庞巴迪实施基于模型的设计加速铁路推进系统的开发

挑战

减少铁路推进系统的嵌入式控制软件交货时间

解决方案

使用基于模型的设计来验证需求,验证设计并生成嵌入式目标的产品代码

结果

  • 成本降低45%,交付周期缩短35%
  • 采用新的工作流程简化
  • 代码实现延迟最小化

“我们的Simulink模型作为我们设计的唯一有凝聚力的来源 - 包括文档和实现 - 降低了成本并使更改更容易实现。随着我们添加更多自动化测试,我们也降低了认证成本。”

Claes Lindskog,庞巴迪运输集团

德国的庞巴迪火车。


轻轨、地铁、通勤、城际、机车和高速列车的新设计必须满足车辆所服务的城市或地区的特定需求。此外,这些车辆的软件系统必须符合当地和国家特定的法规,以及EN 50128和EN 50657等行业标准。

在铁路运输行业中,系统测试通常要等做好了整列车并且在轨道上才能进行。在此阶段发现需求缺项或对需求理解出错而要付出的代价是极其高昂的。通过采用MATLAB®和Simulink®基于模型的设计,庞巴迪运输集团的工程师为公司的MITRAC推进系统和控制系统缩短了交货时间,降低了开发成本。

“通过基于模型的设计,我们可以更早地验证客户需求和我们的设计,这使我们能够降低风险并缩短35%或更多的交付周期,”庞巴迪运输集团平台开发推进控制经理Claes Lindskog说。“从我们的模型生成嵌入式代码使我们能够合并设计和实现团队,最大限度地减少延迟并进一步缩短交付周期。”

挑战

在他们采用基于模型的设计之前,庞巴迪遵循传统的瀑布式工作流程进行控制软件开发:一个团队负责需求和设计,将其交给第二个团队通过传统的手工编码实现,这是手工的很容易出错。大多数测试是通过硬件在环hardware-in-the-loop完成的,然后是硬件/软件系统集成测试,还有一些必须在列车上进行的测试。如果在此过程的后期发现错误,则可能导致数周甚至数月的代价高昂的返工和项目延期。

庞巴迪需要一种方法,使他们能够避免由于模糊的需求,复杂的标准以及不得不在开发过程后期进行的测试而导致项目延迟和成本超支。

认识到采用新方法在组织上具有挑战性,他们希望通过为工程团队提供适当的支持来平滑过渡。

解决方案

庞巴迪采用了基于模型的设计,并与MathWorks合作,促进了向新开发方法的过渡。

庞巴迪工程团队参加了由MathWorks工程师举行的研讨会,重点是通过仿真检测和纠正设计错误。在这些会议之后,庞巴迪工程师与MathWorks支持人员合作,在一个实际的客户交付项目中演示该概念。

在一个实例中,该团队在MATLAB和Simulink中创建了一个电气和控制系统模型。通过模型仿真,他们发现了一个通常在系统集成测试之前发现不了的电气故障。这一建模的的成功,投资回报率超过100%,帮助降低了公司对新开发方法的抵制。

在新的工作流程,庞巴迪工程师对Simulink模型进行配置和调整,从而使其满足在IBM® Rational® DOORS®或Microsoft® Word文档中给出的客户定义的需求。然后,他们创建推进系统的电气硬件(被控对象)模型,并运行闭环仿真,以验证需求,验证功能和评估控制器性能。

他们使用Embedded Coder®从控制器模型生成C代码。在编译代码并将其部署到嵌入式目标之后,他们运行硬件在环(HIL)测试来验证软件的实时运行情况。在HIL测试之后,再在实验室中对推进硬件进行测试,然后在实际列车上进行测试。

庞巴迪工程师正在进一步扩展其工作流程,包括软件在环(SIL)和处理器在环(PIL)测试以及使用IEC认证套件来简化EN 50128 / EN 50657认证。

结果

  • 成本降低45%,交付周期缩短35%。“针对我们最初的基于模型设计的项目中的一个,我们开发了一个客户要求的复杂新功能,”Lindskog说。“与使用我们的传统方法相比,基于模型的设计我们需要更少的设计,实施,测试和文档迭代,从而使成本降低45%,并将交付周期缩短35%。客户对交付的极具挑战性的功能从一开始就能完美运行印象深刻。”
  • 采用新的工作流程被简化。“引入新的工作方式往往比预期的要复杂得多,”Lindskog说。“与MathWorks进行技术合作不仅有助于解决技术问题,还有助于确保我们采用的方法与行业最佳实践保持一致。”
  • 代码实现延迟最小化。“设计和实现的独立团队导致了误解;这也意味着如果实现团队忙碌,我们将面临两周或更长时间的延迟,“庞巴迪运输集团软件应用工程师Pontus Jernberg指出。“现在我们作为一个团队工作,实施几乎是立竿见影的,因为我们使用Embedded Coder生成代码。”