Jongleren met specs

‘Op een dag verschijnt er op de markt een kraampje waar heerlijke limonade wordt verkocht. Er staat een lange rij en de verkoper kan de drank bijna niet aanslepen. Geïnspireerd door dat succes opent een handige ondernemer de week erop ook een limonadekraampje waar hij bijna dezelfde limonade verkoopt, maar klanten krijgen er een rietje en een schijfje citroen bij. Het is een hit. Weer een week later zijn er ineens vijf kraampjes die limonade verkopen. Weliswaar niet zo lekker als de eerste verkoper, maar wel een stuk goedkoper. De rij bij de eerste kraam is volledig verdwenen.’

Lars Idema, hoofd van de afdeling mechanicaontwikkeling bij Océ R&D, vertelt de anekdote tijdens zijn keynote op High-Tech Systems 2017. In de basis is het Venlose bedrijf iets soortgelijks overkomen. Idema toont een foto van het eerste digitale kopieerapparaat: ‘Dit was onze limonade. We waren als eerste op de markt met deze oplossing en hebben er heel veel succes mee gehad. De machine had slechts vier specs: snelheid, printkwaliteit, prijs en gebruiksgemak.’

Toen allerlei concurrenten vergelijkbare systemen introduceerden, koos Océ ervoor om te mikken op hogere orde productspecs. ‘Het ging niet meer om snelheid, maar om integrale productiviteit: hoeveel producten levert het kopieerapparaat in een maand af? Kwaliteit werd de application range: wat kun je ermee, welke papiervarianten en materialen kun je gebruiken, wat is de consistentie? Ook bij de kostprijs zag je een verschuiving. Natuurlijk is het prijskaartje nog altijd belangrijk, maar het gaat klanten uiteindelijk om de total cost of ownership: hoe zit het met het onderhoud, hoeveel operators heb ik nodig?’

‘Als de markt volwassen wordt, moet je op veel meer eigenschappen de concurrentie aangaan. Dat betekent dat ontwikkelaars met tientallen machine-eisen rekening moeten houden. Hoe ga je daarmee om? Het antwoord op die vraag maakte ook ons volwassen.’

Spelen met blokken

Océ doet pionierswerk op het gebied van multi-aspect-modellering. Idema: ‘Het helpt om alle specificaties in lagen te categoriseren. Kijk je bijvoorbeeld naar integrale productiviteit, dan kun je dat opdelen in drie aspecten: de machinesnelheid, de betrouwbaarheid en het gebruiksgemak. De snelheid kun je weer opdelen in de pure snelheid en de snelheid in combinatie met de kalibratietijden. Dat eerste valt uiteen in de snelheid van het papier en de snelheid van de printkoppen. En de papiersnelheid wordt bepaald door de aandrijfsnelheid en de controlenauwkeurigheid.’

‘In de lagen daaronder komen we op de bekende terreinen van mechatronica, embedded systemen, 3d cad/cae, et cetera. Onze ontwikkelaars hebben voor die blokken de beschikking over veel modelleertechnieken en tools. Maar hoe zit het met complete producten? We zijn op de een of andere manier vergeten om de architectuur te modelleren. Extra vreemd omdat je juist in de eerste ontwikkelfase een beetje wilt kunnen spelen met alle blokken en eisen. De specs zijn immers met elkaar verbonden. Als je de aandrijfsnelheid verhoogt, gaat de onderdeelbetrouwbaarheid naar beneden. Als ik de snelheid omhoog wil brengen, wat kost het dan om de printkwaliteit en de betrouwbaarheid op hetzelfde niveau te houden? Dat soort vragen is het terrein van onze domeinarchitecten. Zij spelen dat spel.’

Idema vertelt hoe hij alle domeinen indeelt in vier kwadranten. ‘Aan de onderkant heb je voorspelbare domeinen zoals elektronica, mechanica en software. Aan de bovenkant staan de minder voorspelbare zaken zoals gebruikersinteractie, papiergedrag of luchtstromingen.’ Dat zet Idema af tegen het aantal interacties. Elektronica en mechanica belanden daarmee in het ‘simpele’ kwadrant linksonder: voorspelbaar en weinig interacties. ‘Daar wil ik het ook niet over hebben’, zegt Idema. ‘Software en mechatronica zijn weliswaar voorspelbaar, maar een stuk ingewikkelder. Daar heb je te maken met miljoenen regels code en veel afhankelijkheden waar je rekening mee moet houden. Ook bij complexe mechatronische systemen krijg je interactieproblemen. Er zijn echter genoeg methodes en tools om dit af te doen als bekend terrein.’

Dan de bovenste helft van de verdeling. Het kwadrant linksboven heeft Idema gereserveerd voor de mensgerelateerde domeinen zoals design en interactie met gebruikers. ‘Die onderwerpen zijn moeilijk te modelleren, het is bijna een kwestie van smaak’, aldus Idema. ‘Rechtsboven staan chemie, 3d fysica, artificiële intelligentie, allemaal zeer ingewikkelde domeinen. Onvoorspelbaar en met veel interacties. Bij Océ moet je denken aan printkoppen of interacties tussen inkt en papier. Dat zijn de moeilijke problemen en voor een bedrijf ook de meest risicovolle, juist omdat ze lastig te voorspellen zijn. Je komt in de wereld van experimenten en dan weet je nooit wat eruit komt.’

Design Framework

Hoe ga je met al die uitdagingen om? Hoe kun je jongleren met alle belangrijke productaspecten? Hoe moet je ze koppelen en structureren? En hoe doe je dat multidisciplinair? Hoe ga je om met kwalitatieve specs? Wat doe je met invasieve specs die door alles heen gaan, zoals kostprijs? Voor Idema zijn dat de grootste uitdagingen bij de ontwikkeling van machines voor een volwassen markt.

‘Laten we eens naar dat laatste kijken: kostprijs. Het is bekend dat de uiteindelijke prijs van een product tijdens de vroege ontwikkelfase wordt bepaald. Er zijn dan echter nog geen materialen of onderdelen gedefinieerd. Hoe kom je dan toch tot een prijs?’, vraagt Idema zich af. ‘Daar bestaan slechts zeer summiere tools voor. Excel en een whiteboard, meer niet. We werken samen met TNO-Esi om methodes te ontwikkelen en tools te zoeken om dit te kunnen modelleren. De kennis over wat dingen kosten, ligt bij verschillende personen in de organisatie. Intern bij inkoop, productie, ontwikkeling, maar ook extern bij toeleveranciers en de klant zelf. En alles is aan elkaar gelinkt.’

TNO-Esi werkt aan het zogenaamde Design Framework, een aanpak en tool die ontwikkelaars moet helpen om alle designactiviteiten te linken aan concrete designartefacten en om de consistentie van deze artefacten in een multidisciplinaire omgeving te tracken. Océ is industrieel partner in dat project. ‘We zijn begonnen met een exercitie om de integrale kosten te modelleren’, vertelt Idema. ‘We hebben de kosten van het ontwerp gemodelleerd als functie van het aantal verkochte en geproduceerde systemen per jaar en van nog te maken architectuurkeuzes. We hanteerden een verkeerslichtsysteem. Als een wijzigingsvoorstel betekent dat er niet meer aan een spec wordt voldaan, springt het licht op rood en moet je op zoek naar de verantwoordelijke om erover te discussiëren. Zo kunnen we belangrijke architectonische beslissingen valideren.’

Complete tool

Wat hebben Océ en TNO-Esi geleerd? Idema: ‘Het model helpt om relaties tussen specs bij meerdere eigenaren te borgen. Het is verder niet alleen interessant vanuit een technisch oogpunt, maar ook een prima middel in de communicatie. Naar alle stakeholders heb je een duidelijker verhaal. Je kunt beter inzicht geven in wat het kost als ze iets willen veranderen. Ten slotte zagen we met relatief weinig inspanning al resultaten. Dat maakt het een betaalbare werkwijze.’

Océ en TNO-Esi zetten nu de volgende stappen om tot een complete tool te komen. Waaraan moet die voldoen? ‘Om te beginnen, moet hij kunnen linken met alle onderliggende modellen en tools, bidirectioneel’, stelt Idema. ‘Het is heel handig om een automatische detectie te hebben die aan de bel trekt als er zaken conflicteren, bijvoorbeeld als er een mismatch is in de specs. Ten slotte moet de tool zorgdragen voor versiebeheer en weinig onderhoud vergen.’

‘We hebben die multi-aspect-modelleertechnieken echt nodig in productontwikkeling’, sluit Idema af. ‘Het is aan de bedrijven en kennisinstituten om hier tot goede oplossingen te komen. Daar ligt een grote uitdaging.’