Sander Hulsenboom is teamleider elektronica en projectleider embedded control bij Océ, onder meer voor de Varioprint I300.

2 January 2016

Jaren van ontwikkeling in een groot team met een korte time-to-market mondden begin dit jaar uit in de productlancering van de Océ Varioprint I300. Deze printer moet de bestaande transactie-, direct mail- en boekmarkt op zijn kop zetten. In een reeks artikelen beschrijven Venlose r&d’ers wat erbij komt kijken om een dergelijke complexe machine te ontwikkelen. Eerste aflevering: de embedded control.

De Varioprint I300 is de nieuwste high-speed sheet-fed kleureninkjetprinter van Océ. Het systeem koppelt een hoge snelheid van driehonderd images per minuut aan een grote mediadiversiteit en lage printkosten. Hiermee wil Océ de bestaande transactie-, direct mail- en boekmarkt op zijn kop zetten.

Om als eerste in dit marktsegment te zijn, had time-to-market topprioriteit. Door de snelle ontwikkeling waren veel eisen gedurende het hele traject onbekend of onzeker. Daarom hebben we voor een Agile-projectaanpak gekozen. Waar we eerder vaste projectmijlpalen met gedefinieerde deliverables gebruikten, hebben we bij de ontwikkeling van de I300 een flexibelere benadering gezocht. Voortdurend hebben we ons afgevraagd wat echt nodig is en wat later kan. Documentatie blijft erg belangrijk, maar op het moment van klantintroductie hoeft er bijvoorbeeld nog geen handleiding te liggen om een Varioprint I300 te ontmantelen. Samen met productie en service hebben we hier een optimum in proberen te vinden.

Oce_Varioprint_I300

Veel hergebruik

De Varioprint I300 is een complexe machine van wel twaalf meter lang, met duizenden onderdelen. Veel van die componenten moeten worden aangestuurd. Dat is waar embedded control om de hoek komt kijken. Deze combinatie van software, fpga’s en elektronica is bij Océ de lijm tussen het gewenste gedrag en de fysieke onderdelen.

Ook voor de embedded control hebben we een Agile-aanpak gevolgd. We waren gewend om voor elk product een specifieke printplaat te ontwikkelen. Dat was voor dit project echter niet flexibel genoeg. We moesten een platform hebben dat gemakkelijk en snel te wijzigen was, maar ook kosteneffectief om direct naar de markt te kunnen gaan. We hadden geen tijd voor heel veel ontwikkelslagen en het was vanuit kosten- en industrialisatie-oogpunt evenmin een optie om commercieel beschikbare oplossingen te nemen.

 advertorial 

The waves of Agile

Derk-Jan de Grood has created a rich source of knowledge for Agile coaches and leaders. With practical tips to create a learning organization that delivers quality solutions with business value. Order The waves of Agile here.

Na een aantal brainstormsessies zijn we gekomen tot een soort legoconcept: een basisbord met een processormodule en i/o-opsteekmodules, zogenoemde tegels. Hiermee konden we snel een embedded control in elkaar zetten die voldeed aan de eisen van het project. Het was zelfs mogelijk om in een late fase tegels (en dus i/o) te veranderen. Dit concept hebben we Morpf gedoopt: Modular Océ Reusable Platform.

Oce Morpf
Op het Morpf-basisbord zitten een connector voor een processormodule, aansluitingen voor tien tegels en een fpga.

Op het Morpf-basisbord zitten een connector voor een processormodule, aansluitingen voor tien tegels en een fpga. Voor de processormodule is er keuze uit single-, dual- of quadcore Arm-varianten met verschillende hoeveelheden geheugen. Hiermee kunnen we de rekenkracht schalen naar de behoefte in de verschillende projecten. De processormodule communiceert met de fpga, die weer de verbinding is naar de tegels. Daarnaast is er een extensieconnector, die we kunnen gebruiken om nog meer tegels of andere functionaliteit toe te voegen. Ook bevat het bord vele generieke interfaces, zoals 5 V i/o-signalen, ethernet en Can. Hiermee kunnen we verbindingen leggen met bestaande besturingen, nieuw te maken borden of andere Morpf-borden.

Het basisbord is iets groter dan een A4’tje. De ruimte onder de tegels hebben we opzettelijk zo leeg mogelijk gelaten; we willen de mogelijkheid openhouden om de opsteekmodules later plat te slaan op het basisbord voor verdere optimalisatie. Daarmee slaan we een brug tussen vroege en late fase en tussen flexibiliteit en kostprijs.

De tegels hebben ongeveer het formaat van een creditcard en zijn met het basisbord verbonden via gedefinieerde i/o- en voedingsinterfaces. Elke opsteekmodule heeft specifieke functionaliteit, bijvoorbeeld om een borstelloze dc-motor of stappenmotor aan te sturen. Op dit moment hebben we ongeveer twintig types, die we veel hergebruiken. Met deze beperkte set kunnen we de enorme hoeveelheid i/o van een Varioprint I300 grotendeels aansturen. Waar de tegels niet voldoen, bieden de standaard i/o-interfaces op het Morpf-basisbord uitkomst.

De tegels zijn gebaseerd op schema’s die we standaard bij Océ gebruikten. De implementaties, dus schema en lay-out, hebben we inmiddels ook weer tot standaard verheven. Door dit hergebruik besparen we veel ontwikkelkosten, want één ontwikkeling kunnen we meerdere keren toepassen in Océ-printers. Bovendien kunnen we ons concentreren op de kwaliteit.

Gezonde spanning

Morpf was niet alleen een elektronicaontwikkeling, het vereiste ook de nodige inspanningen op fpga- en softwaregebied. De verbindingen van de fpga richting de tegels kunnen we bijvoorbeeld bij opstart programmeren. Daartoe leggen we de beschrijvingen van de connecties vast in een hardware-software-interface (hsi). Uit dit bestand genereren we runtime data om de verbindingen mee in te stellen.

Deze functionaliteit levert de gevraagde flexibiliteit omdat de samenstelling van de besturing zo tot op het laatste moment te veranderen is. Als de eisen helder zijn, is het een kwestie van de hsi opstellen, compileren en uitrollen op het Morpf-bord. Dit hele proces is binnen een paar dagen uit te voeren.

Een ander belangrijk aspect was de mechanische toepasbaarheid. De processormodules en tegels steken boven het Morpf-bord uit. Daar moet ruimte voor zijn. Verder liggen sommige borden horizontaal en andere verticaal. Dat is belangrijk om mee te nemen in de plaatsing en montage; een millimeter meer of minder kan heel veel schelen.

De precieze montage van het Morpf-bord en de opsteekmodules is bovendien van invloed op het thermische gedrag. Als we veel tegels bij elkaar zetten aan één kant van het bord, moet de luchtstroming zorgen voor voldoende spreiding van de warmte, zeker op plaatsen in het apparaat waar het warm wordt. Anders zullen we actief moeten koelen.

Behalve technisch was de ontwikkeling van Morpf ook organisatorisch een uitdaging. We hebben bewust gekozen voor een r&d-brede aanpak: het platform moet herbruikbaar zijn voor meerdere projecten, zodat de investering zich terugbetaalt. Met het management hebben we daarom goed gekeken naar het ontwikkelproces en de opzet hiervan in de projecten. De ontwikkeling was hierbij onderdeel van het primaire proces van de Varioprint I300.

Deze brede aanpak leverde soms een gezonde spanning op tussen lange- en kortetermijnkeuzes. Neem de definitie van het aantal en het soort in- en uitgangen op het basisbord. Aan de ene kant moesten we op tijd zijn voor de productontwikkeling van de I300, aan de andere kant wilden we Morpf ook voldoende i/o geven voor meerdere projecten. De kunst was om op korte termijn keuzes te maken die op lange termijn multi-inzetbaar zijn.

Oce Morpf close up
Een Morpf-configuratie samenstellen, configureren en testen: een kwestie van dagen.

Andere projecten

De ontwikkeling van Morpf heeft een aantal jaren en een aantal ontwikkelslagen gekost. Van die investering plukken we nu de vruchten. In de Varioprint I300 vinden we het bord op 22 plaatsen, met in totaal ongeveer 190 tegels. Zonder Morpf hadden we zo’n complexe machine nooit zo snel op de markt kunnen brengen. Als we projectspecifieke printplaten hadden moeten maken, hadden we jaren meer nodig gehad aan ontwikkeltijd en -kosten. Zelfs in de laatste maanden voor de marktintroductie hebben we sommige Morpf-borden nog voorzien van andere of extra tegels, zonder dat een nieuwe ontwikkeling nodig was.

Ook in andere projecten, waaronder de Océ Colorwave 900, passen we het concept succesvol toe. Elk project heeft hierbij de keuze om Morpf ongewijzigd te gebruiken of om het verder te ontwikkelen met het oog op kostprijsreductie. Voor een kleine meerprijs kopen de projecten een hoop flexibiliteit en besparen ze een dure investering.

Edited by Nieke Roos