SE beheerst kosten en bewaakt tijdsduur complexe projecten – Systems engineering, de superdiscipline (1997, nr. 19, 5 november)

systemINNOVATIEF

 

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.’

 

orion2014-4259_0

 

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)