日前，在MATLAB EXPO 2024上，海尔集团嵌入式开拓专家范纪青以公司的实际开拓为例，先容了基于模型的设计（MBD）是如何帮助传统家电行业提升效率，欢迎数字化的。
作为环球有名的家电品牌，海尔有着丰富的产品品类，以范纪青所在的水联网业务部门来看，就包括了电热水器、燃气热水器、热泵热水器、净水机、采暖炉等等丰富的产品。产品种类和功能的升级，正在推进海尔开拓模式的变革。
传统开拓模式力不从心
范纪青指出，如今对海尔而言，在产品功能向多样化和智能化发展的趋势下，电子掌握部分不可能完备依赖硬件电路实现，必须加入更繁芜的掌握算法。也恰是以，传统的软件开拓模式已显得力不从心，须要进一步提高软件开拓的领悟性与复用性。
传统的软件开拓模式存在诸多问题，个中之一是开拓调试周期过长。常日开始于技能文档的体例，随后进行大略的算法设计。之后紧张的事情将转向编写和调试代码。代码调试和编译完成后，须要将其烧录到实体硬件上，并实行进一步的调试事情，大部分韶光都花费在了手写代码和调试上。
其次是软件弘大之后随意马虎出错且效率低。范纪青指出，早期软件代码量较小时，传统开拓模式更加简洁易用，而随着如今MCU的Flash已经到了512KB乃至更大时，这也意味着代码量激增。传统软件开拓办法势必会涌现效率低、缺点增加、算法通用性差、可读性差等诸多问题。
其余，传统的软件测试方法也存在局限性。由于依赖人工编写测试用例，限定了测试的覆盖范围。同时，许多核心算法诸如PID等，须要实体硬件进行调试，这无疑增加了开拓难度和周期。
MathWorks 中国半导体行业首席技能官陈晓挺博士也举例道，比如空调系统现在须要集成新风系统，这不仅提高了对家电的技能哀求，也相应地增加了研发的繁芜性和难度。其余，本钱也是家电厂商须要面临的压力。大多数家电产品在功能增加的同时，价格却不才降。这哀求在设计上进行创新，通过软件实现硬件功能，例如软件定义传感器等，从而降落本钱。
陈晓挺说道：“基于功能和本钱的双重需求，软件算法变得日益繁芜。开拓算法不能再依赖于传统的手工编写、汇编措辞或C措辞，而是须要通过仿真来进行。”
环绕MBD进行软件重构
在嵌入式领域，MBD在汽车领域已经相称普遍，无论是在建模、软件代码天生还是验证方面，都已久经磨练。但在家电领域，此前对付这项技能并不太感冒。“很多人也有这样的疑问，选择MathWorks这么高大上的工具做开拓，是不是会有“杀鸡用牛刀”的觉得？实际上，通过构建MBD，我们软件开拓的开拓流程和管理理念都发生了变革。”范纪青说道。
范纪青先容道，面对各种开拓弊端，海尔在集团内部开始了开拓转型，对软硬件设计方法学进行了重构。个中在硬件上，集团内部实现了模块通用化，通过在中间件以下部分的重构，实现了软硬件解耦，这样在改换芯片或进行设备验证时，仅需一两天内就可完成。
更主要的是，海尔利用MBD，使开拓职员可以将紧张精力集中在模型及算法的开拓上。从而提高开拓效率，减少人为缺点，并适应快速变革的市场需求。
范纪青认为，如今许多软件和打算机工程的开拓者对底层知识理解不敷，因此通过软硬件解耦和MBD的方法论，优化了开拓流程，开拓效率，并提高了代码可读性，增强了协作开拓的可能。
在转型过程中，海尔也面临着从C代码到MBD的转变，这不仅是技能上的寻衅，还包括团队协作和管理模式的变革，更是理念上的改造。
“理念转变是最大的难点，许多人习气于硬件设计，而软件团队常日规模较小，许多资深专家对新算法也不太熟习。这时，我们就须要借助工具。这些工具可以借鉴其他领域的履历，例如通信领域中已利用的旗子暗记处理算法，我们可以将其适配并简化，以适应家电行业智能互联的需求。”陈晓挺也表示。
“随着公司规模的扩大，软件开拓势必要向数字化转型，将软件划分为多个标准化模块，从过去个人独立事情转变为团队协作模式。”范纪青说道。
采取MBD的好处
范纪青认为MBD具有多项上风。首先，它能够降落开拓难度并提高开拓效率，这对付实现软件的模块化和标准化至关主要。此外，MBD许可多个模块的并行开拓，从而使得团队协作变得更加高效。同时，由于如今家电都有智能化和OTA需求，因此也须要持续集成和支配（CI/CD）的敏捷开拓办法，传统开拓流程下缺少此类工具。
“MBD可以许可在开拓的早期阶段办理更多问题，这种左移的方法可以在早期创造并办理问题，从而减少了后期通过硬件修复bug的本钱。”范纪青说道。设计职员可以在构建系统之前验证系统设计并优化硬件和软件实现，或者利用现有设计进行验证，从而避免昂贵的物理原型迭代。这种模型在环验证可以仿照各种非常情形，这是硬件测试所不具备的。
“传统的开拓流程中，工程师须要在实验室中手动调度参数，不雅观察系统相应，这个过程繁琐且随意马虎出错。MBD许可工程师在仿真环境中复现实验条件，快速调度和优化系统性能，提高了实验的准确性和可靠性。”
其余，范纪青还表示，MathWorks供应丰富的数学公式以及图形化建模功能以及静态测试工具Polyspace，这些都极大降落了建模及验证、测试的门槛。其余，MathWorks的自动代码天生工具，支持从模型自动天生代码，此过程减少了手动编码出错的可能性，并确保了模型和代码之间的同等性。值得一提的是，MathWorks嵌入式自动代码天生工具，支持为特定处理器天生代码，并供应了支配和测试手段，在效率和存储空间上，代码水平已经远超传统的手动模式。
MBD在海尔的实践
500多万的MATLAB用户涵盖从Apple、Google、空中客车、特斯拉和国际货币基金组织等跨国巨子，到初创公司和高校，运用涵盖科学打算到金融工程的各个领域。也恰是以，MathWorks积累了大量的用户案例，以证明MBD的上风。
MATLAB EXPO也成为了MATLAB爱好者们互换分享的盛会。在MATLAB EXPO 2022上，海尔洗衣机部门王越就分享了《海尔利用MBD加速智能电器的软件开拓》。
在今年的MATLAB EXPO 2024上，范纪青又深入分享了海尔在MBD上的体会。
范纪青阐明说，白色家电的核心竞争力之一便是电机上，诸如冰箱、空调、热泵等运用的压缩机，洗衣机的BLDC电机等等，目前电机驱动算法常日由东芝、瑞萨、英飞凌和TI等国外芯片公司节制，海尔通过Simulink和MATLAB建立了自己的电机驱动模型，办理了过往严重依赖国外技能的问题。
自动掌握特殊是PID算法的开拓是电机掌握中的主要组成。但直流电机驱动设计中涉及许多繁芜的数学公式，诸如微分、积分、正弦、余弦等电机驱动中常用的数学运算，以及克拉克变换、帕克变换等等，其余还会涉及到大量的功率器件模型，这使得算法开拓及验证变得非常繁琐。通过MATLAB和Simulink，海尔建立了电机模型，并通过模型的仿真与剖析，优化了电感、直流电阻和反电动势等参数，确保了电源稳定性和算法的准确性。
同时，海尔的MBD不仅限于核心算法，还包括整机模型及测试系统的开拓。例如，在饮水机产品中，通过建立功能逻辑、交互输入等多个模型，海尔能够清晰地追踪数据流向。以电热水器的预约加热功能为例，传统测试方法须要人工设置各种韶光组合，进行长达数周的测试。而MBD测试，可以在40分钟内完本钱来须要45天的测试事情。这种自动化测试不仅大幅缩短了测试韶光，还提高了测试覆盖率，确保了软件质量，同时简化了问题定位和复现过程。
范纪青表示，海尔已经利用MBD开拓了6款电机驱动产品，在一年半的韶光内达到了十几万的销量，圆满完成了市场的验证。
构建生态系统的必要性
范纪青创造，海尔在构建MBD时，创造很多芯片缺少与MATLAB的领悟，因此仍须要C措辞来办理很多根本问题，对此也希望更多芯片厂商能供应代码库和API的支持，从而有效地利用芯片资源。
MathWorks正在为开拓职员供应许多跨硬件平台移植运用的功能，由于开拓者可能与多家MCU厂商互助，如TI、ST和Infineon等。
更多关于MathWorks支持的硬件可以查询：https://ww2.mathworks.cn/hardware-support/home.html，里面已经支持了主流的MCU或模块厂商，诸如树莓派、Arduino等。
写在末了
“只管家电行业已经成熟，但仍有提升空间。关键在于如何通过深入探索和创新，将这一成熟行业推向新的高度。”范纪青说道，“同时，家电领域竞争一贯非常激烈，我们始终要面临质量、本钱、交期这6个字的磨练。”
而通过MBD方法学，海尔找到了家电创新的新范式。范纪青也对此总结道：“通过利用MathWorks工具，我们显著提升了产品的质量，随之而来的效益提升也是显而易见的。这是管理层希望看到的变革，但对付开拓团队来说，这不仅仅是表面的变革，更是开拓流程和管理办法的变革。管理层可能只看到了“水面之上”的变革，而我们作为根本开拓职员，更该当看重“水面之下”的事情。只有当根本事情踏实了，“水面之上”的成果才会自然而然地显现。”
