǒng)的主要焦點(diǎn)領(lǐng)域和流程問題，解釋了汽車軟件設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的挑戰(zhàn)。
Marner等人說明了傳統(tǒng)范式和敏捷流程的綜合效應(yīng)，并提出了在汽車SW領(lǐng)域發(fā)布計(jì)劃中的挑戰(zhàn)。此外，本研究還解釋了敏捷屬性如何能夠克服已有的挑戰(zhàn)。
Hohl等人在他的研究中考察了汽車行業(yè)的嵌入式軟件、敏捷開發(fā)和軟件產(chǎn)品系列管理之間的關(guān)系。
Schlo?er等人通過解釋敏捷和V模型的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，提出了開發(fā)汽車軟件的不同框架。本研究對V模型和敏捷過程的結(jié)合使用提出了見解。
在汽車領(lǐng)域提出了一種混合方法，用于改進(jìn)流程，解釋了在安全關(guān)鍵型軟件開發(fā)環(huán)境中，通過整合Scrum和傳統(tǒng)的V模型，可以加快開發(fā)流程的因素對于安全關(guān)鍵軟件的開發(fā)，另一項(xiàng)研究提出了一種開發(fā)方法，即在需求分析階段采用形式化規(guī)范，并在軟件實(shí)施階段后整合形式化驗(yàn)證。然而，這個(gè)方法論主要是針對高可靠性軟件或安全關(guān)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(jié)合，引入汽車領(lǐng)域。
Liu等人提出了一項(xiàng)研究，通過引入基于仿真的開發(fā)和建立連續(xù)和早期的集成驗(yàn)證，提出了一個(gè)改進(jìn)版的V流程模型，稱為 "增量V開發(fā)流程"。基于一個(gè)實(shí)例項(xiàng)目（案例研究）的初步研究結(jié)果表明，增量式V模型可以通過縮短時(shí)間周期和持續(xù)時(shí)間、最小化工作量和提高產(chǎn)品質(zhì)量來改進(jìn)V模型。
因此，現(xiàn)有的文獻(xiàn)中沒有關(guān)于結(jié)合敏捷方法和V模型的結(jié)論或最終結(jié)果。目前還沒有任何一種方法能專門解決汽車軟件開發(fā)中結(jié)合敏捷和V模型的所有主要影響。為了解決這個(gè)問題，本文的研究打算開發(fā)一種方法，通過研究V模型使用中面臨的挑戰(zhàn)，用適當(dāng)?shù)拿艚莘椒ń鉀Q這些問題，同時(shí)仍然滿足汽車行業(yè)的要求，例如關(guān)于安全或流程成熟度，從而實(shí)現(xiàn)敏捷方法和V模型的結(jié)合。
III.現(xiàn)有的挑戰(zhàn)
選擇敏捷方法融入V模型的第一步是分析當(dāng)前使用V模型的主要挑戰(zhàn)，以及與敏捷方法普遍相關(guān)的主要優(yōu)勢。表1根據(jù)V模型進(jìn)行軟件開發(fā)項(xiàng)目中普遍發(fā)現(xiàn)的挑戰(zhàn)，構(gòu)建了這些潛在的改進(jìn)領(lǐng)域。所提到的挑戰(zhàn)是對汽車領(lǐng)域的詳細(xì)文獻(xiàn)分析的結(jié)果，主要在本文的第二部分描述。對于每一個(gè)挑戰(zhàn)，它都描述了V模型是如何解決這個(gè)問題的，以及與此相反，敏捷方法將如何處理這個(gè)挑戰(zhàn)。例如，客戶協(xié)作（表1中的 "協(xié)作類型"）這一挑戰(zhàn)在傳統(tǒng)的V模型項(xiàng)目中通過詳細(xì)而全面的客戶合同來解決。這些合同在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)成為一個(gè)問題，因?yàn)樗鼈儧]有充分反映現(xiàn)實(shí)，在復(fù)雜的項(xiàng)目中存在著不確定性，而且需要不斷地改變和適應(yīng)。敏捷方法論建議在整個(gè)項(xiàng)目執(zhí)行過程中不斷與客戶互動(dòng)，重視個(gè)人的反饋和變更要求，在共同開發(fā)和審查軟件的過程中就預(yù)期結(jié)果達(dá)成共識。顯然，在復(fù)雜的汽車軟件開發(fā)項(xiàng)目中實(shí)施這種新的范式是一項(xiàng)困難的任務(wù)，正如第二節(jié)中引用的文獻(xiàn)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(zhí)行過程中的更改，并在示例項(xiàng)目(案例研究)中測試修改后的過程。這背后的一個(gè)普遍假設(shè)是繼續(xù)應(yīng)用V模型作為汽車軟件開發(fā)的主要流程框架。因此，敏捷軟件開發(fā)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(chǎn)軟件。關(guān)于V模型仍將是雨傘框架的假設(shè)還需要進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。然而，如何在V模型框架中實(shí)現(xiàn)敏捷方法是本文研究的重點(diǎn)。
基于 V 模型和敏捷方法改進(jìn)汽車軟件開發(fā)的主要杠桿體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
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在模塊層面上實(shí)施增量開發(fā)（見圖1），以打破復(fù)雜性，允許用戶參與并支持后期修改。
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通過就增量短期的目標(biāo)達(dá)成一致，而不是就完全交付軟件的合同進(jìn)行談判，來培養(yǎng)用戶的參與。這就改變了計(jì)劃的范圍，從完整的項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間變?yōu)橐恍┟艚荻唐诘倪\(yùn)行時(shí)間。
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擺脫基于紙張（或文件）的規(guī)范，使用工作軟件（如原型、模擬、可執(zhí)行規(guī)范），根據(jù)場景和用戶背景進(jìn)行驗(yàn)證。
這個(gè)列表將被擴(kuò)展。這些陳述構(gòu)成了擬議研究的假設(shè)。它們需要細(xì)化成如何在V模型中實(shí)現(xiàn)敏捷擴(kuò)展的概念模型，并且需要驗(yàn)證。它旨在使用行動(dòng)研究，以便在示例項(xiàng)目中建立評估和驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)。
V模型將在特定區(qū)域進(jìn)行修改，以評估和驗(yàn)證已確定的改進(jìn)(見表1)。作為該方法的一個(gè)例子，本節(jié)將更詳細(xì)地闡述模塊級增量開發(fā)的實(shí)現(xiàn)(見圖1)。建議將增量開發(fā)作為一種敏捷方法，以分解復(fù)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(fā)中，整體軟件架構(gòu)的分層分解形成了一組軟件模塊的定義，這些模塊實(shí)現(xiàn)了客戶要求的功能。在傳統(tǒng)的V模式中，這些模塊被完全開發(fā)和測試之后被集成到整個(gè)系統(tǒng)中，并再次進(jìn)行測試。這個(gè)過程的最后一步是由客戶進(jìn)行驗(yàn)收測試。這導(dǎo)致了客戶很晚才參與進(jìn)來，反饋也很晚，因此會導(dǎo)致很晚才提出修改要求。擬議的敏捷方法是將模塊開發(fā)分成幾個(gè)遞增的步驟。這些步驟以敏捷短期的方式進(jìn)行，根據(jù)客戶要求的功能，以漸進(jìn)的方式實(shí)現(xiàn)功能。對于每個(gè)短期階段（或一組短期階段），客戶都會參與到審查的結(jié)果中。這是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)榭蛻艨赡軣o法評估所生產(chǎn)的軟件的質(zhì)量，而不能集成到整個(gè)系統(tǒng)中。循環(huán)中的軟件（SiL）或循環(huán)中的模型（MiL）可能有助于驗(yàn)證生產(chǎn)的軟件版本。
為了驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn)，針對所提出的方法和確定的挑戰(zhàn)，我們與汽車領(lǐng)域的從業(yè)人員進(jìn)行了一些討論。與從業(yè)人員討論的結(jié)果表明，本文提出的方法在汽車軟件開發(fā)中是有前景的。
下一步是將這些變化落實(shí)到一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目的方法中。
在多特蒙德應(yīng)用科學(xué)與藝術(shù)大學(xué)IDiAL學(xué)院內(nèi)，開展了許多汽車軟件開發(fā)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目將作為擬議行動(dòng)研究的第一候選項(xiàng)目。規(guī)劃的環(huán)境是ita3項(xiàng)目全景1，它為復(fù)雜的汽車軟件開發(fā)工具和方法。它涉及到一些大型汽車供應(yīng)商公司的相關(guān)軟件開發(fā)活動(dòng)。
V.總結(jié)
從文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)，汽車行業(yè)正在從傳統(tǒng)模式向更靈活的方法轉(zhuǎn)變，即敏捷方法。對于汽車行業(yè)來說，這種轉(zhuǎn)變并不容易，因?yàn)樵撔袠I(yè)幾十年來一直在遵循傳統(tǒng)的流程。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是基于這些流程的，項(xiàng)目管理和客戶互動(dòng)也相應(yīng)地進(jìn)行。然而，敏捷轉(zhuǎn)型已經(jīng)開始了。文獻(xiàn)還顯示，將敏捷方法與V模型相結(jié)合的成果很少，也沒有任何方法專門解決敏捷方法與V模型相結(jié)合對汽車軟件開發(fā)的影響。在本文中，敏捷元素被嵌入到傳統(tǒng)的V模型中以獲得更好的結(jié)果。目前，正在研究哪些開發(fā)階段可以集成敏捷迭代。并確定了一些候選項(xiàng)目，將在實(shí)例項(xiàng)目中進(jìn)一步研究。從文獻(xiàn)資料和對從業(yè)人員的訪談結(jié)果顯示，所進(jìn)行的方法是有希望的，需要進(jìn)一步研究。在未來的工作中，計(jì)劃基于現(xiàn)有的挑戰(zhàn)來評估所提出的方法：它如何解決已確定的挑戰(zhàn)，以及所提出的方法在多大程度上可以應(yīng)用于汽車軟件的開發(fā)過程。
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