Perfect wordt het toch nooit

Het zijn zware tijden voor ontwerpers van industriële processen. Nieuwe fabrieken moeten goedkoop, veilig en milieuvriendelijk produceren. Hoe wegen ontwerpers alle kwaliteitseisen af en wanneer is hun ontwerp goed genoeg? Paulien Herder biedt hulp.

Er was eens een man met een grote zak geld die wist dat er wat te verdienen viel met de productie van ammonia uit nafta en stikstof. Hij zocht een ervaren chemische technoloog die een ammoniafabriek kon ontwerpen. De opdrachtgever en de ontwerper bespraken de eisen waaraan de fabriek moest voldoen. De volgende dag ging de ontwerper aan de slag met in zijn hoofd een lijst productspecificaties en een bepaald budget. Hij ontwierp een proces dat aan alle eisen voldeed. De rijke man bouwde een fabriek en produceerde nog lang en gelukkig ammonia.

De werkelijkheid is minder sprookjesachtig. Opdrachtgevers en ontwerpers blijken nogal eens langs elkaar heen te praten in de eerste ontwerpfase. Ze hanteren verschillende definities voor begrippen als ‘controleerbaarheid van een proces’ en ze hebben verschillende opvattingen over de kwaliteit van niet-kwantificeerbare factoren, zoals milieuvriendelijkheid. Halverwege hun werk ontdekken ontwerpers soms dat ze iets over het hoofd hebben gezien of komen opdrachtgevers met tussentijdse aanpassingen van de eisen. Tijd- en geldrovende iteraties zijn het gevolg.

Scheikundestudente Pauline Herder vroeg zich tijdens haar afstuderen bij de sectie procesintegratie af of er iets algemeens gezegd kon worden over een ‘goed fabrieksontwerp’. Dit werd de basis van een promotieonderzoek dat ze uitvoerde bij Technische Bestuurskunde.
Veranderingen

In de literatuur ontdekte Herder dat de ideeën over een goed fabrieksontwerp sterk zijn veranderd tijdens de korte geschiedenis van de chemische technologie. Toen aan het begin van de eeuw de eerste grote chemische fabrieken werden ontworpen, waren de eisen voornamelijk van economische aard. Pas vanaf de jaren zestig moesten de ontwerpen aan serieuze milieueisen voldoen. De laatste jaren worden die milieueisen steeds strenger. Daarnaast moet de ontwerper ook vaker rekening houden met maatschappelijke factoren. Herder: ,,Zowel de natuurlijke als de maatschappelijke omgeving van de fabriek verandert. Zo moet je er binnenkort bij stilstaan of er genoeg schoon zoet water beschikbaar blijft. Maar ook moet je rekening houden met het soort werk dat arbeiders nog willen uitvoeren.”

Niet alleen de veranderingen in de omgeving van de fabriek, maar ook wetenschappelijke ontwikkelingen hadden een grote invloed op het ontwerpproces. ,,Fabrieken werden in de eerste helft van de eeuw grotendeels op basis van empirische kennis ontworpen. Vanaf 1960 maakten krachtiger computers en de theorieën over transportverschijnselen het mogelijk om betere fabrieken teontwerpen. Empirisch onderzoek werd vervangen door fundamenteel onderzoek dat de processen in meer detail beschreef. Computational Fluid Dynamics en Molecular Modeling zijn de meest recente ontwikkelingen in deze richting.”, aldus Herder. Haar onderzoek behoort tot een nieuwe stroming in het procesontwerpen. Herder: ,,De chemische technologie is toe aan de volgende grote verandering: procesintegratie in brede zin, waarbij kennissystemen het ontwerpproces ondersteunen.”
Formules

Voordat zij aan deze roep gehoor kon geven, moest Herder zich de technieken en het jargon van de technische bestuurskunde eigen maken. De chemisch technologe deed het eerste jaar veel cursussen om de terminologie onder de knie te krijgen. Herder:,,Chemisch technologen vinden vaak dat er bij bestuurskunde maar weinig wordt gerekend. Dat imago klopt niet: er wordt wel gecijferd, maar de berekeningen zijn niet heilig. Ze worden in hun context geplaatst.” Toch beaamt ze dat er in haar proefschrift slechts een handvol formules te vinden is. Ze lacht:,,Ja, daar kan je nergens anders aan de TU mee wegkomen.”

De gereedschappen die Herder bij bestuurskunde ter beschikking stonden waren interviews, case studies en de group decision room. Herder voerde bij drie bedrijven een case study uit om zich een beeld te vormen van het ontwerpproces in de praktijk. Ze las handboeken, interviewde medewerkers van de bedrijven en ontdekte dat ontwerpprojecten vaak worden uitgevoerd door een klein aantal ervaren ontwerpers. Die blijken soms op hun gevoel af te gaan bij het beoordelen van de kwaliteit van hun ontwerp. Herder: ,,Ontwerpers nemen vaak onuitgesproken ideeën mee waar opdrachtgevers misschien heel anders over denken.”
Brainstorm

Herder besefte dat het nodig was om alle mogelijke ontwerpeisen boven tafel te krijgen, inclusief de gevoelsmatige eisen zoals ‘de fabriek moet er goed uitzien’. Ze deed dit door dertig vertegenwoordigers van de industrie, overheid, universiteit en maatschappelijke belangengroepen tijdens een brainstormsessie zoveel mogelijk ontwerpeisen te laten noemen. Herder:,,De sessie vond plaats in de group decision room, een elektronische vergaderkamer. Iedereen zit daar achter een computer en mag ideeën intypen, maar ze niet uitspreken. Die anonimiteit garandeert dat iedereen mee durft te doen, ook mensen die lager in de hiërarchie staan of mondeling minder dominant zijn.”

Na de brainstorm kon Herder de bestaande lijst met standaard ontwerpeisen in drie hoofdrichtingen uitbreiden: met ‘zachte’ eisen en met eisen die het te ontwerpen proces op een grotere tijds- en geografische schaal beschouwen. ,,De eisen op langere tijdsschaal houden rekening met de totale levenscyclus van een proces”, licht de promovenda toe. ,,Zo moet bijvoorbeeld al in de ontwerpfase rekening gehouden worden met een veilige ontmanteling van een fabriek. Het beschouwen van de grotere geografische schaal kan leiden tot de eis dat een fabriek zijn grondstoffenaanvoer enutilities – hulpstoffen zoals stoom en koelwater – optimaal combineert met naburige fabrieken.”
Computertool

Herder verwerkte haar theoretische en praktische kennis van het ontwerpproces tot de specificaties voor een computertool, een kennisgebaseerd systeem, dat zij ‘Piquar’ doopte. Een van oorsprong Engels acroniem dat staat voor ‘verbetering van fabrieksontwerp door middel van kwaliteitsafwegingen’. ,,Piquar helpt bij het structureren van de discussie tussen de opdrachtgever en de ontwerper, en zorgt ervoor dat ze alle eisen expliciet maken en bespreken”, meent Herder.

Als alle eisen bekend zijn, moet hun volgorde van belangrijkheid vastgesteld worden. Dat is een opgave waar de uitdrukking ‘appels met peren vergelijken’ nog tekort schiet: hoe weeg je een variant met minder schadelijke emissies af tegen een variant die veiliger te opereren is? Herder koos voor een methode waarbij de opdrachtgever vooraf alle eisen paarsgewijs tegen elkaar afweegt. Uit alle afzonderlijke afwegingen wordt dan een overall rangorde bepaald. ,,Piquar houdt voor de ontwerper de rangorde van de eisen in het oog en wijst de op de zwakke plekken in het ontwerp. De tool geeft ook aan of het ontwerp goed genoeg is. Perfect wordt het toch nooit.”

Maar: the proof of the pudding is in the eating. Het concept voor Piquar moest in de praktijk op zijn bruikbaarheid worden getest. Een groep scheikundestudenten gebruikte het daarom bij het maken van een fabrieksontwerp. Herder:,,Het concept voor Piquar is nog niet geïmplementeerd. Ik moest dus voor computerprogramma spelen en voerde zelf de berekeningen uit.” De studenten waren tevreden en scoorden een negen voor hun ontwerp. Herder benadrukt dat dit vooral hun eigen verdienste was, maar is wel overtuigd van het nut van Piquar.

Inmiddels werkt Herder als universitair docent bij Technische Bestuurskunde. Ze is van plan om het idee ‘Piquar’ de komende jaren in een daadwerkelijk programma om te zetten. ,,Het zal nog veel ontwikkelwerk vergen, maar ik wil het graag ooit als een commercieel pakket naar buiten brengen.” Tot die tijd zullen de ontwerpers het met haar proefschrift moeten doen.

Het zijn zware tijden voor ontwerpers van industriële processen. Nieuwe fabrieken moeten goedkoop, veilig en milieuvriendelijk produceren. Hoe wegen ontwerpers alle kwaliteitseisen af en wanneer is hun ontwerp goed genoeg? Paulien Herder biedt hulp.

Er was eens een man met een grote zak geld die wist dat er wat te verdienen viel met de productie van ammonia uit nafta en stikstof. Hij zocht een ervaren chemische technoloog die een ammoniafabriek kon ontwerpen. De opdrachtgever en de ontwerper bespraken de eisen waaraan de fabriek moest voldoen. De volgende dag ging de ontwerper aan de slag met in zijn hoofd een lijst productspecificaties en een bepaald budget. Hij ontwierp een proces dat aan alle eisen voldeed. De rijke man bouwde een fabriek en produceerde nog lang en gelukkig ammonia.

De werkelijkheid is minder sprookjesachtig. Opdrachtgevers en ontwerpers blijken nogal eens langs elkaar heen te praten in de eerste ontwerpfase. Ze hanteren verschillende definities voor begrippen als ‘controleerbaarheid van een proces’ en ze hebben verschillende opvattingen over de kwaliteit van niet-kwantificeerbare factoren, zoals milieuvriendelijkheid. Halverwege hun werk ontdekken ontwerpers soms dat ze iets over het hoofd hebben gezien of komen opdrachtgevers met tussentijdse aanpassingen van de eisen. Tijd- en geldrovende iteraties zijn het gevolg.

Scheikundestudente Pauline Herder vroeg zich tijdens haar afstuderen bij de sectie procesintegratie af of er iets algemeens gezegd kon worden over een ‘goed fabrieksontwerp’. Dit werd de basis van een promotieonderzoek dat ze uitvoerde bij Technische Bestuurskunde.
Veranderingen

In de literatuur ontdekte Herder dat de ideeën over een goed fabrieksontwerp sterk zijn veranderd tijdens de korte geschiedenis van de chemische technologie. Toen aan het begin van de eeuw de eerste grote chemische fabrieken werden ontworpen, waren de eisen voornamelijk van economische aard. Pas vanaf de jaren zestig moesten de ontwerpen aan serieuze milieueisen voldoen. De laatste jaren worden die milieueisen steeds strenger. Daarnaast moet de ontwerper ook vaker rekening houden met maatschappelijke factoren. Herder: ,,Zowel de natuurlijke als de maatschappelijke omgeving van de fabriek verandert. Zo moet je er binnenkort bij stilstaan of er genoeg schoon zoet water beschikbaar blijft. Maar ook moet je rekening houden met het soort werk dat arbeiders nog willen uitvoeren.”

Niet alleen de veranderingen in de omgeving van de fabriek, maar ook wetenschappelijke ontwikkelingen hadden een grote invloed op het ontwerpproces. ,,Fabrieken werden in de eerste helft van de eeuw grotendeels op basis van empirische kennis ontworpen. Vanaf 1960 maakten krachtiger computers en de theorieën over transportverschijnselen het mogelijk om betere fabrieken teontwerpen. Empirisch onderzoek werd vervangen door fundamenteel onderzoek dat de processen in meer detail beschreef. Computational Fluid Dynamics en Molecular Modeling zijn de meest recente ontwikkelingen in deze richting.”, aldus Herder. Haar onderzoek behoort tot een nieuwe stroming in het procesontwerpen. Herder: ,,De chemische technologie is toe aan de volgende grote verandering: procesintegratie in brede zin, waarbij kennissystemen het ontwerpproces ondersteunen.”
Formules

Voordat zij aan deze roep gehoor kon geven, moest Herder zich de technieken en het jargon van de technische bestuurskunde eigen maken. De chemisch technologe deed het eerste jaar veel cursussen om de terminologie onder de knie te krijgen. Herder:,,Chemisch technologen vinden vaak dat er bij bestuurskunde maar weinig wordt gerekend. Dat imago klopt niet: er wordt wel gecijferd, maar de berekeningen zijn niet heilig. Ze worden in hun context geplaatst.” Toch beaamt ze dat er in haar proefschrift slechts een handvol formules te vinden is. Ze lacht:,,Ja, daar kan je nergens anders aan de TU mee wegkomen.”

De gereedschappen die Herder bij bestuurskunde ter beschikking stonden waren interviews, case studies en de group decision room. Herder voerde bij drie bedrijven een case study uit om zich een beeld te vormen van het ontwerpproces in de praktijk. Ze las handboeken, interviewde medewerkers van de bedrijven en ontdekte dat ontwerpprojecten vaak worden uitgevoerd door een klein aantal ervaren ontwerpers. Die blijken soms op hun gevoel af te gaan bij het beoordelen van de kwaliteit van hun ontwerp. Herder: ,,Ontwerpers nemen vaak onuitgesproken ideeën mee waar opdrachtgevers misschien heel anders over denken.”
Brainstorm

Herder besefte dat het nodig was om alle mogelijke ontwerpeisen boven tafel te krijgen, inclusief de gevoelsmatige eisen zoals ‘de fabriek moet er goed uitzien’. Ze deed dit door dertig vertegenwoordigers van de industrie, overheid, universiteit en maatschappelijke belangengroepen tijdens een brainstormsessie zoveel mogelijk ontwerpeisen te laten noemen. Herder:,,De sessie vond plaats in de group decision room, een elektronische vergaderkamer. Iedereen zit daar achter een computer en mag ideeën intypen, maar ze niet uitspreken. Die anonimiteit garandeert dat iedereen mee durft te doen, ook mensen die lager in de hiërarchie staan of mondeling minder dominant zijn.”

Na de brainstorm kon Herder de bestaande lijst met standaard ontwerpeisen in drie hoofdrichtingen uitbreiden: met ‘zachte’ eisen en met eisen die het te ontwerpen proces op een grotere tijds- en geografische schaal beschouwen. ,,De eisen op langere tijdsschaal houden rekening met de totale levenscyclus van een proces”, licht de promovenda toe. ,,Zo moet bijvoorbeeld al in de ontwerpfase rekening gehouden worden met een veilige ontmanteling van een fabriek. Het beschouwen van de grotere geografische schaal kan leiden tot de eis dat een fabriek zijn grondstoffenaanvoer enutilities – hulpstoffen zoals stoom en koelwater – optimaal combineert met naburige fabrieken.”
Computertool

Herder verwerkte haar theoretische en praktische kennis van het ontwerpproces tot de specificaties voor een computertool, een kennisgebaseerd systeem, dat zij ‘Piquar’ doopte. Een van oorsprong Engels acroniem dat staat voor ‘verbetering van fabrieksontwerp door middel van kwaliteitsafwegingen’. ,,Piquar helpt bij het structureren van de discussie tussen de opdrachtgever en de ontwerper, en zorgt ervoor dat ze alle eisen expliciet maken en bespreken”, meent Herder.

Als alle eisen bekend zijn, moet hun volgorde van belangrijkheid vastgesteld worden. Dat is een opgave waar de uitdrukking ‘appels met peren vergelijken’ nog tekort schiet: hoe weeg je een variant met minder schadelijke emissies af tegen een variant die veiliger te opereren is? Herder koos voor een methode waarbij de opdrachtgever vooraf alle eisen paarsgewijs tegen elkaar afweegt. Uit alle afzonderlijke afwegingen wordt dan een overall rangorde bepaald. ,,Piquar houdt voor de ontwerper de rangorde van de eisen in het oog en wijst de op de zwakke plekken in het ontwerp. De tool geeft ook aan of het ontwerp goed genoeg is. Perfect wordt het toch nooit.”

Maar: the proof of the pudding is in the eating. Het concept voor Piquar moest in de praktijk op zijn bruikbaarheid worden getest. Een groep scheikundestudenten gebruikte het daarom bij het maken van een fabrieksontwerp. Herder:,,Het concept voor Piquar is nog niet geïmplementeerd. Ik moest dus voor computerprogramma spelen en voerde zelf de berekeningen uit.” De studenten waren tevreden en scoorden een negen voor hun ontwerp. Herder benadrukt dat dit vooral hun eigen verdienste was, maar is wel overtuigd van het nut van Piquar.

Inmiddels werkt Herder als universitair docent bij Technische Bestuurskunde. Ze is van plan om het idee ‘Piquar’ de komende jaren in een daadwerkelijk programma om te zetten. ,,Het zal nog veel ontwikkelwerk vergen, maar ik wil het graag ooit als een commercieel pakket naar buiten brengen.” Tot die tijd zullen de ontwerpers het met haar proefschrift moeten doen.