Het ontwikkelen, ontwerpen, assembleren en testen van componenten voor de ruimtevaart is uitermate specialistisch werk. Bij ieder nieuw ontwerp wordt uitgegaan van bestaande kennis die tot de uiterste grenzen wordt verkend en toegepast. Zo ook bij Fokker Space. Basisresearch is geen speerpunt van dit bedrijf. Effectief omgaan met kennis in een buitenwereld met sterk wisselende ondernemings- en kennisculturen is fundamenteel voor het voortbestaan. Systeem- en kennisbeheer bieden hulp.
Fokker Space uit Leiden is voortgekomen uit een bedrijf van vliegtuigconstructeurs, mensen die specialist zijn in het ontwikkelen van lichtgewicht constructies", vertelt manager systems engineering Robbert J. Hamann. "Dat kunnen ze overigens nog steeds heel goed". Een van de belangrijke producten die Fokker Space de afgelopen jaren heeft ontwikkeld is het motorframe van de Europese draagraket Ariane. Het motorframe is het deel van de raketstructuur waaraan de door vloeibare brandstof gedreven motor wordt gekoppeld. Een product dat momenteel wordt ontwikkeld, is een 10 meter lange robotarm, die aan de buitenkant van het Internationale Space Station twintig jaar ongestoord en zonder onderhoud moet functioneren. De robot is beweging- en krachtgestuurd – zowel vanuit een cabine in het station als vanaf de aarde, wanneer dat nodig is.
Fokker Space is hoofdaannemer en ontwikkelt het systeem en het besturingsconcept.
In een keer goed
Het ontwikkelen van ruimtevaartsystemen eist meer kennis dan het ontwikkelen van vliegtuigen. Vliegtuigen worden in serie gebouwd en voor andere omstandigheden dan dat ene ruimtevaartuig, dat feilloos onder de meest extreme condities en 100 procent betrouwbaar moet functioneren. Zo’n ruimtevaartuig bestaat uit een ICT-kern met daarom heen uiterst hoogwaardige mechanica en elektronica. Om bijdragen te kunnen leveren aan de ontwikkeling van zulke systemen heeft Fokker Space, dat sinds het uiteenvallen van Fokker een verzelfstandigde onderneming is, er het nodige bijgeleerd. Naast mechanische technologie betreft dat de ontwikkeling van zeer hoogwaardige elektronische systemen; software- en hardware voor het besturen van componenten in ruimtevaartuigen. Bijna alles op het gebied van lucht- en ruimtevaart en de daarvan afgeleide producten kan worden aangepakt. Observatie-instrumenten zijn enkele van de kernproducten, en hebben meestal te doen met ozon-onderzoek. Voor de genoemde ontwikkelingen wordt vooral samengewerkt met TNO-TPD en Sron, de Stichting Ruimtevaart Onderzoek Nederland. Een van eerdere ontwikkelingen afgeleide groep producten bestaat uit geavanceerde zonnepanelen.
Het merendeel van de benodigde kennis voor productontwikkeling en -ontwerp is bestaand en ergens in de organisatie beschikbaar. Die kennis moet in de ruimte worden toegepast, vaak onder bijzondere condities: een hoge mechanische belasting tijdens de lancering, een vacuümomgeving, een stralingsomgeving met micrometeorieten en zuurstofradicalen, en grote temperatuurvariaties. Daarnaast moet het product aan het einde van zijn ‘leven’ verantwoord kunnen worden opgeruimd. "Wanneer de ontwerper en de constructeur onder dergelijke omstandigheden bestaande kennis toepassen, moeten zij niet bang zijn om die kennis te extrapoleren" stelt Hamann. "Daar is durf voor nodig".
Producten worden zeer zorgvuldig ontworpen, de componenten worden onder extreme condities bij derden gefabriceerd, om vervolgens bij Fokker Space te worden geassembleerd en getest. "Alles moet in één keer goed zijn" stelt Hamann. "In de ruimte heb je geen tweede kans"
Functioneel ontwerpen
Om alles in één keer goed te doen, los van het vereiste hoge kennisniveau, is uitermate zorgvuldig en systematisch werken een vereiste. Uitgangspunt daarbij is niet het op conventionele wijze ontwikkelen van een product, maar het zuiver functioneel ontwerpen. In het conventionele ontwikkelproces ontstaan nieuwe producten stap voor stap door bestaande functies te verbeteren of nieuwe elementen aan bestaande functies toe te voegen. In de ruimtevaart wordt weliswaar voortgeborduurd op bestaande kennis, maar eigenlijk wordt elke component geheel nieuw ontwikkeld. Dat gebeurt op basis van het eisenpakket, dat evolueert naar een concept met functies waarin de te verrichten activiteiten worden gedefinieerd. "De functie staat centraal", gaat Hamann verder. "Uitgangspunt is niet hoe het product er uit moet zien, maar de op de gebruikerseisen gebaseerde functie. Er wordt gestructureerd ontwikkeld. Dat blijkt in de praktijk heel moeilijk te zijn. Het begint al in de eerste fase van de productlevenscyclus waarin de systeemstructuur wordt geconcipieerd en vastgelegd, hetgeen enorm veel tijd en energie kost. Deze activiteit komt natuurlijk altijd op een tijdstip dat er juist geen tijd en geld beschikbaar is. Je kunt er echter niet omheen. Het moet duidelijk zijn dat het van de hoofdaannemer gekregen pakket van eisen goed wordt begrepen en geïnterpreteerd. Wanneer dat het geval is, komt de vraag met welke alternatieven aan die eisen kan worden voldaan. Bij de keuze van die alternatieven wordt, naast de functionele eisen, in eerste instantie naar de kosten en het productgewicht gekeken en minder naar de meest geavanceerde oplossing. Gewicht is van groot belang: elke kilo die een component meer weegt, vergroot het startgewicht van de raket met een veelvoud van dat gewicht."
De ontwerpproblemen worden nog eens extra vergroot doordat zo’n ruimtevaartuig door een consortium wordt ontwikkeld. De deelnemers aan een dergelijk consortium hebben elk een eigen ondernemingscultuur met een eigen kenniscultuur. De mensen met wie wordt samengewerkt variëren. Er is steeds één hoofdaannemer, bijvoorbeeld Dasa, Matra Marconi Space of Alcatel. Die hoofdaannemers wisselen per project. Dat is een politiek gegeven. De consequentie is echter dat er ook op wisselende samenwerkingsverbanden en wisselende ondernemingsculturen moet worden gereageerd. Er is nauwelijks terug te vallen op het verleden. Niet alleen constructies, componenten, besturingsalgoritmen, hardware, maar ook organisaties zijn steeds anders. Om op zo’n complex geheel te reageren is systeembeheer een vereiste.
Kennis veelzijdig vastgelegd
Het werken in zo’n veelzijdige, veeleisende en variabele omgeving is gecompliceerd. Nauwkeurig moet worden vastgelegd wat de ontwikkelaar kan en wat hij toevoegt. Dat vastleggen neemt een aanvang nadat is gebleken dat het ontvangen eisenpakket goed is begrepen. Na die eerste mijlpaal wordt de conceptkeuze voor de functies bepaald. De conceptkeuze bestaat uit het definiëren van de functies, gevolgd door het maken van een functieanalyse. Daarbij wordt nagegaan welke mogelijkheden er zijn om een functie te vervullen. Talloze aspecten van de verschillende alternatieven komen daarbij aan de orde, en worden zorgvuldig vastgelegd. De simpelste hulpmiddellen daarbij zijn het stroomdiagram en de spreadsheet, waarin afhankelijkheden, beschrijvingen, belangrijke accenten en knelpunten, interfaces, tekeningen, enzovoort, worden gedocumenteerd.
Het functioneel ontwerp wordt vaak iteratief gemaakt. Bij het ontwikkelen van de robotarm voor het Ariane-project is gebruik gemaakt van een systeemontwikkelplan. Hierin wordt gedetailleerd geschetst hoe de ontwikkeling er de eerste anderhalf jaar uit ziet; hierbij worden de kosten aangegeven en de door Fokker Space te nemen stappen. Tevens wordt vermeld welke hoogwaardige technieken worden gebruikt en welke mensen en partijen bij het project betrokken zijn. Vervolgens komt aan de orde welke input van andere partijen nodig is, en wanneer, en welke output er wanneer aan wie moet worden geleverd. In die fase worden ook de toe te passen technieken en componenten die voor de constructie en de ICT zullen worden toegepast, bepaald en vastgelegd. Wanneer die beslissingen eenmaal zijn genomen, wordt daar zo min mogelijk van afgeweken, ook al dienen zich tijdens de productontwikkeling nieuwe mogelijkheden aan. Afwijkingen van het ingeslagen pad verstoren de ontwikkeling van het integrale ontwerp.
Wanneer het functioneel ontwerp gereed is, worden de details ontworpen (technisch ontwerp). Vervolgens worden de componenten geproduceerd; dit wordt uitbesteed. Fokker Space assembleert de componenten zelf en test het ontstane product vervolgens zeer intensief.
Kennisontwikkeling en -beheer
Kennis en kennisontwikkeling zijn gekoppeld aan de functies van te ontwikkelen producten. Uit de vraag uit welke functies een product zal worden opgebouwd, resulteert de vraag met welke kennis dat moet gebeuren, terwijl het omgekeerde evenzogoed geldt; beschikbare kennis kan ook bepalend zijn bij het kiezen van de te vervullen functie. Het is vanzelfsprekend dat er een eenduidig inzicht moet zijn in de aanwezige kennis. Gezien de enorme variatie in kennis, vraag en -aanbod moet de aanwezige en beschikbare kennis zorgvuldig worden vastgelegd en gemakkelijk toegankelijk worden gemaakt. "De drijfveer om kennis toegankelijk te maken wordt niet ingegeven door het feit dat het anders fout gaat, maar is kostenbeheersing", aldus Hamann.
De enige die kan uitmaken welke kennis beschikbaar is, is degene die de kennis bezit. Hij legt zijn technologische, ICT- en organisatorische kennis vast in documenten, rapporten, planningen, calculaties, werkstroom, 3D-ontwerpen, tekeningen, modellen, software-ontwerpen, voorschriften, handleidingen, enzovoort. Veel daarvan geschiedt volgens best practises.
"Met behulp van een pdm-systeem (productdatamanagement), kun je een heel eind komen" stelt Hamann, "maar het is voor een middelgrote onderneming als Fokker Space met circa 450 werknemers en veel, vaak kleine projecten te kostbaar. Niet alleen vanwege de investering in hard- en software, maar vooral vanwege het kennisbeheer zelf. We werken in groepen. Voor een klein project is 20 tot 25 procent van de groepscapaciteit nodig voor het documenteren en toegankelijk maken van de kennis".
Fokker Space volgt dan ook een andere weg. Er vanuit gaande dat kennis vooral in de vakgroepen aanwezig is, is voor ieder vakgebied een vakbeheerder aangesteld. De onderneming kent 25 vakgebieden. Om kennis uit deze vakgebieden toegankelijk te maken, wordt onder andere gebruik gemaakt van het intranet. Iedere kennisbeheerder heeft op dat intranet een eigen site. Iedere kenniswerker die kennis in ontwikkelingen verwerkt, wordt verzocht daarvan een samenvatting van enkele pagina’s te maken. Die kennis over de geleerde lessen en over ‘best practises’ wordt op de site gepubliceerd. Daarnaast wordt aangegeven welke tools gehanteerd worden voor het vastleggen van kennis, welke zaken met behulp van die tools worden vastgelegd en welke handboeken en voorbeelden beschikbaar zijn. Het is niet eenvoudig zo’n site te beheren, want mensen zijn er moeilijk van te overtuigen dat zij hun kennis hanteerbaar beschikbaar moeten stellen. "Teammentaliteit is er altijd geweest", vertelt Hamann gretig, maar het duidelijk en hanteerbaar weergeven van hetgeen je met je kennis gedaan hebt, is wat anders. Documenteren aan het eind van het project is een moeizaam proces, omdat de lol er dan vanaf is."
Opleiden in systeembeheer
Je kunt mensen niet van bovenaf opleggen om hun persoonlijke kennis goed vast te leggen. Die discipline moet vanaf de werkvloer komen. De ‘champions’, de koplopers in het ontwerpproces, hebben zich een aantal jaren geleden ingezet om dat proces van een sterk persoonlijk getint kennisbeheer in gang te zetten. Zij begonnen met zichzelf, en hun voorbeeld werkt nu door.
Dat proces heeft stap voor stap geleid tot een gedegen en omvangrijke interne cursus systeembeheer. De cursus leert de deelnemers de techniek voor het beheer van technische systemen. Het echte doel is om de cursisten te leren om gestructureerd te werken. De cursus wordt door een tiental mensen van het eigen bedrijf gegeven aan personeel dat enkele jaren in dienst is en zich heeft ‘gevestigd’. Naast de cursus systeembeheer is er ook een basiscursus, waarin wordt geleerd kennis naar speciale toepassingen te vertalen.
Het opleiden van mensen in systeembeheer en kennisbeheer is een kostbare, maar noodzakelijke activiteit. "Het is jammer dat er op universiteiten niet meer aandacht aan deze aspecten wordt geschonken. Ik zie vaak dat vierdejaars gezamenlijk een project moeten uitvoeren. In de staart van het traject, waar de touwtjes bij elkaar komen, gaat het mis. Studenten komen er dan achter dat voor een effectieve aanpak van het project systeembeheer nodig was geweest. Maar dan is het te laat. Jammer, mensen worden te smal opgeleid", vindt Hamann. Genoemde vaardigheden zouden in de opleiding moeten worden verworven. Mensen kunnen dat makkelijker aanleren wanneer ze jong zijn, dan later, wanneer zij hun eerste jaren praktijkervaringen hebben opgedaan."
Fokker Space is een onderneming die niet anders dan een zeer hoge ontwerpdiscipline kan eisen, met alle kosten van dien. Het zou veel effectiever zijn een deel van de benodigde opleiding bij de universiteit te leggen".
Cees van Heijkoop
