白皮书

为什么采用基于模型的设计？

人们对更高产品性能的呼声促使设计日益复杂，在此背景下，一款产品要在市场上取得成功，软件正逐渐成为其中的决定性因素。鉴于需要在更短时间内创建更为复杂、质量更好的软件，工程师转向基于模型的设计。

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什么是基于模型的设计？

基于模型的设计为复杂系统的开发提供了一种数学性的、形象化的方法。它为跨职能团队的多领域工作提供了一种通用语言，支持和推动了团队协作。基于模型的设计广泛用于各种行业和应用，包括运动控制、信号处理、工业设备以及航空航天和汽车应用。基于模型的设计的核心在于开发全程系统地使用模型，包括需求设定、系统架构建模、设计实现、仿真、自动代码生成以及验证和确认。

基于模型的设计可以补充并支持敏捷开发实践。像敏捷开发一样，基于模型的设计使开发者能够在项目的早期阶段发现缺陷和设计问题，适应需求的变化，并交付满足客户需要的系统。例如，用户可以通过连接持续集成 (CI) 系统来执行快速迭代，从而在整个开发生命周期中自动测试和验证模型与代码

敏捷开发

采用基于模型的设计的敏捷系统开发以仿真和代码生成为中心，实现设计和测试工件、研究和评估的增量式交付。

基于模型的设计支持您的产品和服务的数字转型。用户还可以将之前开发的模型进一步用于运营中的系统，从而创建数字孪生来优化系统运营，监控系统状态，并向开发团队提供反馈机制以进行持续改进。这种方法支持预测性维护和实时故障检测等应用。

基于模型的设计数字线索

基于模型的设计：在整个开发过程中系统地使用模型。

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实现您的业务目标

基于模型的设计助您立于市场前沿：

竞标并赢得更多项目。

“最近，我们赢得了一个项目，当时时限紧迫，我们的多家竞争对手不得不放弃投标。使用基于模型的设计，我们如期交付了该项目，并且没有出现任何问题。”

Lear Corporation

让原本无法实现的产品开发成为可能。

“在过去，为专用产品构建必要的控制器硬件的成本极其高昂，一般公司无法承受。借助 Simulink，我们可以在现有 PLC 硬件上轻松实现控制器设计。由于具备小批量生产控制器产品的工程能力，[我们现在]赢得了新的商机。”

Festo

更早进入销售和营收环节。

“借助 MathWorks 工具，我们的三人小组只花了六个月就完成了一个全功能的原型。如果没有这些工具，我们完成该项目至少还要多花六个月时间。”

Océ Technologies

提供竞争对手无法匹敌的功能和性能。

“我们使用基于模型的设计成功设计和优化了混合静液传动系统，它比标准静液传动系统的燃油效率高约 25%，总拥有成本低 15-20%。”

FMTC

达到竞争对手无法匹敌的产品质量。

“使用 Simulink 的仿真和实时测试能够帮助我们提供异常可靠的控制系统。事实证明，我们的控制器比传统系统更可靠，而且从未导致生产中断，这一点很重要，因为每停机一小时就可能带来至少 5000 欧元的损失。”

Metso
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减少开支和浪费

工程团队通过以下方式在采用基于模型的设计的开发和运营中取得成功：

  • 建模、仿真和代码生成
  • 重用模型以进行认证、文档和工件生成
  • 采用敏捷开发、持续集成和数字转型

建模、仿真和代码生成

使用数量更少、成本更低的组件。

“最初，我们估计 Lanai 系统需要一个 700 千瓦时的电池。而 Simulink 仿真告诉我们，一半大小的电池就足够了，并且不需要柔性交流输电设备。这帮助我们总共节约了 20 多万美元的成本。”

桑迪亚国家实验室

尽量减少物理原型的数量。

“在这个项目中，磁悬浮系统的实际硬件性能与 Simulink 模型的仿真结果一致，因此我们不需要修改测试系统。由于不必构建多个原型，我们节省了时间；而且，考虑到每个原型造价 2 万到 3 万美元，我们还大大节省了成本。”

韩国机械材料研究所

重用模型和修改设计。

“在过去的项目中，哪怕只是做了很小的设计更改，我们有时也不得不等上好几周，让软件团队重写代码。使用 Simulink 和 Embedded Coder，更改设计后，只需重新生成代码即可。短短一小时内，我们就能拿到新的测试版本。”

贝尔直升机

避免了交付推迟的不利影响

“幸好我们能在车辆的其余部分完成之前率先测试悬架系统设计，否则肯定无法在紧迫的日程下按期交付。”

Rod Millen 特种车辆

重用模型以进行认证、文档和工件生成

降低文档成本。

“我们使用 Simulink 和 Stateflow 模型作为可执行规范，这极大地简化了设计审核过程。我们完成一次彻底审核花费的时间只相当于过去所需的 10%，同时每个审核阶段使用的纸质文档减少了 90%。”

Mitsuba

降低认证成本和时间。

“使用 Simulink 对呼吸机的嵌入式软件进行建模、仿真和实现大大简化了合规性认证。该模型为认证审核提供了系统的详尽文档和可视化表示。”

Weinmann

采用敏捷开发、持续集成和数字转型

使用较小的团队。

“基于模型的设计所提供的图形化设计和自动代码生成减少了软件缺陷、改进了软件可维护性和重用性，还降低了软件开发的难度。这让我们能够在最短的时间内建立起一支由发动机专家和控制专家组成的开发团队。”

潍柴动力

使用敏捷开发减少应对更改所需的时间。

“在项目后期，我们收到一条新需求，要求控制器能够提供关于其状态的反馈。要是纯靠手写代码，这种更改需要至少一周才能完成，但使用基于模型的设计，我们只需对模型进行细微改动，在一天内就满足了这项需求。能够在时间和成本不超预算的情况下实现这种更改，对我们来说是一个巨大的优势。”

DEMCON

减少测试持续时间，同时使用持续集成提高代码质量。

“我们在全球有数十名工程师在同一个模型上并行工作，需要进行大量代码合并。使用基于模型的设计和持续集成 (CI)，我们缩短了迭代和自动化测试过程。”

Vestas

在运营中降低支撑性资产的成本。

“借助 MathWorks 工具，我们可以从生产印刷机中采集数据，在公司内部对出错情形进行仿真。这不仅帮助了我们的客户更快地解决问题，而且，由于我们的印刷机销往世界各地，这也显著降低了我们的支持和差旅费用，”

manroland

降低保修成本。

“纵观整个行业，随着软件越来越复杂，保修问题也越来越多。不过，对于我们最近使用基于模型的设计完成的产品，生产后 12 个月内，我们没有遇到任何与应用软件相关的保修问题。这一成果是我们当前和未来的客户都乐于看到的。”

Lear Corporation
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小型团队采用基于模型的设计

尽管基于模型的设计可能带来一系列好处，工程管理者往往担心改变开发流程可能带来风险。尤其是对没有专职人员来试验新流程和学习新工具的小型团队来说，这种担忧在所难免。然而，采用基于模型的设计后，公司往往会反馈，不这么做的话风险更大。

要了解小型团队采用该种设计的经验和方法，请参阅白皮书《工程团队如何应用基于模型的设计》。

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小结

采用基于模型的设计将从根本上改变系统开发方式。对于那些产品成本高达数千甚至数百万美元的公司来说，哪怕只是减少一个原型，也足以在账面上证明其回报。而对于那些产品成本较低的公司来说，如果能让产品率先上市、赢得较高的市场份额，同样能实现可观的回报。于后者而言，基于模型的设计的价值驱动因素是加速开发。无论何种情况，在系统开发中采用基于模型的设计都将持续为公司带来显著的益处。