Ontwerpen voor ontwerpers: een kader voor slimme cyber-fysieke systemen

Nieuws - 06 april 2022

Algoritmen zijn overal om je heen. Ze zitten in je kantoorgebouw in computergestuurde thermostaten, ze helpen piloten de vliegtuigen te landen waarin je vliegt, ze helpen robots de goederen te fabriceren die je elke dag gebruikt. Maar hoe weten ontwerpers welk proces ze moeten gebruiken of welke informatie hun apparaten nodig hebben? En hoe laten ze de vele algoritmen die deze apparaten besturen, met elkaar werken? In zijn promotieonderzoek heeft Sirasak Tepjit een raamwerk ontworpen om ontwerpers hierbij te helpen.

Tepjit kwam bij de faculteit Industrieel Ontwerpen (IO) van de TU Delft terecht nadat hij een onderzoeksidee had voorgesteld aan zijn nu promotor, dr. Imre Horváth. Tepjit had een master in industrial engineering afgerond in zijn geboorteland Thailand en een tweede master in logistiek en supply chain management in het Verenigd Koninkrijk. Hij wilde deze twee gebieden combineren en stuitte op de groep Cyber-Physical Systems in Delft.

Systemen van de volgende generatie

Zijn onderzoek richt zich op de volgende generatie Cyber-Physical Systems, de zogenaamde Smart CPSs. Cyber-Physical Systems (CPSs) zijn systemen met zowel fysieke als softwarecomponenten die samenwerken en worden bestuurd door op computers gebaseerde algoritmen. Zulke systemen hebben gewoonlijk meerdere soorten input nodig om zichzelf te regelen, waaronder visuele, ruimtelijke, temperatuur- en biologische informatie. CPSs zijn te vinden in een toenemend aantal apparaten, waaronder medische apparatuur, auto's, productieapparatuur, enzovoort.

In zijn Ph.D., getiteld ‘Designing an active recommender framework to support the development of reasoning mechanisms for smart cyber-physical systems’, ontwikkelde hij een raamwerk dat ontwerpers van deze geavanceerde apparaten kunnen gebruiken om ze te maken.

Lees Sirasak's thesis:

Leven en leren

Hoewel onder de indruk van de kwaliteit van het onderzoek aan de Designfaculteit van TU Delft, had Tepjit nog een andere belangrijke motivatie om voor de Delft te kiezen. Engels wordt hier namelijk veel gesproken. "Ik wilde niet nog een taal leren", lacht hij. Nadat hij Engels had gestudeerd in Thailand en een jaar in het Verenigd Koninkrijk had gewoond, had hij er vertrouwen in dat hij in de taal kon promoveren.

Tepjit zegt dat hij van Nederland houdt en is vooral onder de indruk van de fietscultuur en de  veiligheid voor fietsers. Hij heeft zich ingelezen over het land voordat hij hierheen verhuisde. Hoewel hij het heeft geprobeerd, zegt hij dat hij niet onder de indruk is van het Nederlandse eten. "Ik begrijp het gewoon niet."

Parkeren zonder handen

Zijn dissertatieonderzoek richtte zich specifiek op autonome parkeersystemen in auto's. "Die hebben veel informatie uit de omgeving nodig", zegt Tepjit. Dergelijke systemen brengen voertuigen van een rijbaan naar een parkeerplek zonder hulp of begeleiding van de bestuurder.

Om veilig te kunnen parkeren, hebben systemen input nodig over hoe ver objecten, zoals een andere auto of de muur van een parkeergarage, verwijderd kunnen zijn. Het systeem moet ook weten hoe groot de parkeerruimte is en waar de auto zich bevindt ten opzichte van die ruimte. Deze informatie kan worden verkregen via radar of camera's, maar moet in elk geval worden omgezet in gegevens die door het parkeersysteem kunnen worden gebruikt. Het systeem heeft ook informatie nodig van de motor van de auto, om te weten hoe snel hij rijdt. Vervolgens moet met alle informatie rekening worden gehouden om de auto veilig de ruimte in te loodsen.

Een ontwerp voor ontwerpers

Na een overzicht van het beschikbare onderzoek concludeerde Tepjit dat de meeste bedrijven of organisaties die aan autonome parkeersystemen werken, hun processen ad hoc ontwikkelen. "Ze hebben elk hun eigen ontwerpproces," zegt hij. Hij wilde duidelijk maken welke informatiesystemen nodig zijn, welke algoritmen ze moeten gebruiken en hoe de verschillende onderdelen van het systeem moeten samenwerken.

Hopelijk, zegt Tepjit, kan zijn raamwerk in de toekomst door autofabrikanten worden gebruikt om het proces van het ontwikkelen van parkeersystemen te stroomlijnen. Maar, zijn onderzoek is groter dan alleen auto's. Tepjit denkt dat dit raamwerk kan worden gebruikt bij het ontwerpen van andere Smart CPS'en, zoals slimme thuisapparaten zoals thermostaten en in industriële toepassingen, waar robots een belangrijke rol spelen in de productie. "Door de ontwerpers te ondersteunen, maak je deze systemen makkelijker te ontwikkelen", zegt hij. Een standaardaanpak maakt ze veiliger en vermindert ook de kosten en de tijd die met de ontwikkeling gemoeid zijn.

Plannen voor de toekomst

Na de verdediging van zijn proefschrift zal hij terugkeren naar Thailand om te werken als onderdeel van zijn overeenkomst met de Koninklijke Thaise Regering, die zijn promotieonderzoek heeft gesponsord. Tepjit zegt dat hij een groot netwerk heeft van Thaise vrienden die in Delft hebben gestudeerd, velen aan de faculteit Bouwkunde. Zij hopen te kunnen werken aan de verbetering van de stedenbouwkundige planning in Thailand, die Tepjit als "zeer slecht" omschrijft.

Tepjit is ervan overtuigd dat zijn onderzoek hem zal helpen bij alle projecten waar hij aan gaat werken. "Inzicht in het kader is toepasbaar op alle vakgebieden," zegt hij.

Ontwerpmethodologie

Tepjit heeft vier onderzoekscycli doorlopen, waarbij elke stap logisch voortvloeide uit de resultaten van de vorige. Hij begon met het verzamelen van kennis, ontwikkelde vervolgens een conceptueel kader en ging verder met het maken van een rekenmodel, dat hij vervolgens beoordeelde en verfijnde.
/* */