Ben je als leidinggevende in de techniek verantwoordelijk voor de ontwikkeling van Automated Guided Vehicles (AGV), Autonomous Mobile Robots (AMR), Cobots, of een Digital Twin daarvan? Dan weet je dat op managementniveau een holistische samenwerking vereist is. Een efficiënte, maar ook iteratieve samenwerking tussen jouw team en externe bedrijven op verschillende gebieden is nodig om complexe systemen niet alleen op tijd te ontwikkelen, maar ook om aan alle eisen te voldoen.

Robotiseringsprojecten omvatten de disciplines mechatronica (werktuigbouwkunde, elektronica), softwareontwikkeling, productie, assemblage, AI (Artificial Intelligence) en ML (Machine Learning). Elk van deze gebieden gebruikt specifieke software voor het modelleren, simuleren, of testen van verschillende aspecten, maar mist vaak de evaluatie of een holistische kijk op het systeem als geheel. Vaak kan een kleine verandering in het ene gebied grote gevolgen hebben in een ander gebied. Je bent waarschijnlijk al bekend met Systems Engineering en het V-Model, dat waarschijnlijk al in jullie bedrijfsprocessen is geïntegreerd.

Systeem Engineering voor technisch complexe robotiseringsprojecten

Systeem Engineering is een gestructureerde aanpak voor het ontwerpen van complexe technische systemen zoals Automated Guided Vehicles (AGV), Autonomous Mobile Robots (AMR) systemen en Cobot applicaties. Het richt zich op samenwerking tussen de verschillende vakgebieden (multidisciplinair) om het beste resultaat te bereiken binnen een vastgestelde tijd en budget. 

De nadruk ligt op samenwerking tussen disciplines (cross-disciplinariteit) en het naar voren halen van activiteiten in het proces, ook wel frontloading genoemd. Dit betekent dat meer middelen worden geïnvesteerd aan het begin van het proces.

Het Systems Engineering-proces begint met het begrijpen van gebruikersbehoeften (requirements) en vertaalt deze naar duidelijke, beknopte en controleerbare systeemvereisten die haalbaar zijn.

Het watervalmodel en het V-Model | VDI 2206:2004

In veel ontwerp- en ontwikkelingsprocessen worden systeemmodellen gebruikt om de verschillende disciplines op een gestructureerde manier met elkaar te verbinden. Het traditionele watervalmodel is een veelgebruikt model in Systeem Engineering. Dit lineaire en stapsgewijze model houdt in dat een nieuwe fase pas begint als de vorige volledig is afgerond. In het watervalmodel kunnen fasen niet tegelijkertijd plaatsvinden.

Het V-Model is een uitbreiding van het watervalmodel en voegt een testfase toe voor elke bijbehorende ontwikkelingsfase. Het V-model ontstond in een tijd waarin technische processen nog niet gestandaardiseerd waren. Destijds werden handmatige en intensieve overdrachten en interfaces tussen disciplines gebruikt, met veel documentuitwisselingen.

Het oorspronkelijke V-Model | VDI 2206:2004

Het V-Model, gedefinieerd in VDI-richtlijn 2206, is een erkende methode voor een productgericht ontwikkelingsproces. Het V-Model integreert alle technische disciplines. In tegenstelling tot het watervalmodel richt het V-Model zich op de gebruiker, wat betekent dat gebruikers ook betrokken zijn bij alle aspecten van de ontwikkelingscyclus.

Het V-Model wordt van links naar rechts gelezen. Het begint bij de behoeften van de gebruiker en eindigt met een gevalideerd systeem. Het V-Model kan worden opgedeeld in vier stappen: Requirement, Functional, Logical en Physical. Deze RFLP-aanpak is in feite een samenvatting van Systems Engineering. Het “V”-symbool vertegenwoordigt aan de linkerkant de de conceptontwikkeling en ontbinding van het systeem, en aan de onderkant de realisatie van een fysiek systeem. De rechterkant gaat verder met de systeemintegratie, het testen en evalueren van elementen en subsystemen, en uiteindelijk de exploitatie en het onderhoud.

Tijdens de ontwikkeling wordt het product voortdurend gevalideerd en geverifieerd met behulp van pijlen tussen de twee zijden van de “V”. Het V-Model biedt structuur voor system engineers gedurende de levenscyclus van een project.

Dit V-Model wordt vaak gezien als een opeenvolgend proces, waarbij taken elkaar opvolgen zonder veel terugkoppeling. Een ander nadeel van het V-Model is dat het vooral gericht is op producten en minder geschikt is voor complexe productiesystemen of diensten met iteraties in verschillende fasen. Het V-Model werkt veel met documenten, wat handmatig werk betekent. Dit verhoogt de kosten, tijd en middelen, en leidt tot nadelen zoals trage processen en moeilijkheden bij het opsporen van knelpunten door het gebrek aan duidelijkheid.

Het vernieuwde V-Model | VDI 2206:2020 

Industrie 4.0 heeft nieuwe businessmodellen, producten en diensten geïntroduceerd, zoals simulaties, data en Digital Twins, die niet langer in traditionele fabrieken worden geproduceerd. Om deze uitdagingen aan te pakken, is het klassieke V-Model (VDI 2206:2004) verbeterd naar VDI 2206:2020.

De drie hoofdonderdelen van het vernieuwde V-Model |VDI 2206:2020

• De centrale ‘V’ (oranje) bevat de kernactiviteiten en taken.
• De binnenste ‘V’ (geel) beschrijft het managen van de requirements. 
• De buitenste ‘V’ (blauw) omvat de modellerings- en analyseactiviteiten en omkadert het hele V-model. 

De drie pijlen in het midden vertegenwoordigen een continue planning, verificatie en validatie. De binnenste ‘V’ van het V-Model (VDI 2206:2020) bestaat uit de vijf componenten:

1. Requirements elicitation
2. System architecture & design
3. Implementation of System Elements
4. System integration & Verification
5. Validation & Transition

De belangrijkste verschillen tussen het V-Model 2206:2004 en V-Model 2206:2020

1. Requirements management is expliciet aan de binnenkant van de ‘V’ geplaatst. De eisen worden beschreven vanuit het perspectief van de belanghebbenden, waarbij in de eerste stap de behoeften en wensen van de stakeholders centraal staan, niet het systeem.
2. Model Based Engineering (MBE) wordt benadrukt voor alle technische taken.
3. Het model biedt flexibiliteit voor zowel klassiek projectmanagement als in engineeringprojecten volgens agile principes, waarbij controlepunten eventueel kunnen worden hernoemd tot “revisiepunten”.
4. De weergave van verificatie, validatie en planning met drie cruciale pijlen onderstreept dat het systeem meerdere keren moet worden geverifieerd en gevalideerd.

Hoe maak je Systeem Engineering geschikt voor robotisering? 

In de afgelopen jaren heeft de toenemende complexiteit van producten geleid tot de groei van Model-Based Systems Engineering (MBSE). Traditionele methoden zoals het watervalmodel en het V-Model (VDI 2206:2004) zijn eigenlijk niet geschikt voor complexe systemen. MBSE stelt jouw technische organisaties in staat om ontwerp, analyse, verificatie, productie en onderhoud te integreren op één digitaal platform.

AMR’s (Autonomous Mobile Robots) en AGV’s (Automated Guided Vehicles) zijn in feite computers op wielen. Elk jaar worden deze systemen uitgebreid met nieuwe technologieën en functies, wat leidt tot meer connectiviteit, zoals communicatie tussen voertuigen onderling (vehicle-to-vehicle) en tussen voertuigen en machines (vehicle-to-machine), evenals koppelingen van de FleetManager naar back-end systemen zoals in de VDA 5050. Hierdoor evolueert een mobiel robotsysteem naar een ‘systeem van systemen’ met een enorme hoeveelheid software. Om deze complexiteit te beheersen, zijn nieuwe tools en methoden vereist. Systeem Engineering is geen nieuwe methodiek, maar in de traditionele vorm worden de verschillende elementen van een systeem vaak statisch beschreven in afzonderlijke documenten.

AMR/AGV-systemen, evenals robotarmtoepassingen en -diensten, moeten kostenefficiënt worden ontwikkeld door technische teams die zowel een hoog productiviteitsniveau als eersteklas kwaliteit kunnen leveren. Model-Based Systems Engineering (MBSE) speelt hierin een cruciale rol en biedt een aanzienlijke verbetering ten opzichte van traditionele Systeem Engineering. MBSE vervangt documentgerichte benaderingen door een digitaal en visueel systeemmodel. Een veelgebruikte grafische modelleertaal hierbij is Systems Modeling Language (SysML). SysML ondersteunt systeemmodellering met drie hoofdpijlers:

• Structure: structuurdiagrammen
• Behavior: gedragsdiagrammen
• Requirements: vereistendiagrammen

8 eigenschappen van Model-Based Systems Engineering (MBSE)

1. Het is een methode waarmee systemen worden gemodelleerd.
2. Geschikt voor de ontwikkeling van AGV/AMR en Digital Twins en de Digital Thread.
3. Een iteratief proces van requirements via modellen naar een fysieke implementatie.
4. Bevordert een methodische aanpak voor Systeem Engineering.
5. Toont de onderlinge verbondenheid en feedback tussen alle levenscyclus-elementen.
6. Actief vanaf de requirements tot en met after-market diensten en services.
7. Wordt ondersteund door een voortdurend evoluerende set van tools en functionaliteiten.
8. Meerdere commerciële softwareleveranciers bieden MBSE-tools aan de industrie.

Wil je meer tips over Digital Twins? Lees dan: 5 stappen om aan de slag te gaan met Digital Twin technologie.
 

Hulp nodig met robotisering?

De stap naar robotisering kan overweldigend zijn, daarom sta ik klaar om jou te helpen!

Neem contact op

De evolutie van het V-Model naar het MBE Diamond Model

De diepgaande digitalisering van processen en systemen is waarschijnlijk de grootste verandering binnen de robotisering. Een interessante evolutie van het traditionele V-Model is het grafische MBE Diamond model (Copyright Boeing). Dit model illustreert de complexiteit van digitalisering, robotisering en Digital Twins. In dit model wordt een virtuele ‘V’ omgekeerd en bovenop de fysieke ‘V’ geplaatst, waardoor er symmetrie ontstaat tussen de boven- en onderkant, alsook tussen de linker- en rechterzijde. Gedurende de hele levenscyclus worden informatie en gegevens uitgewisseld tussen de virtuele en fysieke systemen. De modellen die aan de virtuele linkerkant zijn ontwikkeld, worden gebruikt voor steeds betere simulaties aan de rechterkant.

Het traditionele V-Model (VDI 2206:2004) vertaalt behoeften naar requirements en oplossingen en blijft een belangrijk fundament binnen het MBSE Diamond-model. Echter, het vernieuwde V-Model (VDI 2206:2020) is niet geïntegreerd met het MBSE Diamond-model. Hoewel beide modellen in hetzelfde jaar zijn ontwikkeld, kan er overlap ontstaan door de ‘modelleer- en analyseactiviteiten’ die het hele V-Model omkaderen. Binnen het MBSE Diamond-model wordt de omgekeerde virtuele ‘V’ gebruikt voor modellering.

5 voordelen van Model-Based Systems Engineering (MBSE):

• Eén centrale bron van informatie om oplossingen voor de hele levenscyclus te optimaliseren.
• Digitale systeemmodellen en Digital Twins bevorderen iteratief leren en stimuleren feedback tijdens het ontwerpproces.
• Ontwerp- en modelleringsnormen zorgen voor consistentie en kwaliteit van het werk.
• Verbeterde traceerbaarheid en stroomlijning van review- en goedkeuringsprocessen.
• Voorkomt problemen met fysieke elementen door interferenties uit te sluiten.

Gedurende de levenscyclus van een robot worden de kwaliteit, de kosten, de prestaties en de veiligheid continu verbeterd. Toenemende concurrentie en complexe robotiseringsprojecten dwingen ondernemingen om optimale oplossingen te vinden om een geïntegreerd robot systeem te leveren dat voldoet aan de gestelde eisen. Een holistische samenwerking op managementniveau maar ook de selectie van het juiste systeemmodel is een cruciale succesfactor. Een eerste stap is vaak de integratie van het gekozen systeemmodel dat past bij jouw bedrijfsprocessen en werkmethoden.

Als RobotTech-specialist met een bedrijfskundige achtergrond help ik je samen met PJ Strategy bij het vormen van een managementteam dat intrinsiek holistisch samenwerkt. Door integraal strategisch te leren denken en acteren, ontstaat er meer perspectief en alignment voor de strategische ontwikkeling van het hele bedrijf. Samen zorgen we ervoor dat jouw onderneming succesvolle complexe robotsystemen op de markt kan zetten. Neem gerust contact met mij op voor een online demogesprek.

Copyright © 2024; Patrick Verkerk, RoboTobor