Het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR) ontwikkelt met behulp van ict veel nieuwe kennis voor de lucht- en ruimtevaartindustrie. Een deel hiervan is ook toegankelijk voor het midden- en kleinbedrijf. Tussen NLR en het mkb gaapt echter een grote kloof op het gebied van kennisoverdracht. Het NLR overbrugt die kloof niet zelf, dat doet de Syntens-organisatie van EZ. Harold Ottens, chef van de hoofdafdeling Constructies en Materialen van het NLR, laat zijn licht schijnen over de tegenstellingen.
De nieuwe kennis die het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium ontwikkelt, stroomt – met de ontwikkelde producten – door naar vooral de lucht- en ruimtevaartindustrie. Een deel van de kennis probeert het NLR via de Syntens-organisatie van EZ echter ook te ‘vermarkten’ bij het midden- en kleinbedrijf. De rol van Syntens is een belangrijke, want zonder die organisatie zou de kloof tussen NLR en het mkb op het gebied van kennisoverdracht maar moeilijk te overbruggen zijn.
Belangrijkste oorzaak van de kloof is de tegenstelling in het langetermijndenken van het NLR tegenover het kortetermijndenken van het mkb. Het heeft – zeker vanuit het NLR-perspectief bekeken – veel weg van de fabel van Jean de la Fontaine over de krekel (het mkb) en de mier (het NLR). Bovendien is er een verschil op het gebied van de kennisvastlegging. Bij het NLR wordt kennis vastgelegd in modellen, het mkb eist nieuwe kennis in de vorm van rapporten.
Ir. Harold Ottens, chef van de hoofdafdeling Constructies en Materialen van het NLR en ir. Bert Thuis, projectleider binnen deze hoofdafdeling, kennen deze tegenstellingen goed en weten ook dat het NLR de geschetste kloof niet zelf kan overbruggen zonder concessies te doen aan de primaire klanten, de lucht- en ruimtevaartindustrie. Voor een goed begrip geven zij eerst inzicht in het – voor een buitenstaander nogal complex overkomende – proces van kennis- en productontwikkeling binnen het NLR.
Met meer dan negenhonderd medewerkers geldt het NLR in ons land als een van de grotere instituten voor de ontwikkeling van toegepaste kennis. Zijn missie is wetenschappelijk onderzoek, ontwikkeling van nieuwe processen en producten en brede advisering voor de lucht- en ruimtevaart. Het NLR is een stichting; een nonprofit-organisatie met een bedrijfsproces dat afwijkt van de commerciële processen in industriële organisaties. Verreweg het grootste deel van de omzet wordt gegenereerd uit betaalde opdrachten, een klein deel van het budget komt uit de overheidskas. De ‘marktwerking’ berust van oudsher op het kennen van de langetermijnbehoeften van de militaire en civiele lucht- en ruimtevaart. Basisonderzoek wordt daar op afgestemd en vervolgens uitgewerkt in opdrachten voor de ontwikkeling van nieuwe processen en producten. Dat hele samenspel wordt in sterke mate bepaald in het politieke en het defensiecircuit. In dat circuit speelt geld een minder belangrijke rol dan in het bedrijfsleven.
De hoofdafdeling Constructies & Materialen (C&M) is één van de tien divisies van het NLR. Zeven daarvan, namelijk de divisies Stromingen, Vliegtuigen, Luchtverkeer, Constructies & Materialen, Ruimtevaart, ICT en Avionica, leveren de directe marktprestaties. De overige drie, Technische Diensten, Algemene Diensten en Administratieve Diensten, zijn ondersteunend. De omvang van de hoofdafdelingen loopt uiteen van vijftig tot honderdvijftig medewerkers.
Nieuwe sommen
"Ontwikkeling van nieuwe kennis is meer dan het maken van nieuwe sommen", stelt Ottens. "Nieuwe kennis moet ook gemakkelijk toepasbaar zijn." Binnen de hoofdafdeling C&M – en voor zover mogelijk binnen iedere hoofdafdeling – worden de sommen gemaakt in de vorm van modellen. In deze afdeling zijn dat modellen van processen en van de producten die met die processen worden gefabriceerd, in dit geval onderdelen van vliegtuigen en ruimtevaartapparatuur, voornamelijk geproduceerd uit nieuw ontwikkelde materialen, zoals composieten van koolstofvezelversterkte kunststof. "Voor dat integrale ontwikkelingsproces zijn drie soorten kennis en vaardigheden nodig", weet Ottens. "De eerste is die voor de ontwikkeling van het productmodel. Verder moeten de ontwikkelaars veel weten en kunnen op het terrein van geavanceerde fabricagetechnologie. En ‘last but not least’ is veel kennis en vaardigheid nodig van ict en van technische informatiesystemen."
In het integrale proces staat voorop dat de kennis die wordt ontwikkeld, door de mensen kan worden begrepen. Het gaat kortom niet alleen om de ontwikkeling van technologisch geavanceerde fabricageprocessen en producten, maar ook om processen die zo eenvoudig mogelijk worden gehouden om ze makkelijk en snel toe te kunnen passen. De ontwikkeling van de lucht- en ruimtevaart mag niet worden vertraagd door de invoering van gecompliceerde, leertijdrovende en kritische processen.
Vóórdat kennis wordt ontwikkeld, moet daarom een antwoord worden gegeven op de vraag welke ontwikkelingsrichting daartoe wordt ingeslagen. Er zijn namelijk altijd alternatieve mogelijkheden voor de keuze van fabricageprocessen. Bij het samenstellen van het projectplan voor de proces- en productontwikkeling wordt in het eerste projectstadium ruimte gemaakt voor het zoeken naar en formuleren van die alternatieven.
Toegankelijk en beproefd
Vervolgens moet de nieuwe kennis toegankelijk worden gemaakt voor de gebruikers. "We hebben geconstateerd", vertelt Ottens, "dat ervaren constructeurs die niet bekend zijn met het toepassen van nieuwe processen en nieuwe materialen, zoals het verwerken van en construeren met composieten, niet zo maar nieuwe producten uit deze materialen kunnen construeren. Dat komt omdat de nieuwe mogelijkheden geheel anders zijn dan die volgens de conventionele benaderingen. Omgang met die nieuwe processen en materialen moet worden geleerd."
De nieuwe kennis moet ook beproefd zijn. Er mag natuurlijk geen twijfel bestaan over de juistheid van het integrale model. Het fabricage- en productmodel wordt daarom zowel virtueel als fysiek getoetst. Die fysieke toetsing gebeurt in de vorm van ‘prototyping’ en ‘product testing’ in eigen laboratoria, die zijn uitgerust met alle mogelijke – tot zeer zware – apparatuur voor mechanisch testen. Bovendien worden de ontwikkelde en gefabriceerde producten aan praktijkomstandigheden getoetst.
Ten slotte moet nog worden aangetoond dat het verkregen product conform de oorspronkelijke specificaties is. Deze eindcontrole berust op toetsing van product en proces en aan de hand van de in alle ontwikkelingsstadia verzamelde data. Ook het ontwikkelde model zélf wordt tegen de basismeetlat gelegd.
Overleg en discussie
De ontwikkeling van de nieuwe processen is mede gebaseerd op de uitkomsten uit het overleg met de relaties en uit de formele en informele discussies binnen het NLR. Krijgt het besluit over zo’n ontwikkeling eenmaal vorm, dan is er vanzelfsprekend geld nodig voor de uiteindelijke ontwikkeling zelf. Het NLR, als nonprofit-organisatie, beschikt niet over de benodigde fondsen. Daarom wordt het geld gefourneerd door het Rijk. Het ministerie van V&W is hier penvoerend en wordt bijgestaan door de ministeries van Economische zaken, Defensie en OC&W. Zij participeren in de beeld-, oordeels- en besluitvorming over de afzonderlijke plannen. Ter voorkoming van dubbel werk worden op bepaalde gebieden strategische allianties gesloten met soortgelijke instituten in Europa en de VS.
De richting van de kennisontwikkeling wordt bepaald door het bestuur van de stichting. Daarin hebben onder meer vertegenwoordigers zitting van de ministeries van Verkeer en Waterstaat, EZ en OC&W, Stork, de KLM, luchthaven Schiphol en de Lucht- en Ruimtevaartfaculteit van de TU Delft. De ‘horizon’ van de langetermijnplanning bedraagt zeven tot tien jaar.
Twee soorten mensen
De basisprocessen en de daaruit voortvloeiende producten die binnen de hoofdafdeling Constructies en Materialen worden ontwikkeld, zijn radicaal anders dan de conventionele producten en processen. Voor deze vorm van product- en procesontwikkeling zijn twee soorten mensen nodig: specialisten en generalisten. De specialisten zijn de wetenschappers, de seniors met heel veel kennis op een beperkt gebied. Zij worden betrokken bij het zoeken naar de mogelijke en vernieuwende oplossingen voor geformuleerde problemen.
Deze specialisten krijgen de op te lossen problemen aangereikt door de generalisten. Zij zijn de ‘kosmopolieten’ die de vakwereld kennen. Ze onderhouden de contacten met deskundigen en besluitvormers uit de gebruikersorganisaties (zoals luchtmachten en luchtvaartmaatschappijen), onderzoekers van instituten als de Nasa en technische universiteiten en met ontwerpers en fabrikanten van lucht- en ruimtevaartsystemen en hun componenten. Deze generalisten, die alle technische aspecten van de aviatiek grondig kennen en bijhouden wat er gebeurt en aan nieuwe behoeften en mogelijkheden ontstaat, zijn in feite de ‘marketeers’ van het NLR. Zij kennen net zo goed de behoeften van luchtmachten als van luchthavens, het Europese ruimtevaartprogramma of de eisen die worden gesteld aan de nieuwe NH90-helikopter. Zij weten welke projecten waar lopen en waar nog gaten in deze projecten moeten worden ingevuld. Ze onderzoeken welke bijdragen het NLR aan de diverse projecten zou kunnen leveren, bepraten zowel intern als extern de mogelijkheden voor deelname en zorgen ervoor dat het NLR vooraanstaand meedoet in de race om het verkrijgen van de opdrachten. Bij het binnenhalen van die opdrachten – zeker als het gaat om militaire lucht- en ruimtevaartprojecten, en de overheid de uiteindelijke opdrachtgever is – staan snelle ontwikkeling en levering van een doelmatig en geavanceerd product voorop.
Relaties zijn bijvoorbeeld de Koninklijke Luchtmacht en de Marine Luchtvaartdienst, de KLM, Stork-bedrijven waaronder Fokker Aerostructures, Fokker Special Products en Fokker Elmo, Fokker Space (met een meerderheidsbelang van Saab Ericsson), Urenco Aerospace uit Almelo, Interturbine, een door het Zwitserse Sulzer opgekochte onderneming, maar ook de Nasa. Voor al deze ondernemingen wordt onderzocht hoe de huidige status van de huidige producten is en hoe die op lange termijn is te verbeteren. Dat is essentieel voor de toepassing van nieuwe, specifieke processen en producten.
Samenwerking met mkb
De nieuwe kennis die het NLR ontwikkelt, is deels eigendom van de opdrachtgevers en dus beschermd en daardoor niet toegankelijk voor derden. Het overblijvende kennisdeel kan worden ‘vermarkt’. Bij de overdracht van deze kennis aan middelgrote en kleinere bedrijven, constateert het NLR herhaaldelijk dat deze ondernemingen een veel kortere plan- en planningshorizon hebben dan de lucht- en ruimtevaartindustrieën. Er bestaat daardoor een grote kloof tussen het denken en doen van enerzijds het NLR en anderzijds het mkb, dat door de korte plan- en planningshorizon vaak problemen heeft om tijdig de juiste technologie op de rails te zetten.
Wil het NLR die kloof overbruggen, dan is het genoodzaakt nieuwe kennis van processen en nieuwe producten zeer zorgvuldig aan de klanten over te dragen. Want het is natuurlijk geen optie om de eigen planningshorizon te verkorten. Het NLR draagt immers een specifieke, eigen verantwoordelijkheid wat betreft het denken en plannen op de lange termijn voor de Nederlandse en internationale luchtvaartindustrie. Het kan niet anders dan vooruitlopen met de kennisontwikkeling van nieuwe basisprocessen en -producten en met het ontwikkelen en het vastleggen van die kennis in modellen.
Zeven fasen
Processen, producten en uiteindelijk ook de kennis worden ontwikkeld in zeven fasen. De eerste fase is die van het voorontwerp, gebaseerd op een eisenpakket, besproken met en beoordeeld door betrokken partijen op concept, basismodel, planning van het realisatietraject, toewijzing van resources, kosten en kostenbewaking.
De tweede fase is die van het detailontwerp. In deze fase wordt het product gemodelleerd, virtueel ontworpen en door simulatie geanalyseerd. Voor simulatie en analyse beschikt de hoofdafdeling Constructies en Materialen over diverse applicaties. Dat zijn onder meer MSC-Marc, MSC-Nastran, Stags en B2000. B2000 is een applicatie voor het maken van fem-modellen (‘final element method’)in een Linux-achtige omgeving met een makkelijk toegankelijke database. De gebruiker kan het productmodel (de som) inrichten met nieuwe algoritmen voor speciale fe-berekeningen, materiaalmodellen en optimalisatiestrategieën. De applicaties worden onder meer toegepast voor het vinden van specifieke oplossingen van buig-, knik- en stromingsbelastingen onder specifieke temperatuur en drukbelastingen, met toepassing van geheel nieuwe materialen.
Na deze analyses, waarbij indien nodig ook materie- en ict-deskundigen van de softwareleverancier worden betrokken, volgt de ‘cad-modellering’ van de component en de benodigde ’tooling’. Hiervoor wordt de cad/cam-applicatie Catia toegepast. De uitkomst van dit proces zijn een productmodel en een voorlopige werkvoorbereiding voor de fabricage van het model. Pas wanneer dit model gereed is, kan het gedrag van dit model in een virtueel stromingsproces worden getoetst, mits dat noodzakelijk is natuurlijk. Het NLR gebruikt hiervoor de applicatie RTM Worx.
Het fysieke deel van het ontwikkelingsproces omvat binnen de hoofdafdeling C&M onder meer het fabriceren van producten uit composieten. Daarvoor is het zogenaamde rtm-proces (‘resin transfer molding’) ontwikkeld, een voor de vliegtuigbouw relatief nieuwe fabricagetechnologie. Het proces, dat kan worden gesimuleerd met simulatiesoftware, vervangt het veel minder flexibelere autoclaafproces. De virtuele component in het rtm-proces is zeer omvangrijk en veel hoger dan in het autoclaafproces; de fysieke component van het proces is beperkt en eenvoudig.
Wanneer door simulatie ook dit fabricageproces is getoetst en vastgelegd, kan de definitieve werkvoorbereiding worden gemaakt. Het omvangrijkste deel daarvan is de productievoorbereiding, met waar nodig de generatie van cnc-programma’s en de uitvoeringsplanning. Aanmaak van de benodigde gereedschappen gebeurt in de eigen werkplaats. Daarna wordt het product gefabriceerd en uitgebreid getest. Tot aan de fabricage verloopt het integrale ontwikkelingsproces in zeer hoge mate virtueel; vanaf het gereedkomen van de werkvoorbereiding verloopt het proces fysiek, zij het sterk door ict ondersteund.
De laatste en zevende stap in dit proces omvat het uitgebreid testen in eigen testlaboratoria en in de praktijk. Zoals eerder beschreven, worden de testresultaten uitgebreid getoetst aan de data uit de eerdere ontwerpfasen.
Moderne organisatie
De NLR-organisatie is typerend voor de moderne kennisorganisatie en geheel anders dan die van de huidige industriële en dienstverlenende organisaties. De organisatie is innovatiegericht en werkt intern in projectverbanden, waar per project steeds de juiste deskundigen samenwerken. Extern wordt gewerkt in netwerken en allianties. De componenten die worden ontwikkeld en gefabriceerd zijn bestemd voor complexe tot zeer complexe eindproducten: vliegtuigen en ruimtevaartuigen. Die ontwikkelingen zijn gebaseerd op kennis van toekomstige eisen en behoeften. De discussie hierover is breed en onderbouwd vanuit de wetenschap, politiek, defensie en het betrokken bedrijfsleven. Dientengevolge is de planninghorizon lang.
De lange planninghorizon loopt dwars door politieke besluitvormingen en voegt zich naar de langetermijnhorizon van besluitvormers in de defensie- en de lucht- en ruimtevaartindustrie. Samenwerking met organisaties die deze langetermijnhorizon niet kennen en niet sturen op toekomstige ontwikkelingen, is op z’n zachtst gezegd ‘moeizaam’. De kloof tussen beiden is te groot. Het proces van kennisoverdracht is daardoor alleen mogelijk via speciale intermediairs.
Bovendien is er een kloof wat betreft de presentatie en overdracht van de kennis. De te ontwikkelen processen zijn eenvoudig, maar de producten die eruit voortkomen zijn complex. Gebruik van hoogwaardige ict bij alle activiteiten is een vanzelfsprekend hulpmiddel. Het gehele ontwikkelingsproces is in hoge mate virtueel, hetgeen zichtbaar kan worden gemaakt in een analyse van de kosten. Kennis wordt door het NLR liever niet overgedragen via rapporten, maar in de vorm van objecten met kennismodellen. De kennisoverdracht is voor het NLR een deel van het ontwikkelingsproces.
Kennisoverdracht naar het mkb is kortom moeilijk door de lange planningshorizon van het NLR tegenover de meestal korte planninghorizon van het mkb, en doordat het NLR kennis vastlegt in modellen waar het mkb gewend is aan rapporten. Voor het overbruggen van deze kloof is er gelukkig een intermediair, een bruggenbouwer, zodat het NLR niet ‘door de knieën’ hoeft. De Syntens-organisatie van het ministerie van EZ zorgt ervoor dat enerzijds het mkb kan profiteren van de door het NLR ontwikkelde kennis en dat anderzijds het NLR de kennis- en productontwikkelingsprocessen voor zijn primaire klanten – de defensie-, lucht- en ruimtevaartindustrie – op het huidige hoge niveau kan houden en dat het tóch een deel van de aldus ontwikkelde kennis kan ‘vermarkten’.
Cees Van Heijkoop Freelance Medewerker
