摘要：目前，中国市场HiL技术主要应用于汽车、航空航天、国防、能源、电力电子等产业，2016年-2028年市场规模复合增长率达18.5%，预计2028年中国HiL模拟行业市场规模达到 273 亿元，其中尤以汽车行业HiL应用市场规模占比最高，预期可达到123.8亿元
半实物仿真（Hardware-in-Loop Simulation，简称HiL）是一种结合实物硬件和仿真软件的实时仿真技术。这种仿真方法通过在仿真系统的回路中接入实物部件，实现对系统性能的综合考察和验证。HiL的核心特点在于其将实物组件嵌入仿真回路并要求实时运行，解决了与仿真计算机之间的接口问题，使得实验结果比纯数学仿真更接近实际情况。
HiL技术在各种仿真系统中具有较高的置信度，特点包括有效性、可重复性、经济性和安全性，其广泛应用于军事和民用部门，尤其在系统设计的可靠性和研制质量提升方面发挥着重要作用。自20世纪60年代问世以来，HiL技术在全球范围内持续发展，尤其在美国的航天和国防领域取得显著成就。美国多数国防项目承包商使用高速高精度的仿真机和先进的环境模拟设备，所建立的半实物仿真实验室代表了当前世界的先进水平。中国在导弹制导、火箭控制、卫星姿态控制等领域的HiL应用研究也已经达到较高水平。
随着汽车工业的发展，特别是在智能化和电子化的大趋势下，近年来，半实物仿真（HiL）技术开始在汽车电子控制系统的开发中扮演着至关重要的角色。汽车电子控制系统的复杂性和对安全、效率的高要求使得传统的测试方法无法满足现代汽车工业的需求。HiL仿真技术能够在真实的操作条件下，对汽车电子控制系统进行全面的测试和验证。
利用HiL技术，开发者可以模拟各种驾驶场景和环境条件，从而在不同的操作条件下测试控制系统的响应和性能。这不仅大大提高了测试的效率和安全性，还降低了开发成本。对于复杂的汽车电子系统，如动力控制、制动系统、驾驶辅助系统等，HiL提供了一个高度灵活和可控的测试环境，使得开发过程更加快速、高效且具有针对性。
此外，随着新能源汽车和自动驾驶技术的快速发展，HiL技术在模拟电池管理系统、电机以及自动驾驶算法的测试中显得尤为重要。HiL的应用不仅提高了汽车电子控制系统的可靠性和安全性，也加速了这些先进技术的市场推广。
考虑到安全性，高效性和合理的成本，HiL已成为ECU（Electronic Control Unit）开发过程中非常重要的部分，能够大幅减少实际车辆的路试次数，缩短开发时间并降低成本。
安全性方面，在HiL平台测试时，被控对象由实时仿真计算机模拟，且各个零部件完全由软件控制，可轻松执行在实际设备中的危险工况或极限工况，即使遇到待测ECU存在Bug，也不会造成平台损坏或危及测试人员安全。
高效性方面，可以单套系统应对多样测试需求，并通过自动化测试软件连续反复测试同一工况、加快测试进度、运用可视化界面、实时观测所需数据、形成数据留存以备后期分析，最终形成高效可行的解决方案。
而半实物仿真模拟系统，相较于真实测试台架及实际路测来说，其建造与维护成本方面的优势不言而喻，且更早介入产品开发周期，亦能极大缩减纠错成本。
基于此，对于更注重缩短开发周期的新能源汽车的开发与测试而言，HiL对于三个核心电子控制系统非常重要：汽车控制系统，BMS电池管理系统和MCU电机。
在HiL系统中，仿真模型是至关重要的组成部分。它是一个计算机模型，精确地反映了被控对象的系统行为。通过在实时仿真机上运行，仿真模型能够模拟所需的外部环境，为测试和验证提供条件。
标准仿真机通常采用上下位机架构。下位机是一台高性能计算机，其主要任务是以实时方式运行仿真模型，确保对被控对象进行准确和高效的模拟。下位机在整个系统中扮演核心引擎的角色，负责协同与被控对象之间的交互任务，以确保系统在虚拟环境中的运行与实际环境一致。上位机则是一台普通计算机，配备一系列应用软件，为用户提供仿真测试功能。用户通过图形化界面能够轻松进行仿真模型配置、参数设置、监视仿真过程以及分析测试结果等操作。整个标准仿真机在HiL系统中发挥关键作用，其上下位机架构设计旨在提高仿真系统的性能和灵活性，以满足不同领域的仿真需求，同时通过用户友好的上位机界面，为用户提供了高度可控的仿线、I/O接口：
I/O接口是连接实时仿真机和被测对象的关键桥梁。它负责在仿真环境中模拟实际硬件的输入和输出，促使仿真模型与被测对象交互。这包括模拟输入/输出卡、数据采集卡等，确保信息在仿真系统和实际系统之间有效传递。
目前，中国汽车产业正处于由大向强的发展进程中，在供给侧和需求侧的双向推动下，汽车产业正由功能时代向智能时代不断演进，汽车产业新格局正在加速形成。我国汽车产销总量已连续 14 年位居全球首位，并在“电动化、网联化、智能化”等方面取得了巨大的进步，进一步巩固了我国作为汽车大国的地位。
在此背景下，中央及地方各级政府推出了一系列的支持政策，积极引导并在推动我国汽车软件工具链领域的创新和发展方面取得了显著成效，进一步丰富了汽车产业的技术生态。这些支持性政策，全方位覆盖汽车软件工具链行业的发展，从顶层设计、规范制定到核心技术的研发和应用等多个维度，为该领域提供了与其快速发展相适应的政策环境。同时，政策也着力推动汽车软件工具链的实际应用，加速其在整车制造、智能驾驶、车联网等方面的规模化发展，为整个汽车产业的创新和繁荣指明了方向。
2023年11月，工业和信息化部、、住房和城乡建设部、交通运输部（以下统称“四部门”）联合发布了《关于开展智能网联汽车准入和上路通行试点工作的通知》，并在其《实施指南》中对智能网联汽车产品的测试验证要求提出了明确的指导。这些要求涉及模拟仿真、封闭场地、实际道路测试，以及网络安全和数据安全、软件升级、数据记录等多个方面。
这不仅为智能网联汽车的安全性和可靠性提供了保障，也为汽车软件工具链的发展提出了更高的标准。尤其是对自动驾驶系统模拟仿真测试的要求，强调了测试工具链的置信度，以及车辆动力学、传感器等模型的可信度，确保了模拟仿真测试结果的可追溯性，从而促进了汽车软件工具链技术的进一步完善和创新。
随着“十四五”规划的贯彻落实，我国工业软件在发展过程中，将利用已有的互联网、信息化等方面的先发优势，依托工业互联网平台，深入制造业特定场景开展研发和应用，促进工业软件的线上衍化与应用，并通过工业知识的不断积累、迭代和更新，逐步提高自主创新水平和应用能力。
目前在全球范围内公认的汽车行业功能安全方向的国际标准为ISO 26262，即《道路车辆功能安全》，该标准适用于汽车电子电气系统，包含硬件组件及软件组件。ISO 26262定义了开发过程中所使用到的安全相关的功能以及流程、方法和工具所需要满足的要求。ISO 26262标准确保在整个车辆生命周期内（包括管理、开发、生产、运行、维修、退役等阶段）达到并且保持足够的安全水平。
除此之外，另一个备受瞩目的汽车行业标准则是ISO/SAE 21434，即《道路车辆——网络安全工程》，该标准为国际标准化组织与国际汽车工程师学会共同发布。ISO 26262涉及汽车电子产品的功能安全，而ISO/SAE 21434 则涉及道路车辆电子系统的网络威胁分析与风险评估。ISO/SAE 21434的目标是以 ISO 26262为基础，为道路车辆的整个生命周期提供一个相似的标准框架。这个新标准的主要组成部分包括安全管理、依赖于项目的网络安全管理、持续的网络安全活动、相关的风险评估方法，以及道路车辆概念产品开发和开发后阶段内的网络安全。
未来，随着智能网联汽车和自动驾驶技术的快速发展，相关的标准和规范也将不断完善和出现。其中，《在环仿真测试标准体系研究》的发布将是一个重要的里程碑，它是由天津中汽中心和东风牵头、几十家OEM和Tier1、蔚赫信息、dSPACE等工具链公司共同参与制定，旨在为未来的正式国家标准铺路。这项研究的成功发布，将为智能网联车研发中的所有在环（HiL）工具设定标准框架，特别是针对自动驾驶技术的应用。
产业生态：由上游计算机软件系统及电子元器件、中游HiL系统集成商、下游整车制造、航空航天等厂商组成
HiL技术上业主要为计算机、计算机软件以及电子元器件等行业。其中计算机软件是HiL系统的核心部分。近年来，在企业数字化转型推进下，软件及IT服务处于高速成长期，产业规模持续扩大。未来，随着我国软件企业的自主研发能力提升，以及数据库、操作系统等IT产业新生态逐渐完善，我国软件企业实力将不断提升，产业集聚效应进一步增强。
数据显示，2021年度，全国软件和信息技术服务业规模以上企业超4万家，累计完成软件业务收入94994亿元，同比增长17.7%。2016年起，我国软件与信息技术服务业收入规模持续快速增长，复合年均增长率达14.5%。据预测，2022年我国软件与信息技术服务业收入规模将达101339亿元。
HiL下游为国防、电子信息、机械制造、航空、航天、船舶、汽车、电力、石化、物流等行业。尤其是ICV（智能网联汽车）行业需求的爆发，极大推动了HiL技术的发展。近年来，我国汽车产销量持续稳定增长，ICV发展势头良好。2023年上半年，具备组合驾驶辅助功能的乘用车新车销量占比42.4%，汽车出口量跃升至全球首位。
同时，具德勤数据显示，在“软件定义汽车”的趋势之下，2030年软件成本占整车BOM（物料清单，Bill Of Material）的比重将从攀升至接近50%的水平，其中包含应用程序开发、AI算法、操作系统及软硬件一体化程度较高的与芯片等电子设备。
持续增长的与不断攀升的软件成本的背后是巨大的测试压力。根据国内外相关研究机构要求，自动驾驶系统至少需要170亿公里的测试后才能量产，测试工作量之大可想而知。HiL测试在汽车行业中应用广泛，可以替代大部分实车测试，能有效缓解车企的测试压力。尤其在复杂的城市NOA（导航辅助驾驶）方面，HiL测试更是发挥了重要作用。例如，HiL系统可以模拟行驶车辆、路面、驾驶员操作、车辆故障等各种状态，从而快速测试新车的各种功能。
定制生产模式是半实物仿真模拟行业普遍使用却较为特殊的经营模式。定制生产是一种国际上企业间常见的分工合作形式，一般为大型跨国企业根据自身的业务要求，将其生产环节中的一个或多个产品通过合同的形式委托给更专业化、更具比较生产优势的厂家生产。接受委托的生产厂家按客户指定的特定产品标准进行生产，最终把受托生产的产品全部销售给委托客户。定制生产适应了全球产业链专业化分工的发展趋势，最终实现了产品价值链中各环节的互赢，不仅能适应全球产业链专业化分工的趋势，而且通过本地化的生产和创新，还能加快定制化设备的交付和服务升级周期。
近几。
- 上一篇:2023年LED封装未来发展趋势
- 下一篇:盛帮股份2023年年度董事会经营评述