De zoektocht naar de ene bron van waarheid in systeemengineering
Op de afgelopen System Architecting Conference stelde Jon Holt, een expert in modelgebaseerd ontwerpen voor systeemengineering, dat over vijf jaar alle systeembouw modelgebaseerd is. Mechatronica&Machinebouw had een gesprek met Holt, die momenteel ook technisch directeur is van Incose UK.
Met zijn zwarte outfit zou je Jon Holt eerder bestempelen als goochelaar dan als systeemingenieur. Maar eigenlijk is hij het allebei.
Laten we beginnen met de magie. Die gebruikt hij om te inspireren. Als professioneel goochelaar treedt hij op en gebruikt hij magie, gedachtelezen en soms escapologie om ingenieursprincipes uit te leggen. ‘We doen dingen die gebaseerd zijn op wiskunde, wetenschap en geheugentechnieken. Ik probeer mensen bijvoorbeeld uit te leggen hoe belangrijk visualisatie is, als ontwerpconcept.’ Hij lacht: ‘Er zit ook een zelfzuchtig aspect aan. Ik geniet ervan. Geef me een podium en ik klim erop.’
Als technisch directeur van Incose UK werkt Holt aan die bewustwording samen met beroepsorganisaties die zich richten op gezinnen met kinderen. ‘Het is belangrijk dat we niet alleen denken aan waar we staan, maar ook aan de volgende generatie van alle ingenieurs.’ Hij schreef daarom ook het stripboek ‘Think systems’, gericht op kinderen van zeven tot elf jaar.
Duizenden documenten
Jon Holt is door Incose, de International Council on Systems Engineering, aangewezen als een van de vijfentwintig meest invloedrijke systeemingenieurs van de afgelopen vijfentwintig jaar. Hij is internationaal erkend als expert op het gebied van modelgebaseerde systeemengineering (mbse) en is auteur van zeventien boeken over dit onderwerp. Holt is tevens hoogleraar systeemengineering aan Cranfield University.
In zijn loopbaan heeft modelgebaseerde systeemengineering een centrale rol gespeeld. Op de afgelopen Bits&Chips System Architecting Conference in Eindhoven stelde Holt dat alle systeemengineering in 2025 modelgebaseerd zal zijn. ‘Tien jaar geleden besteedde ik hele discussies aan de vraag of modelleren wel een goed idee was. Dat is veranderd. De vraag is nu niet meer: moeten we modelleren? De vraag is nu: hoe kunnen we effectief en efficiënt modelleren?’
Hij ziet de verschuiving in zijn werk met grote multinationals met productlevenscycli van twintig jaar. ‘Zij willen die cycli verkorten. Kwaliteit is uiteraard een punt van zorg, maar hun belangrijkste drijfveer om mbse toe te passen, is het verbeteren van de efficiency van hun processen. De menselijke kant van de zaak speelt ook een rol. Bedrijven willen er zeker van zijn dat hun personeel over de juiste vaardigheden beschikt en passen mbse daarop toe.’
‘Traditioneel leunde engineering erg zwaar op documenten. Voor het ontwerp, voor het begrijpen van de eisen, enzovoorts’, gaat Holt verder. ‘Dat heeft vele decennia heel goed gewerkt. Een goede, solide aanpak. Maar naarmate de complexiteit toeneemt, als alle kennis, data en informatie die met een systeem te maken heeft, is verdeeld over meerdere documenten – duizenden – is alleen al het behouden van de onderlinge consistentie zeer, zeer complex.’
Bij een modelmatige aanpak worden alle kennis en informatie die relevant is voor het systeem op één plaats bewaard en consistent gehouden. ‘Op die manier hebben we een single source of truth’, zegt Holt. ‘We kunnen die ene bron onderhouden en als dat goed gebeurt, garandeert dat dat de documenten consistent zullen zijn als ze zijn gebaseerd op die ene bron. Dus in plaats van alles te verspreiden over duizenden verschillende documenten, brengen we het allemaal samen in één enkele bron van waarheid. Alles wat we willen weten over het systeem is daar te vinden.’
Holt borduurt voort: ‘Mensen zeggen: een model kan nooit volledig zijn. Maar dat hoeft ook niet. Het moet zo volledig zijn als nodig is om ons systeem te leveren. Het kan nooit alle informatie bevatten. Er zullen dingen ontbreken, maar dat betekent niet dat het fout is. We concentreren ons op de relevante informatie. Het moet nuttig zijn en ten goede komen aan wat we doen. Als dat niet zo is, vergeet het dan maar.’
Klodder informatie
De basisfunctie van een model in mbse is communiceren. Het moet de systeemingenieur in staat stellen het systeem in ontwikkeling te bespreken met alle stakeholders, de financiële afdeling, de klant, de baas, het engineeringteam of een of andere normalisatieorganisatie die wil zien of het systeem voldoet aan de veiligheidsvoorschriften.
Voor al die verschillende belanghebbenden zijn er zogenaamde views van het model. Dat zijn de basiseenheden. Elk van hen is een verzameling van precies die gegevens die een specifieke stakeholder moet weten over het systeem. Holt: ‘Als je geen stakeholder kunt aanwijzen die geïnteresseerd zou zijn om naar een bepaald onderdeel te kijken, maak die view dan niet.’ Ten tweede moet de stakeholder er baat bij hebben om naar deze view te kijken. ‘Als je daar geen antwoord op kunt geven, is het niet relevant.’
Holt: ‘Als je je voorstelt dat het model een grote amorfe klodder informatie is, dan is elke view als het openen van een piepklein raampje in dat model. We moeten ervoor zorgen dat we genoeg van die vensters openen om ons inzicht te geven in het model als geheel. Vanwege de vele belanghebbenden moeten we ervoor zorgen dat alle views consistent zijn, anders is het geen model.’ Holt heeft gekozen voor SysML als modelleertaal, maar in feite kan het elke taal zijn.
Holt gebruikt modellen bijvoorbeeld als basis voor het contract. ‘Wanneer bedrijven in verschillende sectoren, zoals lucht- en ruimtevaart, energie of de nucleaire industrie, een aanbesteding doen, geven ze hun specificaties vrij. Wat ze in feite doen, is een reeks views opstellen, die ze indienen als het technische deel van hun aanbesteding.’
De voordelen zijn evident. ‘Het model wordt onderdeel van het contract. Als vier mensen inschrijven op de aanbestedingen, zullen ze offertes afleveren voor dezelfde set views. Voor de klant is het veel eenvoudiger om die vervolgens te vergelijken in plaats van bijvoorbeeld op tekst gebaseerde beschrijvingen.’
De high-level set van views komt later terug bij de acceptatiecriteria, voor wat er wordt opgeleverd. ‘Dit kan worden toegepast voor infrastructuurprojecten, maar ook in de hightech.’
Eetlust
De automobielindustrie is een goed voorbeeld van een industrie die honger heeft naar mbse, zegt Holt. ‘Op een manier die ze niet eerder hebben gehad.’ Hij merkt op dat het vijf jaar geleden is begonnen. ‘De complexiteit is veranderd naarmate de tijd vorderde. Vergelijk een oude auto van dertig of veertig jaar geleden met een moderne auto en kijk naar de complexiteit van de systeemelementen, de connectiviteit of de beperkingen op het gebied van veiligheid. We zien dat de complexiteit onherkenbaar is veranderd. De technieken die we twintig jaar geleden konden toepassen op wat als een moderne auto werd beschouwd, zijn nu gewoon niet goed genoeg meer. Ze zijn niet rigoureus genoeg om te worden toegepast op een modern voertuig dat deel uitmaakt van een groter systeem van systemen. De mbse-benadering geeft de automobielindustrie een concurrentievoordeel. Als ze het niet toepassen, worden ze links en rechts ingehaald door concurrenten met betere en betrouwbaardere producten.’
