Function Breakdown Structure (FBS) als basis
Inleiding
Systems Engineering (SE) wordt al jaren toegepast in complexe projecten binnen de vliegtuigbouw, ruimtevaart en defensie. Sinds een aantal jaren wordt het in Nederland toegepast voor grote infrastructurele werken in de GWW sector (Grond, Water en Wegenbouw). Hiervoor is een leidraad SE opgesteld, mede door de GWW sector en mede door Rijkswaterstaat en ProRail.
Toch gaat het vaak, ondanks toepassing van SE, nog mis in dit soort projecten met de automatisering. KienIA heeft ook in een aantal infrastructurele projecten mee gewerkt aan de automatisering, zoals de besturing en bediening van bruggen en tunnels. Hier heeft KienIA een eigenwijze kijk op de zaken. In dit artikel beschrijven wij onze zienswijze en geven wij advies over hoe automatisering in een SE project moet worden opgenomen.
In dit artikel schetsen wij ons beeld op automatisering als onderdeel van Systems Engineering projecten. Wij veronderstellen geen expert te zijn in SE, maar zien wel het effect van de aanpak op automatisering. Ook wij beamen het nut van SE op complexe infrastructurele projecten, echter wordt de automatisering wat ons betreft niet op de juiste manier opgenomen in de systematiek.
De KienIA driehoek
Binnen KienIA beelden we systemen vaak uit als een driehoek tussen Organisatie (O), Installatie (I) en Technische Automatisering (TA). Een verandering aan het systeem heeft altijd een effect op elk van deze drie dimensies. Deze driehoek kun je ook projecteren op SE.
Zoals in onderstaand figuur is weergegeven, behelst SE deze drie dimensies. In de figuur zijn enkele kreten uit SE bij ieder van de drie dimensies neergezet.
System Breakdown Structure en Function Breakdown Structure
Eén van de eerste activiteiten die plaats vindt na het beginnen van een SE project is het opstellen van de diverse systeembomen (Breakdown Structures), waarmee geprobeerd wordt het project in overzichtelijke brokken op te delen.
Voor de technische processen die bij SE horen zijn de Requirement Breakdown Structure (RBS), de Function Breakdown Structure (FBS) en de System Breakdown Structure (SBS), drie belangrijke structuren om inzichtelijk te maken welke eisen er zijn aan het systeem, welke functies het gehele systeem moet kunnen uitvoeren en welke systeemelementen gemaakt moeten worden.
Het verband tussen deze drie structuren is hieronder weergegeven:
Tijdens het specificeren, onderdeel van het technische proces, worden deze drie structuren steeds verder verfijnd.
Waar gaat het dan fout?
Bij infrastructurele projecten wordt de SBS al zeer vroeg in het project leidend, en wordt de automatisering vaak gezien als één van de vele systeemelementen van het SBS. Vervolgens leidt het opknippen van een systeem in systeemelementen helaas ook tot het kwijtraken van het overzicht wat het geheel nu moet doen of moet kunnen. Als je infrastructuur leest als ‘beton en staal’ is dit misschien nog wel overkomelijk, want een dienstgebouw heeft qua beton en staal weinig te maken met een aanbrug of een pijler. Maar als je de automatisering bekijkt, dan heeft deze vaak juist wel raakvlakken met alle installaties (systeemelement).
Want wat is een brugbesturing als systeemelement zonder de afsluitbomen, bruglichten, scheepvaartseinen en hefinstallatie? Dan wordt het een stuk hardware zonder functie. Hetzelfde geldt natuurlijk ook voor de afsluitbomen, bruglichten, scheepvaartseinen en hefinstallatie. Zonder de juiste aansturing en coördinatie (automatisering) is elk stuk werktuigbouwkunde en elektrotechniek een systeemelement zonder functie. De functie die een brug moet vervullen kan pas ontstaan als alle systeemelementen met elkaar verbonden zijn via de automatisering.
Functional Engineering
Al te gemakkelijk wordt SE opgevat als het bouwen van een set van ‘doosjes’ (systeem elementen) waarbij de functionaliteit van het geheel vergeten wordt. FE (Functional Engineering) zou een betere term zijn voor automatiseringsprojecten.
Zoals de leidraad SE ook letterlijk zegt:
Het te snel opdelen (en daarmee ontkoppelen) van een systeem in objecten zonder de samenhang te bewaken kan een risico voor het goed functioneren van het systeem betekenen.
Voor automatisering binnen een SE project is de functieboom (FBS) veel belangrijker dan de systeemboom (SBS).
De functieboom geeft inzicht in wat het systeem moet kunnen. Door in het begin van de opdracht de functieboom uit te werken in een integraal functioneel ontwerp, zal de functie van het systeem centraal blijven staan. In een dergelijk integraal ontwerp kan de opdeling naar subsystemen zo gekozen worden dat functies geheel binnen de scope van het subsysteem blijven, waardoor raakvlakken worden verminderd. Tevens kunnen functionele aspecten die niet direct uit eisen volgen, zoals bijvoorbeeld onderhoudbaarheid of beschikbaarheid, uitgewerkt en gekoppeld worden aan de subsystemen.
Hoe krijgen we Functional Engineering op de agenda?
Zoals bekend is automatisering in de totale scope van een project meestal relatief klein in kosten en vaak ook doorlooptijd. Dit betekent dat het belang maar ook de risico’s vaak in een laat stadium onderkend worden.
Om het Functional Engineering ‘werkend’ te krijgen voor het project, zal in een vroege fase, dat wil zeggen nog voor het civieltechnische ontwerp, een FBS moeten worden opgesteld. Dit betekent dat de automatiseringsmensen vanaf het begin bij het project betrokken moet worden. Door de wederzijdse afhankelijkheid die de automatisering met de vele verschillende subsystemen heeft, zitten industriële automatiseerders in een goede positie om de algehele samenhang en functionaliteit te bewaren en te vertalen in een FBS.
Vanzelfsprekend helpt KienIA graag met het realiseren van dit soort functionele ontwerpen.