De Nederlandse hightech (equipment) industrie is een belangrijke pijler én innovatiekracht voor de Nederlandse economie. Nederlandse bedrijven onderscheiden zich wereldwijd door hun innovatieve systemen. De industrie ervaart dat systemen steeds complexer worden, dat de concurrentie wereldwijd toeneemt en dat er een groeiend tekort is aan de engineers die nodig zijn om sneller te kunnen innoveren. Er zijn dan ook nieuwe methodieken nodig om de productiviteit van engineers te verbeteren. Kennisinstellingen en bedrijven ontwikkelen in dit programma deze methodieken, waarbij we industriële use cases worden gebruikt om de waarde en de toepasbaarheid van de methodieken aan te tonen.

Looptijd programma: 4 jaar | 2024 - 2027

Vraagstelling

De Nederlandse hightech (equipment) industrie is een belangrijke pijler voor de innovatiekracht van de Nederlandse economie. Nederlandse bedrijven onderscheiden zich wereldwijd door toepassing van innovatieve systemen. Veel van deze bedrijven zijn de nummer 1 of 2 in hun markt. Deze positie hebben zij verworven door technologische innovaties effectief te integreren tot systemen die zij vervolgens wereldwijd kunnen produceren, leveren en service-en. Effectieve en efficiënte system engineering methodieken, technieken en tools die optimaal geïntegreerd kunnen worden in de industriële R&D en engineering processen vormen de basis van het succes van Nederlandse bedrijven.

De complexiteit van hightech apparaten is enorm. Ook de complexiteit van de processen en organisaties waarmee zij worden gemaakt is groot. Deze complexiteit zal de komende jaren sterk doorgroeien door:

• de integratie van systemen in systems-of-systems
• de toepassing van AI in hightech systemen en toenemend autonoom gedrag van deze systemen;
• de grote diversiteit van hightech systemen
• doordat hightech systemen kritisch zijn geworden voor bedrijfsprocessen, veiligheid, etc.

Naast de uitdaging van deze groeiende complexiteit staat de industrie voor een human capital-probleem. Ervaren engineering experts zijn schaars en bovendien duurt het lang voor nieuwe engineers om de benodigde kennis op te bouwen (domeinkennis, systeemkennis en industriële engineering kennis in het algemeen). De industrie heeft dan ook grote behoefte aan methodes en technieken om systemen efficiënter en effectiever te ontwikkelen.

Doelstelling

In het programma Systems Engineering voor Hightech Systems wordt onderzoek gedaan naar methodieken voor efficiënte en effectieve (systems) engineering van hightech equipment. Visie van het betrokken consortium is dat de engineering van deze systemen over tien jaar op een radicaal andere manier plaats zal moeten vinden met het oog op de volgende ontwikkelingen:

1. verregaande toename van de complexiteitsuitdaging
2. groeiende internationale competitie
3. de schaarste aan ervaren engineers

In dit programma is het uitgangspunt dat innovatie methodieken een grote productiviteitsverbetering kunnen realiseren door de combinatie van systems engineering en systems-thinking, modelgebaseerde technieken, kunstmatige intelligentie en data science.

Hierbij hanteren we de volgende visie:

in 2035 zal de productiviteit van engineers in de hightechindustrie meer dan verdubbeld zal zijn door de intensieve samenwerking van engineers met digital engineering assistants, die gebruik kunnen maken van modellen, data en domein en engineering kennis.

Het onderzoek is gericht op de ontwikkeling van methodieken (en digital engineering assistants) die door de hightechindustrie gebruikt kunnen worden om de efficiëntie en de effectiviteit van hun engineers te verhogen. Hierdoor zal de innovatiekracht van de Nederlandse industrie kunnen groeien in tijden van groter wordende complexiteitsuitdagingen, toenemende wereldwijde concurrentie en een groeiend tekort aan engineers.

Aanpak

Het programma wordt uitgevoerd in een reeks publiek-private samenwerkingsprojecten. Hierbij werken TNO en de academische partners samen met één of meer industriële partners. De industriële partners bieden hierbij de industriële use cases en de omgeving waarbinnen het onderzoek kan plaatsvinden. Het doel is om met behulp van de use cases van de industrie aan te tonen dat de ontwikkelde methodieken en digital engineering assistants daadwerkelijk bruikbaar zijn en waarde toevoegen. Het onderzoek richt zich daarom niet alleen op de techniek, maar ook op aspecten die van invloed zijn op de daadwerkelijke toepassing in de industrie, zoals de verandering van ontwikkelprocessen, de benodigde kennis en vaardigheden van engineers, etc.

In het programma zijn 5 programmalijnen geïdentificeerd:

1. Systems engineering methodieken gericht op de beheersing en verbetering van onderscheidende systeemkwaliteiten (zoals systeem productiviteit/performance, beeldkwaliteit, etc.)
2. Systems engineering methodieken gericht op “life cycle excellence” (reliability, service, diagnostiek, circulariteit, sustainability, etc.)
3. Systems engineering methodieken voor systeemfamilies (diversiteit van systeem configuraties, continue evolutie van systemen, etc.)
4. Systems engineering methodieken gericht op de integratie van systemen in systems-of-systems
5. Systems architecting en systems engineering methodieken in het algemeen, gericht op de ontwikkeling en validatie van innovatieve methodieken zoals MBSE (model-based systems engineering), referentie architecturen, value-based architecting, digital engineering.

Relatie met urgente transities, KIA's en technologieën

Het programma doet onderzoek naar methodieken voor systems engineers om de innovatiekracht en de productiviteit van de Nederlandse hightechindustrie te vergroten. Op deze manier draagt het programma bij aan het nationale verdienvermogen.

Urgente transities

• De digitale transitie: het programma richt zich op de ontwikkeling van methodieken voor systems engineering van complexe hightech systemen. Door de groei van de hoeveelheid software in deze systemen is de complexiteit van het ontwerp en van het ontwerpproces explosief gestegen. Deze groei zet in de toekomst onverminderd door. Het programma adresseert de complexiteitsexplosie die het gevolg is van deze digitalisering. Dit gebeurt door data/modelgebaseerd systems engineering methodieken te ontwikkelen, met als doel deze in de vorm van digital engineering assistants in te kunnen zetten: de digitale transitie van systems engineering.
• De circulaire transitie: engineering voor duurzaamheid en circulariteit is onderdeel het programma. De vraag die hierbij onderzocht zal gaan worden: op welke manier kan de duurzaamheidsimpact van ontwerpkeuzes met modelgebaseerd methodologieën ondersteund worden in vroege systems engineer fases? Hierbij moet de gehele life cycle van een systeem in beschouwing genomen worden. Onderzoek zal zich bijvoorbeeld richten om de manier waarop dit geïntegreerd kan worden in Model-Based Systems Engineering methodieken (MBSE).

Technologieën 

Sleuteltechnologieën – Systems Engineering

Het programma richt zich op het ontwikkelen van methodieken voor systems engineering van complexe hightech equipment. Het adresseert een breed scala aan aspecten uit de HTSM Systems Engineering Roadmap.

Sleuteltechnologieën – Digital & Information Technology

Artificial Intelligence, Data Science, Data Analytics

In het programma wordt nadrukkelijk aandacht besteed aan de toepassing van data- en modelgebaseerd systems engineering methodieken, waarbij AI zal worden ingezet om krachtige engineering methodieken en hulpmiddelen te ontwikkelen (AI4Engineering). Het is de ambitie om digital engineering assistants te ontwikkelen om de efficiëntie en de effectiviteit van systems engineers (minimaal) te verdubbelen.

Hiernaast wordt in het programma onderzocht wat de consequenties kunnen zijn van het integreren van AI in hightech equipment (bijv. met betrekking tot het testen van software/systemen, de veiligheid van systemen, etc.): Engineering4AI.

Software Technologies and Computing

Het programma is gericht op systems engineering van hightech apparaten, waarin software (digitale technologie) een grote rol speelt. Dit betekent, dat het in programma nadrukkelijk aandacht besteed zal worden aan software-gerelateerde uitdagingen. Hierbij kan gedacht worden aan: het testen van AI-gebaseerde en/of autonome software en systemen, efficiënt en effectief testen van software (verificatie), resource modellering en performance optimalisatie/diagnostiek, hardware/software co-design, etc.

In het programma wordt onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van methodieken die vorm kunnen krijgen als digital engineering assistants. Dit vraag om de inzet en ontwikkeling van softwaretechnologie, waarbij te denken valt aan software engineering (in het algemeen), domein specifieke talen, model-driven engineering, artificial intelligence, model-based low-code, etc.

Digital Twinning

Bij het onderzoek zal ook digital twinning een belangrijk element zijn. Hierbij kan gedacht worden aan: digital/virtual engineering, virtueel testen van systemen, digital twins voor diagnostiek (systeemfalen en performance degradatie), digital twins voor signaleren en plannen van preventief onderhoud, digital twins voor het genereren van systeem modellen (m.b.v. AI), digital twins voor het trainen van AI ten behoeve van bijvoorbeeld systeem kalibratie en optimalisatie, digital twins voor systeem simulatie en performance optimalisatie