Virtueel testen ondersteunt de ontwerpfase voor een nieuw systeem en vermindert de noodzaak van het dure en tijdrovende fysieke testen. Maar de virtuele test is méér dan een ontwerptool. Het is ook een communicatiemiddel in het contact met de klant en de eindgebruiker, die er soms zelfs een planningstool mee in handen krijgt. VIRO maakte er een thema van. ‘Virtueel testen leidt tot meer inzicht, tijdens de ontwerpfase én de gebruiksfase.’
Gereedschap voor de ontwerp- én de gebruiksfase
VIRO is een internationaal ingenieursbureau (700 medewerkers), gespecialiseerd in engineering en projectmanagement voor productengineering, machinebouw en industriële projecten. Sinds enige tijd profileert VIRO zich met de thema’s ‘smart industrial machinery’ (SIM) en ‘virtueel testen’. SIM haakt aan op de Industrie 4.0/Smart Industry-beweging. Naast mechanische en elektrische engineering zijn daarin software, meet- en regeltechniek en besturingsintelligentie belangrijke competenties. VIRO biedt de combinatie van deze klassieke en moderne specialismen aan, vertelt Theo de Vries op het hoofdkantoor in Hengelo (Ov). Zelf draagt hij daaraan bij vanuit de regeltechniek – één dag in de week is hij nog aan de Universiteit Twente verbonden als universitair hoofddocent Intelligent Control & Mechatronics. Bij VIRO is hij hoofd van de afdelingen Software & Control en Electro & Instrumentation, met zo’n dertig medewerkers. ‘Mijn groep doet multidisciplinaire projecten samen met de klant en daarbij is altijd sprake van integratie van verschillende onderdelen in het uiteindelijke systeem. Dan moet je testen.’ En dat doet VIRO steeds meer virtueel, met behulp van software en computermodellen.
‘Hoe later je test, hoe kostbaarder het wordt als je je ontwerp nog moet aanpassen’
Ontwerptool
De Vries noemt enkele redenen voor (virtueel) testen. ‘Om die systeemintegratie beheersbaar te houden, wil je vooraf zeker weten dat de onderdelen goed functioneren. Daarbij is tijd tegenwoordig erg belangrijk in projecten. Je wilt hardwareonderdelen kunnen testen voordat het gehele systeem beschikbaar is en besturingssoftware al testen voordat de fysieke machine er staat. Tot slot is er in innovatieprojecten altijd sprake van leren. Wat het ontwerpprobleem en de kwaliteit van mogelijke oplossingen is, dat leer je pas gaandeweg het ontwerpproces. Maar die kennis wil je al in een zo vroeg mogelijk stadium – als er nog veel ontwerpvrijheid is – hebben, wanneer de grote ontwerpbeslissingen worden genomen die de uiteindelijke kosten grotendeels bepalen.’ Virtueel testen bespaart de tijd en kosten die met uitgebreid fysiek testen gepaard gaan, maar kost zelf ook tijd en geld, alleen in een veel vroeger projectstadium en doorgaans minder. Als er dan van tijds- en kostendruk sprake is, kan de verleiding groot zijn om het virtuele testen over te slaan. Maar goedkoop wordt dan duurkoop, weet De Vries, zeker voor software. ‘Niet-geteste software werkt niet, dat is inmiddels wel bij iedereen bekend. Hoe later je test, hoe kostbaarder het wordt als je je ontwerp nog moet aanpassen. De hoop is dat je door virtueel testen het ontwerp zó goed maakt dat je bij de eerste fysieke test geen problemen meer tegenkomt.’ Zo wordt de virtuele test een ontwerptool.
Eenvoudigste model
Daar komt nog bij dat in een virtuele test alle producteigenschappen en procesparameters (in het model) veel makkelijker toegankelijker zijn dan in de echte wereld, waar bepaalde zaken soms alleen met veel moeite zijn te meten. Bovendien is virtueel veel eenvoudiger het niet-nominale gedrag, zoals storingen en incidenten, te testen. ‘Voor certificering is dat vaak vereist. Dan is het wel zo prettig als je dat virtueel kunt doen.’
De kwaliteit van een virtuele test wordt bepaald door de kwaliteit van het model waarmee die test wordt uitgevoerd. Zo’n model bouwen is een kunst op zich, zegt De Vries. ‘Modelleren is de kunst van het weglaten. Hoe meer je weglaat, hoe inzichtelijker het model is en hoe sneller je eraan kunt rekenen. Het eenvoudigste model is het beste, maar het moet wel betrouwbaar zijn. Dus is de vraag altijd: is het model nog competent, legt het vast wat van belang is voor de test? Ervaring helpt daarbij, maar voorkomt niet dat je soms toch nog een fout maakt. Maar in principe geldt dat ook voor een fysieke test. Een test is nooit het echie.’
Drie ‘testsmaken’
Met virtueel testen als thema presenteert VIRO het als onderdeel van zijn dienstverlening. ‘Wij bieden dat een brede groep klanten als dienst aan, met de boodschap dat wij het heel vaak doen en er dus goed in zijn. We zijn begonnen er een kwaliteitsmerk van te maken door het zo veel mogelijk als een standaardproces in te richten met bepaalde vaste elementen en -procedures. Voor certificering van producten bijvoorbeeld zijn vaak bepaalde testen voorgeschreven. Onze rekenaars hebben veel kennis van de normen en weten hoe ze een rapport kunnen opleveren dat goedgekeurd gaat worden.’ Virtueel testen komt bij VIRO in drie hoofdsmaken. De eerste is logistieke simulatie van productielijnen, met behulp van Siemens Tecnomatix. ‘Als wij voor de inrichting van een fabriek het projectmanagement voeren, helpt het ons om vroegtijdig de logistieke consequenties van ontwerpbeslissingen te kunnen overzien.’ De tweede testtak is dynamische simulatie met softwarepakketten als Matlab en 20-sim voor het op hoofdlijnen bepalen van het dynamische gedrag van een systeem; denk aan een precisiemachine met bewegende modules. Tot slot heeft VIRO een uitgebreide expertise in (zeer gedetailleerde) eindige-elementensimulaties, bijvoorbeeld voor sterkteberekeningen en bepaling van stromingsprofielen. ‘Veel van onze medewerkers zijn gewend daarmee te werken, in veel verschillende domeinen.’
Vraag-en-antwoordspel
Ter illustratie noemt De Vries een project dat samen met machinebouwer IMS uit Almelo werd uitgevoerd. Voor een nieuwe high mix, low volume productielijn voor medische producten mocht VIRO de besturing (supervisory control) ontwikkelen: de scheduling van de productieprocessen. Een lastige opgave aangezien de lijn acht productiecellen telt, deels door IMS geëngineerd en deels ingekocht. ‘Onze taak was de scheduler te ontwerpen en die wilden wij natuurlijk testen voordat de hele lijn fysiek beschikbaar was. Die scheduler speelt een vraag-en-antwoordspel met de verschillende cellen en dus was de eerste vraag: hoe ziet de interface tussen scheduler en afzonderlijke cellen eruit? Die hebben we ontworpen en vervolgens getest met behulp van simulatoren voor de scheduler en de cellen. Zo konden we het interactiespelletje naspelen. Toen dat werkte, hebben we met Tecnomatix de productielijn in een model nagebouwd om de productieafloop te kunnen testen. Daarvoor hebben we allerlei scenario’s opgesteld, met variaties in het productaanbod, met orders die met prioriteit over de lijn moeten, met uitval van machines. De eindklant definieerde een afnametest die we natuurlijk in onze simulator hebben gestopt, maar we hebben ook allerlei andere scenario’s afgespeeld. Daarbij is het visualiseren van de testen belangrijk, voor de ontwerper en voor iedereen die meekijkt. Je kunt er beter mee analyseren hoe processen lopen, waar zich knelpunten voordoen, wat de bezettingsgraad van verschillende machines is, enzovoort.’
Meer inzicht
VIRO bouwde de simulatie voor eigen gebruik tijdens het ontwerptraject voor de scheduler, maar gebruikte ’m ook als communicatiemiddel in het overleg met IMS en IMS op zijn beurt in het contact met de eindklant. ‘Die eindgebruiker kan ermee zien wat de consequenties zijn van beslissingen over de productieplanning; vroeger waren de kosten daarvan onzichtbaar.’ Zo wordt een testtool ook een communicatie- en een planningstool. ‘Virtueel testen leidt tot meer inzicht, tijdens de ontwerpfase maar ook in de gebruiksfase’, concludeert De Vries. ‘Virtueel testen is een nog onderschat vak, maar het levert veel op.’
