干货分享 | 如何利用MBSE赋能汽车中控锁安全开发

随着汽车智能化、网联化加速演进，电子控制系统复杂度呈指数级增长，开发周期与质量要求日益严苛。然而，传统的“文档驱动”开发模式在应对复杂系统时，其效率与协同瓶颈日益凸显：

• 信息孤岛，追溯低效：需求、设计、测试等关键信息分散于海量文档中，工程师需频繁人工切换与追溯关联，效率低下且易增加信息遗漏风险。
• 变更脱节，协同困难：需求或设计变更难以及时、精准地同步至所有相关环节，导致大量返工、系统不一致及潜在质量隐患。
• 工具割裂，集成不畅：系统接口定义依赖Excel手动管理、模型生成易发冲突、工具链集成度低且调试问题频发，影响开发流畅度。

基于模型的系统工程（MBSE），通过统一的数字化模型，为破解上述难题提供了强大引擎。其以SysML架构建模为纽带，贯通需求管理工具与模型开发工具，构建需求、模型与设计的协同管理，为开发质量提升提供强有力的技术支撑。

本文以某高度集成的物理区域控制器（ZCU）中的中控锁功能开发为例，详细展示MBSE如何实现初始架构与安全架构的整合，提升效率与一致性，流程如下：

• 系统阶段，根据客户输入的功能安全目标得到潜在失效模式，在系统初始架构的基础上进行FTA/FMEA分析，得到安全机制；结合客户输入的功能安全需求分析得到技术安全需求，最后得出系统安全架构。
• 软件阶段，在软件初始架构的基础上进行FMEA分析，结合软件功能性需求得到软件安全需求，输出软件安全架构。

分析安全目标，得到失效模式：

图1 失效模式

安全分析（FTA/FMEA）：

图2 FTA分析

图3 FMEA分析

安全机制设计：

图4 安全机制设计

TSR导出：

图5 TSR导出

安全架构迭代：

图6 初始架构与安全架构对比

SSR导出：

图7 SSR导出

软件安全架构实现：

图8 软件安全架构

在构建上述软件安全架构乃至整个系统安全开发过程中，模型与数据追溯构成了MBSE方法落地的关键支撑，两者相辅相成，缺一不可。没有精确、严谨的系统与软件模型，设计意图和复杂逻辑就难以被清晰、无歧义地表达和验证；而没有贯穿始终的数据追溯关系，则无法有效保证从顶层安全目标、到技术安全需求（TSR）、再到软件安全需求（SSR）和最终实现（如SWC）的层层递进与一致性。这种追溯确保了设计决策有据可依，需求变更能精准评估影响范围，是保障功能安全开发过程完整性与可信度的核心。利用IBM Rhapsody需求管理与追溯能力实现了这一闭环：

• 模型元素关联需求：将Rhapsody模型中系统架构元素、安全机制、软件组件等，关联到需求管理工具中的具体需求条目。
  构建完整追溯链：Rhapsody支持建立从高层次需求（如安全目标）到低层次需求（TSR、SSR），再到设计模型元素的端到端追溯链。这使得“安全目标 -> 失效模式 -> FTA/FMEA分析结果 -> 安全机制 -> TSR -> SSR -> SWC设计实现”的完整逻辑链条在模型中可视化、可查询。
• 追溯可视化与覆盖分析：基于建立的链接关系，Rhapsody支持生成追溯表格/矩阵，以表格形式清晰展示需求与模型元素之间的覆盖情况，是进行需求覆盖度分析和影响分析的关键依据。
• 支撑变更影响分析： 当上游需求（如TSR）发生变更时，利用Rhapsody建立的追溯链，可以快速、准确地识别出模型中哪些设计元素（如特定的SWC或安全机制）受到了影响，并通知相关责任人进行同步更新和验证，有效避免了变更脱节和潜在的不一致风险。

正是通过Rhapsody实现的模型与追溯的结合，为有效解决传统开发模式下的信息孤岛与变更断层问题奠定了坚实基础。

综上，在汽车中控锁安全开发过程中，MBSE方案以其核心优势及强大能力，直击用户痛点，有效了解决开发中的问题：

优化文档追溯效率：通过需求管理工具（如Doors）构建结构化需求库，架构建模工具(Rhapsody)链接需求条目与模型元素（如安全机制、SWC），支持穿透查看关联信息（如安全机制关联的TSR及FTA分析）并生成追溯矩阵/图。

消除需求变更断层：要求所有变更通过需求管理工具提交；基于需求属性（如关联功能安全标记）和模型追溯链识别影响范围并通知相关方；支持版本快照对比。

有效解决接口协同难题：所有SWC接口在统一模型库中定义和维护；直接从SWC架构建模生成ARXML文件；公用接口全局复用；集成版本控制管理接口变更，模型差异比对工具检测接口冲突并通知影响范围。

经纬恒润MBSE解决方案，以架构建模为纽带，工具链集成为支撑，帮助客户有效应对汽车电子系统日益增长的复杂性挑战。通过打破信息孤岛、实现变更协同、提升工具链流畅度，加速开发进程、降低返工成本、提升系统整体质量与可靠性。