用于电气/电子系统开发的商业或内部工具

随着 E/E 内容的增长，选择支持 E/E 系统开发的软件工具已成为一项关键决策。然而，跨越嵌入式软件编码、数据网络验证和功率分析等多种学科的 E/E 领域由商业现货 （COTS） 和内部开发的一次性应用程序的混合物提供服务。 有几个因素会影响这种“制造”与“购买”的决定。本文涵盖了管理人员在分析其工程工具环境时需要考虑的三个关键领域：满足公司需求的灵活性、跨工程和流程环境的企业集成以及安全和知识产权 （IP） 保护。这些领域中的每一个都将帮助管理层权衡 COTS 与内部工具的相对优势，

为了优化当今的 E/E 系统开发环境，在评估是否制造或购买软件工具时，这三个技术方面至关重要：

灵活性

首先是灵活性。COTS 工具需要高度灵活并适应每个公司、团队和工程师的特定需求。这是因为在 E/E 领域的某些方面缺乏广泛采用的标准，并且因为存在许多不同的设计和工艺流程。对于必须支持多个 OEM 客户的供应商来说尤其如此，每个客户都可能使用不同的数据格式。这一挑战通常被认为是追求内部开发的原因，因为路线图控制更容易。其他需要灵活性的 E/E 域示例包括：

工作流程变化

用户管理

设计和制造过程变化

数据导入、导出和报告

模拟、检查和验证要求

对象命名

图形样式

因此，COTS 工具必须支持高级别的可配置性。如果可以在不借助外部定制的情况下调整开箱即用的行为，则可以最大限度地降低持续维护成本，并且可以将软件许可证有效地用于不同的项目。如果通过内置可配置性无法实现所需的行为，则需要外部定制（可扩展性）。在这种情况下，工具提供面向未来的应用程序编程接口 （API） 至关重要。通过这种方式，可以以最低或零成本维护外部定制。

图 1 和图 2 显示了使用可配置性和可扩展性完成的专门行为的示例。图一显示了将自定义规则检查应用于原理图设计。图二显示了从同一数据集自动生成的线束的两个图形表示。

图 1：使用定制的设计规则检查。

图 2：相同线束设计数据集的替代图形表示。

企业集成和全面的数字孪生

下一个关键技术能力是企业集成，或与相邻工程和流程环境无缝链接的能力。对于 E/E 系统开发，潜在的相邻域列表非常长。因此，将 COTS 工具设计为作为“开放生态系统”的一部分运行至关重要。除了 PLM 和 ALM 解决方案等更明显的相邻工程应用外，常见的集成需求还包括用户身份验证、工作流和发布管理、需求工程、功能设计、3D 机械 CAD、产品规划、软件集成和测试、服务文档和诊断、制造执行系统和工厂设备。

潜在集成模式的数量几乎是无限的。尽管存在一些结构和标准（例如：UML、SysML、FMI），但 COTS 工具的架构必须以与未知的第三方环境集成作为核心原则。集成架构的性质有所不同。一些相邻环境非常普遍，例如领先的 3D 机械 CAD 平台，因此 COTS 供应商提供标准集成产品是有意义的。但是由于大量的企业集成模式，这些工具还必须提供大量的集成挂钩，例如发布和使用 Web 服务的能力。与软件扩展一样，重要的是要考虑利用哪些集成技术，以最小化或消除持续的维护成本。幸运的是，RESTful 服务和低代码应用程序开发平台等新技术使创建无缝混搭变得更加容易。因此，有利于内部工具开发的公司必须不断熟悉这种技术发展。

知识产权与安全

第三，保护企业专有技术经常被认为是拒绝 COTS 工具而支持内部开发的理由。此类 IP 的一个简单示例可能是“我们绝不允许在电气接头中使用超过六根电线，因为我们已经知道超过六根是不可靠的”。解决方案是 COTS 工具包含一种机制，通过该机制可以私下获取 IP，并且同样重要的是，可以系统地应用。从技术上讲，这可以通过提供非常丰富的可配置性和可扩展性能力来实现。通过这种方式，COTS 工具的行为可以适应各种独特的设计和工艺 IP，并将 IP 对外界隐藏。示例如图三、四和五所示。图三显示了控制布线合成的定制规则甲板的一部分，依次从图 4 所示的规则原语构建。这种方法使公司能够从 COTS 解决方案提供的经济、创新和业务重点中获益。

图 4：规则原语的示例。

图 5 显示了用于定义定制制造流程模式的对话框，可以根据该模式生成线束制造流程树。类似的技术可用于详细的线束制造成本计算，这是一个特别敏感的商业主题。

然而，仅仅提供支持 COTS 软件的可配置性和可扩展性的基础设施是不够的。为了支持真正的专有保护，客户或他们信任的第三方承包商必须能够实施他们自己的软件配置和扩展（即独立于 COTS 工具供应商）。为了支持这一点，必须随时提供适当的文档和培训，并支持 Java 等通用编程语言。

图 5：用于定义线束制造工艺模式的对话框。

当然，IP 保护并不仅限于工具的可配置性和可扩展性。另一个方面是组织之间的数据传输，例如 OEM 和供应商之间。可能有必要在不暴露专有内容本身的情况下传输专有信息。例如，电气工程师可能需要传输包含可以执行的专有仿真模型的电气设计。这种情况的解决方案是对模型进行加密，只有拥有解密密钥的授权人员才能查看其实际工作情况，但其他人员可以执行模型。

工程软件还必须能够防范恶意活动，例如故意盗窃 IP。所有工具和它们运行的环境，无论是 COTS 还是内部，都应采取对策来检测和修复漏洞。在这种情况下，COTS 供应商可以提供卓越的能力，因为他们在软件工程方面具有明确的核心竞争力，包括对最新安全技术的认识，例如数据库之间的安全通信。

最后，管理组织内的用户访问权限非常重要。员工可能被分配到一个项目，但受到另一个项目的限制。例如，一家航空航天公司的员工可能被分配到军事或民用项目，并且对军事项目的访问受到严格控制。现代 COTS 软件解决方案具有可配置的权限，仅允许个别用户或用户组访问或确实可见某些项目。

COTS 软件可以通过可配置性、可扩展性、安全技术和功能的组合在这些领域中的每一个领域提供适当的 IP 保护。

趋势表明 COTS 占主导地位

许多行业都面临着“制造或购买”的决定。就工程软件而言，趋势很明显：COTS 供应商的市场份额不断增长，内部软件和非专业工具的减少几乎到了灭绝的地步。通常，会出现一组占主导地位的 COTS 供应商，通常由相邻供应商的生态系统补充。这些大型供应商能够实现规模经济，因为他们的收入足以支持重要的开发团队，同时保持盈利。这意味着 COTS 平台在技术上变得非常强大，使得内部开发在经济上没有吸引力。此时，创新和战略业务重点等因素也开始发挥作用，进一步降低了内部开发的价值。

其他领域已经经历了从内部到 COTS 软件解决方案的过渡，包括：

3D 机械 CAD：Siemens Digital Industries Software、Dassault Systèmes 和 PTC 已成为主要的 COTS 供应商。

IC 设计：Mentor Graphics（现为 Siemens 的一部分）、Cadence 和 Synopsys 已成为主要的 COTS 供应商。

企业资源规划：SAP、Microsoft 和 Oracle 已成为主要的 COTS 供应商。

在所有这三种情况下，现在只能在最深奥的情况下证明内部开发是合理的。

这种模式显然在 E/E 系统领域上演。内部应用程序正在被 COTS 工具所取代，规模经济的良性循环导致更有效的 COTS 产品正在顺利进行。例如，全球十大汽车 OEM 中的所有 10 家现在都将 COTS 工具作为其电气设计环境的核心。现在，内部软件很少能最好地支持原理图捕获等任务，而配置控制、成本计算和线束制造工程等主题正朝着这个方向迅速发展。

E/E 领域最近的一个例子是数据通信网络设计。这通常是使用内部开发的定制电子表格宏来完成的，随着新协议的出现，这些宏难以维护和升级。然后通过基于硬件的测试来补充这些测试，这些测试很难针对最坏的情况进行全面测试。现在可以使用复杂的 COTS 网络设计和验证工具，提供基于规则的自动化、时序分析和验证（图 6）。

随着公司定制流程以满足其特定需求，轻松实施定制和维护仍然是 E/E 系统领域的一项强烈要求。虽然知识产权的获取和保护在某些领域仍然至关重要，尤其是利用制造业，但这一广泛趋势既反映了良好实践在各行业中迁移的趋势，也反映了对工程创新等核心竞争力的更加关注。

图 6：COTS 数据通信网络设计和验证工具。

结论

有几个因素会影响“制造或购买”分析。所有这些因素都适用于在 COTS 和内部 E/E 系统开发软件之间做出决定。在 E/E 领域，现在的决定通常是“购买”。COTS 工具被广泛部署，主要受其成本优势和成熟度驱动，包括支持轻松定制和 IP 保护的机制。这些功能可帮助公司应对挑战，例如安全性和更加专注于业务的渴望。这种趋势与在其他领域观察到的模式相匹配。随着规模经济的进一步积累，它可能会加速，使 COTS 供应商能够提供更强大的产品。随着 COTS 工具的激增，熟悉的用户和相关生态系统的骨干也将增长，进一步降低了专有软件开发的吸引力。

审核编辑：郭婷