Lezingendag 5 maart 1998

Rondom de algemene ledenvergadering op 5 maart organiseerde de NVRB een viertal lezingen met als thema Systems Engineering. De lezingen werden verzorgd door achtereenvolgens Erwin Duurland (ADSE bv), Rob Houben (Rijkswaterstaat), Hennes de Ridder (HBW en TU Delft) en Reinier Bosman (Fokker Space & Systems).

Systems Engineering is een techniek (of vakgebied) die zich bij uitstek leent voor de meer complexe en multi-disciplinaire projecten. Het doel van Systems Engineering is het beheersen van de aspecten kwaliteit, kosten, tijd en daarmee risico’s van projecten. De methodiek komt voort uit de lucht en ruimtevaart en doet nu ook haar intrede bij grote infrastructurele projecten zoals de HSL en geboorde tunnels.

Erwin Duurland gaf zijn lezing de volgende titel mee: "Sysems Engineering: een raamwerk voor de integratie van aspecten en disciplines in het productontwikkelingsproces". Producten met veel componenten, betrokkenen, relaties en eisen noemen we complexe producten. Wanneer de ontwikkeling ervan niet op een of andere manier wordt beheerst dreigen risico’s in termen van kwaliteit, tijd en geld. SE beoogt een raamwerk te zijn waarin het systeem (bijv. de productontwikkeling) met al zijn eigenschappen en relaties wordt beschreven, geraadpleegd en onderhouden. SE beschouwt daarom het totale systeem in samenhang met de omgeving en voor alle levenscyclusfasen en –aspecten. Om een en ander werkbaar te maken vindt een decompositie plaats in (beheersbare) afgebakende delen. In dat geval is een beheersing van de raakvlakken essentieel. Als gekeken wordt naar eisen dan wordt een top-down benadering gehanteerd, van het hoogste niveau naar het element. Deze structuur wordt teven gebruikt voor validatie (van de eisen) en het verifiëren tijdens de diverse fasen van het project. SE vormt onderdeel van een iteratieproces waarin achtereenvolgens (1)structureren, (2) eisen identificeren en afleiden, (3) ontwerpen, (4) integreren, (5) verifiëren en valideren en (6) wijzigingen beheersen een plaats hebben. Voor kritische prestatiematen (aspecten) kunnen modellen worden gemaakt en gebruikt. Voorbeelden van aspecten zijn kosten, reistijd, bedrijfszekerheid, veiligheid, etc. Voor SE kan gebruik worden gemaakt van diverse (software) modellen. Aan de basis van deze modellen staat meestal een gestructureerde database. Het gedachtengoed en de bijbehorende modellen en technieken van SE lijkt bij uitstek geschikt voor een project als de HSL (hogesnelheidslijn tussen Antwerpen en Amsterdam). Binnen het project HSL wordt momenteel het programma van eisen volgens de SE aanpak beheerst. Daarnaast vindt (enigszins schoorvoetend) een vorm van configuratiemanagement plaats ten behoeve van ontwerpbeheersing. Aspectmodellen, noodzakelijk voor "meten" en raakvlakkenbeheer en –sturing, zijn voor een groot deel nog in ontwikkeling.

 

Rob Houben behandelt voor Rijkswaterstaat het aspect veiligheid binnen het HSL project. De uitdaging van zijn taak ligt in de volgende opdracht "maak veiligheid –en haar kosten- expliciet en beheers deze". Op zich is de veiligheid van de treinreiziger goed gewaarborgd. In vergelijking met de automobilist is de treinreiziger al gauw een factor 100 beter af. Het probleem zit ‘m onder andere in het feit dan de veiligheid impliciet is, waardoor er geen of weinig inzicht is in de kosteneffectiviteit van maatregelen, systemen en processen. Overigens is de taakstelling dat de veiligheid ten minste het huidige niveau dient te evenaren. In dat kader is het noodzakelijk aandacht te schenken aan specifieke risico’s die de hoge snelheidstrein met zich meebrengt. Momenteel wordt hard gewerkt aan een integraal veiligheidsplan. Alle onderwerpen met betrekking tot veiligheid krijgen daarin hun plaats. Gezien de hoofdopdracht krijgt de kwantitatieve invulling (althans relatief) de nodige aandacht. Ook belangrijk is de communicatie over veiligheidsonderwerpen door openheid en het zoveel mogelijk objectiveren (door cijfers). Een van de in het oog springende aspecten is het ontwerp van voorzieningen die gewenst dan wel noodzakelijk zijn om in geval van een calamiteit (veilig) hulp te kunnen bieden

 

Hennes de Ridder is deeltijd hoogleraar in Delft op het terrein van "systematisch ontwerpen". Ontwerpen is een lastig vak. Het zit vol met zoekprocessen, dilemma’s, en vaak vervelende beïnvloeders. De ontwerpopgave is het zoeken van een vorm bij een functie (vraag), terwijl het zoeken van een functie bij een vorm veel eenvoudiger is. De eisen die aan de vorm dienen te worden gesteld zijn (1) logica, (2) waterdichtheid, (3) volledigheid en (4) consistentie. Aardig is te constateren dat er meerdere schaalniveau’s zijn. Uit onderzoek blijkt dat dit er in deze wereld meestal een zestal zijn. Voor de gemiddelde mens zijn er slechts drie te overzien. Dit maakt dat het verticale ontwerpproces bijzonder vertaalslagen en communicatie vereist. Van boven naar onder is er telkens een vertaalslag van doel, functie, vorm en eisen. Om een en ander hanteerbaar te maken is het nuttig te denken in termen van aspecten (specifieke (integrale) functies met eisen). De kernvraag is hoe je aan alle eisen kunt voldoen zonder er een al te uitbundig zoekplaatje van te maken. Traditioneel is er een neiging deelontwerpen zodanig te clusteren dat er veel (te onderhouden) relaties zijn met de "buitenwereld". Effectiever is het de ontwerpopgave te clusteren (of decomponeren) op een manier dat de relaties tussen de clusters in aantal klein en qua beschrijving eenduidig zijn. Die beschrijving van relaties is in feite de eerder genoemde aspectmodellering. Het voordeel is dat het deelontwerp (multidisciplinair) voor een zekere tijd raakvlakvrij kan worden ontwikkeld. Op het hogere niveau vindt de coördinatie plaats met op gezette tijden terugkoppeling met de ontwerpclusters.

 

Reinier Bosman is betrokken bij de ontwikkeling van een Europese robotarm voor een internationaal ruimtestation. De robotarm is een bijzondere constructie waaraan strenge eisen worden gesteld en moet functioneren onder wisselende extreme belastingen. De arm is ongeveer 10 meter lang en bezit een aantal bestuurbare scharnieren. De voornaamste eisen betreffen de veiligheid. Ook bij één of twee falende deelsystemen mag er geen dodelijk letsel of ernstige schade optreden. Verder is er een strenge eis gesteld aan de stopafstand in verband met het ruimtestation en in de buurt werkende ruimtewandelaars. Met als basis een centrale database zijn diverse risico-analyse technieken toegepast (w.o. FMECA, HAZOP, CCF/CMF, menselijk falen). De onderkende faalmechanismen dienden op de gevolgen te worden beoordeeld. Hierbij is gebruik gemaakt van (dynamische) gedragsmodellen. Bij deze gedragsmodellen wordt rekening gehouden met de bijzondere actie-reactie effecten in de ruimte. De modellen werken duidelijk inzichtverhogend echter de evaluatie is nog niet af. De rekenmodellen worden nog geverifieerd met behulp van een fysisch 2D model. Vervolgens wordt de rekenmodellen uitgebreid naar 3D.

 

Enige aanvullende informatie over Systems Engineering.

Dé site voor informatie over Systems Engineering is die van INCOSE, de International Council on Systems Engineering: http://www.incose.org

De site bevat artikelen over SE, een SE bibliografie, informatie over de producten en werkgroepen van INCOSE, links naar ander sites w.o. die van tool vendors, etc.

Sinds bijna twee jaar bestaat er ook in Nederland een Chapter van INCOSE, NLCOSE. Het Chapter organiseert lezingen, workshops, excursies en informele social events. Het Chapter is te bereiken via ADSE: info@adse.nl, 020-6536008, 020-6535995.

Eind vorig jaar organiseerde zij in samenwerking met het Engelse Chapter en ESA (European Space Agency) "the 1st Joint ESA/INCOSE Conference on SE" in Noordwijk. Exemplaren van de proceedings zijn nog te verkrijgen via ESA (ref. WPP-130) en NLCOSE / ADSE.

Nederlandstalige artikelen over SE zijn vorig jaar verschenen in de Ingenieur (KIvI, november '97) en CA Techniek (december '97).