Introductie MBSE

• Baso natuurwetenschappen
• Beroepsopleiding

Model Based
Systems Engineering

Introductie MBSE

Introductie en strategische waarde van MBSE

Twee saaie definities

Systems Engineering is een transdisciplinaire en integratieve benadering die de succesvolle realisatie, het gebruik en de buitengebruikstelling van ontworpen systemen mogelijk maakt, met toepassing van systeemprincipes en -concepten, en wetenschappelijke, technologische en managementmethoden.

Model-based Systems Engineering (MBSE) is de geformaliseerde toepassing van modellering ter ondersteuning van systeemvereisten, ontwerp, analyse, verificatie- en validatieactiviteiten, beginnend in de conceptuele ontwerpfase en doorlopend gedurende de ontwikkeling en de latere fasen van de levenscyclus.

Processen

Bedrijfsprocessen w.o.

• Planning
• Control
• Risico Management
• Configuratie Management
• Informatie Management
• HRM
• QA/QC

"Goed project"

Engineering

Technische Processen w.o.

• Eisen
• Architectuur
• Implementatie
• Integratie
• V&V
• Onderhoud
• Verwijdering

"Goed product"

Hoeveel % van het projectbudget voor Systems Engineering?

050

Systems Engineering Economie

14 %

Optimale SE Inspanning

Budgetoverschrijding (a) and Planningsoverschrijding (b) uitgezet tegen SE inspanning
Eric Honour (2013)

Brainstorm

Hoe kunnen we een project (jouw werk of andermans werk) dusdanig (liefst subtiel)  frustreren dat 

• het communiceren van ontwerpen / ideeën effectief onmogelijk wordt?
• het bouwen van een oplossing onmogelijk wordt?
• jij of nog beter: je collega's, worden ontslagen?

Verzin 8 ideeën in 8 minuten

(Zelf)sabotage

Hup, Bouwen die handel!

"Gewoon een kwestie van goed testen. Dan komen de fouten er vanzelf uit"

Basisprincipe: Fouten zo vroeg mogelijk verwijderen

1. Comfort Zone

Zoals zo vaak startte het project in de bekende comfort zone. Elke discipline werkte keurig binnen zijn eigen koker: civiel, werktuigbouw, elektro, ICT. Binnen de silo’s leek alles te kloppen. Documenten werden netjes opgeleverd, deadlines werden gehaald. Er was een gevoel van controle.

2. Trigger

Maar al snel werden de scheurtjes zichtbaar. Interfaces sloten niet naadloos aan. Eisen werden verschillend geïnterpreteerd. Wat voor de ene discipline een duidelijke specificatie was, bleek voor de andere juist ambigu. Iedereen dacht: “Dat lossen we wel op bij integratie.”

3. Crisis

En toen kwam de systeemintegratie. Opeens bleek dat delen die afzonderlijk goed werkten, in combinatie faalden. Er ontstond spanning en vingerwijzen. Suboptimale lapmiddelen en concessies werden de standaard. In extreme gevallen moest het voortraject zelfs opnieuw, zoals bij de Noord-Zuidlijn: daar werd een stapel installaties geleverd, terwijl eigenlijk een geïntegreerd vervoerssysteem nodig was.

Een soortgelijke dynamiek zagen we bij ZuidasDok. Hier was al een MBSE-aanpak ingevoerd, maar nog onvolledig. Ik vroeg eens hoe het project liep met het testen van software. Het antwoord: “We ontdekken nog veel fouten. Door verkeerde aannames, onduidelijke ontwerpen en vooral door het ontbreken van een duidelijke uitwerking van het systeemgedrag.”

Tijdens de testen bleek dat het geïmplementeerde gedrag niet overeenkwam met wat werkelijk nodig was. Grote delen van de software moesten opnieuw worden ontworpen. Het argument van het team was: “We hadden in de fases van Voorontwerp, Detailontwerp en Uitvoeringsontwerp te weinig tijd.”

Maar dat riep bij mij meteen de vraag op:
👉 “Was de tijd die nodig was voor herontwerp na testen niet beter besteed aan zorgvuldiger ontwerp vooraf?”

Toenemende complexiteit

bron: Vision 2025, INCOSE

Intrinsieke complexiteit
- Toename in systeemelementen en interfaces

• Meer onderdelen -> meer interacties

- Toename in beperkingen en eisen

• Strengere wetgeving (veiligheid, milieu)
• Normeringen 
• Gebruikersverwachtingen

- Opkomst van system-of-systems

• Onderdeel van een groter geheel -> emergent gedrag

- Verschuiving in complexiteit

• Menselijke operator -> autonome systemen

Accidentele complexiteit
- Manier van werken

• Tools, processen en documentatie
  

Voorbeeld van toenemende intrinsieke complexiteit

Veel mechanische componenten, beetje elektrisch

Enkele mechanische componenten, rijdende computer

Voorbeeld van accidentele complexiteit

• Verspreide en inconsistente documentatie (versiebeheer, oplegnotities, 'onderleggers', verouderde as-built)
• Ontoereikende tools / verouderde technologie (Excel voor van alles)
• Onnodige complexiteit in het proces zelf (onnodige review rondes)
• Ontbreken van eenduidig systeemoverzicht (Waar zit nu eigenlijk wat?)
• Gebrekkige communicatie tussen disciplines (Silo's)

Document-based naar Model-based

MBSE Volwassenheid

Niveau 1	Niveau 2	Niveau 3	Niveau 4	Niveau 5
Document-gebaseerd	Documentgericht	Modelondersteund	Modelgericht	Modelgebaseerd
Alles wordt gedaan in documenten. Gebruik van 'slimme; documentatie-standaarden zoals IEEE J-STD-016	Behoefte aan meer precisie. Tekenconventies worden vastgelegd om systeemspecificaties te documenteren met tekeningen	Geformaliseerde aanpak, modellen staan naast documenten en vullen elkaar aan / overlappen elkaar. Kennis is vastgelegd in beide media	Consistente toepassing in projecten. Meeste kennis is in modellen aanwezig. Documenten ondersteunen het model	Volledige toepassing van modellen in projecten. Documenten zijn onderdeel van het model.

Bron: John Holt & Simon Perry, INCOSE UK

Voorbeelden

Wat?	Niveau
Landelijke Bruggen- en sluizenstandaard	1
Landelijke Tunnelstandaard	2
GWW projecten: E, WtB, Civiel	2..3
GWW Projecten, Technische Installaties	1..4

Waar MBSE?

Bron: U.S. Department of Transportation (DoT)

{

Discipline-specifiek

Federated set of tools

Organisatorische Impact (1)

Opstellen van MBSE workflow

• Proces: OOSEM
• Tool: Inrichten van EA
• People: Nieuwe rollen?

Civieltechnisch                              Technische Installaties

Organisatorische Impact (2)

Capaciteitsopbouw

• Proces: Samenhang tussen MBSE en strategische doelen
• People: Opleiding, begeleiding

Systems Thinking (systeemdenken) is het vermogen om technische systemen te begrijpen als geheel in plaats van als losse onderdelen. Het legt de nadruk op onderlinge afhankelijkheden, interfaces, dynamiek en emergent gedrag.

Organisatorische Impact (3)

Toepassing

• Ontwikkelen van modellen in geselecteerde projecten
• Verfijn workflows met actuele informatie

Organisatorische Impact (4)

Borging

• 'Community of Practice'
• Modelgids t.b.v. uniformering (richtlijnen)
• Periodiek evalueren (Self-assessment MBSE)

bron self-assesment: Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Verdieping van introductie MBSE

Wat verwachten jullie dat MBSE concreet gaat veranderen in je dagelijkse werk?

Basisbeginsel: Systems Thinking

Systems Thinking (systeemdenken) is het vermogen om technische systemen te begrijpen als geheel in plaats van als losse onderdelen. Het legt de nadruk op onderlinge afhankelijkheden, interfaces, dynamiek en emergent gedrag.

Casus: De Koffiezetter

Maak een blokschema hoe de 'objecten' aan elkaar 'hangen' (interfaces) en leg het zetten van een kop koffie uit (dynamiek).

Een view in het SysML model

Niet getoond: Contextdiagrammen, Eisendiagrammen, functiediagrammen, traceability tussen componenten, eisen en functies

bron: service manual Senseo

Omgang met complexiteit in projecten

Welke tools en processen, nu?

• Denk aan de (SE) fasen van het project
• Welke tools per fase?
• Samenhang?

• Teken de huidige aanpak op een flipover

• Groepspresentatie, per groep 

Een mogelijkheid tot omgang met complexiteit

Technisch Management: Relatics, Planningstools, ...

Technische processen

Business/Mission analysis: EA

Stakeholder Needs & Requirements: Relatics

System Requirements: Relatics/EA

System Architecture: EA

Design definition: EA / discipline eigen tools

Verificatie: EA / Relatics

Validatie: EA / Relatics

Integratie: EA / Relatics

Bron: INCOSE SE Handbook rev. 5

Samenhang SE processen

Impact/Effort Matrix

Welke organisatorische veranderingen zijn nodig voor MBSE? Welke zijn haalbaar?

Tools	People	Processen
Invoering Enterprise Architect	Opleidingen	Invoering OOSEM / opname in werkwijzen
Koppeling met Relatics	Community of Practice	Integratie OOSEM met andere disciplines
Koppeling met ...	...	...
...	...	...

Maak een matrix en plak ideeën op. Wat zijn 'quick wins' en wat zijn kwesties van lange adem?

Role Storming

Teams van 3

3 rollen: Opdrachtgever, Engineer, Leidinggevende

Discussie:

Wat verandert er voor mij als we MBSE hebben ingevoerd?

Noteer inzichten, koppel plenair terug

Pauze

Persbericht

Het is 2027 en MBSE is succesvol ingevoerd bij BAM.

Schrijf een intern persbericht

(groep van 3 a 4 personen)

MBSE ingevoerd!

Actie!

Doen we morgen	Binnen 3 maanden	Later
...	...	...

Wie zijn de trekkers?

Wie kan wat oppakken?

Hoe voel je je nu over de invoering van MBSE? in 1 woord!