De VerkeersCentrale van MorgenCase

OBJECTIVE26

Veilige, betaalbare autonome systemenVisie

FPGA’s toegankelijkerTechnologie

o v e r i n n o v a t i e e n t e c h n o l o g i e 2016

Voorwoord Technologieën als gereedschapEen kijkje in de keuken

Technologie Nieuwe ontwikkelingen maken FPGA’s toegankelijker Flexibele werkpaarden steeds meer toepasbaar

Techno-updates Online berichten van het afgelopen half jaarOver slim energiegebruik, de Maastunnel, vacatures en meer

Interview klant Wie spreekt, zaait. Wie luistert, oogstInterview met Koppert Machines & Zonen

Visie Enabling technologies maken het mogelijkVeilige en betaalbare autonome systemen

Case Beter benutten, ook op het waterDe VerkeersCentrale van Morgen

Colofon

Verspreiding: Controlled circulation voor relaties van Technolution

Reageren op Objective: LinkedIn.com/company/technolutionTwitter.com/technolutionbvFacebook.com/technolutionbv

www.technolution.com

Een autonoom systeem dat zelf denkt, regelt en handelt

Inhoud

03

04

08

10

11

14

Collega aan het woord Mike FafieanieOver motiveren en overzicht creëren

16

02

Meebewegen van de technische wereld naar de dagelijkse praktijk en vice versa

Voorwoord

Vaak horen wij van klanten en relaties; “zo, wat is jullie werk divers” en “wat werken

jullie in veel verschillende markten”. Dit kunnen wij doen door ons werk in de basis

voor iedere markt op dezelfde manier aan te pakken en door onze brede

technische kennis. Het begint altijd met de vertaalslag van klant- en systeem-

behoeften naar benodigde technologieën. Deze technologieën noemen wij

“enabling technologies”. Met deze set van technologieën ontwerpen wij de basis

van de gewenste oplossing. De volgende stap is het juist combineren van de

enabling technologies tot een werkend systeem dat aan de behoeften voldoet.

De wereld om ons heen verandert snel. Als technologie-integrator moeten we inspelen op trends van nu, maar ook voorbereid zijn op trends die komen. Met de set van enabling technologies die wij hanteren kunnen wij dit doen. Door ons steeds verder te bekwamen in deze technologieën ontwikkelen we ons ook als kennisbedrijf.

Een concreet voorbeeld van zo’n enabling technology is ‘safety & security’. Vitale infrastructuren zoals energie, verkeer, watermanagement en communicatie zijn van levensbelang voor onze samenleving. Dat maakt ze een aantrekkelijk doelwit voor kwaadwillende mensen of organisaties. Daarom nemen wij de veiligheid vanaf het allereerste begin mee bij het ontwikkelen van systemen voor deze markten. De enabling technolgy ‘safety & security’ maakt dit mogelijk. We kunnen onze klanten adviseren over risico’s en helpen met het maken van de juiste keuze.

Kortom, onze enabling technologies stellen ons in staat om ons werk optimaal uit te voeren en de juiste oplossing voor u te bieden. In het visie-artikel van deze Objective leest u meer over onze enabling technologies in het kader van autonome systemen, een van de belangrijkste trends op dit moment.

In deze Objective besteden wij ook aandacht aan praktijkvoorbeelden van de toepassing van onze enabling technologies. Zo leest u in het interview met Koppert Machines over de bouw van een unieke volautomatische verpakkingslijn voor trostomaten. Het case-artikel over de VerkeersCentrale van Morgen laat zien dat technologieën kunnen helpen bij de uitdaging van het combineren van verschillende werelden.

Veel leesplezier toegewenst!

Serge de Vos

Serge de VosChief Technology Officer

Onze enabling technologies stellen ons in staat om ons werk optimaal uit te voeren

“Door ons steeds verder te bekwamen in deze technologieën ontwikkelen we ons ook als kennisbedrijf”

03

FPGA’s krijgen steeds meer mogelijkheden en reken-kracht aan boord bij een stabiele prijs. Dat maakt ze aantrekkelijk voor een bredere doelgroep en voor een groeiend aantal toepassingen. Low-end FPGA’s zitten tegenwoordig al in massagoederen, zoals tv’s, vanwege hun flexibiliteit. Een producent kan daarmee makkelijk nieuwe features aan zijn product toevoegen en hoeft daar geen nieuwe chip voor te maken. Voorheen gebruikten fabrikanten ASIC’s voor deze toepassingen: een op maat gemaakt IC, waarvan de functionaliteit ligt vastgebakken in silicium. Daarentegen is de functionaliteit van een FPGA eenvoudig aan te passen. Waar de ASIC specifiek wordt gemaakt voor een tv past die ene FPGA misschien wel in een tv, een wasmachine én een audioset.

Imago van complexiteitMaar er hangt ook een aura van complexiteit rond deze programmeerbare logica-chips. Het programmeren van een FPGA vergt specialistische kennis. Het is toch echt wat anders dan het schrijven van een computerprogramma. Waardoor veel bedrijven denken “FPGA’s, da’s niks voor mij.” Fabrikanten van FPGA’s zijn zich bewust van deze drempel en ontwikkelen gereedschappen om het program-meren te vereenvoudigen en zo een grotere doelgroep te bereiken. Met deze gereedschappen verschuift het FPGA-programmeren naar software programmeren. Zo kan een softwareprogrammeur vanuit zijn denk- en werkwijze een probleem vastleggen, waarna gereedschappen dat omzetten naar FPGA-code.

Dit toenemende gebruiksgemak bespreken we later nog. We kijken nu eerst naar de technische ontwikkelingen in FPGA’s. Deze chips volgen dezelfde lijn als de rest van de chipindustrie: elke generatie kan meer, tegen gelijke of lagere prijs. Maar FPGA’s zijn toch ook een buiten- categorie chips met hun eigen dynamiek, waarbij sommige ontwikkelingen vooral de prijs drukken en andere ontwikkelingen de prestaties stuwen.

Battle of the fabsMarktleiders Altera en Xilinx hebben geen eigen waferfab om hun FPGA’s te produceren. Sinds jaar en dag zitten beide bedrijven bij TSMC voor hun productie. Altera is recent gefuseerd met Intel en gaat haar high-end producten in de fabriek van Intel laten maken. Een interessante stap, omdat de verschillende productieprocessen tot grotere verschillen leiden tussen de high-end devices van beide leveranciers. Uiteraard claimen beide partijen het beste te kunnen bieden met ‘hun’ fabriek. We zullen binnenkort gaan zien hoe dit uitpakt. Voor de low-end devices blijven beide partijen bij TSMC, waar ze ook niet de nieuwste productieprocessen zullen volgen vanwege de hoge R&D-kosten.

Chips aan elkaar plakken (2,5D of 3D)Een FPGA bevat een heleboel verschillende onderdelen die tot voor kort allemaal met hetzelfde productieproces werden gemaakt. Immers, dat is de essentie van een IC: een geïntegreerd circuit. Maar voor een high-speed transceiver heb je andere technologie nodig dan voor geheugen. Door de

Nieuwe ontwikkelingen maken FPGA’s toegankelijkerFPGA’s zijn de werkpaarden van de embedded systemen. Ze zijn flexibel, want telkens opnieuw programmeerbaar. Ze zijn voor steeds meer toepassingen te gebruiken. Hun prijs blijft gelijk of daalt zelfs. En dankzij toegankelijke programmeertalen is het gebruik niet langer voorbehouden aan logica-specialisten.

Technologie

04

05

belangrijkste onderdelen op aparte chips te fabriceren, kun je voor elk onderdeel de beste procestechnologie kiezen en zo de hoogste prestaties voor elk onderdeel halen. De losse chips worden vervolgens op chipniveau met elkaar verbonden en afgemonteerd in één behuizing (package). Dankzij die samenstelling van losse chips ben je veel flexibeler. Je zou zelfs zover kunnen gaan dat je klanten zelf hun FPGA laat samenstellen: zoveel I/O, zoveel transceivers, zoveel geheugen, etc.

Snelheidswinst met gestapelde chipsDeze chip-op-chip plaktechniek (ook wel 2,5D of 3D genoemd) is ook nog eens een manier om snelheid te winnen. De signalen hoeven niet meer via bedrading en PCB naar de volgende chip. Ze gaan nu direct van de ene chip naar de andere chip, op hoge snelheid en met grote bandbreedtes. Voor snelle geheugentoegang wordt de geheugenchip direct op de FPGA-chip gezet. De geheugenchips zelf worden ook een stuk sneller met deze chip-op-chip stapeltechniek. Eén van de veelbelovende opvolgers van het huidige DDR4-geheugen heet Hybrid Memory Cube (HMC) en stapelt geheugenchips op elkaar om zo veel snellere dataverbindingen te maken. De compacte HMC-geheugens zijn een factor 15 sneller dan DDR4 en gebruiken tot 70% minder energie. De verwachting is dat we HMC zeker in FPGA-designs gaan terug zien.

Dure doosjesDe bandbreedte van een high-end FPGA haalt tegenwoordig wel een Tbit/s. Dat is alsof je in krap tien seconden een complete harde schijf van een TB leeg trekt (of 25 dvd’s per seconde). Die snelheid heeft een keerzijde, want uiteindelijk moeten de signalen van de chip af naar de buitenwereld. De chips worden aangesloten en afgemonteerd in een handzame en degelijke behuizing: een package. Bij deze snelheden luistert het ontwerp van de package zeer nauw om de signalen nog fatsoenlijk naar binnen en buiten te krijgen. Dit drijft de prijs van een package op, dus bij het kiezen van een device moet je ook goed kijken in welke package je hem wilt hebben.

Een FPGA is een chip die je kunt programmeren. Je kunt een FPGA vullen met logische schakelingen zoals je een cd-r kan vullen met muziek of data. De schakelingen van de pc-processor liggen onveranderlijk vast op de chip. Op een FPGA kun je als gebruiker zelf aangeven welke digitale schakelingen je op de chip wilt hebben (logische poorten, zoals AND, OR, en NOT). Met die logische poorten kun je uiteindelijk ook weer een processor maken. Een FPGA is daarmee dus ‘flexibeler’ in wat je kunt maken. Bovendien kun je het ontwerp naderhand nog aanpassen (zoals je een cd-rw opnieuw kunt beschrijven).

Wat is een FPGA?

De klant krijgt zijn basisplatform met FPGA’s waarna hij zelf in de praktijk zijn algoritmes kan vernieuwen

FPGA SOCFPGA’s worden vaak samen met een processor gebruikt. Een FPGA is goed in het parallel verwerken van grote hoeveelheden data. En een processor is goed in sequentiële of random bewerkingen. Fabrikanten spelen daarop in door een hardware processor bij de FPGA in te bouwen. Een dergelijke combinatie heet een FPGA System on Chip (SoC). De gebruiker kan een besturingssysteem op de processor zetten en daar gewone software op programmeren. Zo heeft hij het beste uit twee werelden. In het verleden hadden alleen sommige high-end FPGA’s een hardware processor aan boord. Tegenwoordig zien we ook in de low-end FPGA’s een hardware processor opduiken. Het zijn volwaardige (ARM-)processors die we vrij recent nog vonden in onze telefoons en geschikt zijn om een complete desktop-omgeving te draaien. Overigens kun je ook met FPGA-code een processor bouwen en dat noemen we een softcore. Technolution heeft een eigen softcore gebouwd voor safety en security toepassingen (zie kader pagina 7).

Door de fusie van Altera met Intel komt een volgende stap in zicht: Intel processors die een stuk FPGA-technologie aan boord hebben om bepaalde rekenactiviteiten te versnellen. Het zou een significante boost kunnen geven aan de inzet van programmeerbare logica in allerhande rekenintensieve pc-applicaties. Daarmee komen we wel terug bij de kernvraag waar alle FPGA-partijen mee worstelen: hoe ga je die FPGA-technologie toegankelijk maken? Want er is maar een beperkte groep mensen die op FPGA’s kan programmeren. Daar kan hogere niveau synthese helpen, zoals HLS en OpenCL.

Doelgroep vergroten met toegankelijke gereedschappenXilinx en Altera ontwikkelden methodes om het programmeren van FPGA’s te vergemakkelijken met een hogere programmeertaal. Hiermee kan de gebruiker zijn ontwerp in een hogere abstractievorm maken, waarna de gereedschapset het ontwerp omzet in FPGA-code.

06

In steeds meer nichemarkten wint de FPGA het van de ASIC op prijs en performance

Aan dit artikel werkten mee:Jonathan HofmanSijmen Woutersen

07

De strategie van beide bedrijven verschilt wel een beetje. Altera heeft initieel gekozen voor OpenCL; een taal die door een consortium van bedrijven wordt ondersteund. OpenCL wordt gebruikt om parallelle berekeningen uit te voeren op grafische processors (GPU’s). Daarmee zet Altera in op de markt voor insteekkaarten voor pc’s om zo een alternatief te bieden voor de industriële GPU-markt. Een FPGA is niet altijd heel veel sneller dan een GPU, maar wel een factor tien zuiniger. Als je daar een heel datacenter mee moet inrichten is dat een serieuze overweging.

Xilinx zette initieel vooral in op standalone systemen en biedt het gereedschap Vivado HLS. Hiermee kan een softwareprogrammeur een deel van zijn programma omzetten naar FPGA-code, zonder verdere kennis te hoeven hebben van FPGA’s. Inmiddels heeft Xilinx ook een OpenCL-oplossing en we zien Altera ook support gaan bieden voor standalone systemen.

Het geschikt maken voor software programmeurs heeft wisselend resultaat. Want zowel bij HLS als OpenCL moet de gebruiker enige kennis hebben van de onderliggende architectuur om te weten hoe je er de maximale performance uit haalt. Beide bedrijven streven naar meer toegankelijkheid. Hoewel de startpunten verschillen, zien we de concurrenten naar elkaar toe schuiven met het bedienen van zowel pc-insteekkaarten als embedded applicaties.

Wat betekenen deze ontwikkelingen voor de gebruikerAls FPGA’s meer gebruiksgemak krijgen, worden ze ook voor onze klanten toegankelijker. De klant krijgt zijn basisplatform met FPGA’s waarna hij zelf in de praktijk zijn algoritmes kan vernieuwen. Hiermee is de klant in staat om zelf verbeteringen of nieuwe functionaliteit aan zijn product toe te voegen zonder diepgaande kennis van programmeerbare logica of FPGA’s. In steeds meer nichemarkten wint de FPGA het van de ASIC op prijs en performance, omdat het te kostbaar is om voor deze nichemarkten de ASIC’s in de nieuwste productie-processen te maken. Voor Technolution betekent dat ook dat we op steeds meer plekken FPGA’s kunnen gebruiken. Dat biedt voor ons en onze klant veel meer mogelijkheden, nu en in de toekomst.

Lees meer over dit onderwerp in dit artikel uit Bits & Chips:technolution.nl/riscv-artikel

Wij ontwikkelen met RISC-V een eigen softcore voor safety- en security-toepassingen. RISC-V is een breed gedragen open-source processor architectuur als alternatief voor ARM, MIPS en Intel. Dank- zij het open-source karakter kan iedereen zijn eigen hard- of softcore maken. Zo kun je de softcore een-op-een overzetten naar een andere FPGA.

RISC-V softcore

08

VacaturesDe Maastunnel in Rotterdam ondergaat de komende jaren een grote renovatie. Daarbij krijgt de tunnel een veiligheids-systeem dat het verkeer bij calamiteiten in beweging houdt. Technolution ontwikkelt dit Adaptief File Management (AFM) systeem.

Het AFM-systeem werkt ook continu aan het op peil houden van de doorstroming, de verkeersveiligheid en de luchtkwaliteit rond de tunnel. Het AFM-systeem moet onder meer bewerkstelligen dat het verkeer in de Maastunnel te allen tijde minimaal 15 kilometer per uur kan rijden. De langsventilatie in de Maastunnel stuwt namelijk lucht met 15 kilometer per uur in de rijrichting en dan wordt het verkeer in de tunnel bij een calamiteit niet ‘ingehaald’ door rook of dampen.

Meer weten over AFM?www.technolution.nl/afm_maastunnel

Veilig doorrijden in tunnels dankzij Adaptief File Management

Bewoners van de Bredase wijk Molenspie krijgen als eerste in Nederland de Tesla-thuisaccu Powerwall voor energieopslag geïnstalleerd in huis! Jouw Energiemoment 2.0 (JEM 2.0) is met 35 thuisbatterijen uitgebreid om de effectiviteit ervan in de praktijk te beproeven.

Tijdens de pilot wordt getest of en hoe flexibele tarieven kunnen bijdragen aan de energietransitie. Daarnaast wordt gebruik gemaakt van een innovatieve energiecomputer die de warmtepomp en de thuisbatterij aanstuurt.

Meer weten over deze pilot? www.technolution.nl/jem_tesla

Pilot slim energiegebruik uitgebreid

Techno-updates

Sales/account manager industrie

Voor het industriële marktsegment waarin we klanten hebben vanuit semicon, health, agrifood en machine-bouw zoeken we commerciële versterking van ons team. Jij bouwt samen met je team aan de bekendheid van Technolution en zoekt potentiële klanten.Meer weten?www.technolution.nl/am_industrie

Ervaren Software Developer

Wij willen uitbreiden met ervaren software developers voor de complexe, technische projecten van onze klanten. Als software developer werk je aan projecten die er toe doen voor onze klanten en de maatschappij.Meer weten?www.technolution.nl/ervarenswdesigner

Kansen omzetten in mooie offertes en zorgen voor de juiste commerciële context

09

Samen met o.a. @MelanieSvH waren onze directeur en mobiliteitsspecialist afgelopen week op een interessante studie- en netwerkreis in China!

Traditiegetrouw de zomervakantie afgesloten met een gezellige barbecue voor onze collega’s!

Logistieke winst door slim gebruik beperkte stadsruimte

Win-win situatie in de stad; door slim gebruik te maken van beperkte laad- en losplaatsen minder overlast voor bewoners en winst logistieke partijen. PostNL zet haar bestelwagens in voor deze proef. Deze staan in verbinding met het centrale systeem dat de optimale route plant om de pakketten af te leveren. Het systeem reserveert tevens de benodigde slimme parkeerplaatsen op de route.

Meer lezen? www.technolution.nl/proef_ladenlossen

Volg ons op:LinkedIn.com/company/technolutionTwitter.com/technolutionbvFacebook.com/technolutionbv

Maak met RISC-V je eigen softcore, zoals wij dat doen voor toepassingen in safety en security. #artikel @BitsChips www.technolution.nl/bc_riscv

Happy to annouce the partnership with Sahara @HouseofCompanie our new #SigmaXG Distributeur for the Benelux. www.sigmaxg.com/news_sahara

Verkeerslichten worden

interactief; ze leveren

informatie direct aan

automobilisten #iVRI

We spreken oprichter en directeur Arie Koppert in zijn bedrijfspand in Monster. Zijn kamer biedt een fraai uitzicht over de duinen en het Westland, tot aan de Maasvlakte met zijn containerkranen. “Het uitzicht verveelt nooit, het is elke dag anders.”

Radijzen zaaien, oogsten en bossenArie vertelt hoe hij in 1983 begon met de ontwikkeling van een zaai-machine voor radijs. “Als radijs te dicht bij elkaar wordt gezaaid, krijg je veel variatie in grootte. Mijn oom was het zat om vier of vijf keer door een bed radijzen te gaan om de grote radijzen te oogsten. Daarom vroeg hij mij of ik niet wat in mekaar kon zetten om dat zaadje op zijn eigen plek in de grond te krijgen. Dat heb ik gedaan. Toen kwam de buurman die ook zo’n machine wilde. Dus ik besloot om zaaimachines te gaan bouwen.”

Al snel vervangt zijn machine het handmatig zaaien in de radijsteelt. Er volgen meer machines voor de verwerking van radijs. Begin jaren negentig bedenkt Arie dat het handmatig bosjes maken ook te auto-matiseren is. Tuinders verklaren hem voor gek, maar in 1996 is de ‘bos-machine’ een feit. “Het handmatig bossen van radijs is de grootste kostenpost.

niet te veel, want je krijgt maar voor een halve of hele kilo betaald. En ook geen losse tomaten, want het zijn immers trostomaten.”

De hardware is snel gevonden. Industriële camera’s om de grootte en daarmee het gewicht van de tomaten te bepalen. Om de tomatentrossen voorzichtig op te pakken, kiest hij voor slimme robothanden. Een aantal lopende banden transporteert de tomaten langs de camera’s en robot-handen. Een tweede set lopende banden zorgt voor aan- en afvoer van de bakjes waarin exact een kilo tomaten terecht moet komen.

Besturing voor complexe machineDaarmee is de hardware van de tomatenverpakker compleet. “Maar toen kwam de software om de hoek”, zegt Arie. “Wij kunnen wel software aan elkaar knopen, maar niet voor zoiets complex als deze tomaten-machine. Ik had al eens contact gehad met Technolution voor een andere machine. Daarom bedacht ik dat zij een goede partij zouden zijn om de software voor de tomatenmachine te schrijven. Het klikte toen en het klikt nog steeds. Ook al is het soms wel eens spannend. Want we bouwen echt iets nieuws. Zo’n machine is er nog niet.”

10

Een goede arbeidskracht doet 150-170 bossen per uur, de machine 4000 per uur, met één persoon voor bediening.” Inmiddels is Koppert wereldmarkt-leider in machines voor de radijs, een rauwkost die wereldwijd populair is.

Kansen zien en benutten‘Denken in oplossingen’ zou het motto van Arie kunnen zijn. Zo ziet hij ook mogelijkheden voor de tomaat: “Tomatenteelt is ontzettend arbeids-intensief en arbeid wordt elke dag duurder. Dus ik vroeg me af of daar niet iets valt te automatiseren.” Hij laat een stagiair uitzoeken wat de mogelijkheden en beperkingen zijn, samen met een tomatenteler. Daar ontstaat het idee voor een volautomatische verpakkings-lijn voor trostomaten. Tomaten zijn kwetsbaar en worden daarom nog bijna volledig handmatig geoogst, afgewogen en verpakt. Zeker voor de trostomaat is dat een bewerkelijk karwei. Trosjes knippen en afwegen op 500 gram of een kilo. Zit je er net onder, dan moet er een zwaarder trosje in. Arie: “Maar

Koppert Machines en Zonen B.V. ontwerpt en bouwt specialistische machines voor de land- en tuinbouw. De nieuwste ontwikkeling is een volautomatische verpakkingslijn voor trostomaten. Technolution verzorgt de integratie en besturing van deze complexe machine.

Wie spreekt, zaait. Wie luistert, oogst.

Interview klant

We bouwen echt iets niews

Werking machineDe machine wordt gevoed met hele trossen tomaten. Verschillende camera’s bekijken de trossen en een 3D-scanner registreert het hoogteprofiel. Intelligente software bepaalt de ligging van elke tros, maakt een schatting van het gewicht van elke individuele tomaat en bepaalt de kwaliteit van elke vrucht. Een deel van de trossen wordt vervolgens bij het eerste robotstation in bakjes geplaatst, die dan voor zo’n twee derde gevuld zijn. De deels gevulde bakjes worden vervolgens exact gewogen en in een buffer geplaatst. De trossen die niet bij het eerste station worden verpakt, lopen door naar het tweede station. Ondertussen bepaalt de software hoe deze tros het best verdeeld kan worden over de bakjes die in de buffer staan, gebruikmakend van de gewichtsmeting van elk bakje en de gewichtsschatting van elke vrucht aan de tros. Het tweede robotstation knipt de tros vervolgens naar de bepaalde verdeling. De gekozen bakjes worden uit de buffer geduwd en komen tegelijkertijd met de geknipte trosjes aan bij het derde robotstation, die de bakjes afvult.

Optimale vullingTechnolution ontwikkelde de software om dit hele verhaal te regelen. De software berekent het gewicht van de tomaten op basis van de registratie van de eerste camera en bepaalt waar het trosje geknipt moet worden. En natuurlijk berekent het de optimale vulling voor elk bakje, met een marge van 5%, benadrukt Arie. “Als jij in elk bakje een tomaat te veel legt en je verkoopt een miljoen bakjes per maand, geef je een miljoen tomaten gratis weg.”

De gewichtsbepaling uit de camerabeelden bleek een lastige klus, vertelt Arie. “Tijdens de kerst-borrel van Technolution ontstond een discussie of zij dat niet konden oplossen. Zij zijn daarmee aan de slag gegaan en snel in het nieuwe jaar kwamen ze met een mogelijke oplossing. Dus toen hebben we besloten om het zo te gaan doen. Je moet open en eerlijk zijn en niet alles voor jezelf willen houden. Het succes van zo’n project hangt af van hoe je met elkaar omgaat.”

Aanpakken en doorgaanDe open en eerlijke samenwerking met Technolution bevalt Koppert goed. “Het werken met Technolution vind ik uniek. Ze weten van aanpakken, met optimisme. Ze passen bij de Westlandse mentaliteit van niet praten maar doen. Doorgaan waar anderen zeggen dat iets onmogelijk is. Als je eenmaal bezig bent, is er geen weg meer terug. Dan moet je doorgaan. We geloven allemaal in het succes van deze machine. Binnenkort gaat de eerste machine naar de klant: Prominent, een groep tomatentelers die samen goed zijn voor 200 hectare aan kasoppervlak. Zij hebben gezamenlijk een distributiecentrum waar ze hun product naartoe brengen en daar komt onze eerste machine te staan. Die telers worden ook steeds enthousiaster.”

Arie is trots op zijn bedrijf. “We hebben 32 medewerkers en weinig verloop. We willen niet heel veel groter worden, dit is een mooie grootte.” Het management is grotendeels in handen van zijn twee zoons. Zelf doet hij de financiën en de nieuwe projecten. “Ik heb er nog steeds schik in. Het is leuk om zulke dingen te doen. Wij zijn groot genoeg om deze machine zelf te gaan produceren. De meeste tijd gaat zitten in ontwikkeling. Daarna beginnen we geleidelijk met produceren. Eerst een paar machines rond de kerk zetten, om kinderziektes snel te kunnen verhelpen. Telers hebben contracten met supermarkten om elke dag te leveren. Dan moet die machine het wel altijd doen.”

11

Geïnterviewde:Arie KoppertDirecteur Koppert Machines en Zonen B.V.

Systemen die volledig autonoom in hun omgeving functioneren

Systemen die met ondersteuning van een operator autonoom functioneren

Bewakingssystemen die waarschuwen bij overschrijding grenzen

Locale meet- en regelsystemen met sensoren en actuatoren

Geïsoleerde systemen

Autonomie

Tijd

Geïsoleerde systemen

Monitoring

Bewaking

Semi-autonoom

AutonoomVraagt ook domeinkennis

Vraagt technische kennis

12

Visie

Waar vroeger de mens op locatie een apparaat bediende, gebeurt dat nu steeds vaker op afstand, vanaf een centrale plek. Bij containerterminals zit de kraanmachinist niet meer in de kraan, maar bedient hij vanuit een controlekamer de kraanrobot. Ook verkeerscentrales trekken steeds meer functies naar zich toe. Deze trend valt samen met de opkomst van autonome systemen. Door de steeds verder-gaande automatisering, kunnen machines zonder operator functioneren. Veel productielijnen in fabrieken zijn volledig geautomatiseerd. Mensen hoeven geen repeterend of gevaarlijk werk meer te doen. De machines draaien 24 uur per dag op de automatische piloot, wat een aanzienlijke kostenreductie oplevert en bovendien veiliger is.

De route naar autonomieDe term ‘autonoom’ leidt wel eens tot verwarring. De traditionele thermostaat van de cv werkt toch ook autonoom? Nee, die werkt automatisch. Maar de gebruiker bepaalt de randvoorwaarden: om 7 uur ’s ochtends wil ik dat het 18 graden is. De ingebouwde thermometer meet de omgevings-temperatuur en laat de cv branden totdat de 18 graden is bereikt. Deze ouderwetse thermostaat zit vrij laag in de rangorde van autonomie, we noemen dit een geïsoleerd systeem. Het is een lokaal meet- en regelsystemen met

sensoren en actuatoren (aan-/uit-schakelaar). Een moderne thermostaat staat hoger in deze rangorde. Hij is gekoppeld aan het internet, leert wat jouw gedrag is, weet hoe snel je huis opwarmt en afkoelt, meet de buitentemperatuur en werkt samen met andere systemen zoals de zonwering. Met die informatie creëert hij het juiste klimaat. Na een aantal dagen kan hij uit zichzelf de juiste temperatuur voor elk moment van de dag regelen. Dat is een autonoom systeem.

Bewaking met beslissingsondersteunende systemenHet gladheidmeldsysteem dat strooiploegen alarmeert bij kans op gladheid zit in het stadium van bewaking. Het combineert meetgegevens met informatie van meteo-rologische instituten en voorspellingsmodellen om vast te stellen of er preventief gestrooid moet worden. Maar bij een alarm beoordeelt de strooicoördinator alle informatie, waarna hij beslist of een strooiactie nodig is. De coördinator neemt daarbij ook kennis mee, die niet in het gladheid-meldsysteem zit.

Beslissingen nemen vergt domeinkennisSystemen die werken tot en met het stadium van bewaking zijn te realiseren zonder dat de bouwer kennis heeft van de gebruikssituatie. De bouwer heeft genoeg aan de opdracht

Veilige en betaalbare autonome systemenAutonome systemen worden realiteit dankzij groeiende technische mogelijkheden zoals

kunstmatige intelligentie, nieuwe netwerktechnologie en slimme energievoorzieningen. In de

praktijk hebben wij geleerd dat het bouwen van veilige en betrouwbare autonome systemen

kennis vereist van de benodigde (enabling) technologie en van het domein.

Aan dit artikelwerkten mee:Marc van EertMarcel DukkerSerge de Vos

Van monitoring en controle naar autonomie

13

“maak een meetsysteem dat alarm slaat boven een grenswaarde”. De inter-pretatie van een alarm ligt nog steeds in het domein van de klant. Die beoordeelt met zijn inhoudelijke kennis wat hij bij een alarm moet doen. Maar zodra je het gladheidmeldsysteem zelf wilt laten beslissen “we gaan strooien”, moet die kennis in het systeem zitten. Dan moet de bouwer dus kennis hebben van het domein en weten waarop hij moet letten bij het nemen van een beslissing. Wat moet het systeem doen en wanneer? We komen dan uit bij een autonoom systeem dat zelf denkt, regelt en handelt.

Van zelf denken naar zelf handelenEen verkeerscentrale kan autonoom werken en zelf scenario’s starten en afwisselen op basis van de verkeersvraag. Maar wat doe je als een autonome verkeerscentrale het verkeer laat vastlopen? Wie is er dan verantwoordelijk: de gebruiker, het systeem of de bouwer van het systeem? Daarom laten we de operator nu nog de beslissing nemen of scenario A wel of niet wordt gestart. De eindbeslissing en aansprakelijkheid liggen dan bij de gebruiker in de verkeerscentrale. Momenteel is daarom in veel situaties autonomie net een stap te ver en wordt gekozen voor een semi-autonoom systeem, dat wel zelf denkt maar niet zelf handelt. Het geeft een advies aan de gebruiker, die vervolgens de eindbeslissing neemt.

AcceptatieVoor de acceptatie van autonome systemen is aantoonbare veiligheid essentieel. De gebruiker wil de garantie dat het systeem in alle situaties blijft werken. Hij wil geen verkeersinfarct door een foutje in de software, of tunnels die telkens dicht moeten door haperende veiligheidssystemen. Dat vraagt speciale aandacht voor de werkwijze om te zorgen voor een goede kwaliteit software en techniek, maar ook kennis van specifieke veiligheidsregels voor die toepassing.

Het geheim van de smidVoor het ontwerpen van een systeem dat beslissingen neemt of daarbij helpt, moet je als bouwer de taal van de klant kennen en zijn praktische problemen snappen. Een goede systeembouwer heeft tegenwoordig kennis van het klantdomein om op gelijk niveau met de klant te communiceren, gefundeerde keuzes te maken en een systeem op te leveren dat toegevoegde waarde biedt.

Daar komt bij dat de klant steeds meer op een functionele manier zijn probleem benadert, zonder een technische oplossing voor ogen. Hij komt niet met de vraag om een bepaald stuk techniek. Hij wil een functie; een praktische oplossing voor een probleem. Hoe de oplossing eruitziet is aan de bouwer. Het geheim van de smid zit hem in het meebewegen van de technische wereld naar zijn dagelijkse praktijk en vice versa.

Enabling technologies

Voor het bouwen van een autonoom systeem heb je een specifieke set techno-logieën en gereedschappen nodig. Een autonoom systeem moet meetgegevens verzamelen, verwerken, verzenden, analy-seren en op grond daarvan beslissingen nemen. In technologie betekent dat sensoren, communicatie, rekenkracht, beslissings-algoritmes en kunstmatige intelligentie. Wij noemen dat “enabling technologies”.

Juist die combinatie van techniek en toepassing is onze kernkwaliteit: wij kunnen als gelijkwaardige partner mee-denken met de klant, in zijn domein en taal en daaruit een totaaloplossing maken met systeemintegratie. Onze toegevoegde waarde zit in het goed combineren en samenstellen van systemen met behulp van de enabling technologies.

Een mooi voorbeeld waar markt en techniek samen komen tot een (semi-)autonoom systeem met behulp van onze enabling technologies is Sense2Grow.

Dit open platform koppelt draadloze sensoren eenvoudig aan elkaar om data te generen voor het sturen en bewaken van bedrijfsprocessen. Elke partij met elk type sensor kan aansluiten; eenvoudig en universeel. Door alles op één platform samen te brengen, is het combineren en verwerken van data veel eenvoudiger. Vanuit onze agrarische domeinkennis zetten wij Sense2Grow bijvoorbeeld in met LoRa-communicatie, zonnecellen en cloud processing om kassen optimaal te monitoren.

Meer weten? technolution.nl/sense2grow

Sense2Grow

De Nederlandse rivieren behoren tot de drukst bevaren wateren van Europa en het wordt alleen maar drukker. De komst van de Tweede Maasvlakte leidt tot groei van de binnenvaart. Maar ook de recreatievaart groeit. Dat vraagt om serieuze verkeersmanagementsmaatregelen om ook in de toekomst de veiligheid en efficiëntie van de Nederlandse scheepvaart te garanderen. Op drukke plekken in Nederland wordt het scheepvaartverkeer nu al begeleid vanuit verkeersposten. Ze staan bij de zeehavens van Rotterdam en Amsterdam, bij grote sluizencomplexen zoals in de Zeeuwse wateren, op drukke knooppunten en bij smalle bochten. Het personeel in de verkeerscentrale heeft een groter overzicht dan de schipper. Ze kunnen het verkeer organiseren, om opstoppingen of aanvaringen te voorkomen. Elke verkeerspost heeft echter een grens aan zijn werkgebied. Daarbuiten houdt de verkeersbegeleiding op.

VerkeersCentrale van MorgenDe Verkeerscentrale van Morgen (VCM) lost deze beperkingen op en kan het scheepvaartverkeer over een complete corridor actief begeleiden: van Amsterdam naar Antwerpen en van Rotterdam naar Duisburg. Alle systemen, communicatie en bediening worden in één centrale samengebracht. Verkeersleiders volgen schepen van hun startpunt tot hun eindpunt en anticiperen op het vaarplan van de schipper. “Met deze planning ben je zo laat bij brug A die open moet, en zo laat bij sluis B.” De brug-wachter weet wanneer de brug open moet en de sluismeester kan zijn sluiskolk efficiënt plannen. Met de VCM als middelpunt kunnen alle partijen hun planning dynamisch op elkaar afstemmen.

Iedereen wintMet zo’n planning kan de schipper veel gelijkmatiger varen en op brandstof besparen. Hij kan zijn klanten beter van dienst zijn omdat hij zijn vaartijd veel beter kan voorspellen. De sluismeester kan zijn sluizen efficiënter vullen; meer gericht op een vlotte doorstroming. De brugbedienaar kan schepen in een dienstregeling plaatsen en ze zo een “blauwe golf” aanbieden, waarbij schippers een minimale wachttijd voor bruggen hebben. Omgekeerd weten schippers tijdig van welke overnachtingshaven ze gebruik kunnen maken om daar hun vaartijden op aan te passen.

14

Om de groeiende scheepvaart efficiënt en veilig te begeleiden is de VerkeersCentrale van Morgen bedacht. Alle schepen worden vanuit één centrale begeleid. Hier komt alle informatie over schepen, vaarwegen en objecten binnen. Sluizen en bruggen kunnen ook vanuit deze centrale worden bediend.

Beter benutten,ook op het water

Case

Aan dit artikel werkten mee:Joeri JansenPaul van Koningsbruggen

Stratenboek en verkeersinformatieDe VCM combineert een aantal systemen en technologieën die al beschikbaar zijn. De schipper meldt zijn reis- en ladingsgegevens in het Binnen-vaart Informatie en Communicatie Systeem (BICS). Hier staan de start-plaats en de bestemming in. Nieuw is dat schippers ook een vaarplan communiceren, waarin staat wanneer de schipper belangrijke punten op zijn reis passeert zoals sluizen of bruggen en waar de schipper denkt af te meren of te overnachten. Gegevens over de vaarwegen komen uit het vaarweg-informatiesysteem (FIS), een soort stratenboek van de Nederlandse wateren, inclusief de waterstanden, openingstijden van objecten, etc. Hoe druk het op de Nederlandse wateren is en welke schepen zich waar bevinden, kunnen we bepalen met het Auto-matische IdentificatieSysteem (AIS) dat schepen aan boord hebben.

Trajectplanner combineert bestaande systemenAlle genoemde systemen komen samen in de Trajectplanner, een simulatiemodel dat prognoses maakt van de routes die schepen varen en de planning van de sluizen. Het model bekijkt of het schip alle objecten kan passeren en of er stremmingen of storingen op de route zijn. Daarna simuleert de Trajectplanner de reis van het schip, samen met al het andere verkeer. De Trajectplanner vormt het brein van de VCM. Maar de centrale heeft ook handen en ogen nodig: de bediening van alle objecten en de beelden van alle videocamera’s en radarstations langs het water komen in deze ene centrale binnen.

15

Werelden verbindenIn de VCM komen de werelden van waterhuishouding en vaarwegen samen. Dat verhoogt de complexiteit. Een sluis reguleert het waterpeil voor de scheep-vaart, maar heeft ook een rol voor de afwatering van de polders. Technolution heeft daarvoor de technische kennis, maar ook kennis van de domeinen om die koppelingen goed te kunnen maken. Wij snappen de informatie die we verwerken en we weten wat de gebruiker aan boord of in de centrale nodig heeft. We maken samen met de gebruikers userinterfaces op maat om op het juiste moment de juiste informatie te tonen; steeds vanuit de gebruiker beredeneerd.

Privacy en economische belangenPrivacy is een belangrijk onderwerp in systemen die locatie- en ladings-gegevens registreren. Bovendien heeft de logistieke sector ook economische belangen bij haar gegevens. De kennis wie wat vervoert delen schippers en reders liever niet met concurrenten. Schippers hebben een overeenkomst met Rijkswaterstaat voor het leveren van locatie en reis- en ladingsgegevens, met strikte afspraken over hoe die gebruikt mogen worden. Anderzijds kan een schipper ook voordeel hebben van het delen van zijn vaarplan. Hij wordt beter geholpen in zijn behoefte om vlot en veilig te varen en op tijd aan te komen. Zelfs het delen van ladingsgegevens met bijvoorbeeld de politie kan voor-delen hebben. Die kan vanuit een rijke ervaring waarschuwen als ze een melding van een specifieke lading zien. Een partij schroot kan radioactieve eigenschappen hebben of organisch materiaal kan gaan broeien. Je geeft wat weg, maar krijgt ook wat terug.

Een bruikbaar stuk gereedschapHet doel van dit soort nieuwe systemen moet altijd zijn: een bruikbaar en correct werkend stuk gereedschap voor de gebruiker. De eerste ervaringen met de introductie van de VCM stemmen positief. Sluismeesters met jaren ervaring in het plannen van grote sluiscomplexen aan het Amsterdam-Rijnkanaal reageerden nieuwsgierig: “Het is leuk, maar hij doet nog niet wat wij doen. We zien wel dat hier wat in zit, dus hier moeten we mee verder.” Door ermee te gaan werken, komen de logica en ervaring van de sluismeesters geleidelijk in het systeem en ontstaat een intelligent component.

Trajectbegeleiding breder inzetbaarIn een pilotproject heeft Rijkswaterstaat aangetoond dat ze de informatie over en bediening van objecten op één plek kan samenbrengen. Voor deze pilot zijn de Beatrix-sluizen aan het Amsterdam-Rijn- kanaal op afstand overgenomen, plus de verkeerspost Nijmegen. Technisch is het een logische stap om ook alle andere verkeersposten en objecten op één plek samen te brengen. Verder is deze manier van het begeleiden over een corridor prima te vertalen naar de kleinere vaarwegen. Maar ook van de scheepvaart naar het wegverkeer, bijvoorbeeld voor het beroepsgoederenvervoer.Innovatie draait niet alleen om technische hoogstandjes. De kunst is vooral om de techniek goed toe te passen in het domein van de klant en de eindgebruiker. Het combineren van verschillende werelden is een veel grotere uitdaging dan het maken van de technische keuzes. Om een goede applicatie neer te zetten moet je weten wat de informatie betekent. Daarna is het ‘slechts’ een kwestie van programmeren.

Een combinatie van systemen en technologieën die al beschikbaar zijn

Collega aan het woord

Mike Fafieanie brengt als projectleider graag zijn enthousiasme over op zijn collega’s. Hij doet dat met motiverende gesprekken, het creëren van overzicht en een grap op zijn tijd. “Soms moet je mensen even wakker schudden met een prikkelende vraag.”

“Ik heb Civiele Techniek - Verkeersmanagement gestudeerd en ben nu projectleider in de business unit Mobiliteit. Ik heb mezelf enigszins leren programmeren en schrijf af en toe zelf een scriptje. Maar ik ben toch vooral verkeerskundige. Het leuke daaraan vind ik het praten met de klant over verkeerskundige vraagstukken en zijn of haar vragen vertalen naar IT-oplossingen. Dat is typisch wat je als projectleider doet. Ik creëer overzicht, ik zorg voor het basismateriaal waar collega’s mee aan de slag gaan. Ik probeer mijn enthousiasme over te brengen op mijn collega’s. Daarbij helpt het als we een project hebben waar ik het nut en de noodzaak van inzie en dat kan uitdragen. Zodat ik in de eerste bijeenkomst mijn team kan vertellen: dit gaan we doen, dit is het probleem en dat gaan we zo oplossen. En het is gaaf als we aan het eind zien dat de klant er blij mee is en zien dat ze het gaan gebruiken. Dat is één van de mooie dingen in een project. Dat vieren we dan bijvoorbeeld met taart.

Ik vind de menselijke contacten belangrijk in mijn werk, met een prettige sfeer waarbij je ook eens kunt lachen. We zijn vooral met ons hoofd bezig, dan moet je soms iemand even wakker schudden met een prikkelende vraag. Of een grap uithalen. Zo hadden we als 1 april-grap iemands optische muis aan de onderkant afgeplakt, dus die werkte niet. Maar wat doet een gemiddelde techneut: die gaat meteen in de hardwaresettings kijken. “Er is iets met de driver!”

Als verkeerskundige doe ik vooral veel projecten voor wegverkeer. Een uitzondering is Blauwe Golf Verbindend, een project dat nat en droog verkeer combineert. Hiermee maken we de data van Nederlandse bruggen beschikbaar voor de navigatie van automobilisten. Die geeft niet alleen het signaal ’de brug staat open’, maar vooral ook ‘de brug gaat open’. Dan kan de navigatie op tijd een alternatieve route berekenen. In dat project zie ik een maatschappelijk belang, met zoveel bruggen in Nederland.

Adventure racingIk kan de diversiteit aan werkzaamheden erg waarderen. Ik heb contact met de klant en met onze ontwikkelaars. Ik ga op pad voor business development, praten over dingen die we hebben bedacht. Na zo’n drukke week met veel denkwerk vind ik het fijn om me in het weekend op een hele andere manier in te spannen. Ik doe veel aan buitensport. Samen met mijn vriendin doe ik aan adventure racing, waarbij je onder andere lopend, fietsend en zwemmend op zoek gaat naar punten. Hoe meer je er bezoekt binnen een vastgestelde tijd van 8 uur, of soms zelfs 24 uur aaneengesloten, hoe hoger je in het klassement komt. Wij staan nu derde in het Nederlandse klassement. Het is niet alleen lichamelijk inspannend, je moet ook goed kunnen navigeren en snel beslissingen nemen. Na zo’n weekend ben ik heel rustig in mijn hoofd. Je bent vooral lichamelijk intensief bezig, lekker buiten, in de natuur. Het is eigenlijk gewoon buitenspelen.”

Mike Fafieanie

Als projectleider probeer ik mijn enthousiasme over te brengenop mijn collega’s

16

Functie:ProjectleiderWerkgebied:MobiliteitIn dienst sinds:Juli 2015