简介

如今的初创企业在将技术理念转变为现实时面临着诸多挑战：

• 加快速度：如何缩短开发周期？
• 节约成本：如何削减成本和提高工作效率？
• 实现扩展：如何将产品从理念转变为面市？

答案就是采用基于模型的设计 - 这是一种工程方法，可帮助初创企业将产品从想法转变为原型，再从原型推进到生产，从而助力他们走向成功。

什么是基于模型的设计？

基于模型的设计的核心在于，系统化地使用模型并将此理念贯穿于整个开发过程。

模型的作用是：

• 可视化表示：根据模块图和其他图文元素直观地表示设计。模型有助于理解设计意图，无论是数据流还是系统架构。
• 可执行规范：提供设计的可执行规范。模型支持跨多个域对系统行为进行仿真。

凭借模型，工程师可以评估作设计决策时做出的权衡，执行连续验证和确认，并自动生成代码用于硬件实现。

为什么基于模型的设计适合初创企业？

对初创企业来说，产品的诞生始于想法。这一想法随后经过细化，形成由一系列需求定义的设计理念，并迅速发展成为详细的技术规范。构建能够符合这些规范的原型对于初创企业至关重要。原型有助于在早期阶段展示产品价值，巩固内部团队的信心，以及从寻求早期成功证据的外部投资者那里获得资金。基于模型的设计可帮助初创企业快速将想法转化为原型。

从想法到原型

快速入手

一开始构思时，从无到有可能令人手足无措。然而，有了基于模型的设计，您就无需从零开始。Simulink 及其附加产品提供了参考示例和预置模块，可帮助您快速入门。

参考示例可以用作新设计的起点。它们是为特定应用构建的完整系统模型。这些应用包括胰岛素泵、风电场、包裹递送无人机，以及几乎涵盖各行各业的其他应用。

在修改设计以包含详细算法并构建完整功能时，您可以直接将预置模块添加到您的设计中。它们是经过严格测试和全面归档的算法封装模块，无论是信号处理算法还是控制方法均无例外。您可以根据自身的设计需要添加、组合或修改这些算法。

您还可以应用完全可参数化的现成模块，对系统中的组件进行建模，例如为绿色氢生产系统供电的电解器或为垂直起降飞机供电的转子。

自动驾驶领域的初创企业 Voyage Auto 使用了参考示例来启动其开发过程。

减少开发成本和原型构建时间

在开启设计过程时，您的脑海里可能会浮现很多想法；在探索可能的设计选项时，您可能会面对广阔的设计空间和巨大的不确定性。但是，作为一家初创企业，您往往还要面临时间、预算、招聘和其他资源方面的限制。当您开始正式确定并聚焦所选的设计时，用物理原型检验每种选择根本就不切实际。

有了基于模型的设计，您便可以将模型作为虚拟原型进行构建和仿真。您可以在数字设计环境中开展大规模设计研究、评估设计选项并优化设计性能，从而大幅降低构建物理原型的必要性，同时规避预算超支的风险。

电动踏板车初创企业 Ather Energy 利用了建模和仿真来加速开发。

波能技术初创企业 Carnegie Clean Energy 利用了虚拟原型构建和仿真来解决设计问题，并交付了一个正在运营的波能发电场。

关注您的设计而非代码

在确认了所选的设计并开发出虚拟原型后，如何将您的设计实现为物理原型上运行的代码呢？您可以通过手动编码算法将设计转换为代码，但这种做法涉及许多步骤，因而可能会在此过程中引入错误和不一致问题。此外，对设计所做的更改必须在代码中手动实施，而且在设计与代码之间建立可追溯性也非易事。

借助基于模型的设计，您能够从模型中自动生成代码。而且，您将设计转换为功能原型上运行的代码只需短短几天，而非数月时间。生成的代码具有高效性、高质量和可读性，并与设计之间建立了完全可追溯性。这意味着，最新生成的代码始终能反映您的最新设计。代码生成是一种适用于初创企业进行软件开发的强大方法，因为它可以让初创企业专注于高层次的设计工作。

电动自行车初创企业 Ellio 通过自动生成要部署到嵌入式硬件的控制代码，加快原型构建速度。

外科手术机器人初创企业 Preceyes 利用了自动代码生成来实现软件，从而推出了全球首款眼科手术机器人。

医疗技术初创企业 Bigfoot Biomedical 利用了仿真和自动代码生成来开发胰岛素输送系统。

从原型到生产

对初创企业来说，开发功能原型有助于向投资者、供应商和客户展示产品的价值。但是，要在商业上真正大获成功，初创企业必须将产品从概念验证状态（通常在功能、质量和性能方面受到限制）推进到生产就绪状态。借助基于模型的设计，初创企业可以快速将产品从原型推进到生产。

一次建模，随处部署

当您将产品从原型推进到生产时，更换硬件往往就势在必行，旨在利用更强大的硬件来提高性能，或利用更经济、更通用的硬件来降低大规模生产的成本。硬件需求不断变化，这对初创企业来说不啻为一项挑战，因为将软件与不同硬件平台相集成，不仅要求企业内部具备硬件专业知识，而且还需要对软件进行相应的更改。

基于模型的设计使您能够将软件开发与硬件相分离，因为您可以从模型中生成适用于不同硬件的可移植代码，例如用于微控制器的 C/C++ 代码、用于 FPGA/ASIC 的 Verilog/VHDL 代码、用于 PLC 的结构化文本或用于 GPU 的 CUDA^® 代码。通过与主流硬件供应商合作，MathWorks 支持跨这些平台的硬件集成。

凭借代码生成支持和硬件集成支持，您只需对设计进行一次建模，即可将其部署到所有支持的硬件目标。这意味着，您和您的团队无需具备硬件专业知识，也不必了解硬件细节并根据新产品对现有算法进行重新编码，即可专注于设计工作。

储能系统初创企业 Stem 使用了基于模型的设计将控制软件开发与微控制器硬件相分离。

运动仿真器初创企业 Dynisma 针对不同微控制器和硬件系统调整了设计。

最大限度减少缺陷并确保质量

从原型构建阶段进入生产阶段时，一个关键目标在于减少缺陷并确保产品质量。然而，初创企业往往面临着直到开发过程后期才能发现错误的风险。这些错误需要大量返工，修复起来还费时费钱。

基于模型的设计有助于在开发过程（从需求和早期设计验证到系统集成测试）的各个主要阶段执行分析、检查和测试，使您能够持续地验证和确认设计。

借助仿真，您可以将时间和资源从物理测试转移到虚拟测试，从而提前开展验证工作。“转向虚拟测试”有助于削减与设备和物理原型相关的测试成本，并在真实环境中测试产品之前消除各类错误。虚拟测试还可以帮助您解答“假设”问题，并对测试场景或边缘情形进行仿真，这些场景或情形在真实的运行环境中很难复制，有时甚至无法复制。

支持完整的验证和确认工作流

电动摩托车初创企业 BPG Motors 使用了基于仿真的测试来查明产品问题，并将产品从原型推进到预生产阶段。

无人机系统初创企业 Airnamics 在首飞前对系统进行了虚拟测试，从而消除了大多数软件 Bug。

获得认证

对于为航空航天、汽车、医疗设备和可再生能源等行业开发安全关键型应用的初创企业，系统中的软件不仅要经过严格测试，而且还必须符合国际标准组织或行业工作组制定的功能安全标准。这些初创企业需要确定在认证工作流中要使用的适当工具和要遵循的正确工作流，这对他们来说无疑是一项挑战。

基于模型的设计为您提供了工具，有助于检查您的模型以及从其中生成的代码是否符合行业标准。

此外，IEC Certification Kit 还提供了工具鉴定工件、证书和测试套件，并可生成追溯矩阵。此套件可帮助您鉴定代码生成和验证工具，如 Embedded Coder^®、HDL Coder™ 和 Polyspace^® 产品系列，并简化您的嵌入式系统的 ISO^® 26262、IEC 61508、EN 50128、ISO 25119 以及 IEC 62304 和 EN 50657 等相关标准的认证。针对所支持的产品和标准，该工具包提供来自认证机构 TÜV SÜD 的证书和评估报告。

上文提到的储能系统初创企业 Stem 还使用了电力系统仿真来通过产品测试，并更快地获得了 IEEE^® 1547 认证。

对下一代产品复用设计

如果您希望在产品首发后取得初步成功的基础上再接再厉，则可以利用基于模型的设计，因为它让您可以在新设计中复用以前迭代的设计模型，从而帮助您加快下一代产品的开发步伐。当您对产品进行扩展，以覆盖具有不同需求的客户时，还可以轻松地创建和管理设计变体。

电力电子设备公司 VONSCH 的小型工程团队通过复用设计模型快速推出了新品。

初创企业如何采用基于模型的设计？

分阶段采用

尽管基于模型的设计可能会带来诸多好处，但初创企业通常也要考虑采用新开发过程招致的风险。这对没有专职人员来试验新流程和学习新工具的小型初创企业来说尤为如此。

通过逐步引入基于模型的设计，一些初创企业成功地规避了此类风险。他们通常从单个项目入手，探索基于模型的设计相对于当前做法可以取得哪些早期优势。成功引入基于模型的设计往往需要采取渐进步骤，以此推进项目并避免速度减缓：

1. 使用项目的一小部分进行试验。
2. 在初始建模成果的基础上推进。
3. 使用模型解决特定设计问题。
4. 着重打好基础。
5. 利用 MathWorks 专家的经验。

要了解小型团队采用该设计的经验和方法，请参阅白皮书工程团队如何采用基于模型的设计。

在 MathWorks 培训部门的帮助下，Océ 的三人工程团队在一到两周内就采用了基于模型的设计。

衡量投资回报 (ROI)

采用基于模型的设计，有助于在系统工程阶段、开发阶段和测试阶段节省大量成本。与传统方法相比，采用基于模型的设计可帮助组织节约 20-60% 的成本。

要了解如何量化基于模型的设计相比传统开发方法节省的预期成本，请参阅白皮书《衡量基于模型的设计的投资回报》。

电动汽车初创企业范德霍尔汽车厂采用了基于模型的设计，在工程师人数有限的情况下，不到一年就制造出纯电动多功能全地形车 (UTV)。

MathWorks 初创企业计划

MathWorks 初创企业计划旨在为符合条件的初创企业提供优惠价格、应用工程师和技术支持、本地语言培训服务（包括培训积分五折优惠），以及展示技术或产品的联合营销机会。对内部专业知识或资源水平不如大型组织的初创企业来说，MathWorks 提供的广泛支持和资源尤其有用。

自主货运直升机初创企业 RangeAero 与 MathWorks 应用工程团队进行了合作，采用基于模型的设计工具来解决复杂的问题。

自动驾驶拖拉机初创企业 Monarch Tractor 采用了基于模型的设计，在 MathWorks 初创企业计划的支持下交付了首发机型。

MathWorks 加速器计划

借助 MathWorks 加速器计划，初创企业可通过与加速器合作推动自身的发展。该计划将初创企业完全视为商业客户，向其提供相应领域专家的技术支持和指导，以及行业认可软件的免费使用权。

Forge 是印度的一个企业加速器，在 MathWorks 加速器计划的支持下，帮助其初创企业在开发中采用了基于模型的设计和科学计算工具。

Xfinito Biodesigns 是一家获得 Dayananda Sagar 创业研究和商业孵化基金会 (DERBI Foundation) 孵化支持的初创企业。在 MathWorks 的支持下，它推出了一种用于治疗糖尿病神经病变的新型医疗设备。

基于模型的设计助力团队成功

许多行业的初创企业都通过基于模型的设计取得了立竿见影的实效，例如创建可再生能源系统来应对气候挑战、定义陆海空移动性的未来，或者用新医疗设备来提高生活品质。

借助循序渐进的方法和 MathWorks 的支持，初创企业可以成功采用基于模型的设计，快速、经济高效地交付创新技术，从而将想法推进到生产。