Autofabrikanten die vandaag de dag dominant zijn, moeten nieuwe wegen inslaan om dat te blijven. Het ontwerpen en bouwen van elektrische auto’s vereist nieuwe kennis en vaardigheden, plus andere organisatie en manier van werken. Deze fabrikanten zullen die kennis zeer snel moeten verwerven om te voorkomen dat ze worden ingehaald door software-gedreven nieuwkomers. MathWorks, ontwikkelaar van wiskundige computersoftware voor ingenieurs en wetenschappers, ondersteunt de auto-industrie in dit proces.
MathWorks heeft de elektrificatie als een van de megatrends bestempeld. De oplossingen van dit een Amerikaans softwarebedrijf met kantoren wereldwijd, waaronder een in Eindhoven, beiden veel toegevoegde waarde, zegt Mohamed Anas, regional engineering manager.
Mohamed Anas. Foto: Mathworks
Drie aandachtsgebieden
‘Elektrificatie’, legt hij uit, ‘is een hot topic in vele sectoren: in de automobielindustrie, die in de overgang zit van benzine en diesel naar plug-in hybride of volledig elektrisch; in de medische sector, waar mobiele, op batterijen werkende apparaten een hoge vlucht nemen; en ook in de energiesector die ervoor moet zorgen dat elektriciteitsnetwerken en -infrastructuren niet bezwijken voor de snel groeiende vraag naar elektriciteit”.
Anas onderscheidt voor de elektrificatie van de automotive drie aandachtsgebieden: het batterijpakket voor de opslag en levering van energie, de motor en de powertronics. Bij dit laatste gaat het om elektronica die de accu, de motor en alle andere elektrische systemen in de auto zodanig controleert en bewaakt dat de elektriciteit zo efficiënt mogelijk wordt gebruikt, zodat de afstand die met een acculading kan worden afgelegd zo groot mogelijk is en risico’s op onveilige situaties, zoals oververhitting van het accupack, worden uitgesloten.
‘Nogal beangstigend’
Het oplossen van de elektrificatiepuzzel is geen sinecure. ‘De doorsnee moderne auto heeft meer dan honderd engine control units aan boord’, zegt Anas. ‘De ontwikkeling software en elektronica maakt 60 procent van de kosten ervan uit. Want er wordt niet langer een mechanisch apparaat ontworpen, maar een enorme parallelle computer die autonoom kan bewegen’.
Hij beschrijft zijn eerste rit in een Tesla, toen de operator de automatische aandrijvingsfunctie activeerde, als ‘nogal beangstigend’ en herinnert zich dat hij vroeg: ‘Weet je zeker dat alles goed gaat?’ Bovendien vond hij de futuristische gebruikersinterface- ‘alsof je achter een computer zit’- allesbehalve geruststellend. ‘Hoe ontwerp je een interface met een prettige uitstraling? Dit vraagt om een ontwikkelingsmethode die voor conventionele autofabrikanten nog onbekend terrein is. Ze moeten multidisciplinaire ontwikkelingsteams opzetten. Want nodig niet alleen mechanica, mechatronica, hydraulica, elektronica, etc., maar ook softwareontwikkeling, psychologen en human factors engineers.’
Megaverandering
Om hun positie te behouden, moeten de grote autofabrikanten hun ontwikkelingsprocessen aanpassen. Het zal een megaverandering zijn, zegt Anas. Hij illustreert het met enkele voorbeelden. In conventionele auto’s bestaat de aandrijflijn (dat wil zeggen alles tussen de motor en de wielen) uit meer dan 10.000 bewegende delen; in volledig elektrische auto’s is dat aantal beduidend lager, minder dan 1.000. Dit betekent veel minder slijtdelen, waardoor ook de reparatie- en onderhoudssector drastisch zal veranderen. ‘In plaats van naar een garage te gaan om een onderdeel te laten vervangen’, legt Mohamed uit, ‘kunnen met het op afstand updaten van het softwaresysteem veel problemen worden opgelost en meteen extra functies worden toegevoegd. Om een voorbeeld te geven: het waarschuwingssysteem dat de signalen oppikt van slaperig of afgeleid zijn van de bestuurder kan op afstand worden getriggerd om een waarschuwing te geven of een andere corrigerende actie te ondernemen.’
Veel vragen
Mohamed weet dat autofabrikanten die op het punt staan om te veranderen, veel vragen hebben: ‘Schakel ik over op volledig elektrisch, of moet ik eerst de tussenstap maken naar een (plug-in) hybride om mijn bestaande productiestroom intact te houden? En hoe doe ik dat, met alles wat daarbij komt kijken, zoals kwaliteit, ISO-certificering, produceerbaarheid, time to market, kostenefficiëntie en veiligheid? Voor elke senior beslisser waarmee is spreek is dit de zorg nummer 1. En hoe vind ik de juiste mensen die dat werk gaan doen en wat betekent dat voor mijn organisatiestructuur?’
MathWorks heeft niet het antwoord op al deze vragen, maar biedt volgens Mohamed Anas wel geavanceerde software-simulatietools die de engineering-transitie aanzienlijk vereenvoudigen en versnellen en zorgen voor afstemming met productie. MathWorks stelt zijn expertise, opgedaan in sectoren als de aerospace, ook ter beschikking aan klanten in andere sectoren.
Modularisering
‘Een algemene fundamentele uitdaging’, zegt hij, ‘is het toepassen van modularisering van het systeemontwerp, waarbij een cruciale rol is weggelegd voor de digital controller. Op basis van de enorme en steeds groter wordende hoeveelheden gegevens die door alle subsystemen in de auto – en in toenemende mate ook door de weg – worden gegenereerd, checkt deze controller alles, zorgt ervoor dat er niets fout gaat of voorkomt dat het erger wordt als dat toch gebeurt.
De engineering groepsmanager wijst op het belang van thermische controle. ‘Natuurlijk wil je niet dat het batterijpakket waar je op zit oververhit raakt. Voor het hele gebied van elektrificatie en batterijontwikkeling brengen we expertise en oplossingen in die onze klanten in staat stellen om het hele proces te overzien en te begrijpen – en alle benodigde disciplines in een vroeg stadium van de ontwikkelingscyclus bij elkaar te brengen.’
Snelle prototypering
Teams ontwikkelen vervolgens virtuele modellen die door middel van simulatie, visualisatie, testen, kalibratie en uiteindelijk validatie een realistische weergave zijn van de beste fysieke oplossing. Dit is snelle prototypering. En dat niet alleen”, aldus Anas: ‘Dankzij onze engineering-ontwerpstromen kunnen de gegevens, modellen en rekencapaciteiten die tijdens de protypering zijn gevalideerd, worden hergebruikt in het eindproduct. Al met al bieden we een echte enterprise-ready simulatie- en productiecodegeneratie-technologiestack, een raamwerk dat naadloos functioneert in combinatie met de engineering softwarepakketten die door andere 500+ complementaire partners worden aangeboden, inclusief open source. We zien interoperabiliteit als een kerngebied’.
Thema: Hoe wordt een bedrijf duurzaam en winstgevend? Lees Link magazine digitaal
Meester van vele
Voordat Mohamed Anas 15 jaar geleden bij MathWorks kwam, beleefde hij een ‘fascinerende tijd’ in toegepast industrieel onderzoek in Cambridge, waar hij werkte voor Motorola (UK) en BMW (Duitsland). In zijn huidige regionale rol in de Benelux en Zwitserland (Bern is zijn thuisbasis) beschikt hij over een team van klantgerichte technische experts in bestaande disciplines (elektronica, mechanica, hydraulica, mechatronica en wiskunde) en in nieuwe disciplines (kunstmatige intelligentie en datawetenschap), om daarmee de uitdagingen van de megatrends waar MathWorks zich op richt aan te gaan. Zijn aanpak, zo legt hij uit, is ‘echt multidisciplinair, want ik heb de denkkracht van iedereen nodig’. Bij de uitbreiding van zijn team zoekt hij naar een ‘jack of all trades: noch meester van niemand, noch meester van één, maar meester van velen’, voegt hij eraan toe: ‘Simulatie maakt dat mogelijk’.
Over MathWorks
MathWorks is de ontwikkelaar van wiskundige computersoftware, met als missie ‘het versnellen van het tempo van de techniek en de wetenschap’. Het Amerikaanse bedrijf heeft 33 kantoren wereldwijd – waarvan één in Eindhoven – en produceert meer dan 100 producten, waarvan MATLAB en Simulink de bekendste zijn. MATLAB is een programmeeromgeving voor de ontwikkeling van algoritmen, data-analyse, visualisatie en numerieke berekeningen. En Simulink is een blokschema-omgeving voor simulatie en Model-Based Design van multidomein- en embedded engineering systemen. Beide platforms worden gebruikt in de automobiel-, luchtvaart-, communicatie-, elektronica- en industriële automatiseringsindustrie als fundamentele instrumenten voor onderzoek en ontwikkeling. Ze worden ook gebruikt voor modellering en simulatie op steeds meer technische gebieden, zoals financiële diensten en computational biology. Daarnaast gebruiken meer dan 6500 hogescholen en universiteiten over de hele wereld MATLAB en Simulink voor onderwijs en onderzoek in een breed scala van technische disciplines. Bij MathWorks werken meer dan 5.000 mensen.
