Konceptmetodik

Vägledning till läsaren

Denna text beskriver syftet med konceptmetodik. Genomtänkt konceptutveckling är en grundläggande förmåga och en förutsättning för att utveckla framtida militär operativ förmåga. Konceptutveckling är ett iterativt arbete där man identifierar och utvecklar framtidsinriktade koncept för att testa deras giltighet och genomförbarhet.

Konceptstudier görs i allmänhet av en liten grupp mycket erfarna personer som genomför studier av tänkbara systemidéer. Man bedömer vilka förberedelser som krävs för produktutveckling och gör en rad andra viktiga överväganden kring ett eventuellt utvecklingsarbete.

Tidsomfattningen för ett konceptarbete kan variera från ca ett åt till ett flertal år beroende på omfattningen av utvecklingsarbetet.

Bakgrund

Genom att göra väl genomförda konceptstudier under en kort tid i början av ett utvecklingsprogram, skapas möjligheter till en kraftig reduktion av risker under hela utvecklingsprogrammet.

De produkter som man skall utveckla kommer att ha en mycket lång livscykel, det är inte ovanligt med 30 till 50 år. Produkterna måste ha god flexibilitet och vara möjliga att vidareutveckla över livscykeln.

Rekommendation

Författaren rekommenderar nedanstående texter som har koppling till denna berättelse: Under Kundvärde, läs gärna Utveckling av Teknikdemonstratorer, under Livscykelkostnad, läs gärna Systems Engineering samt under  Verksamhetsförmåga, läs gärna Förmågeutveckling i internationell miljö.

Texten berör markerade områden inom förändringsresan i flygindustrin

Sammanfattning

Konceptutvecklingens två huvudsyften är att engagera kunden och marknaden samt att genom ökad förståelse reducera riskerna vid utveckling, produktion och drift av produkten.

Då flygsystem tar lång tid att utveckla och ska användas under flera decennier är kraven på kartläggning av behoven av yttersta vikt. Det finns en mängd intressenter kopplade till framtagning och vidareutveckling av flygsystemen. Kärnan bland intressenterna är de som ska finansiera, äga och bruka systemet, dvs samhället, kunden och brukaren. En viktig del av konceptarbetet är att stödja dialogen med intressenterna genom att göra analyser och ge återmatning på deras frågeställningar.

Genomtänkt konceptutveckling är en grundläggande förmåga och en förutsättning för att utveckla framtida militär operativ förmåga. Konceptuell utveckling av flygsystem är en ständigt pågående verksamhet inom Saab. Verksamheten kartlägger framtida marknadsbehov och följer upp trender i taktisk och teknisk utveckling. Den vidareutvecklar även företagets kompetens och förmåga inom flygsystemanalys.

Flygsystem är mycket komplexa vilket medför att utveckling av nya system ställer stora krav på kompetens och stöd för beskrivning, samt analys av taktiska och tekniska lösningar. Arbetet är iterativt och indelas i flera steg för att öka systemlösningens mognad relativt behovet den utvecklas för, men även behovet att utvecklas i takt med de möjligheter som presenteras under konceptets tillväxt. Därför bedrivs arbetet i team som är sammansatta av användningsanalytiker och teknikutvecklare.

Mognadsprocessen i en konceptstudie är indelad i flera steg, de inledande stegen syftar till att spänna upp lösningsrymden för att hitta den mest optimala lösningen. Analysen måste genomföras av erfarna analytiker på en hög systemnivå för att hålla nere kostnaden.

De avslutande stegens huvudsyfte är att ge en robust systemlösning, som minskar riskerna vid framtagning och användning av den framtida produkten. Här ställs krav på djup i analysen, då resultatet används som underlag i de avtal som skrivs med kunden.

Beskrivning av innehåll

  • Genomtänkt konceptutveckling är en grundläggande förmåga och en förutsättning för att utveckla framtida militär operativ förmåga.
  • Det är väsentligt att analysera vilka restriktioner i form av ekonomiskt utrymme som finns och vilket användningsområde som kunden har uttryckt.
  • Koncept och konceptdesign används för ett antal olika ändamål där en funktionell och fysisk målbild är efterfrågad.
  • Utgångspunkt för en konceptstudie är oftast ett livscykelperspektiv. Man skall ha ett helhetsperspektiv på kundens operativa behov.
  • Vid utveckling av framtida system måste man diskutera och förstå systemens potentiella egenskaper och förmåga med kunder och/eller intressenter på möjliga marknader.

Varför arbeta med koncept?

Genomtänkt konceptutveckling är en grundläggande förmåga och en förutsättning för att utveckla framtida militär operativ förmåga. Konceptutveckling är ett iterativt arbete där man identifierar och utvecklar framtidsinriktade koncept för att testa deras giltighet och genomförbarhet.

Konceptutveckling har två huvudsyften. Det ena är att engagera kunden och marknaden. Arbetet möjliggör utvärdering av olika operativa förutsättningar, teknologier, konceptidéer och andra underlag. Det ger stöd i diskussioner om behov och nytta av en ny eller vidareutvecklad produkt. Det andra syftet är att reducera riskerna vid utveckling, produktion och drift av produkten.

När man tar ställning till vilket underlag som ett konceptarbete ska baseras på, genomförs initialt en övergripande analys och datainsamling. Primärt behöver man sammanställa marknadens och kundernas behov. Man behöver också se vilka alternativa lösningar på kundens behov som finns på marknaden.

Konceptstudier görs i allmänhet av en liten grupp mycket erfarna personer som genomför studier av tänkbara systemidéer. Man bedömer vilka förberedelser som krävs för produktutveckling och gör en rad andra viktiga överväganden kring ett eventuellt utvecklingsarbete.

Konceptarbete kan göras under kortare perioder om ändringarna gäller befintliga produkter. Större produktförändringar eller helt nya produkter medför att konceptarbetet sker under lång tid. Tidsskillnaden beror på att nya produkter kräver vida större kartläggningsarbete avseende användning och teknologi.

Identifiering av lösningar och risker

Genom att göra väl genomförda konceptstudier under en kort tid i början av ett utvecklingsprogram, skapas möjligheter till en kraftig reduktion av risker under hela utvecklingsprogrammet.

Saab har ofta utvecklingsprogram som kan sträcka sig mellan 10-15 år. Erfarenheter är att den totala kostnadsrisken under utvecklingsfasen mer än halveras om man har gjort bra konceptstudier. Det belyser vikten av att genomföra ett strukturerat konceptarbete innan den omfattande systemutvecklingen startar.

De produkter man skall utveckla kommer att ha en mycket lång livscykel, det är inte ovanligt med 30 till 50 år. Produkterna måste ha god flexibilitet och vara möjliga att vidareutveckla över livscykeln, hänsyn måste då tas till förändrade behov hos kunden men också till förändrade tekniska möjligheter. Den samhällsmässiga nyttan kommer att beaktas för decennier. Sådana utvecklingsprojekt får stor påverkan på finansieringen inom statsbudgetar över lång tid.

Konceptstudier ger väsentliga bidrag till en politisk beredning. Nyttoanalyser och praktisk planering måste göras på lång sikt vid större upphandlingar, man måste också göra långsiktiga och större värderingar av samhällsmässig nytta. Samordning av krav och önskemål från de olika intressenterna under beredningen är komplex och kan ofta resultera i långdragna förhandlingar och ökade risker såväl ekonomiska som tekniska. Resultaten från konceptstudier underlättar förståelsen av den operativa nyttan, dessutom bidrar de med information till riskbedömningar.

Översikt konceptutvecklingssteg

Illustrationen i figuren ovan visar olika steg i produktutvecklingen med fokus på fyra steg för konceptutvecklingens roll i den tekniska utvecklingen.

Varje steg är iterativt och påverkar både föregående och efterföljande steg, det medför att omtag i arbetet är mer en regel än undantag. För att reducera riskerna för stora ändringar under systemutvecklingssteget, är det mycket viktigt att bedöma designens duglighet och robusthet. Detta görs i samband med framtagning av de initiala konceptidéerna som leder till den definierade produkten.

Vikten av tidiga analyser

I det tidiga konceptarbetet, innan produktdefinitionen fastställs, är det relativt billigt att ändra på föreslagna lösningar och designen är öppen för ändringar. När arbetet närmar sig produktdefinition är ett stort antal personer involverade i utvecklingsarbetet och friheten för ändringar mycket mindre.

Grafen nedan illustrerar ett exempel på förhållandet mellan möjligheten att ändra designen och de upparbetade kostnaderna under produktutveckling. Här kan man se ett det finns stora vinster med att reducera risker tidigt i ett produktutvecklingsprojekt.

Koncepttillväxt över tid

Antalet frihetsgrader i illustrationen motsvarar mängden alternativa lösningar som kan väljas. Kurvan som anger mängden frihetsgrader visar att utformningen av den nya produkten bestäms relativt tidigt i utvecklingsarbetet. Kurvan över upparbetade kostnader visar att tidig användning av bra metoder och stöd för bedömning av designens duglighet och robusthet är mycket viktigt.

Förhållandet mellan möjligheten att ändra designen och de upparbetade kostnaderna under produktutveckling medför att det är av yttersta vikt att ha hög kompetens inom systemutveckling, samt ett bra stöd för att bedöma designens duglighet och robusthet vid framtagning av de initiala konceptidéerna.

Metoder för en holistisk bedömning av koncepten behöver kontinuerligt utvecklas. Datorstöd behövs som integrerar de olika delmomenten, till arbete med gemensamma modeller, för utveckling och utvärdering av konceptidéerna. Att identifiera risker, föreslå åtgärder och ta fram alternativa lösningar är ett viktigt arbete före produktdefinitionen.

Genom simuleringar, prototyputveckling och test av prototyperna kan designen analyseras. Dessa aktiviteter påbörjas i konceptfasen och pågår därefter parallellt med serieutvecklingen. Därigenom minskar i hög grad riskerna under resterande utvecklingsarbete, men även i produktion och användningen av produkten.

Förutsättningar - vad behöver man förstå

Det är väsentligt att analysera vilka restriktioner i form av ekonomiskt utrymme som finns och vilket användningsområde som kunden har uttryckt. Dessutom måste det politiska läget och den inriktning som gäller bedömas, vilket är ofta avgörande för att kunna se vilka förutsättningar och möjligheter som finns till en affär.

Man skall ha en grundläggande förståelse för den miljö och det sammanhang produkten skall verka i och vilka restriktioner som är förknippade med dess användning. För att få denna grundläggande förståelse för kundens behov, är operativa beskrivningar av kundens användning avgörande för att kunna göra en bra analys.

Konceptutveckling utgör tekniskt stöd i marknadsföringskampanjer och som underlag för samarbetsförhandlingar och partnersamarbeten. Genom ökad internationalisering med mer täta samarbetsprojekt krävs konceptutveckling som ger ekonomiskt hållbara lösningar, med möjlighet att realisera i samverkan med andra parter.

Förståelse för kundens operativa behov – vad skall uppnås?

Att få bra operativa beskrivningar från kund, myndigheter, användare m.fl. är centralt för konceptarbete. Det är väsentligt att förstå hur produkten är tänkt att användas, under vilka förhållanden den ska användas och vilka krav som finns på egenskaper och funktionalitet. Nedanstående beskrivning refererar till stegen i ”Översikt konceptutvecklingsstegen”.

Steg 1 – Överordnade behov

Grunden för utvecklingsarbetet är att förstå de perspektiv som huvudintressenterna definierar. De viktigaste perspektiven är följande:

Samhällets behovFörsvarsramar från ett samhällsbehov

Upphandling av den typ av komplexa system som Saab utvecklar skall täcka det behov som samhällets politiska beslutsfattare har bedömt som tillräcklig försvarskapacitet. Bedömningen grundas ofta på en ekonomisk nivå värderad mot andra samhällsbehov. Som företag kan Saab bidra med att leverera lösningar som är långsiktigt hållbara och motverkar en eskalerande utveckling av systemets livscykelkostnader.

Kundens behovupphandlande myndighet

Aktuell myndighet/kund ansvarar för beskrivning av det operativa behovet. Den operativa beskrivningen består såväl av aktiviteter i fredstid som operativa beslut i en kris- eller krigssituation. Det betyder att det operativa behovet måste inkludera olika typer av förmågor över en lång tid ca 30 till 40-år. En följd av detta är att man måste dimensionera systemet utifrån ett vidmakthållandeperspektiv, förutom den prestanda som krävs i de mest krävande kris- och krigssituationer.

Det är vanligt att myndigheten/kunden vill hålla samman en upphandling genom att sluta avtal med flera leverantörer, för olika delar av systemet. En anledning är att man vill säkra leveranser av särskilt viktiga delar, även efter att systemet är i drift. En trend numera är dock att man vänder sig till en eller flera systemleverantörer som övertar detta ansvar.

Brukarens behov – Användning av produkten

Att förstå kundens operativa behov och praktiska användning av produkten är nödvändigt. Den optimala lösningen är ofta en kombination av ett system med hög prestanda och låg kostnad. Den prestandadrivna utvecklingen kräver kunskap om den taktiska loopen som består av alla aktiviteter för att planera, genomföra och utvärdera olika specifika uppdrag.

Den kostnadsdrivna utvecklingen kräver kunskap om hur livscykelkostnaden ska balanseras mellan utveckling, produktion samt drift av systemet. Det kräver ett gemensamt mål mellan producent och kund för att erhålla effektiv industriell förmåga, samt ett koncept som ger effektiva underhållslösningar av produkten över tid, med försörjning av reservdelar, utbildning av personal, etc.

Steg 2 – Operativ analys

Målet med konceptarbete är att till en relativt låg kostnad och med en rimlig säkerhet föreslå en systemlösning som möter kundens behov, men även det arbete och de resurser som leverantören behöver utföra för att realisera och vidmakthålla systemlösningen.

Arbetet inleds med att förstå kundens operativa behov och hur det påverkar den produkt som ska erbjudas. För att uppnå förståelse mellan leverantören och kunden behövs relativt tidigt en målbild för den tekniska systemlösningen. Långt innan den operativa behovsbilden är överenskommen med kunden behöver arbetet inledas med design av en eller helst flera systemansatser.

De operativa förutsättningarna som föreslås via behovsinventering, scenariobeskrivningar och taktisk/tekniska uppdragsbeskrivningar, Concept of Operations (CONOPS) sammanställs i en OCD (Operative Concept Description). OCD:n måste utvecklas i symbios med utvecklingen av designlösningen. Analys och fastställande av taktisk/tekniska samspelet förutsätter ett arbetssätt som är iterativt.

Anledningen är man behöver förstå vilken typ av uppdrag som skall genomföras, hur uppdragen taktiskt kan vara utformade, vilket tekniskt stöd som taktiken kräver samt vilken information och data som behövs för att genomföra uppdraget. I det här tidiga skedet finns inga genomarbetade koncept, istället använder man sig t.ex. av generiska systemansatser som bygger på erfarenheter från studier av liknande situationer.

Andra förutsättningar som är väsentliga att definiera, är den nivå och komplexitet på teknik och teknologier som är tänkt att användas i produkten. Det ger indata till vilka krav som finns på teknikutveckling, systemutveckling, produktion och underhållsbarhet. Man kan också ställa krav på innovativa lösningar och krav på mognadsprocess för den teknik som skall användas. Det finns dessutom en lång rad av randvillkor att ta hänsyn till, exempel på sådana randvillkor är kostnader, miljökrav, livslängd, kundens befintliga system och infrastruktur etc.

Steg 3 – Konceptdesign

När man fått en grov bild av intressenternas krav och behov utformas alltmer detaljerade förslag till lösning för den uppgift det tekniska systemet ska genomföra. Inledningsvis gör man en analys av de funktioner systemet behöver för att utföra uppgiften. Analysen leder till att kundens krav och behov omformas till tekniska krav och beskrivningar, som sedan utgör underlag för framtagning av fysiska lösningar.

Som belysts tidigare är även detta arbete beroende av att itereras med den operativa analysen. De allt mer detaljerade lösningsförslagen måste hela tiden stämmas av mot den operativa funktionen, vilket kan leda till förändringar i både den taktiska och tekniska kravbilden.

När konceptet nått tillräcklig mognad, genomförs studier av hur systemet ska realiseras in i konceptarbetet. Man ser över frågor kring vad man skall utveckla i egen regi och vad man skall köpa som färdiga lösningar, även samverkan med olika typer av partners eller leverantörer analyseras. Oftast är de senare frågorna styrda av affärs- och kontraktsmässiga förhållanden.

Steg 4 – Produktdefinition

I det slutliga konceptsteget sammanställs slutsatserna från operativa analysen och konceptarbetet i en produktdefinition. Den ligger till grund för avtalen om upphandling av det nya systemet.

Genomförda analyser och värderingar resulterar i en syntes som beskrivs i den slutliga OCD:n samt konceptbeskrivningar som uttrycker den tekniska kravbilden inför kontraktsskrivning och serieutveckling. I resultatet ingår även beskrivning av vad det operativa uppdraget skall åstadkomma och hur det ska göras med hjälp av tillgängliga resurser, sådana krav berör t ex underhållsbarhet, planering, utbildning och träning.

Slutdokumentationen från konceptfasen ligger därefter som grund för planeringen av den tekniska serieutvecklingen och tillverkningen av systemet. Den beskrivna konceptframtagningen är rekursiv, d.v.s. kommer att upprepas under serieutvecklingen, men på delsystemnivå.

Konceptdesign - vad vill man förmedla, vad skall förstås

Koncept och konceptdesign används för ett antal olika ändamål där en funktionell och fysisk målbild är efterfrågad. Exempelvis vid kommunikation med kunder inför affärer utgör konceptarbetet och dess lösningsförslag ett viktigt sätt att förstå och kommunicera idéer och behov. Behoven kan vara interna eller externa.

Exempel på interna behov är när ledningen skall utvärdera olika affärsmodeller och samarbeten. Även utveckling inom befintlig produktportfölj och framtagande av nya produkteridéer är exempel på interna behov. Inom teknikdisciplinerna är dessutom interna konceptarbeten värdefulla för kompetensuppbyggnad och förmågeutveckling.

Externa behov är exempelvis idéutveckling och riskreduktion kopplade till affärskontrakt. Saab medverkar både på nationell och internationell nivå i teknisk förmågeutveckling och som stöd i analyser av såväl infrastrukturella som operativa frågeställningar.

Resultatet av konceptarbete kan presenteras på en mängd olika sätt, från textuella systembeskrivningar till att utgöras av olika typer av virtuella eller fysiska teknikdemonstratorer.

Ett praktiskt konceptarbete – visa på förmågor med framtidsinsikt

En teknikdemonstrator är en prototyp där man med olika restriktioner visar på en möjlig teknisk eller operativ förmåga. En teknikdemonstrator skapas ofta för att testa nya gränser för tekniska lösningar, samt till att positionera sig som en intressant leverantör och samarbetspartner. Andra motiv är att känna av marknaders och kunders reaktioner på möjliga tekniska lösningar för operativa behov. Inom företaget är teknikdemonstratorer mycket värdefulla för att utveckla ny teknisk förmåga och även utveckla ny verksamhetsförmåga för effektivare och rationellare arbetssätt.

Att utveckla funktionella demonstratorer är även ett vanligt sätt att successivt reducera risker i ett projekt. TRL-skalan utgör den teknikförmåga som mäts dels på förmågan att täcka de behov som tekniken är lösningar för, dels på hur färdigutvecklad den är för att tas i bruk.

  • TRL9 Actual system proven through successful mission → R&D.
  • TRL8 Actual system completed and qualified through test and demonstration. → R&T.
  • TRL7 System prototype demonstration in operational environment.
  • TRL6 System/subsystem model or prototype demonstration in a relevant environment.
  • TRL5 Component and/or breadboard validation in a relevant environment.
  • TRL4 Component and/or breadboard validation in laboratory environment.
  • TRL3 Analytical and experimental critical function and/or characteristic proof of concept.
  • TRL2 Technology concept and/or application formulated.
  • TRL1 Basic principles observed and reported.

Teknikdemonstratorer visas ofta vid olika mognadsgrad under teknikutvecklingen, exempel på demonstratorer är beskrivande modeller av den framtida lösningen. De kan spänna från en enkel geometrisk modell som kan visas i en dator, till fullskaliga och flygande system. Exempel på sådana flygande teknikdemonstrator som Saab har tagit fram de senaste femton åren är Filur, Shark, Neuron och Gripen Demo. (Dessa teknikdemonstrator beskrivs under avsnittet "Utveckling av teknikdemonstratorer").

Teknologiutveckling och implementation av ny teknik sker inte bara vid framtagning av nya produkter, utan fortgår långt in i en produkts livscykel.

Konceptets innehåll – operativ lösning

Det operativa konceptet inkluderar uttalande av målen för systemet samt strategier, taktik, riktlinjer och begränsningar som påverkar systemet. Det finns även många andra hänsynstaganden som är intressanta, det kan exempelvis beröra användning och underhåll, hur man leder operativa insatser samt hur man överordnat samverkar mellan olika organisationer hos kund, brukare etc.

Randvillkor finns alltid, de kan t.ex., utgöras av specifikt ansvar och befogenheter, hur dessa delegeras samt hur operativa processer skall användas för att sätta in systemlösningen i ett operativt fall. I det operativa konceptet ingår också att visa processer för att initiera, utveckla, driftsätta och underhålla systemlösningen.

Faser vid konceptutveckling – hur gör man

Begreppet konceptuell utveckling uppfattas på många olika sätt. Enligt Saabs teknikutvecklingsprocess är koncept ett livscykelsteg, som introduceras tidigt i livscykeln och som används som utredningsfas inför serieutvecklingen.

Konceptutveckling inom Saab består av tre delsteg, Behovsanalys (Needs Analysis) Konceptutredning (Concept Exploration) och Konceptdefinition (Concept Definition).

Livscykelstegen är rekursiva, d.v.s. de beskriver ett arbetssätt som återkommer flera gånger under ett utvecklingsprojekt. De rekursiva flödena ses vanligtvis som en hierarkisk nedbrytning av system till delsystemnivåer, koncept skapas för varje nod i varje ben av nedbrytningen.

I figuren visas hur rekursiva flöden kan ses som en hierarkisk nedbrytning av system till delsystemnivåer.

De rekursiva flödena kan även vara dynamiska, där konceptens mognad successivt utvecklas tills de nått en mognad som passar för en produktdefinition. Det dynamiskt rekursiva arbetssättet för ett produktkoncept kan liknas med ökad mognad för teknik, dvs. ökande TRL (Technology Readiness Levels).

Utredningar inför delsystemutveckling och ”trade-off studier” för analys av olika lösningsförslags påverkan på systemet som utvecklas, fortgår som konceptstudier under större delen av serieutvecklingen.

Vid systemutveckling har man att ta hänsyn till behov av tillgång till specifik kompetens och en mängd andra resurser över tid. Man behöver väl definierade arbetssätt och en stor mängd verktyg för att genomföra utvecklingsarbetet som kan kosta stora belopp. I nedanstående figur visas principiellt stegen för en konceptmognad och en uppfattning om den resurstillväxt (jämför med figuren för Koncepttillväxt över tid) som erfordras över tid. Mognadsstegen är mer beskrivna i delkapitel 4.

I figuren visas stegen för en konceptmognad med resurstillväxt

Det är särskilt viktigt att börja i liten skala, med olika typer av koncept för att förstå behovsbild och möjliga förslag till lösningar. För att detta skall kunna göras rationellt, behövs ett väl strukturerat arbetssätt under konceptfasen.

Mognadstrappa vid konceptutveckling - hur ökar förståelse?

Utgångspunkt för en konceptstudie är oftast ett livscykelperspektiv. Man skall ha ett helhetsperspektiv på kundens operativa behov och man behöver resonera strategiskt, om vilka teknologier som kommer att finnas tillgängliga under produktens livscykel. Detta är naturligtvis mycket svårt, kanske t o m omöjligt.

Ett stöd är dock att försöka skapa ett förutseende och ett genomtänkt system avseende produkt- och informationsarkitektur. Man skall försöka skapa ett systemtänkande som genom utbytbarhet, kan hantera förändringar över tid.

Det betyder också att man i de första stegen använder sig av personer som är generalister och har stor erfarenhet av konceptarbete och produktutveckling. De ska göra grova bedömningar av behoven och föreslå lösningar med liten tidsmässig insats. Analyserna ska ha fokus på helhetens förmågor och systemets prestanda - vikt, motstånd, dragkraft, balans med mera som behöver predikteras. Det gäller att tidigt göra relevanta riskbedömningar kopplade till de val som görs.

Flygsystemets huvudsakliga funktionalitet måste analyseras noggrannare, för att öka konfidensen i det inledande arbetet. De komponenter som huvudsakligen påverkar ett flygsystemets prestanda studeras noggrannare, viktiga delar brukar vara landställ, flygplanskropp med dess aerodynamik och möjligheter till installation samt motorval.

När tillräcklig robusthet nåtts i de inledande analyserna kan djupare analyser och delsystemansatser analyseras mera. Precis som tidigare ska de primärt funktionella delarna vara i fokus, alltefter som man går vidare i konceptarbetet ökas insatsen både resurs- och tidsmässigt.

Snabba och korta studier – reducera risker

Snabba och korta studier är nödvändiga för att reducera risker. Det är lätt att underskatta risker i nya teknologier och man behöver göra avvägningar mot helheter och en operativ verklighet. Man måste bedöma nytta och svårigheter med integration av ny teknik, exempelvis framdrivning eller navigation. Man behöver också bedöma krav på signaturåtgärder, skrovstrukturer, installationer mm. Dessa krav kan inte fullt ut värderas om inte farkoster redan från början dimensioneras med förutsättningar som finns i ny teknik.

Kontinuerliga snabba och korta studier är en förutsättning för att vidmakthålla kompetens och en kunskapsbank, ett bibliotek, med initial information som stöd för marknadsföring och nya konceptstudier.

Behovsanalys

Vid mer ingående konceptstudier gör man en mer omfattande behovsanalys, som innefattar hur olika komponenter kan eller behöver anpassas/nyutvecklas till systemkrav och systemlösning. Resultat från en behovsanalys kan bli ett beslutsunderlag för att göra en studie av en produktidé.

Som exempel kan ett koncept finnas framtaget för att matcha en flygfarkost mot specifikationskrav så som flygtekniska prestanda, signatur mm. Däremot behöver inte initialt alla fakta definieras i detalj såsom integration av sensorer och installationer, däremot behöver man ta hänsyn till egenskaper som driver konceptets storlek och förmåga. Exempel på dessa egenskaper är vikt, volym och effektbehov för alla system och komponenter.

I analysen ingår integrationsstudier av utrustning i befintliga farkostkoncept. Dessa integrationsstudier har till syfte att utreda påverkan från installerade system/utrustningar, alternativt studie av påverkan från ny teknik.

Resultat från studierna kan ge många olika utfall och kan dessutom beröra olika områden som påverkar flygegenskaper, såsom flygteknisk analysdata, vikt, volym, försörjning och signatur.

Resultaten kan även beröra konstruktions- och produktionsfrågor, exempelvis installationsmöjligheter och CAD-modeller. I förekommande fall leder resultaten till förslag på konfigurationsändringar av befintliga koncept.

Som avslutning av behovsanalysen görs en värdering och återmatning av specifikationsuppfyllelse för farkosten innan nästa konceptnivå påbörjas.

Konceptundersökning

Om man väljer att gå vidare med en konceptundersökning av en produktidé görs en definition av krav på hög nivå för system och komponenter, resultatet kan bli ett beslutsunderlag för att göra en studie av en preliminär affärsidé.

I en konceptundersökning görs en grovsållning av koncepten eller layouterna. Här påbörjas det verkliga jobbet med kravsättning av flygfarkosten. Hela farkosten arbetas igenom del för del för att se hur de påverkar utformningen. Det här är en iterativ process där funktioner/krav avvägs mot kostnad och risk.

Konceptundersökningen resulterar i ett utkast till både produkt- och projektspecifikationen. I projektspecifikationen finns erforderligt underlag för att ta beslut om man skall fortsätta studien eller ej.

Man tar också fram ett support- och underhållskoncept för att kunna analysera produktens vidmakthållande, i resultatet finns en kostnadsuppskattning av produkt och projekt inklusive riskidentifiering.

Som avslutning av konceptundersökningen görs värdering och återmatning av konceptens specifikationsuppfyllelse innan nästa konceptnivå påbörjas.

Produktstudie

Val som gör att man går vidare med en produktstudie baseras ofta på starka marknadsintressen för de konceptidéer som utvecklats i de tidigare stegen. Då kostnaden för en produktstudie ökar kraftigt jämfört med tidigare steg, finns ofta en finansiär med i form av en kund eller andra intressenter. De kan t.ex. finansiera mer omfattande teknikstudier eller utveckling av demonstratorprogram, för att minska riskerna inför produktuppgraderingar eller upphandling av helt nya system.

Analyserna i en produktstudie liknar de i det föregående steget, men sker på en mycket mer detaljerad nivå. Här sker även djupare analyser av utvecklingsprojektets genomförande, tillverkning av den föreslagna produkten och förutsättningarna för användning av produkten.

Medan de tidigare stegen ofta är interna förberedelser, genomförs produktstudien vanligen tillsammans med externa intressenter. Tekniska institut, leverantörer och samarbetspartners är exempel på intressenter, medverkande finansiärer har av naturliga skäl krav på deltagande.

I det här mognadssteget behövs ofta även samverkan med externa resurser, såväl av kapacitets- som kompetensbehov. I detta skede är man ofta inte tillräckligt säker på att få en affär för att kunna bygga upp en utvecklingsorganisation, samtidigt sker den tekniska analysen på en detaljeringsnivå som ger behov av en större organisation och utökad förmåga.

Även krav på speciella analysmetoder och anläggningar medför att man behöver extern medverkan, exempel på detta är vindtunnlar, klimatkammare, testanläggningar för t.ex. motorer och anläggningar för genomförande av demonstrationer hos partners och leverantörer.

Produktdefinition

Om man väljer att gå vidare med en konceptdefinition av affärsidén, genomförs en mycket detaljerad produktstudie. Där görs en definition av kraven på systemet, dess ingående komponenter, samt systemets behov av support och underhåll vid användning (ILS-koncept).

Man gör också en definition av krav på hög nivå av komponenter och delsystem samt studier av olika typer av gränssnitt, ett utkast till produktionsplanering och uppskattningar av produktionssystemets utformning ingår också i konceptdefinitionen. Kundkrav med önskvärda förmågor och alla operativa krav utgör dessutom de förutsättningar som ingår i konceptdefinitionen.

Resultatet av konceptdefinition är en sammanställning av alla utvecklingsdrivande tekniska krav i form system- och delsystemspecifikationer, dessutom finns nu genomarbetade koncept för underhållssystemet med driftprofiler som är förankrade med den framtida användaren.

Man har också specificerat ett utkast på en certifieringsprocess för den produkt som avses, i resultatet skall finnas en grundkonfiguration definierad och bearbetad för 1-2 olika produktalternativ. I denna grundkonfiguration finns information på ett antal olika områden såsom layout (geometri), struktur, sensorer, antenn- och vapenintegration, signatur etc. Eventuellt kan även någon form av markstation finnas definierad i ett preliminärt utförande.

Resultatet innehåller en mängd specifika bedömningar av olika system och funktioner. Man bör åtminstone ha gjort en flygdynamisk simulering för en möjlig konfiguration av produkten, med preliminära data för t.ex. motorprestanda, massdata samt aerodata.

Andra teknikområden som måste vara definierade är styrsystem, systemfunktioner och arkitektur, dessutom måste det finnas konceptutkast på alla försörjningssystem i flygfarkosten, exempelvis landställ, bränsle, elkraft etc. Helhetsbedömningar och analyser skall finnas för stryktålighet och taktisk seghet, d.v.s. hur robust flygsystemet är när det utsätts för skador och har tappat viss funktionalitet.

Andra mer överordnade frågor som ingår i resultatet är kostnadspredikteringar och riskbedömningar för utvecklingsarbetet och den utvecklade produkten. Ett förslag till projektspecifikation för nästa steg i utvecklingsarbetet, samt bedömning av kritiska tidslinjer skall också finnas vid en eventuell realisering.

Exempel på konceptarbete

Vid utveckling av framtida system måste man diskutera och förstå systemens potentiella egenskaper och förmågor, med direkta kunder och/eller intressenter på möjliga marknader.

Konceptarbete drivs mot rörliga mål och behöver värderas och omprövas kontinuerligt, värderingen skall göras mot det beskrivna användningssättet. Värderingen av efterfrågade aspekter görs i samverkan med berörda intressenter.

Nedan beskrivs mycket kort några exempel på motiv och resonemang vid tidiga utvecklingsskeden, exemplen utgör två olika typer av konceptarbeten. Det första exemplet är ett arbete som utgår från en befintlig produkt – Gripen, som har ett marknadsbehov och som innebär vidareutveckling. Det andra exemplet beskriver frågeställningar att hantera vid konceptarbete för ett nytt militärt flygsystem.

Konceptstudie för vidareutveckling av Gripen

Innan vidareutvecklingen av Gripen började genomfördes ett antal koncept-/trade-off-studier i syfte att bedöma möjligheter och risker med olika idéer, för att nå målen med utvecklingen.

Genomgående för studierna var att behålla de funktioner och egenskaper som låg till grund för designen av grundkonceptet i Gripen-systemet, viktiga designdrivare är t.ex. enkelt underhållssystem, sänkt livscykelkostnad och bättre pilotstöd. Det svenska vägbassystemet såsom det använts tidigare var en grundpelare för hur Gripen utvecklades. Det påverkade såväl Gripens prestanda och robusthet som livscykelkostnad.

Grundkonceptet i Gripen-systemet hade förutom prestandakrav, även mål som syftade till att hålla nere kostnaden för systemet. Det senare sågs som en avgörande faktor för att försvarsmakten skulle ha råd att investera och kunna driva ett nytt system. Storlek och flexibilitet ansågs vara centrala frågor för att hålla nere inköps- och driftskostnaderna.

För att kunna vidareutveckla och samtidigt behålla grundtanken med Gripen-systemet, genomfördes ett antal konceptstudier, målet med studierna var att finna lösningar som motsvarade marknadens krav på större kraftbudget och längre räckvidd. Studierna genomfördes med fokus på motorbyte och ökad mängd internt bränsle.

Ett antal av dessa studier berörde lösningar med konforma bränsletankar utanpå befintligt skrov, vilket skulle ge efterfrågad ökning av bränslevolymen. Man granskade placering av bränsletankar, alternativen var bukplacerade eller ryggplacerade på flygplanet. Men utanpåliggande tankar medför inte bara möjligheter, utan motverkar en del av kraven på en ny lösning.

En del av det fortsatta arbetet inriktades därför mot att hitta lösningar med interna bränsletankar som inte ökade den aerodynamiska ytan lika mycket som utanpåliggande. Flera alternativ studerades med lösningar som utökade den inre bränslevolymen. Dessa alternativ innebar mindre relativ motståndsökning än om man designade flygkroppen med utanpåliggande bränsletankar.

Figuren visar två olika förslag på tankplacering

Den lösning som slutligen valdes innebar att huvudlandstället flyttades från kroppen till vingen vilket gav plats för en centralt placerad bränsletank. Bränsletanken hamnade på så sätt nära tyngdpunkten vilken är en flygteknisk fördel.

Figuren visar vald principlösning för Gripen E

Slutsatsen från studierna avseende ny placering av bränsletank blev följande:

  • Huvudlandstället flyttas till vingen vilket möjliggjorde stor intern tankvolym.
  • Tillåter ökad intern bränslekapacitet utan
  • Innebär endast ett minimum av strukturella förändringar.
  • Minimerat luftmotstånd genom intern placering.
  • Ökad flexibilitet för vapen
  • Bästa lösningen för framtida utveckling av flygplanet.

I studierna ingick även lösningar av andra frågor som motiverade att vidareutvecklingen av Gripen-systemet, blev marknadsmässigt bra. När en affärsmässigt sund lösning identifierats vidtog ytterligare detaljerade studier för olika delsystem, som kunde moderniseras och förmågeutvecklas. I de senare konceptskedena utvecklades även en flygande demonstrator (Gripen Demo) som stöd i utvärdering, utveckling och marknadsföring av Gripen.

Studie för nyutveckling

Vid utveckling av ett helt nytt system med fler okända faktorer, behövs en lång period innan beskrivning av användning och systemutformning når den mognad som ett befintligt system har.

Det som bidrar till skillnad i utvecklingstid utgörs till mycket stor del av hur väl man kartlagt marknads- och kundbehov och sedan jämfört dessa mot de trender som finns för framtida teknik- och teknologiutveckling. Här finns goda skäl till att göra noggranna analyser för att kunna bedöma vilken inriktning man skall ha för sin affärs- och produktplanering.

Inledningsvis består konceptarbetet till stor del av, att tillsammans med kunder kartlägga och konfirmera framtida behov där förankring med de primära intressenterna är en central fråga, för att kunna förstå de reella behoven av det framtida systemet.

Behoven i sin tur drivs av politisk, ekonomisk och teknisk utveckling i den omgivning systemen ska verka i, vilket medför att arbetet blir multidisciplinärt och dynamiskt iterativt, där en konvergerande mognadsutveckling eftersträvas.

Utvecklingen av användningsbeskrivningen sker genom taktisk/tekniskt konceptarbete mot bakgrunden av olika tänkbara utvecklingsscenarier. Detta innebär bland annat att man gör sammanställningar av teknologitrender, kopplade till det beskrivna förmågebehovet, så som det beskrivs i delkapitel ”Snabba och korta studier”. Varje värdering leder till att scenarier samt taktik- och systemkonceptet mognar, i syfte att kunna öka detaljeringsgraden.

Den tekniska mognaden drivs av studier om teknologier och systemlösningar som täcker den bedömda förmågan, dessa kan vara befintliga eller nya lösningar som kombineras på olika sätt. En väsentlig del av konceptarbetet är att definiera hur integration av alla lösningar skall genomföras.

I pågående studie om framtida militära flygsystem genomförs värderingar av föreslagna systemlösningar på årsbasis.

I varje värderingscykel genomförs en iterativ process som innebär en initial syntes, en behovsanalys och en konceptdefinition. Dessa värderingar av framtida användningsområde och tekniska koncept görs i samverkan med bland annat försvarshögskolan, forskningsinstitut och teknikutvecklande företag.

Som beskrivits tidigare är syftet med varje värderingscykel att öka mognadsgraden i de operativa beskrivningarna och i de tekniska koncepteten, där varje värderingscykel ger ökad mognad och ökande TRL-nivå.

I pågående arbeten om framtida militära flygsystem motsvarar den första värderingscykeln enligt TRL-skalan att man genomfört nivå 1 på TRL-skalan ” Basic principles observed and reported” och nivå 2 som innebär ”Technology concept and/or application formulated”.

Fortsatt arbete i studien för framtida militära flygsystem kommer att öka TRL-nivån i varje värderingscykel (behovsanalys och konceptdefinition), för att slutligen nå den högsta konceptnivån som är nivå 6 och innebär ” System/subsystem model or prototype demonstration in a relevant environment”. I detta skede är konceptarbetet avslutat och efterföljs av systemutvecklingsarbetet.

Resultatet av konceptarbetet sammanställs i en OCD, en beskrivning av systemet i den operativa miljön. OCD inkluderar beskrivning av förankrade behov och dess användning under systemets livscykel. Inkluderat är även taktisk/tekniska krav och begränsningar kopplade till systemets användning.

Sammanfattning av ett praktikfall för nyutveckling

Exemplet är hämtat från en studie som genomfördes för att undersöka eventuella affärsmöjligheter med ett flygsystem för övervakning, vilket innebär att de tre första stegen i den beskrivna konceptmetodiken genomfördes.

I studien efterfrågades ett ”flygande havsövervakande system”, för området kring gränsen mellan norra Atlanten och södra Ishavet. Scenariobeskrivningen visar på ett vidsträckt område där yttrafiken ska övervakas och klassificeras, uppdrag ska kunna genomföras i hårt väder och låga temperaturer, som är ofta förekommande i området. Normalt ställs krav på närvaro tolv dagar per månad med möjlighet för utökning till kontinuerlig närvaro. Vid upptäckt av misstänkta oegentligheter ska ”förövaren” identifieras och övervakas tills åtgärder kan sättas in.

Beslut om åtgärder tas av en uppdragsledning som är placerad på flygsystemets hemmabas.

Exempel på funktioner som efterfrågas för att lösa uppgiften med ett flygande system är följande:

  • Uthållighet under lång tid både vad gäller farkost och personal.
  • Mycket avancerad övervakning.
  • Erforderlig kommunikationsutrustning för uppdragsledning.
  • System för identifiering och registrering.

Det ställer krav på sensorfunktioner för upptäckt av yttrafik, optiska kamerasystem för identifiering, lagringsutrymme för informationen samt kommunikation som når uppdragsledningen.

Ett antal kombinationer av taktiska och tekniska systemlösningar för att genomföra uppdraget undersöktes, i slutet av studien valdes att fortsätta konceptarbetet med ett obemannat flygsystem. Valet grundades bland annat på att uthålligheten ställer krav på dygnslånga flygpass, att kostnaderna för både systemutveckling och drift kan minskas med ett mindre flygsystem samt att personrisker för flygande personal bedömdes stora i det beskrivna uppdraget.

För att möta de ovan beskrivna funktionerna, valdes en ytbevakande radar som från hög höjd kan täcka stora ytområden och ett elektro-optiskt system för positiv identifiering på lägre höjder. Satellitkommunikation för större datamängder är osäker på de breddgrader som det gäller här. För att kunna sända information till uppdragsledningen valdes därför att ha en extra UAV i flygsystemet som kommunikationsrelä.

Resultatet från studien

Som nämnts tidigare är riskminskning en av grundstenarna i konceptutveckling. Resultatet från studien pekar på ett antal omogna områden, som behöver utveckling före och/eller parallellt med fortsatt koncept- och systemutveckling. Exempel på behov är utveckling av ett antal regelverk, standarder och tekniska system. Regler för obemannad flygning i fritt luftrum fastställs genom internationella överenskommelser, reglerna behöver tolkningar i standarder för utveckling och drift av obemannade system. Dessutom behövs teknologi, som möjliggör att regler och standarder kan följas och utvecklas.

Som beskrivet praktikfall visar finns lösningar på efterfrågat behov, men det finns risker som måste omhändertas innan ett robust system kan utvecklas.

Författarens reflektioner