Operationalisering van Systems Engineering in de bouw; het V- model als inrichting van het ontwerp- en testproces
Fedde Tolman Universiteit Twente KOAC-NPC Karel Veenvliet Universiteit Twente
met dank aan ing. P. J. H. Staats (BAM Wegen Oost) en ir. B. Dimmendaal voor het ter beschikking stellen van informatie voor de voorbeelden
Samenvatting Als canon voor Systems Engineering gelden het INCOSE Systems Engineering Handbook en ISO 15288 Systems Engineering – System Life Cycle Processes. Daarin neemt het SE procesmodel, bijvoorbeeld een V-model, een centrale plaats in. Na de behandeling van hoofden ondersteunende processen wordt de nadruk gelegd op de noodzaak van het toesnijden van de algemene middelen op specifieke problemen. SE activiteiten zijn slechts uitvoerbaar als ze ondersteund worden door relevante procedures en gereedschappen. Het Handbook gaat echter niet in op deze gereedschappen. Deze gereedschappen liggen op een praktischer abstractieniveau. In dit artikel wordt getracht in een deel van dit manco te voorzien door het V-model te bespreken en met een wiskundig ontwerpgereedschap, DSM (design structure matrix), dat o.a. bruikbaar is voor het V-model, drie praktijkgevallen toe te lichten. Gedemonstreerd wordt dat met deze gestructureerde werkwijze gebreken en misvattingen vroegtijdig en kwantitatief duidelijk gemaakt kunnen worden.
1
Inleiding Sinds enige tijd wordt Systems Engineering algemeen voorgeschreven bij grotere GWW projecten. De operationalisering daarvan is echter vaak problematisch. In dit artikel wordt ingegaan op een manier om een belangrijk onderdeel van SE operationeel te maken. Als canon voor Systems Engineering gelden het INCOSE Systems Engineering Handbook en ISO 15288 System Engineering – System Life Cycle Processes. Zij komen sterk overeen. In het Handbook neemt de systeem levenscyclus de centrale plaats in. Het V-model is de verbeelding ervan. Het Handbook stelt [Haskins 2006, p3.4]: The Vee model is used to visualise the system engineering focus …..The Vee highlights the need to define verification plans …continuous validation with stakeholders … continuous risk and opportunity management.
Het Handbook maakt onderscheid tussen 4 hoofd- en 3 ondersteunende processen, die elk zijn uitgewerkt in verschillende SE activiteiten. De hoofdprocessen (hoofdstuk 4, 5 en 6) zijn: • technische processen (wensen en eisen, architectuur ontwerp, integratie, verificatie, validatie, operationalisatie, onderhoud, afdanken etc.) • project processen (planning, controll, management van risico's en informatie etc.) • ondernemingsprocessen (beleid, investeringen, bronnen, kwaliteit) • zaken doen (agreement) (acquisitie en levering) De ondersteunende processen zijn: • SE activiteiten mogelijk maken • SE life cycle processen • bijzondere SE activiteiten In hoofdstuk 10 wordt tenslotte de nadruk gelegd op de noodzaak van het toesnijden van de algemene middelen op specifieke problemen. SE is geen pasklaar gereedschap. Het Handbook gaat echter niet in op gereedschappen als ontwerp van product en proces, QFD (quality function deployment), specificeren, bomen en oprationalisering van risico management. Deze gereedschappen liggen op een meer praktisch abstractieniveau. In het Handbook neemt het V-model als SE procesmodel een centrale plaats in om tot de beschrijving van SE activiteiten te komen. Het model is ontstaan vanuit de tekortkomingen ten aanzien van integratie en verificatie binnen het traditionele lineaire procesmodel, het zgn. waterval model. Het waterval model beschrijft in de tijd vanuit een discipline gerichte benadering opeenvolgende systeem levenscyclus fasen met minimale terugkoppeling tussen de fasen. Door de nadruk te leggen op de aspecten van integatie en verificatie binnen de activiteiten van het product ontwikkelproces is het V-model ontstaan als een gevouwen waterval model waarmee de tekortkomingen zijn geminimaliseerd. De nadruk van het Vmodel ligt dan ook niet direct op de levenscycli van het te ontwikkelen product in al zijn geledingen maar meer op de integratie, verificatie en vastlegging van de oplossingen (rechtertak van de V) in relatie tot specificatie, analyse en ontwerp van het systeem (linkertak van de V) Het V-model is, een kunstmatig model, in tegenstelling tot een natuurlijk model (Simon, The Sciences of the Artificial p15, 1969). De gelding van deze modellen is niet universeel en berust uiteindelijk op consensus. De acceptatie ervan wordt natuurlijk wel sterk vergroot wordt als ze tenminste voldoen aan beginselen van [Simon 1969 p5]: 2
• • • • • •
geldigheid (geschikt voor het probleem) intuïtieve instemming (inzicht vergroten) simpele overdraagbaarheid (communicatie) relevantie (waarde toevoegen) beschikbaarheid geaccepteerdheid
Het nut van deze modellen is onder andere [Simon 1969 p3]: • te verklaren hoe dingen werken en het best toegepast kunnen worden (toesnijden op het project) • perspectieven te verruimen, bijvoorbeeld extrapolatie mogelijk te maken (dingen in hun context plaatsen) • een conceptueel raamwerk te verschaffen (denken en communicatie op één lijn brengen) Tot zover is een model als een beschrijving of een verbeelding op te vatten. Een aanzienlijke verscherping van een model wordt verkregen als het numeriek gemaakt kan worden. Voor de meeste fysische modellen is dit gebruikelijk. Zulke modellen zijn beschreven in handboeken en vinden toepassing in voorschriften en normen. Artificiële modellen bereiken vaak dit stadium meestal niet. Juist daarom zal in dit hoofdstuk wel een wiskundige methode worden besproken. In dit artikel wordt ingegaan op een bespreking van het V-model en de toepassing op drie praktijkgevallen door gebruik van een wiskundig ontwerpgereedschap, te weten DSM (design structure matrix). De DSM wordt niet besproken, maar de gebruikte werkwijze en de uitkomsten wel. V-model Inleiding Het V-model (ook wel Vee model), als een gevouwen watervalmodel zie figuur 1, is een weergave van de fasen in het ontwerpproces of de systeemlevenscyclus in een vlak. In de regel is de horizontale richting de ontwikkeling van het ontwerp in de tijd en de verticale richting de fasen tussen wens en oplossing. De linker tak van het V-model geeft de ontwikkeling wens – functie en voorwaarden – ontwerpspecificatie – ontwerpresultaat weer, met daarin verwerkt de wijze waarop integratie, verificatie en vastlegging van de oplossing zal worden bepaald. Een ontwerp is in de regel gefragmenteerd naar discipline (bijvoorbeeld in het geval van een beweegbare brug het ontwerp van de bewegingsinrichting en van de draagconstructie) en omvang (bijvoorbeeld de onderverdeling van de HSL in 4 secties). De waarde van het Vmodel is vooral de rechter tak, die laat zien hoe elk van de onderdelen getest wordt. Er is te zien dat het niet volstaat dat elke eenheid aan de eisen voldoet, maar ook het samengestelde onderdeel en tenslotte het geheel moeten voldoen. In het oorspronkelijke V-model van Forsberg en Mooz zijn 5 niveaus en de plaats van de systeem- en de disciplineontwerper aangegeven. Verder geven ze aan dat de linkertak analyse en bepaling betreft (populairder, maar qua taalgebruik niet fraai is de term ''decompositie'') en de rechtertak integratie en waardering. De essentie van het model is dat beide takken gekoppeld zijn door verificaties: in het ontwerp is een voorstelling van zaken gedaan en in de 3
testfase wordt de mate van overeenstemming met de tot stand gebrachte werkelijkheid vastgesteld. In de loop der tijd is dit basismodel ontwikkeld en in de literatuur komen complexe varianten voor. Er kunnen twee varianten van het V-model onderscheiden worden: • het entity V-model bevat de ontwikkelingsfasen op 4 niveaus (zie boven) • het architectuur V-model bevat een subsysteem indeling op 3 niveaus (systeem – subsysteem – component) Er is een wildgroei van niveau-indelingen van het architectuur V-model in de literatuur aan te treffen. SE onderkent er in principe drie: systemen, subsystemen (fasesystemen voor processen, aspectsystemen voor invalshoeken) en elementen (componenten), waarbij het subsysteemniveau eindeloos herhaald kan worden (subsystemen van subsystemen).
Figuur 1: V-model voor systems engineering (aangepaste versie van Forsberg en Mooz 1991, 1996)
Relatie met de UAVgc De UAVgc vermeldt een aantal begrippen waarvan de zin aan te voelen is, maar de definitie en de operationalisering niet zijn uitgewerkt. In de praktijk leidt met name het ontbreken hiervan voor de begrippen ''toetsen'' en ''accepteren'' tot problemen. Daarnaast komen in de UAV en de RAW Standaardbepalingen de begrippen ''keuren'', ''testen'' en ''opleveren'' voor en in de literatuur over kwaliteit ''accrediteren'' en ''certificeren''. Tenslotte worden de termen ''verificatie'' en ''validatie'' aangetroffen. In het Het Systems Engineering Handbook wordt de noodzaak van de relatie tussen ontwerpen en testen sterk benadrukt in de beschrijving van het V-model. 4
Relatie met de GWW sector Prorail, RWS, Bouwend Nederland en ONRI hebben een ''Leidraad voor Systems Engineering binnen de GWW-sector'' uitgebracht. De auteurs stellen: ''Dit document voorziet in de groeiende behoefte aan een eenduidige en heldere invulling, die leidt tot een effectieve en efficiënte toepassing''. Als het volledige V-model poneert de Leidraad figuur 2. In tegenstelling tot het architectuur V-model bevat het model vier niveaus: systeem – subsysteem – component – element. Het verschil tussen beide laatste wordt niet aangegeven. Verder zijn vijf fasen aangegeven die min of meer overeenkomen met het entiteits V-model. Er wordt echter niet aangegeven hoe de processen uitgevoerd moeten worden. Ook onderkent de Leidraad het belang van de levenscyclus. Het bezwaar van een ingewikkeld model geldt ook hier. Als denkwijze is de figuur nog wel te overzien, maar operationalisering lijkt nauwelijks doenlijk.
Figuur 2: het realisatieproces volgens de Leidraad
Operationalisering V-model In figuur 3 is een vereenvoudigde versie van het V-model gegeven. Deze versie is gebruikt voor onderstaande voorbeelden, waarin de belangen van actoren op wiskundige wijze aan elkaar worden gerelateerd. De actoren A hebben belangen B, die beide in een hiërarchische structuur (boom) kunnen worden weergegeven. De combinatie van deze structuren kan numeriek worden uitgedrukt als een matrix AB, die weergeeft hoe zwaar belang Bj voor actor Ai telt. Een voorbeeld is gegeven in figuur 4. De belangen van actoren kunnen vervolgens weergegeven worden in respectievelijk functies F, voorwaarden R, eisen E, objectontwerp O 5
en procesontwerp Ac. Door successievelijke vermenigvuldiging en normering van de bijbehorende matrices worden de waarden van bijvoorbeeld de ontwerpaspecten voor de actoren verkregen. Deze samenhang tussen actoren, belangen, functies, voorwaarden, eisen, object- en procesontwerp is schematisch weergegeven in het stroomschema van figuur 5.
Figuur 3: plaats van de boomstructuren (matrices) in het V-model
B
A
OG
ON
levertijd t
kosten c
A/B t c OG 0,7 0,3 ON 0,2 0,8 Figuur 4: hiërarchische structuur en numerieke warden van de belangen voor de actoren
Figuur 5: stroomschema boomstructuren en matrices
6
De fasering is verticaal uitgezet. Er wordt gestart bij de actorenboom (A) en geëindigd bij de activiteitenboom (Ac). Van links naar rechts is aangegeven welke matrix volgt uit 2 of soms 3 boomstructuren. De relatie tussen twee bomen kan worden vastgelegd in een matrix. Door achtereenvolgende vermenigvuldiging van matrices worden de eerste en de laatste boomstructuur met elkaar verbonden. Op deze wijze is het mogelijk alternatieven te vergelijken. Het ontwerp en de test kunnen worden opgevat als alternatieven, zodat deze procedure bruikbaar is als numerieke weergave van het V-model.
Stationsplein A Het project Stationsplein A betreft de inrichting van het plein. Het probleem is dat binnen de geledingen van de opdrachtgever (OG) de partij Beheer & Onderhoud aanvankelijk onvoldoende betrokken was en naderhand nog een inbreng leverde die van de andere betrokkenen afweek. De vraag is nu of het laten meewegen van deze inbreng zou leiden tot een ander besluit. Als dat zo is, is het gevolg dat daarna besloten moet worden of vervangen van reeds geleverde producten door andere opweegt tegen de kosten. Het probleem is als volgt aangepakt. Er zijn verschillende boomstructuren opgesteld met de daarbij behorende matrices. Daarbij is in eerste instantie het belang ''onderhoudbaarheid van lichtmasten'' weggelaten, en in tweede aanleg wel meegenomen. Berekend wordt of beide scenario's tot verschillende keuzen voor typen lichtmasten leiden. Omdat deze keuzen veelal plaatsvinden in de hectiek van de werkelijkheid, wordt het probleem in het kader van een groter deel van het project geplaatst. Hiermee wordt beoogd een indruk te geven van de zin van het isoleren van een deelprobleem, oftewel het begrip ''subsysteem'' te illustreren. Om het voorbeeld niet te complex te maken is het aantal actoren en belangen geminimaliseerd en is alleen gekeken naar de lichtmasten.
Figuur 6: actorenboom, belangenboom, functieboom, eisenboom en objectenboom
7
Tabel 1: weergave van de warden per fase van het V-model voor de actoren voor twee varianten, één met en één zonder inachtneming van het onderhoud
zonder B&O a b OG ON
Prijs 0,5 0,5
a f&r OG ON
Verlichten 0,40 0,37
met B&O Veiligheid 0,42 0,38
Prestige 0,08 0,13
Decoreren 0,15 0,18
Max. prijs 0,45 0,45
a e Lichtopbrengst Model Laagste kostprijs OG 0,38 0,22 0,41 ON 0,36 0,24 0,41
a b OG ON
Veiligheid 0,23 0,30
Prestige 0,05 0,10
Onderhoud 0,23 0,10
a f&r Verlichten Decoreren Max. prijs Vervangingstijd OG 0,24 0,11 0,42 0,23 ON 0,29 0,15 0,41 0,15 a
e OG ON
o a OG ON
Prijs 0,50 0,50
Lichtopbrengst 0,24 0,28
Model 0,17 0,20
Laagste kostprijs 0,35 0,35
Dikte 0,23 0,17
o Lantaarnpaal 1 0,86 0,86 1,73
Lantaarnpaal 2 0,73 0,73 1,46
a OG ON
Lantaarnpaal 1 0,65 0,70 1,36
Lantaarnpaal 2 0,71 0,74 1,45
Te zien is dat lantaarnpaal type 2 de voorkeur krijgt als we de scores van de beide actoren optellen (ervan uitgaande dat de actoren even zwaar meewegen). De conclusie is dat nu overwogen moet worden of de kosten tegen het belang opwegen. In dit voorbeeld is aan de hand van de matrices het V-model doorlopen. De aanvankelijk gekozen oplossing (zonder onderhoud) kon de test niet doorstaan. N50 Hattemerbroek – Kampen Zuid Probleem Het project “N50 Hattemerbroek – Kampen Zuid”. is een complex project, m.n. door de uitdaging van de zeer korte realisatietijd, De omvang is ongeveer 8 miljoen euro. De N50 is opgevat als een systeem met drie dimensies: objecten (techniek), processen en actoren, en vier aspecten: geld, (bouw)tijd, kwaliteit en informatie. De grenzen van het project zijn km 239.200 tot km 247.500, dus de lengte is 8,3 kilometer. Het werk dient te worden uitgevoerd binnen de grenzen van het rijkseigendom. Binnen het project vallen 3 kunstwerken die op de nieuwe situatie moeten worden aangepast. De nieuwe N50 is ingedeeld als gebiedsontsluitingsweg met een ontwerpsnelheid van 100 km/h. Ter plaatse van het kruispunt Zalkerbroek is een ontwerpsnelheid aangehouden van 70 km/h. Voor het horizontale en verticale alignement is in verband met de toekomstplannen voor een autosnelweg een ontwerpsnelheid aangehouden van 120 km/uur. Voor het dwarsprofiel is uitgegaan van het in het contract bindend voorgeschreven dwarsprofiel met een verhardingsbreedte van 12,70 meter. Typerend voor dit project is dat er 3 rijstroken zijn, waarbij op alternerende trajecten twee rijstroken per rijrichting beschikbaar zijn. De rijbanen zijn gescheiden door een betonnen barrier. Om assistentie in noodgevallen te kunnen bieden en is in de berm een verharding met doorgroeiblokken aangebracht. Hiermee wordt tevens beoogd gebruik door verkeer te ontmoedigen. 8
Figuur 7: traject en dwarsprofiel N50
Er wordt ingegaan op twee onderdelen van het werk, de halfverharding en de middenbarrier. Het probleem van de halfverharding is dat de opdrachtgever omwille van de voortgang van het project welbewust enige niet bij andere partijen nagevraagde veronderstellingen deed, die naderhand bijgesteld moesten worden. De aangenomen minimale breedte van de halfverharding bleek onvoldoende voor de hulpdiensten. Het probleem van de middenbarrier is dat de ON een alternatief (slipform barrier i.p.v. prefab barrier) voorstelde en daar overspannen verwachtingen van had. Uit analyse bleek dat er geen objectieve grond voor was en het alternatief gelijkwaardig was met het oorspronkelijke voorstel. In figuur 9 zijn de structurele analyses weergegeven. 9
Figuur 8: actoren
Figuur 9: belangen
Figuur 10: functies
Randvoorwaarden komen ook voort uit belangen, zo komt de geluidsnorm voor uit het belang overlast. Enkele voorbeelden zijn: geluidsnorm, grenzen m.b.t. vergunning, maximum kostprijs, minimum levensduur, enz. De objectenboom geeft een indruk van verschillende objecten.
Figuur 11: eisen
Figuur 12: objecten
10
Halfverharding Vervolgens worden beide situaties onderkend en gekwantificeerd. Ook hier is situatie 2 op te vatten als het ontwerp en situatie 1 als de realisatie en wordt getoetst of de gebrekkige realisatie toch aan het ontwerp voldoet. Situatie 1: De praktijk, waarbij de hulpdiensten niet tijdig betrokken zijn en de eis van de minimale breedte voor de halfverharding niet juist (onvoldoende) is. Situatie 2: Het gebruik van de SE procedure, waarbij de hulpdiensten wel worden betrokken en de eis van de breedte wel juist is. De gewichten kunnen in de actoren/belangen matrix worden ingevoerd. Hieruit volgt de onderstaande actoren/belangen (A/B) matrix. B A OG ON Omgeving
Bereikbaarheid 0,16 0,23 0,21
Veiligheid 0,16 0,23 0,21
Kostprijs 0,50 0,50 0,07
Tijd 0,05 0,01 0,21
Overlast 0,05 0,01 0,21
Onderhoud 0,08 0,02 0,07
Figuur 13: actoren – belangenmatrix
Om de belangen/functies&randvoorwaarden matrix in te vullen, moet per belang de functies en randvoorwaarden tegen elkaar gewaardeerd worden. Voor deze uitwerking hebben we gekeken naar de functies en randvoorwaarden die betrekking hebben op de halfverharding. In het voorbeeld hieronder zijn de functies en randvoorwaarden tegen elkaar gewaardeerd voor het belang bereikbaarheid, hetzelfde moet dus voor de overige 5 belangen gedaan worden. De belangrijkste functie voor bereikbaarheid is het verbinden, de functies verlichten, onreglementair inhalen beperken en bereikbaarheid hulpdiensten zijn daarna het belangrijkst voor het belang bereikbaarheid omdat deze ongelukken voorkomen of snel de problemen proberen op te lossen. Het geluid beperken en de max. kostprijs zijn van weinig tot geen waarde voor het belang bereikbaarheid. Na het uitrekenen van de wegingsfactoren voor alle belangen is de onderstaande belangen/functies&randvoorwaarden matrix ingevuld. F&R B Bereikbaarheid Veiligheid Kostrijs Tijd Overlast Onderhoud
Verbinden Verlichten Onreglementair Bereikbaar Geluid Maximum inhalen hulpdiensten beperken kostprijs beperken 0,40 0,18 0,18 0,18 0,03 0,03 0,04 0,35 0,35 0,17 0,04 0,04 0,28 0,08 0,04 0,08 0,04 0,49 0,45 0,12 0,25 0,12 0,05 0,02 0,11 0,04 0,11 0,11 0,50 0,11 0,27 0,27 0,05 0,07 0,07 0,27
Figuur 14: Belangen/functies&randvoorwaarden matrix
Om de functies&randvoorwaarden/eisen matrix in te vullen, moet voor iedere functie en randvoorwaarde de eisen tegen elkaar gewaardeerd worden. Hierbij wordt gekeken in hoeverre een eis ervoor zorgt dat aan een functie of randvoorwaarde voldaan wordt. 11
Hieronder is voor de functie “onreglementair inhalen beperken” een afweging gemaakt tussen de eisen. Voor deze functie is de eis dat de vluchtstrook openverharding moet zijn het belangrijkst, de overige eisen zorgen niet of nauwelijks voor het perken van het onreglementair inhalen. We kunnen dan de volgende matrix invullen voor deze functie. Na het berekenen van de wegingsfactoren voor alle functies en randvoorwaarden is de onderstaande functies&randvoorwaarden/eisen matrix ingevuld. E F&R Verbinden Verlichten Onreglementair inhalen beperken Bereikbaar hulpdiensten Geluid beperken Maximum kostprijs
Open verharding 0,20 0,20 0,69 0,08 0,20 0,08
Minimale breedte 0,20 0,20 0,08 0,38 0,20 0,08
Minimale draagkracht 0,20 0,20 0,08 0,38 0,20 0,08
Nietdestructief 0,20 0,20 0,08 0,08 0,20 0,08
Laagste kostprijs 0,20 0,20 0,08 0,08 0,20 0,69
Figuur 15: Functies&randvoorwaarden/eisen matrix
Voor dit voorbeeld is gekozen voor twee concepten voor de vluchtstrook, concept 1 en concept 2, deze verschillen in breedte van elkaar en (als gevolg daarvan) ook in kosten. Situatie 1:
Situatie 2: O
Halfverharding Halfverharding E concept 1 concept 2 Open verharding 1 1 Minimale breedte 1 1 Minimale draagkracht 1 1 Niet-destructief 1 1 Laagste kostprijs 0,80 0,20
O E Open verharding
Halfverharding Halfverharding concept 1 concept 2 1 1
0 Minimale breedte Minimale draagkracht Niet-destructief Laagste kostprijs
1 1
1 1 1
0,80
0,20
Figuur 16: waardering van de alternatieven voor beide situaties
Uit deze matrices kan in situatie 2 de keuze gemaakt worden om concept 1 af te laten vallen omdat deze aan een eis niet voldoet. Situatie 1: O A OG ON Omgeving Som:
Situatie 2: Halfverharding concept 1 0,94 0,94 0,96 2,84
Halfverharding concept 2 0,76 0,76 0,84 2,36
O A OG ON Omgeving Som:
Halfverharding Halfverharding concept 1 concept 2 0,77 0,76 0,77 0,76 0,77 0,84 2,30 2,36
Figuur 17: resultaten
Concept 1 krijgt de voorkeur in situatie 1 en concept 2 in situatie 2. Dit voorbeeld laat zien dat een verkeerde eis kan zorgen voor de keus van een verkeerd concept, een dergelijk keus kan voor veel overlast zorgen in de vorm van bijvoorbeeld (herstel)kosten en vertragingen. Het voorkomen van dit soort fouten is daarom nuttig. 12
Middenbarrier In dit voorbeeld is de keuze tussen twee typen barrier. Het uitgangspunt was een prefab barrier, maar de ON stelde als alternatief een in het werk gemaakte barrier voor. Gaandeweg raakte de ON enthousiaster voor zijn alternatief. Achteraf is getest of het alternatief werkelijk beter was. De gegevens van beide barriers staan in tabel 8. Tabel 2 Specificatie Prijs per meter Higher containment level Plaatsing Betonkwaliteit Garantie Waterafvoer
Slipform barrier € 70 H2 In het werk storten C28/35 Zie bijlage
Prefab (Haitsma BA01) barrier € 140 H2 Op het asfalt, montage direct vanaf de wagen Minimaal B55 10 jaar Sparing 70x300 mm (2 stuks per 6 m)
De medewerkers van de ON is gevraagd een rapport cijfer te geven voor de 2 typen barriers. De slipform barrier scoorde 7,7 (standaardafwijking s =0,58, aantal n =3) en de prefab barrier 5,7 (s = 0,58, n = 3). Vervolgens is een analyse van de eisen gemaakt en zijn beide mogelijkheden op basis daarvan gewaardeerd in de vorm van een eisen – objecten matrix. De eisen zijn onderstaand vermeld. 1. Personenauto kerend: Het kerend vermogen van een barrier moet voldoen aan het “Higher Containment Level” H2, beide barriers voldoen hieraan en krijgen zodoende een score 1. 2. Afsluiting: Voor de afsluitingseis is gekeken naar de realisatietijd, de tijd dat nodig is om de barrier te plaatsen of te leggen. Voor de slipvorm barrier geldt een snelheid van ongeveer 35 meter per uur. Voor de prefab barrier is een schatting gemaakt van de 5 min per element, een element is 6 meter, dus dit komt neer op ongeveer 72 meter per uur. De score voor beide barriers is bepaald door de snelheid te delen door de som van beide, 35 72 voor de slipvorm is dit = 0,33 en voor de prefab = 0,67 35 + 72 35 + 72 3. Budget: Van de slipvorm barrier is berekend dat deze ongeveer €70 per meter kost en de prefab barrier ongeveer €140 per meter. Er is een schatting gemaakt voor de spreiding van dit soort barriers, hierbij is €50 per meter als goedkoopst genomen en €200 per meter als duurst. We kunnen dan de score berekenen met de volgende formule: prijs − 50 het is 1 min het berekende getal omdat een goedkopere barrier score = 1 − 200 − 50 hoger moet scoren aangezien een lage prijs de voorkeur heeft. Score slipvorm barrier krijgt score 0,87 en de prefab 0,40. 4. Hergebruik: Voor hergebruik is gekeken naar de waarde van de barrier wanneer deze verwijdert moet worden, hierbij is niet alleen gekeken naar de opbrengsten, maar ook naar de verwijderingkosten. De prefab barrier is eenvoudig te demonteren en te herplaatsen, de prijs barrier behoud zijn functie en kan als zodanig ergens anders worden geplaatst. De slipvorm barrier is alleen destructief verwijderbaar, de opbrengsten van het betonpuin zullen ongeveer gelijk zijn aan de kosten van de sloop. De prefab krijgt daarom de hoogste score 1 en de slipvorm de laatste score 0. 5. Levensduur: De levensduur van beide barriers wordt ongeveer gelijk geschat, op ongeveer 80 jaar. Beiden krijgen hiervoor score 1. 6. Voldoen aan beeldkwaliteitplan: Aangezien beide barriers gelijke vorm en afmetingen hebben en er ongeveer gelijk uitzien scoren ze op dit punt gelijk. 13
Tabel 3 personenauto kerend 3 maanden afsluiting max. budget <15 miljoen hergebruik levensduur voldoen aan beeldkwaliteitplan
Slipvorm 1 0,33 0,87 0 1 1
Prefab 1 0,67 0,40 1 1 1
Het verschil met de gegeven cijfers en de berekende scores lijkt te zijn dat bij het geven van de cijfers geen rekening is gehouden met de herbruikbaarheid van de barrier en met de kortere afsluittijd. Als we beide concepten op deze punten beide 1 laten scoren krijgen we de volgende resultaten. Tenslotte is door medewerkers van de ON een simulatie uitgevoerd van de waardering van de OG en de omgeving. Het is niet verrassend dat deze simulatie weinig afwijkt van de eigen mening van de ON. Opmerkelijk is dat de analyse tot een andere waardering van de alternatieven leidt. Te zien is dat door het niet mee laten wegen van de eisen hergebruik en afsluiting, de waardering van beide concepten verandert en de voorkeur omslaat van Prefab naar Slipvorm barrier. De resultaten zijn samengevat in tabel 11. Tabel 4 mening ON medewerkers DSM ON medewerkers DSM simulatie OG DSM simulatie omgeving DSM gemiddeld 3 partijen
Slipvorm barrier 0,98 0,73 0,75 0,74 0,74
Prefab barrier 0,89 0,84 0,87 0,86 0,86
Conclusies Het centrale model voor de operationalisering van SE in de bouw is momenteel het V-model. De huidige gereedschappen binnen dit model (voor wensen / eisen, functies en realiteiten, zowel voor objecten als processen) zijn: • analyse: boomstructuren • omzetten van wensen in gespecificeerde eisen • specificatie: technische (= domein) kennis (SMART) • onzekerheid tussen ontwerp en realisatie: risicoanalyse Zowel het V-model als de gereedschappen beginnen het stadium van overeenstemming over het gedachtegoed te bereiken. Deze overeenstemming wordt in hoge mate gestimuleerd door het operationaliseren van de 4 genoemde gereedschappen. De mathematisering van SE, vergelijkbaar met ontwerpgereedschappen in de techniek (rekenmethoden in de vorm van normen, voorschriften of aanbevelingen) is voor de bouw nog nauwelijks gestart. De uitwerking van de case laat zien dat een specifieke mathematische benadering van integratie en verificatie in het V-model een waardevolle bijdrage levert in het operationaliseren van SE activiteiten. Verder onderzoek op dit gebied zal kunnen bijdragen 14
aan een uitbreiding van mathematische gereedschappen ter ondersteuning van SE activiteiten op basis van benaderingswijzen zoals Operational Analysis, System Dynamics, Applied Information Economics, Axiomatic Design, TRIZ. Referenties 1. 2. 3. 4. 5.
-; V-model; nl.wikipedia.org; 2008 -; V-model; en.wikipedia.org; 2008 Kroonenberg, H. H. van den; Siers, F. J.; Methodisch ontwerpen; Stam Techniek, ISBN 90 401 0821 8; 1996 Knoepfel, H.; Theory and practice of project management in construction; INTERNET Int. Symp. Project Management in the USSR; 1992 6. Reduc, S. J.; Eliminating design alternative under interval-based uncertainty; Georgia Institute of Technology; MSc thesis; 2005 7. -; Dual Vee Model Tutorial; The Center for Systems Management; 2005 8. Haskins, C.; Systems Engineering Handbook, version 3; INCOSE; 2006 9. -; Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge – G2SEBoK; INCOSE; 2003 10. -; Systems Engineering Guidebook for ITS; Californian Department of Transportation; 2007 11. -; Systems Engineering Fundamentals; Defense Systems Management College Press, Fort Belvoir, Virginia; 1999 12. -; System Engineering – System Life Cycle Processes; ISO / IEC 15288; 2002 13. Dimmendaal, B.; Systems Engineering op de goede weg; Universiteit Twente, BAM, KOAC-NPC; Afstudeerverslag; 2007 14. -; Leidraad voor Systems Engineering binnen de GWW-sector; ; 15. Simon, H ; The Sciences of the Artificial; ; 1969
15
