Van ambacht naar productielijn

Auteur: Nieke Roos
10 juli 2018 

Bij het High Tech Systems Center van de TU Eindhoven buigt nieuwbakken fellow Marc Hamilton zich over de rol van software in systeemengineering.

‘Het intrigeert mij mateloos dat we software nog steeds zo ambachtelijk maken. Dat we er maar mensen bij blijven schuiven om de toenemende systeemcomplexiteit het hoofd te bieden, ook al zijn die bijna niet meer te krijgen. We hebben efficiëntere methodes nodig waarmee we de stap kunnen zetten naar een schaalbare engineeringomgeving waarin de verschillende disciplines naadloos samenwerken.’

Sinds begin dit jaar combineert Marc Hamilton zijn werk voor Altran met een deeltijdpositie als fellow bij het High Tech Systems Center (HTSC), het ontwikkelcentrum voor hightech systemen van de TU Eindhoven. De gemene deler: engineeringprocessen automatiseren met behulp van modellen. Na een schat aan ervaring te hebben opgedaan in de industriële praktijk, vooral bij ASML, stort hij zich nu één dag in de week op de meer fundamentele kant: wat zijn de basisprincipes van zo’n schaalbare, multidisciplinaire omgeving voor model-driven engineering (mde)?

Toolsmid

‘De verschillende disciplines die betrokken zijn bij de ontwikkeling van een systeem zijn redelijk op weg in het gebruik van modellen om het engineeringproces te automatiseren: we sturen cadtekeningen rechtstreeks naar een draaibank, met een druk op de knop genereren we code in Matlab en Simulink. Er is echter weinig onderling verband: het zijn allemaal eilandjes die los van elkaar mde doen in hun eigen paradigma’s en tools’, schetst Hamilton het probleem.

De nieuwbakken HTSC-fellow beoogt dat allemaal bij elkaar te brengen zodat de verschillende disciplines hun krachten kunnen bundelen zonder hun jargon op te geven. ‘Het idee is dat de mechatronicus het gedrag van zijn deel van het systeem beschrijft in de termen die hij gewend is te hanteren, terwijl de fysicus en elektronicus voor hun stukken hun eigen domeinspecifieke talen gebruiken. Allebei zo abstract mogelijk. De overkoepelende mde-omgeving zorgt onder water voor de vertaling in software en de integratie in het geheel.’

Nu moeten mechatronici, fysici en elektronici geregeld zelf programmeren, maar dat werk komt dan te liggen bij de echte softwarevaklieden. Hamilton: ‘De software-engineer zet het framework neer voor de andere disciplines, onderhoudt het en breidt het uit waar nodig. Hij zorgt ervoor dat het engineeringproces blijft draaien.’

Dat betekent niet dat een software-engineer bij ASML niet meer met nanometers mag stoeien, haast Hamilton zich te zeggen. ‘Wie er plezier in heeft om code werkend te krijgen in een multiprocessoromgeving of om ervoor te zorgen dat het systeem altijd de goede respons geeft, ongeacht de exacte toepassing, die wordt zo’n toolsmid. De software-engineer die het leuk vindt om die extra nanometer eruit te persen, maar zich minder interesseert voor de softwareconstructie zelf, die wordt domeinexpert. Maar dan wel eentje die een stuk efficiënter is dan de domeinexperts van nu, die vaak tachtig procent van hun tijd bezig zijn met problemen waarover ze eigenlijk niet zouden moeten nadenken.’

Daarnaast blijven software-engineers nodig voor de pure softwarebijdrages aan het eindproduct. ‘Denk aan dataverwerking en -transport naar de cloud’, geeft Hamilton een voorbeeld. ‘Of aan de mens-machine-interface.’

De overkoepelende mde-omgeving zal bestaande tooling niet overbodig maken, denkt Hamilton, maar die juist integreren. ‘Waarom het wiel opnieuw uitvinden?’ Dat wiel is wel voor verbetering vatbaar, meent hij. ‘De code die eruit komt, is meestal niet direct bruikbaar, of de logging en tracing laat te wensen over. Een onderdeel van het onderzoek dat ik help op te tuigen, is om samen met de leveranciers te gaan kijken hoe we de tools beter inpasbaar en misschien ook flexibeler en meer open kunnen maken.’

Systeemdenken

In een van zijn huidige projecten voor het HTSC probeert Hamilton de toolleveranciers, systeembouwers en dienstverleners om de tafel te krijgen om gezamenlijk de mogelijkheden te verkennen van digital engineering. ‘Behalve in een fysiek prototype moeten we de bijdrages van de verschillende disciplines ook samenbrengen in eerdere stadia van de systeemontwikkeling op basis van de modellen die de disciplines maken. Afhankelijk van vraagstelling en ontwikkelstadium kunnen we zo komen tot diverse digital twins waarmee we systeemeigenschappen kunnen analyseren. Ook zou een synthese, met name softwareconstructie, vanuit geïntegreerde systeemmodellen mogelijk moeten worden, zodat niet alle engineers software-engineers hoeven te worden en we de toenemende noodzaak voor software de baas kunnen. Daar wil ik nu een consortium voor gaan opzetten.’

Dat gaat niet zonder slag of stoot, merkt Hamilton. ‘Bedrijven focussen begrijpelijkerwijs op hun primaire product, hun core. Van onderzoek dat daaraan raakt, hebben ze de meerwaarde prima in de smiezen. Zo’n digital twin is van secundair belang. Bovendien is het een probleem dat anderen schijnbaar ook hebben. Het risico is dan dat niemand eraan begint of er eigenaarschap voor neemt. Het is nu zaak om ze toch aan boord te krijgen met gezamenlijke doelstellingen. Daarbij helpt het dat ze zich ervan bewust zijn dat ze voor de innovatiekracht van de regio de handen echt ineen moeten slaan om de engineeringefficiëntie te vergroten.’

In een parallel HTSC-traject spant Hamilton zich in om het belang van systeemdenken uit te dragen. Engineers moeten ook over hun eigen schutting kijken, naar de tuinen van de buren. ‘Aan de TU leiden we nu eigenlijk geen engineers op, maar wetenschappers. Tijdens hun studie krijgen die met de paplepel ingegoten dat vragen stellen goed is, maar als je een systeem bouwt, moet je ook het nodige pragmatisme aan de dag leggen, oplossingsgericht bezig zijn. Dan moet je naar veel meer aspecten kijken: is het evalueerbaar, is het maakbaar, wat is de impact op de omgeving?’

Met mede-HTSC’ers Anton van Dijsseldonk en Ton Peijnenburg onderzoekt Hamilton hoe ze het systeemdenken meer verankerd kunnen krijgen in de opleiding. ‘Niet tijdens het PhD- of PDEng-traject, maar al in het curriculum van de bachelor of master. Zodat iedereen die werkt in de hightech zich bewust wordt van hoe we praten en redeneren in een systeemcontext. Ik vlieg het aan vanuit de software, Anton vanuit de optomechatronica en Ton vanuit de mechatronica.’

Belangrijk onderdeel van systeemdenken is zuiver redeneren. ‘In de praktijk zie je dat engineers als gedreven vakmensen nog steeds heel erg focussen op de technologie. We hebben heel erg de neiging om ons te gaan uitdrukken in oplossingsgerichte jargons. Daarmee krijg je een verstrengeling van specificatie en oplossing’, signaleert Hamilton. ‘Bij systeemdenken is het ook van belang om dat onderscheid goed in het oog te houden.’

Ander punt van HTSC-aandacht is de kennistransfer van academie naar industrie. ‘In de informatica hebben we prachtige methodes om wiskundig te bewijzen dat software correct werkt. Waarom landen die academische technieken niet in de industrie?’, vraagt Hamilton zich af. ‘Dit speelt in alle disciplines. Veel universitaire kennis is te fundamenteel om zomaar voor te schotelen aan engineers, maar we kunnen haar wel zo aanpassen dat ze bruikbaar wordt in de praktijk, voor grote én kleine bedrijven. Daar is nog wel wat werk aan de winkel.’

Techwatch

Techwatch | bv | Novio Tech Campus | Transistorweg 7-H | 6534 AT Nijmegen
T. +31 (0)24 - 350 3532 | info@techwatch.nl

Copyright ©  2018 Mechatronica&Machinebouw - All Rights Reserved

×