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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,。考慮到廣泛的好處,，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(duì)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,。 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(jí)增長(zhǎng),，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(chǎng)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(chǎng),。敏捷方法能夠?qū)κ袌?chǎng)和客戶不斷變化的需求做出快速反應(yīng),。此外，在開發(fā)過程中,，他們提供用戶參與,，以對(duì)不同的要求進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)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(duì)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)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：- 應(yīng)對(duì)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(duì)較高時(shí),，傳統(tǒng)的V模型在后期驗(yàn)證階段往往會(huì)導(dǎo)致非常高的成本,，并且對(duì)后期市場(chǎng)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。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(duì)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(duì)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(duì)高可靠性軟件或安全關(guān)鍵軟件,。一種評(píng)估模型“A HAA-敏捷混合評(píng)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,。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(shì)。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(duì)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(duì)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(shí),。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(cè)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(huì)完全取代V模型,，也不會(huì)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:- 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,。
- 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,。
- 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(chǎng)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(píng)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(píng)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(jí)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。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(cè)試之后被集成到整個(gè)系統(tǒng)中,，并再次進(jìn)行測(cè)試。這個(gè)過程的最后一步是由客戶進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試,。這導(dǎo)致了客戶很晚才參與進(jìn)來,，反饋也很晚，因此會(huì)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(duì)于每個(gè)短期階段（或一組短期階段），客戶都會(huì)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(píng)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(duì)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),。
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(duì)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(duì)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(duì)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(píng)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。[1]J. Bosch and P. M. Bosch-Sijtsema, “Introducing agile customer centered development in a legacy software product line,” Software Practice and Experience, 2011, vol. 41, no. 8, pp. 871–882.[2]K. Beck, M. Beedle, A. van Bennekum, A. Cockburn, W. Cunningham, M. Fowler, J. Grenning, J. Highsmith, A. Hunt, R. Jeffries, J. Kern, B. Marick, R.C. Martin, S. Mellor, K. Schwaber,J. Sutherland, D. Thomas, “Manifesto for Agile Software Development”, 2001.[3]B. Katumba and E. Knauss, “Agile development in automotive software development: Challenges and opportunities,” in Product- Focused Software Process Improvement, A. Jedlitschka, P. Kuvaja,M. Kuhrmann, T. M¨annist, J. M¨unch, and M. Raatikainen, Eds. Cham: Springer International Publishing, 2014, vol. 8892, pp. 33– 47.[4]Liu, B., Zhang, H., & Zhu, S, “An incremental V-model process for automotive development,” in 23rd Asia-Pacific Software Engineering Conference (APSEC) IEEE, December 2016, pp. 225- 232.[5]R. Pfeffer, Basedow, G. N., Thiesen, N. R., M. Spadinger, A. Albers, & E. Sax, “Automated Driving-Challenges for the Automotive Industry in Product Development with Focus on Process Models and Organizational Structure”, in IEEE International Systems Conference (SysCon) April 2019 (pp. 1-6). IEEE.[6]M. Broy, “Automotive software and systems engineering,” Proc. 2nd ACM and IEEE Int. Conf. Formal Methods and Models for Co- Design, 2005, MEMOCODE'05, (pp. 143-149).[7]K. Marner, S. Theobald, & S. Wagner, “Real-Life challenges in automotive release planning,” in Federated Conf. Computer Science and Information Systems (FedCSIS) (Sep 2019) (pp. 831- 839).[8]P. Hohl, J. Ghofrani, J. M¨unch, M. Stupperich, and K. Schneider, “Searching for common ground: Existing literature on automotive agile software product lines,” in Proc. International Conference on Software and System Process - ICSSP 2017, R. Bendraou, D. Raffo,H. LiGuo, and F. M. Maggi, Eds. New York, New York, USA: ACM Press, 2017, pp. 70–79.[9]A. Schlo?er, J. Schnitzler, T. Sentis, & J. Richenhagen, “Agile processes in automotive industry–Efficiency and quality in softwaredevelopment” in 16 Internationales Stuttgarter Symposium2016 (pp. 489-503). Springer, Wiesbaden.[10]Takahira, R. Y., Laraia, L. R., Dias, F. A., Abraham, S. Y., Nascimento, P. T., & Camargo, A. S. “Scrum and Embedded Software development for the automotive industry”, in Proc. PICMET'14 Conference: Portland International Center for Management of Engineering and Technology; Infrastructure and Service Integration, IEEE (2014, July) (pp. 2664-2672).[11]Q. Fang, C. Zhang, X. Ye, J. Shi, & X. Zhang, “A new approach for developing safety-critical software in automotive industry” IEEE 5th International Conference on Software Engineering and Service Science, August 2013, (pp. 64-69).[12]F. McCaffery, M. Pikkarainen, & I. Richardson, “Ahaa--agile, hybrid assessment method for automotive, safety critical smes”. in Proc. 30th international conference on Software engineering, May 2008 (pp. 551-560).[13]B. Liu, H. Zhang, & S. Zhu, “An incremental V-model process for automotive development,” in 23rd Asia-Pacific Software Engineering Conference (APSEC) IEEE (2016, December), (pp. 225-232).[14]D. Feldmüller, “Usage of agile practices in Mechatronics System Design Potentials, Challenges and Actual Surveys,” in 19th International Conference on Research and Education in Mechatronics (REM) (June 2018) (pp. 30-35).[15]M. Broy,“Challenges in automotive software engineering,” in Proc. 28th International Conference on Software Engineering, ser. ICSE06. New York, NY, USA: ACM, 2006, pp. 33–42. [Online]. Available: http://doi./10.1145/1134285.[16]A. Dresch, D. P. Lacerda, & Antunes, J. A. V, “An overflight in research” in Design science research, Springer, Cham Heidelberg, New York, Dordrecht, London: Springer International Publishing Switzerland 2015.[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).
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