INNOVATIEF
SE OMVAT WERKWIJZEN, HULPMIDDELEN EN MANAGEMENTPRINCIPES VOOR MULTIDISCIPLINAIRE ONTWIKKELING VAN COMPLEXE SYSTEMEN + SE IS AFKOMSTIG UIT DE MILITAIRE LUCHT- EN RUIMTEVAARTINDUSTRIE
SE beheerst kosten en bewaakt tijdsduur complexe projecten
Systems engineering,
de superdiscipline
Wat is de overeenkomst tussen de hoge snelheidslijn en een systeem voor het beheer van radioactieve medicijnen? Die overeenkomst heet systems engineering, kortweg SE. Systems engineering is een betrekkelijk jong, zich snel ontwikkelend vakgebied, waarin ingenieurs zoeken naar betere methodes voor het bouwen van systemen in de meest brede zin van het woord.
– Erwin van den Brink –
De auteur is redacteur van De Ingenieur.
‘Nederland bijvoorbeeld is ook een systeem’, zegt de Canadese ingenieur Cheryl Atkinson. Zij werkt bij Aircraft Development and System Engineering (ADSE) dat is gevestigd te Schiphol-Rijk. Atkinson is een van de initiatiefnemers van NLCOSE, de Nederlandse afdeling van INCOSE, de International Council on Systems Engineering. INCOSE bestaat sinds 1991 en telt wereldwijd ongeveer 2500 leden, merendeels in Noord-Amerika, de bakermat van systems engineering. De vereniging NLCOSE is vorig jaar opgericht. Zij houdt van 11 tot en met 13 november een symposium in Noordwijk, samen met de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, met als motto learning from each other to do projects faster, better, cheaper.
Want dat is waar systems engineering zich vooral mee bezighoudt: het beheersen van de tijdsduur, kwaliteit, kosten en risico’s van complexe projecten. Zo verhoudt SE zich ook ongeveer tot het domein van de technische bedrijfskunde: het beheersen van met name technisch grensverleggende projecten, waarin tijdige oplevering en kostenoverschrijding grote risicofactoren zijn, juist vanwege de toepassing van niet eerder beproefde technieken. In Nederland is sinds kort grote belangstelling voor systems engineering in verband met grote infrastructurele projecten, zoals de HSL en geboorde tunnels.
Wijde blik
De methodologie van systems engineering komt uit de (militaire) lucht- en ruimtevaartwereld, een industrietak waar veel ervaring is opgedaan met nog niet eerder beproefde technologie. Maar de principes van SE hebben een algemene geldigheid. Ze zijn ‘generiek, alhoewel ze nog lang niet officieel vaststaan’, aldus Allen Fairbairn, van 1986 tot 1992 systems engineering manager van Trans Manche Link/Channel Tunnel Contractors en een van de sprekers op het congres.
Toen na het verdwijnen van het Warschau Pact de westerse defensie-industrie moest afslanken, richtten system engineers hun blikken steeds meer op civiele projecten. Behalve bij een megaproject zoals de Kanaaltunnel zijn de principes van SE toegepast bij de ontwikkeling van ingewikkelde producten zoals straalmotoren, maar ook bij het opzetten van processen voor massafabricage, interne bedrijfsprocessen en allerhande besturingssystemen, stelt Fairbairn.
SE omvat dus – onderstreept hij – veel méér dan alleen systematisering van het aloude, alom bekende engineering proces: het ontwikkelen en ontwerpen. Fairbairn: ‘Er is zelfs iets voor te zeggen dat bestaande SE-praktijken zijn vervallen tot systematisch engineeren, waarbij de beoefenaren zijn gaan lijden aan blikvernauwing, terwijl een wijde blik nu juist een van de wezenlijke elementen is van systems engineering.’
SE behelst werkwijzen, hulpmiddelen en managementprincipes voor de integrale, multidisciplinaire ontwikkeling van zeer complexe systemen. De systeemingenieur zorgt daarbij vooral dat allerlei aspecten beheersbaar blijven, zoals de veiligheid van het betreffende ‘systeem’ (of dat nu een project, product of een proces is), de produceerbaarheid, de ontwikkelingskosten, de levenscycluskosten, tijd, kwaliteit, financiën, compatibiliteit en dergelijke.
Hoe moeilijk en hoe belangrijk beheersbaarheid is, bleek keer op keer in de lucht- en ruimtevaart waar nieuwe vaartuigen op het moment dat zij de fabriekshal uitkwamen vaak duurder, groter en zwaarder waren dan oorspronkelijk de bedoeling was.
Lucht- en ruimtevaartbedrijven hebben dus harde lessen geleerd en werden de pioniers op het gebied van SE. Het eerder van Fokker afgesplitste Fokker Space adviseerde de Vrije Universiteit daarom over systems engineering bij de ontwikkeling van een automatisch systeem voor beheer van radioactieve medicijnen. En ADSE ondersteunt de toepassing van SE in het project voor de Hoge Snelheidslijn Zuid. Het bedrijf, dat enige tientallen vaste medewerkers telt, is opgericht door de voormalige Fokker-ingenieurs Atkinson, Henk de Groot, Jan Verbeek, Evert Jesse en Cees Vernooij.
Fokker introduceerde systems engineering in zijn nadagen om het eigen engineeringproces te verbeteren. Die kennis vindt zijn weg nu dus via ADSE naar verschillende projecten waaronder de HSL. SE overkoepelt als het ware het feitelijke ontwerpproces, de product engineering. Het bevindt zich op een hoger abstractieniveau. Dat verklaart waarom de voormalige Fokker-ingenieurs een zinvolle bijdrage kunnen leveren aan het HSL-project.
‘Frame of mind’
Beschouwd in termen van industriële automatisering komt het er op neer dat product engineering wordt ondersteund door computergereedschap zoals CAD/CAM, PDM (Product Data Management) en CAE (Computer Aided Engineering), dit laatste om te analyseren hoe het product zich zal gedragen.
Het Amerikaanse bedrijf Ascent Logic Corporation brengt softwaresystemen voor systems engineering op de markt onder de naam RDD (Requirement Driven Development). RDD helpt de totale levenscyclus van een project te overzien vanaf het moment dat de eerste randvoorwaarden worden geformuleerd tot aan het moment dat het project is voltooid of het product of proces buiten bedrijf wordt gesteld.
Atkinson: ‘Systems engineering neemt de requirements, het programma van eisen, als uitgangspunt terwijl ingenieurs de neiging hebben om ten koste van alles het mooiste of meest geavanceerde concept te bedenken.’ Zij noemt systems engineering een frame of mind, een mentale instelling waarbij je het uitgangspunt niet uit het oog verliest. Dat ingenieurs in een complex project vasthouden aan de oorspronkelijke doelstellingen veronderstelt een grote mate van beheersing. Systemen als RDD maken daarom bijvoorbeeld de kettingreacties zichtbaar die ingenieurs in het proces teweegbrengen als zij veranderingen aan (moeten) brengen. SE richt zich daarmee op het vergroten van de productiviteit, de voorspelbaarheid van de resultaten en het vermijden van (kostbare) fouten.
Systems engineering maakt voor het beheersen van de complexiteit gebruik van modellering van de informatiestromen. De werking van die modellen wordt in de praktijk zichtbaar via de documentenstroom die inherent is aan ingewikkelde processen. De opkomst van bruikbare PDM-systemen heeft veel bijgedragen aan de effectiviteit van die modellen. Vroeger, in de jaren vijftig en zestig, was dat de hele ’technische papierwinkel’.
Machine als systeem
De noodzaak van zoiets als systems engineering ontstond in de tijd van de Koude Oorlog in de lucht- en ruimtevaartindustrie in de VS. Daar werden, als wij er nu naar terugkijken, zeer ingewikkelde machines gemaakt met behulp van tamelijk primitieve middelen: het potlood, het tekenbord, de mechanische rekenmachine en de rekenlineaal, de interne postbode, het controlestempel… de paraaf. Dat geldt voor projecten die vandaag de dag in complexiteit in veel gevallen nog steeds niet zijn overtroffen: het hypersone spionagevliegtuig Lockheed SR-71 ‘Blackbird’ en het Apollo-project zijn gedefinieerd, ontwikkeld, ontworpen en gebouwd in de jaren vijftig en zestig.
Vliegtuigen en raketten werden in het heetst van de Koude Oorlog op den duur beschouwd als ‘vliegende wapensystemen’. Die beschrijving gaf uitdrukking aan hun hand over hand toenemende complexiteit. Het begrip machine of apparaat dekte de lading niet meer. Om zo’n machine nog te kunnen bevatten moesten ingenieurs hem gaan beschouwen als een systeem, of zelfs als een onderdeel van een groter systeem, waarvan alleen op een hoger abstractieniveau de werking ervan nog inzichtelijk te krijgen was.
Deze superdiscipline – ‘super’ omdat hij geldig is in elke tak van industrie en in elk vakgebied – is dus ontstaan uit de enorme kloof tussen de complexiteit van militaire projecten uit die tijd en de eenvoud van de middelen en mogelijkheden die daarbij ter beschikking stonden.
Het is niet onlogisch om volgens dezelfde principes van de algemene constructieleer niet alleen de machine zelf te ‘construeren’ maar eveneens het hele project om zo’n complexe machine te ontwikkelen, te ontwerpen en te bouwen. Systems engineering werd zo een methodologie om de enorme papieren bureaucratie te beteugelen, die zo’n ingewikkeld project met zich mee bracht. Het project werd een systeem op zichzelf. Tegenwoordig is het bouwen van zulke systemen minstens zo belangrijk als datgene wat we er mee willen verwezenlijken, zoals de HSL, een geboorde tunnel, een vliegveld in zee of de Betuwelijn.
Het adres van NLCOSE is: NLCOSE p/a ADSE BV, Postbus 75125, 1117 ZJ Schiphol-Oost. Tel 020-653 60 08, fax 020 653 5995, email: info@adse.nl
(KADER)
SE-conferentie
ESA en INCOSE houden van 11 tot en met 13 november bij ESTEC (European Space Technology Center) in Noordwijk de conferentie ‘Systems Engineering – The Future’ onder het motto Learning to do projects faster, better, cheaper. Deelname is kosteloos. Opgeven bij: ESTEC conferentiebureau, Postbus 299, 2200 AG Noordwijk. Tel./fax.: 071 565 56 58. Email: confburo@estec.esa.nl. Informatie: http://www.estec.esa.nl/confannoun/97c05 of via email pgroeppe@estec.esa.nl
(KADER 2) )
De technische processen van SE
Ir. D.J. Laan (MIS Organisatie Ingenieurs), ir. K. Eftekhari Shahroudi (Woodward Governer Company) en ir. J.B.R.M Spee (Nationaal Lucht- en Ruimtevaart Laboratorium) leggen op het SE-congres aan de hand van een schema de plaats van engineering in het totale systems proces uit. Het schema, dat vier hoofdstadia onderscheidt, betreft de technische processen binnen systems engineering; het schema omvat dus niet de overkoepelende managementprocessen van SE.
Het eerste stadium gaat over het programma van eisen, de requirements capture. Met behulp van dat eisenprogramma wordt een analyse gemaakt op systeemniveau, de system analysis. Deze analyse leidt tot een functionele beschrijving waarin staat wat de machine, bouwwerk of wat dies meer zij, moet kunnen om aan de eisen te voldoen. Systems engineering heeft betrekking op deze twee eerste stadia.
Product engineering richt zich op de laatste twee stadia waarin ontwerpers eerst de grote lijnen, de ‘architectuur’ of het conceptuele ontwerp vastleggen waarna op basis van deze systeemarchitectuur het eigenlijke productontwerp begint. Laan, Eftekhari Shahroudi en Spee buigen zich in hun bijdrage aan het congres over de interactie tussen de eerste en de laatste twee stadia, tussen systems engineering en product engineering. Deze interactie die zij Multi disciplinary Design and Optimisation (MDO) noemen, richt zich op de optimale transformatie van functie in componenten. Vooral in de lucht- en ruimtevaartindustrie is hieraan veel aandacht geschonken.
(+ DIAGRAM 1)
(FOTO 1)
(BIJSCHRIFT)
Systems engineering komt uit industrietakken waar complexe projecten worden uitgevoerd, zoals de militaire vliegtuigbouw en de ruimtevaart. De methodologie wordt ook gebruikt voor het boren van tunnels.
(FOTO 2)
(BIJSCHRIFT)
Ir. Cheryl Atkinson (ADSE): ‘Systems engineering is een ‘frame of mind’.
(Foto: Michel Wielick)
(EVT DIAGRAM 2 op flop als GIF)
