nieuws

Systems Engineering 3 Van intuïtie naar standaardwerkwijze

bouwbreed Premium

In de ontwerpcyclus van een bouwwerk moet groot belang gehecht worden aan het begin van het proces, aan het omzetten van gebruiksbehoeften naar bouwwerkfuncties. In de eerste stap van het transformatieproces naar een bouwwerkconfiguratie worden de gebruiksbehoeften omgezet in de zogeheten topeisen. Bijvoorbeeld de wens om een gebied te ontsluiten, omzetten naar het concept van een verbindingsweg; of de behoefte om wetenschappelijke activiteiten binnen de gemeente aan te trekken, omzetten naar het plan voor de renovatie van een bestaand gebouw ten behoeve van studentenhuisvesting.

Het gedachtegoed van de discipline Systems Engineering (SE) is in de gww-sector nog weinig bekend. Herman Walta en Martin Lamers willen daarom in een aantal artikelen SE belichten. Daarbij is het van belang om dit gedachtegoed, dat is ontwikkeld in de hightechindustie, te vertalen naar de gww-sector. Pas dan wordt duidelijk wat het potentieel van deze discipline is en hoe de toepassing eruit zou kunnen zien. De auteurs zijn betrokken geweest bij het vertalen van SE voor gebruik bij de hsl-zuid. Die ervaring vormt een belangrijke basis voor de artikelserie. Vandaag het derde deel: omzetten van gebruiksbehoeften.

(Eerdere afleveringen verschenen op 26 oktober en 2 november)

De gebruiksbehoeften zijn afkomstig van de opdrachtgever en van andere betrokken actoren. Daarbij behoren ook de toepasselijke wetgeving en andere regelgeving zoals bestemmingsplannen. Gebruiksbehoeften worden hier bedoeld in de ruime zin van het woord. Niet alleen krijgen aandacht de primaire functies, daar waar het in de eerste plaats om begonnen is, zoals bijvoorbeeld in geval van een sluis over waterkeren en waterspuien om het waterpeil te handhaven en om het zoutindringing te voorkomen. Ook de secundaire functies die dan het gevolg zijn, zoals brandveiligheid, sociale veiligheid, betrouwbaarheid en onderhoudbaarheid, worden al van het begin af aan meegenomen.

De uit gebruiksbehoeften en de toepasselijke elementen uit wet- en regelgeving afgeleide topeisen worden samengebracht in één document, de topspecificatie. Voorbeelden van zulke topeisen in het licht van eerder genoemde voorbeelden van functies zijn:

– De verbindingsweg tussen Gadorp en Jansterp dient minimaal een capaciteit voor goederenvervoer van NTB ton op jaarbasis te hebben.

– De huisvesting van studenten dient accommodatie te bieden voor alleenstaanden en voor kleine gezinnen.

– De huisvesting van alleenstaande studenten dient grotendeels in groepsverband plaats te vinden.

– Het waterpeil aan de binnenzijde dient de vastgestelde toegelaten maximum hoogte niet te overstijgen, behoudens in een situatie van gevulde Rijnwaterbergingsbekkens.

– Het zoutgehalte dient een concentratie van NT % op een afstand van 15 km stroomopwaarts niet te overschrijden gedurende een periode langer dan NTB weken.

Oplossingsvrij

De topeisen worden op voorwaarden als samenhang, strijdigheid, evenwichtigheid, volledigheid en toetsbaarheid beoordeeld en aangepast. Ook dienen (top)eisen oplossingsvrij te zijn. Deze topeisen vormen uiteindelijk een complete verzameling van de juiste eisen van maximaal toelaatbaar abstractieniveau.

Twee van de voorwaarden aan eisen (eisen-aan-eisen) zijn verdienen meer toelichting. Toetsbaarheid betekent dat een eis een concreet criterium bevat waartegen zijn oplossing getoetst kan worden. De voorwaarde van toetsbaarheid is in het geval van topeisen vaak nog moeilijk te vervullen. In het gegeven voorbeeld van huisvesting van alleenstaande studenten in groepsverband maakt de kwalificatie �grotendeels� de eis nog niet toetsbaar.

Vaak is er in een vroeg stadium nog te weinig bekend om de benodigde getallen te noemen. Als zulke eisen kritisch zijn is het zaak om met nader onderzoek voorrang te verlenen aan het concretiseren van de eis of van later daaruit afgeleide eisen.

Oplossingsvrij zijn betekent dat een eis niet op zijn oplossing mag vooruitlopen. Dat is een lastige eis. Degene die een eis opstelt weet veelal over de mogelijkheden van oplossingen. Het zou niet goed zijn eisen te formuleren zonder enig benul van de mogelijke voor oplossingen. Het is dan meer dan verleidelijk om de eis scheef te trekken in de richting van een gewaardeerde oplossing. Maar zo�n oplossing is dan niet noodzakelijk gebalanceerd. Zij kan niet passend zijn bij al of niet al bestaande andere eisen. Zo is het niet passend om in topspecificatie al eisen op te nemen over rijstroken en bermbreedten. Dat zijn onderliggend eisen van eisen over soorten en frequentie van vervoersmiddelen, die op hun beurt weer bovenliggende eisen hebben aangaande tonnen vracht en aantallen personen.

Tekeningenboom

Behoeften ontstaan bij de gratie van bereikbare oplossingsmogelijkheden. De topeisen bevatten dan ook al het begin van de oplossing. Bij de eerste gedachten over de behoeften ontstaat ook het eerste beeld over een oplossingsconcept, bijvoorbeeld over de modaliteit voor de transportbehoefte. Zie figuur 1 waarin het boven omschreven proces zich afspeelt in de toppen van de zogenoemde �oplossingsvrij� enerzijds en de �ontwerpboom� anderzijds. Denk bij die laatste �boom� in de eerste plaats aan de in de loop van een project groeiende verzameling van honderden of duizenden tekeningen in de �tekeningenboom�.

In het daarna volgende traject van het transformatieproces doen eisen en oplossingen met elkaar haasje over. Zo worden successievelijk naarmate de projectfasen vorderen de lagen van de �bomen�gevuld. Beginnend bij de topeisen wordt een conceptueel (systeem)ontwerp bepaald. Vervolgens worden uit de topeisen meer gedetailleerde eisen afgeleid mede op basis van het conceptuele ontwerp. Deze afgeleide eisen, worden toegewezen aan de subsystemen waaruit het systeem is opgebouwd. De subsystemen corresponderen met de hoofdfuncties van het systeem.

Het voorafgaan van specificeren aan het oplossen zet zich voort bij alle opeenvolgende slagen van de ontwerpcyclus. Steeds worden zogeheten onderliggende eisen afgeleid uit hun bovenliggende eisen met in de afdaling gedurig toenemende invloed het voorgaande ontwerpresultaat. Zie figuur 2.

Alle eisen hebben bovenliggende (ouder)eisen en zijn kind-eisen. Topeisen evenwel zijn per definitie een uitzondering op deze regel. Uiteraard hebben topeisen ook een herkomst. De bron van topeisen ligt buiten het project. Een typische hoofdbron voor topeisen is een beleidsdocument van de opdrachtgever waarin de behoeften en verlangens zijn vastgelegd. Behalve door de opdrachtgever worden topeisen ook bepaald door andere actoren dan de opdrachtgever. Die andere actoren zijn niet willekeurig maar zitten als het ware in de bruidsschat van de opdrachtgever. Bijvoorbeeld, een provincie is opdrachtgever van een provinciale weg. Dan zijn de behoeften, wensen en voorwaarden van gemeentes, waterschappen, landschapbeheerders, bewoners, milieubewegingen enz. ook nodig om een complete en evenwichtige verzameling eisen gedragen door consensus te bereiken.

De boven geschetste ontwerpcyclus van beurtelings eisen opstellen en vervolgens ontwerpen betekent dat individuele eisen steeds worden gebruikt om het ontwerpproces aan te sturen. Daarmee wordt het ontwerpproces beheersbaar omdat steeds duidelijk is waarom een en ander wordt ontworpen. Ontwerprapporten waarin het ontwerp wordt �verantwoord� zonder verwijzingen naar desbetreffende eisen hoeven dan niet meer te bestaan.

De aansturing van het ontwerp met eisen wordt scherp gehouden door elke keer als de ontwerpcyclus wordt doorlopen deze af te sluiten met een verificatie. Het ontwerp wordt getoetst, geverifieerd, tegen de eisen waarmee het ontwerp werd aangestuurd. Zo wordt al tijdens het ontwerpproces een teruggekoppelde regelkring doorlopen in plaats van daarmee te wachten tot de testfase voor en na oplevering. Het is zaak om al bij het opstellen van een specificatie, dus bij het formuleren van de eisen, al na te denken over de voor een eis te gebruiken verificatie methode. Wordt daarvoor de ultieme verificatiemethode gebruikt, namelijk de test in de werkelijkheid? Of kan een eenvoudigere en goedkopere methode als analyse of inspectie worden gebruikt?

De boven voorgestelde werkwijze betekent dat wat tot dusver in vele gevallen bij het ontwerpen intuïtief en ongeregeld gebeurde nu expliciet gemaakt wordt en als algemene werkwijze wordt aanvaard.

Ir. M. Lamers en ir. H. Walta

Onafhankelijk adviseurs

Reageer op dit artikel