Trh s automobily, a nejen ten, v současné době prochází významnými změnami. Snaha o vytvoření pohodlnějšího, bezpečnějšího a udržitelnějšího prostředí pro řízení automobilů je poháněna novými technologiemi, požadavky zákazníků, důrazem na ekologii a dalšími faktory. Významnou roli zde hraje digitalizace.
S tím, jak celkově roste poptávka po vysoce moderních vozidlech a myšlenka autonomních vozidel se opět posunula blíže realitě, mění se i vývoj nových vozidel. Vyspělost moderních automobilů je dána softwarem a elektronikou, díky nimž je možné zavádět pokročilé funkce vyžadované náročnými zákazníky. Typickými znaky softwarem řízených vozů jsou vysoká složitost, rostoucí inteligence a dříve nebývalá konektivita. A právě složitost bude při vývoji funkcí autonomního řízení a plně samořídících vozidel neustále narůstat.
Čím dál složitější systémy autonomních vozidel
Aby autonomní vozidla mohla skutečně disponovat funkcemi samořízení, je zapotřebí mnoha pokročilých technologií a inženýrských specializací. Tato kombinace technologických oborů způsobuje vysokou složitost. Týká se to nejen mechanických a elektronických systémů, ale také softwarového vybavení a umělé inteligence. Jen spojení všech těchto domén dokáže nabídnout funkce pravého samořízení. U autonomních vozidel jsou všechny tyto technologie potřebné a žádný systém takového vozidla pak není zcela nezávislý. Současné funkce ADAS nabízejí ukázku podobné mezioborové složitosti, jakou můžeme vidět u plně autonomního vozidla. Například asistent pro jízdu v pruhu vyžaduje, aby senzory a software rozeznaly jízdní pruhy a vypočítaly trajektorii vozidla. Poté asistent aktivuje mechatronický systém, který převezme kontrolu nad vozidlem. I přesto všechno současné nejpokročilejší systémy ADAS dosáhnou pouze stupně automatizace 3. Postup na stupeň automatizace 4 znamená významný krok směrem k autonomním vozidlům. Na stupni 4 totiž vozidlo přestává být závislé na člověku a je plně řízeno strojově. Zatímco systém stupně 3 může za určitých okolností vyžadovat obsluhu člověka, systém úrovně 4 musí mít stále plnou kontrolu nad vozidlem (pokud jsou splněny definované provozní podmínky). Další postup směrem k plně autonomnímu silničnímu provozu tedy závisí na úspěšném vývoji hned několika klíčových technologií. Vizuální senzory (například kamery nebo LiDARy) musí být schopny přesně rozeznat jiná vozidla, chodce a další objekty, a to v různých typech počasí a osvětlení. Vozidla stupně automatizace 4 vyžadují, aby tyto senzory pracovaly spolehlivě za jakýchkoli podmínek.
Dále je potřeba značný výpočetní výkon, který téměř okamžitě vyhodnotí velké množství dat ze senzorů. Umělá inteligence a strojové učení mohou přispět k rychlejšímu a efektivnějšímu zpracování dat. A nakonec bude nutné rozšířit komunikaci vozidel s infrastrukturou i mezi vozidly navzájem, aby autonomní vozidla fungovala spíše jako systém než jako samostatná vozidla. Zásadní problém je, že když nové technologie posouvají autonomní vozidla na stupně 4 a 5, jejich složitost roste ve všech směrech (hardware, software, komponenty i síťové propojení). Autonomní vozidlo stupně 5 nahrazuje veškeré zásahy řidiče softwarem, elektronikou a mechanickými, případně mechatronickými komponentami. Kamery, LiDARy, radary a další senzory fungují jako oči, uši a nervová soustava vozidla. Rozeznávají a popisují prostor kolem vozidla a předávají informace ostatním systémům. Počítačové čipy a pokročilý software tvoří dohromady „mozek“ vozidla. Zpracovávají informace a činí relevantní rozhodnutí. Vysokorychlostní síťové připojení je možné chápat jako „nervová vlákna“, která přenášejí informace ze senzorů do výpočetního jádra a opačným směrem přenášejí odpovídající instrukce. Mechanické a mechatronické systémy pak slouží jako „svaly“. Na základě obdržených elektronických signálů fyzicky pohybují s ovládacími prvky vozidla. Výsledkem je vozidlo, které je čím dál více „počítačem na kolech“ a obsahuje mnoho moderních komponent propojených do jednoho systému. Patří mezi ně nejmodernější počítačové čipy, senzory, rozvody, mechanické systémy a zejména software.
Budování důvěry na trhu
Kromě rostoucí složitosti výrobků se musí výrobci autonomních vozidel vypořádat s tím, že zákazníci mnohdy nevědí, co mají od nové technologie očekávat. Většina z nich se s technologiemi autonomního řízení setkala jen zřídka. Pokud veřejnosti chybí důvěra v technologii, pak bude prosazení na trhu těžké. Jak výrobci autonomních vozidel zákazníky přesvědčí o bezpečnosti a spolehlivosti svých systémů i v nepříznivých podmínkách? Do jisté míry mohou nedůvěru veřejnosti rozptýlit pilotní programy a zkušební jízdy. Výrobci se také mohou podílet na tvorbě testovacích norem pro autonomní vozidla. Mohou tak názorně demonstrovat funkce jejich systémů. Prostřednictvím norem a regulací mohou společnosti a vládní organizace spolupracovat na určení pravidel bezpečnosti, požadavků na spolehlivost, provozních podmínek a programů testování, které dostatečně prokážou bezpečnost automatického řídicího systému. Stanovením kritérií bezpečnosti vozidel, jejich spolehlivosti a dalších hodnot společnosti demonstrují široké veřejnosti bezpečnost samořídících systémů. Není tedy třeba se spoléhat čistě na testovací jízdy. Jakmile budou normy bezpečnosti a spolehlivosti autonomních vozidel stanoveny, výrobci automobilů budou muset vyvinout ověřovací a validační programy, které zajistí splnění těchto norem. Tyto programy budou muset být velmi rozsáhlé. Společnost Rand Corporation například vypočítala, že aby se v testu autonomního vozidla projevila mnohem menší chybovost než u člověka, muselo by najet více než 17 milionů kilometrů. Takové množství testování je nezbytné k vyšetření neočekávaných silničních situací, které se během vývoje jen obtížně předvídají. Tak rozsáhlé testování ovšem není u fyzických prototypů realizovatelné. Proto je nutné testování rozšířit o přesné simulace, díky nimž tým získá potřebné informace rychleji a levněji. Pomocí tohoto kombinovaného přístupu inženýrské týmy autonomních vozidel efektivněji prozkoumají mimořádné situace na silnicích a zvýší bezpečnost systémů.
Síla digitalizace a systémového inženýrství
Společnosti, které se chtějí zúčastnit vývoje samořídících vozidel (již zavedení výrobci i nováčci), musí být schopny dodat inovativní softwarem řízené funkce vozidla a vypořádat se se složitostí jejich zabudování do fyzických prvků vozidla. Aby mohli být výrobci automobilů konkurenceschopní, musí přehodnotit dosavadní proces vývoje a přivést do něj digitalizaci. Je třeba začít vnímat vozidla jako systémy složené z podsystémů (hardwaru, softwaru a mechanických komponent). Pak bude možné rychle inovovat výrobky a udržet krok s vývojem i konkurencí. Společnosti používající tento přístup společně s příslušnými modelovými datovými toky mohou zpřesnit funkční modely různých systémů vozidla, optimalizovat životní cyklus a propojovat modely. Pro výrobce automobilů je tedy zásadně důležitá digitalizace celého procesu návrhu a životního cyklu výrobku. Digitalizace usnadňuje výrobcům automobilů řešení mnoha problémů. Také však do budoucna nabízí základ pro růst a úspěch (obr. 3). Automobilky, které vezmou v potaz pokroky v digitálním inženýrství, simulaci a ve správě životního cyklu, budou na složitost autonomních vozidel lépe připraveny. Jádrem této změny jsou přesná digitální dvojčata vozidla pokrývající veškeré aspekty a výrobní procesy v rámci celého životního cyklu. Digitální dvojčata jsou řešením problémů složitého vývoje systémů vozidla. Jsou to vlastně přesné modely, pomocí nichž je možné předpovědět chování výrobku ve všech fázích životního cyklu. Umožňují modelování samotného výrobku, výrobních procesů i správu integrovaných výrobních operací. Součástí je i cloudová analýza dat, která předává zpětnou vazbu do digitálních dvojčat. Digitální dvojčata jsou stěžejním prvkem vývoje výrobku — nabízejí lepší poznatky, zkracují dobu vývoje, zefektivňují jí a zlepšují pozici na trhu. Digitální dvojčata tvoří základ pro kolaborativní a integrovaný vývoj. Spojují dohromady mechanické, elektronické i softwarové systémy vozidla a vytvářejí tak virtuální obraz celého systému. Dále také pomáhají při plnění náročných požadavků na verifikaci a validaci samořídícího systému. Vysoce přesné simulace pomocí digitálních dvojčat poskytují inženýrským týmům informace z reálných situací a pomocí spolehlivých matematických metod odhalují situace vyžadující zvýšenou pozornost. Díky virtuálnímu prostředí probíhá zjištění těchto situací efektivněji a ubývá systémů s neznámou mírou bezpečnosti. Moderní simulace usnadňují ověření a validaci chování vozidla v různých dopravních podmínkách, fungování senzorů, práci výpočetní jednotky a správnost softwaru. Díky těmto řešením mohou společnosti testovat jednotlivé systémy i celá vozidla ve virtuálním prostředí ještě předtím, než zahájí práce na fyzických prototypech a certifikacích. Virtuální ověření a validace pomocí přesných simulací je ideální k testování systémů ještě v rané fázi vývoje. Díky těsnému propojení s digitálním návrhem mohou být poznatky ze simulací vozidel rychle integrovány zpět do návrhů systémů.
Digitální budoucnost automobilového průmyslu
Díky digitalizaci se mohou výrobci automobilů zaměřit na vyšší úroveň autonomie vozidla. Tyto vylepšené funkce a systémy vozidel závisí na ještě složitější architektuře výkonných počítačových čipů, senzorů, softwaru, elektromechanických podsystémů a elektrických rozvodů. Tato složitost se projevuje v celém životním cyklu vývoje vozidla. Díky značně rozšířené digitalizaci bude také možné využít nové přístupy k vývoji vozidel. Stále významnější bude spolupráce mezi odděleními, konzistentnost informací v celém životním cyklu, sběr „velkých“ testovacích dat a jejich následná analýza. V neposlední řadě je důležité zajistit si silná technologická partnerství pro celou digitální transformaci. Společnost Siemens spolupracuje se zákazníky všech odvětví na vývoji plánů digitalizace a na tvorbě digitálních dvojčat výrobků i procesů. Jako technologický partner nabízí portfolio digitálních funkcí, konzultací a inženýrských služeb, které snižují rizika během transformace a urychlují dosažení klíčových cílů. Může nasadit své technologie tak, aby to nejlépe vyhovovalo potřebám společnosti: přímo v jejich prostorách, v cloudu nebo pomocí hybridně cloudového přístupu. Jedno je jisté: výrobci automobilů mohou vyřešit současné problémy složitosti autonomních vozidel a digitalizace jen pomocí kvalitní inženýrské a technologické podpory silných partnerů. /Nand Kochhar, viceprezident pro strategie automobilového průmyslu a dopravy, Siemens Digital Industries Software/
