Gebrekkige en ondoorzichtige kennisvergaring, ruis in het communicatieproces en een gebrekkig inzicht in de consequenties van aanpassingen maken het ontwerpproces een lastig geheel. De nieuwe ontwerpomgeving van de Universiteit Twente, T-Xchange cell, moet hier verandering in brengen.
De Universiteit Twente haalde vorig jaar november het doek van de T-Xchange cell. Binnen deze ontwerpomgeving zijn met virtuele hulpmiddelen ontwerpen in levensechte scenario’s te testen en bij te stellen. “Ontwerpen is de bestaande wereld aanpassen”, stelt aio-onderzoeker Martijn Tideman, die bij de T-Xchange cell betrokken is. Veranderen doe je door toe te voegen aan bestaande producten of processen. Deze zitten vaak alleen heel onlogisch in elkaar. We bouwen bijvoorbeeld een weg waar je met gemak tweehonderd kilometer per uur kunt rijden om die weg vervolgens vol te zetten met flitspalen of apparatuur voor trajectcontrole. Er is geen goede balans tussen de eisen en de feitelijke uitkomsten. Dat geldt niet alleen voor onze technische producten en processen, maar bijvoorbeeld ook voor onze logistieke en commerciële besturingssystemen en voor de voortdurend en heftig veranderende verkeersregulering. Tegelijkertijd moeten we ook erkennen dat een ideaal ontwerp een fictie is. Dat komt doordat de omgeving van producten en processen voortdurend verandert.”
Kringloop
Het bestaande ontwerpproces is weinig effectief. De ontwerpcyclus verloopt in een kringloop tussen het uitvoeren van taken en het oplossen van knelpunten. “In de meeste ontwerpprocessen is er alleen éénrichtings-verkeer tussen het probleem en de oplossing. Als er een besluit is gevallen in dit proces betreedt de ontwerper de oplossingsruimte waarin product- of procesconcept wordt bedacht en vervolgens in detail wordt uitgewerkt. Als het verkeerde besluit is genomen is er geen weg terug naar het oorspronkelijke vraagstuk. Bij deze opzet is er dus in de beginfase van een ontwerpproces een gedegen inzicht nodig in het ontwerpprobleem en de invloed van mogelijke beslissingen op dat probleem. Heden ten dage verloopt dit proces veelal in een ‘mono-actor’ omgeving, waarbij de betrokkenen niet duidelijk en zeker niet real time bij elkaar zijn”, aldus Tideman.
Als er wel meerdere personen als marketing managers, productie engineers, de directie en eindgebruikers bij het ontwerpproces betrokken zijn, kunnen problemen in de communicatie een lastig obstakel vormen, meent Tideman. “Overleg over een ontwerp verloopt veelal via hoorzittingen, rapporten en diverse besprekingen. Bij deze werkwijze begrijpen betrokkenen elkaar niet, doordat zij verschillende talen spreken. Ook kan het zijn dat in dit proces potentieel relevante ontwerpinformatie verloren gaat, doordat de informatiestroom afkomstig van de acteurs door de moderator er juist uitgefilterd wordt. Effecten of beslissingen worden eerst door de moderator geanalyseerd, voordat ze naar de overige leden van de groep doorgesluisd worden. Deze manier van ontwerpen functioneert in de praktijk niet goed.”
Real time communiceren
Deze problemen zijn op te lossen door alle belanghebbenden in het ontwerpproces met virtuele hulpmiddelen ontwerpissues real time gezamenlijk te laten oplossen. “Dat kan in de T-Xchange cell in Twente, waar ontwerpers en kenniswerkers gezamenlijk hun denkbeelden voor verandering van een product of proces virtueel aanschouwelijk kunnen maken en oplossingen kunnen evalueren. Deze ontwerpkeuzes worden in een spelvorm aan een grote tafel aan alle deelnemers achter hun computer voorgelegd. Een moderator heeft de leiding over dit virtueel model van de geformuleerde wereld. Zo wordt een systeem voor waterbeheer in een stadsdeel levensgroot gepresenteerd op een scherm. De deelnemers manipuleren vervolgens in een sessie het model. Speltechnieken maken de gevoelens van de deelnemers over de gekozen oplossingen expliciet. De duur van het spel varieert van dagen tot weken. “Hoewel het lang lijkt, is dit in alle gevallen vele malen korter dan in het conventionele ontwerpproces gebruikelijk. Daarnaast zijn de uitkomsten van dit proces veel verstrekkender”, zegt Tideman.
Rondom de T-Xchange cell is een batterij aan hulpmiddelen voorhanden om de virtuele werelden met beelden en games tot leven te wekken. Voorbeelden daarvan zijn de Phantom Omni van Sensable, een Amerikaans bedrijf dat in Nederland wordt vertegenwoordigd door Somatec uit Veenendaal en de Haptic Master van Fokker Control Systems. Beide zijn apparaten om producten in de ruimte gevoel te geven. Zo is de Haptic Master van Fokker Control Systems oorspronkelijk bedoeld om de bediening van ruimtevaartuigen en militaire vliegtuigen te kunnen ‘voelen’. Inmiddels wordt deze Haptic Master nu ook toegepast om massa, demping, vering en het aanbrengen van constante krachten voelbaar te maken. Van een bestaand ontwerp van een bewegingssysteem wordt in een haptische ruimte met een druksensor dynamisch het gedrag van dit ontwerp voelbaar gemaakt in een stick. De onderzoeker kan zo frictie, speling, of smering in het bewegingssysteem op het spoor komen.
De ontwerper past een of meer parameters aan het gedrag aan en kan vervolgens de wijzigingen opnieuw voelen. Tideman heeft op deze manier een schakelmodel voor een versnellingsbak ontwikkeld. In dat model is rekening gehouden met relaties tussen de te schakelen massa, wrijving, demping en vering. De Haptic Master maakte deze ingevoerde waarden voelbaar. Tijdens het ontwerp legde Tideman het schakelgedrag van de versnellingsbak op de pijnbank om het schakelen tussen versnellingen en de uit te oefenen druk op zijn waarde te kunnen schatten. Autofabrikant VW onderzoekt op dit moment de vering van een aantal personenauto’s.
Kleien
De Phantom Omni is een apparaat om mee te boetseren. De gebruiker beschikt daartoe over een beeldscherm van een pc of desktop en de Phantom Omni; een boetseergereedschap en een informatieverwerkend- en stuurmechanisme om de boetseerhandelingen om te zetten in een virtueel ontwerp. Bij het kleien voelt de ontwerper wat hij of zij doet doordat het virtueel boetseren van de hand dezelfde bewegingen en krachten vraagt als echt kleien. Voorbeelden van met de Omni ontworpen designs zijn een elektrische tandenborstel, een flacon voor cosmetica, een matrijs en een drijfstang.
Bij de vormgeving van zo’n product wordt eerst een uitgangsmodel uit features opgebouwd. Features zijn een doos, cilinder, bol, kegel, torus. Dat featuremodel wordt vervolgens met één klik tot een samenhangende massa gevormd, waaraan kan worden geboetseerd. De opgaaf is dan bijvoorbeeld het ontwikkelen van een cosmeticaverpakking, die de inhoud sfeervol en emotioneel weergeeft, met de juiste kleur, goed produceerbaar en passend in een doos die efficiënt stapelbaar is. In de T-Xchange cell zitten in zo’n geval de ontwerper die de Omni hanteert en tevens de moderator is, de marketing specialist, de productie engineer en de verpakkingsdeskundige bijeen. Wanneer overeenstemming over een ontwerp is bereikt, wordt de ontwerpinformatie doorgestuurd naar een systeem voor rapid prototyping. Betrokkenen beschikken dan kort daarna over een fysiek ontwerp, al dan niet met alternatieven.
De geometrische vorm van het product, compleet met wanddiktes, is vervolgens de basis voor het matrijsontwerp. Dat ontwerp kan door technisch kleien verder worden uitgewerkt door toevoeging van de matrijsplaten, aanpassing van wanddiktes, inbouw van koelkanalen et cetera. Het kleimodel (dat is het haptische ontwerp) is vervolgens de basis voor het doorrekenen van de spuitcyclus, warmteafvoer en dergelijke. Een conventioneel 3D cad-ontwerp is nu niet meer nodig. De ontwerpdata die tijdens de vormgeving zijn ontstaan, kunnen worden gebruikt voor aansturing van onder andere cnc-bestuurbare (computerized numeric control) machines. n
Vaders van de T-Xchange cell
De T-Xchange cell is een designomgeving waarin belanghebbenden met verschillende achtergronden in een scenario de consequenties van hun keuzes in het ontwerp virtueel gaan testen. Geestelijk vaders van de T-Xchange cell zijn Dick Arnold, research directeur bij Thales en professor Fred van Houten. Dick Arnold is naast zijn werk bij Thales op dit moment twee dagen per week werkzaam aan de Universiteit Twente. Fred van Houten geeft leiding aan het Centrum voor Integrale Productievernieuwing van de Universiteit Twente. Zij zijn als vaders van de ‘virtuele innovator’ op dit moment bezig om het scenario based designproces te realiseren.
ICT achter de T-xchange cell
De visualisatie en simulatie van het ontwerp vindt plaats in een complexe 3D-omgeving. Voor het visualiseren zijn beelden nodig; van een weg, huizen, mensen et cetera. Die beelden kunnen van het web worden gedownload of op cd-rom gekocht. Het kunnen ook video-opnamen zijn, of beelden die zijn ontworpen met bijvoorbeeld een haptic device of een 3D cad-model. De beelden worden gedownload op de pc. Vervolgens worden ze bewerkt met een applicatie voor visualisatie en manipulatie. In deze software zijn de spelfuncties opgenomen, die aangeven hoe veranderingen geïnterpreteerd moeten worden.
De beelden van de simulatie verschijnen op monitors. Een daarvan meet acht bij vier meter. Het voordeel van zo’n enorm beeldscherm is dat de ontwerpers hun object levensgroot voor zich zien zoals het straks ook in de straat zal verschijnen. Wanneer je bijvoorbeeld een scenario voor verandering van de vering van een auto ontwikkelt, kun je die nieuwe vering demonstreren door een aangepaste auto op ware grootte over een hobbelige weg te laten rijden. Voor het tot leven laten komen van het scenario zijn een reeks video- en audio-ingangen aan elkaar gekoppeld. De resultaten worden via een switch naar de gewenste monitoren en luidsprekers gedirigeerd. Ieder scenario vereist specifieke data en soms software. Een voorbeeld van het laatste zijn haptic devices voor productontwerp.
