Nederlandse Marine koestert computers in couveuse

Standaardsoftware ter zee

Dit artikel delen:

In vier gloednieuwe fregatten, die de komende jaren van stapel lopen, gebruikt de Nederlandse marine standaardcomputers van Sun Microsystems. Voorheen werden speciale, zelf ontworpen militaire apparatuur of sterk aangepaste commerciële computers ingezet voor het koppelen van wapen-, communicatie- en sensorsystemen. Tegenwoordig komt een gewone server benedendeks te staan - maar wel in een couveuse.

Voor de komende vier jaar heeft de Koninklijke Marine vier nieuwe schepen op stapel staan, zogeheten Luchtverdedigings- en Commando-fregatten (LCF). Deze vier fregatten worden gebouwd in de werf te Vlissingen. Het eerste schip, de Zeven Provinciën, is begin april gedoopt. Daarmee zijn de werkzaamheden van de werf beklonken en is het schip als vaartuig klaar.
"Dat wil zeggen dat de romp en de vaarsystemen operationeel zijn; het kan vooruit, achteruit, links en rechts. De elektrische systemen zijn wel aangebracht, maar de invulling van de rest gaat nu gebeuren", vertelt lieutenant-commander Wim Klaver, projectofficier van de 'combat direction systems' die aan boord van de nieuwe fregatten worden geplaatst. Volgens planning moet de Zeven Provinciën begin 2002 echt af zijn, klaar voor de vaart.
Klaver gaat over de ontwikkeling en implementatie van de hardware. Hij deelt de verantwoordelijkheid over de nieuwe computersystemen met zijn 'baas', ingenieur Cees Koole, die de communicatiesystemen en de integratie daarvan overziet. Vanuit het 'centre for automation of weapon and command systems' (CAWCS) van de marine werken Theo van Dijk, programma-manager van de afdeling systeemontwikkeling, en Gijs van der Poel, PLLCF van de afdeling systeemontwikkeling, aan de software-kant.

Miljoenen

De Nederlandse Marine en Sun Microsystemens hebben begin dit jaar een contract getekend voor de levering van ongeveer 450 werkstations en servers aan de marine. De komende vier jaar worden deze standaard computersystemen in gebruik genomen op de vier nieuwe schepen in de LCF-klasse. De marine zet de apparatuur in voor de operationele taken van deze fregatten. En dat wil zeggen de verdediging van het schip zelf én van andere schepen in tijden van oorlog. Daarnaast hebben de schepen in de LCF-klasse communicatiefaciliteiten aan boord om de commando-staf te huisvesten van een eskader van meerdere boten. De computerorder bij Sun heeft een looptijd van drie jaar en behelst een bedrag van enkele tientallen miljoenen guldens.
Het Amerikaanse bedrijf heeft deze bestelling verworven nadat de marine in september vorig jaar een Europese tender uitschreef voor levering en onderhoud van de ongeveer 450 benodigde Unix-werkstations en servers voor de nieuwe fregatten. De eerste levering, bestaande uit 140 systemen uit Suns Ultra80-serie, vond in april dit jaar plaats. De rest van de order wordt gedurende de komende drie jaar uitgeleverd.
De marine zet hiermee een stap naar standaardisatie die voor de buitenwacht een zevensmijlssprong lijkt. "Maar de eerste stappen naar het standaardiseren van computersystemen voor de marine zijn 67 jaar geleden al gezet, hoor", zegt Klaver. Dit om meteen het misverstand recht te zetten dat de marine alleen met zelf ontworpen of zwaar aangepaste computers werkt. "Er was toen nog heel veel zelfbouw, maar later zijn binnen de Navo initiatieven in gang gezet om de apparatuur en procedures van de verschillende landen meer op elkaar af te stemmen."
Koole valt hem bij: "We gebruiken ook al een tijdje commerciële, kant-en-klare software (commercial off the shelf, oftewel cots). Bij de voorgaande serie fregatten, de M-klasse, bestaat ongeveer eenderde van de software uit cots-programmatuur." Die schepen stammen uit het begin van de jaren negentig. Ook de hardware op de M-fregatten bestaat voor een deel uit standaard computers. Samen met de standaard software draait dat in een schil van 'marine-eigen' programmatuur en systemen. Die acht schepen hebben in wezen een voorloper aan boord van de couveuse-constructie die dienst zal doen bij de nieuwe fregatten van de LCF-klasse.

Beschermend omhulsel

De marine gebruikt voor de M-fregatten Vax-systemen van serverleverancier Digital (DEC), tegenwoordig dochteronderneming van computerfabrikant Compaq, met het besturingssysteem VMS. In 1985 is voor het eerst kennis opgedaan met die systemen, waarna het idee ontstond voor de couveuses. Toeleverancier Hollandse Signaal Apparaten, die voorheen veel marine-specifieke componenten produceerde, was zelf ook al bezig met plannen in die richting. Het gebruik van standaardcomputers in een beschermend omhulsel zou veel kosten besparen, onder meer bij de productie van onderdelen. Begin jaren negentig begon de marine aan de bouwschetsen voor de LCF-klasse. Daarbij werd het idee van een volledige couveuse rond 1995 verder ontwikkeld en uiteindelijk opgenomen in de bouwplannen.
Een dergelijke bescherming voor computers is nodig. Zelfs als het zware servers betreft die van zichzelf al zijn uitgerust met beveiligingsfuncties voor een stabiele werking van de systemen. Denk aan de dubbele uitvoering van onderdelen als harde schijven, transformatoren, koelventilatoren en processors. Voor de marine is dit niet afdoende. "De hardware moet kunnen overleven aan boord", zegt Koole. En dat bedoelt hij letterlijk. "De machines krijgen te maken met schokken, van de golfslag en van het varen zelf, en temperatuurwisselingen." De operationele temperatuursbestendigheid van de computers ligt op ongeveer 55 graden Celsius met pieken tot wel 60 graden, schat Klaver.
Koole: "En het is ook mogelijk dat er ontploffingen plaatsvinden, in de buurt van het schip en de systemen." De computers hoeven echter ook weer niet ontploffingsbestendig te zijn. Als een treffer zó dichtbij de systemen plaatsvindt dat het de directe omgeving betreft, dan maakt het in wezen niet meer uit. Het schip is dan dusdanig beschadigd dat het niet meer kan deelnemen aan de strijd, legt de ingenieur uit.

Lange ontwikkeltijd

De computertechnologie die de marine jaren geleden gebruikte, werd zelf ontworpen en gefabriceerd. "En daar was een lánge ontwikkeltijd mee gemoeid", benadrukt Koole. De andere drie knikken ernstig mee. Van Dijk vult aan: "Bij een dergelijke, specifieke ontwikkeling zijn bovendien relatief weinig software-tools beschikbaar. Die moesten we immers ook zelf maken."
Ontwikkelaar Van der Poel verduidelijkt dit dilemma voor de software-groep: "Sommige van onze oudere systemen waren 24-bit, waarmee we afweken van de gangbare 16-bit computers en de latere 32-bit machines. Vanwege die tussenmaat was er voor ons onvoldoende ondersteuning vanuit de commerciële wereld." Daar werd 24-bit namelijk nauwelijks gebruikt.
De marine schakelde dan ook gedeeltelijk over op commercieel verkrijgbare computers. Die systemen werden echter wel grondig aangepast aan de specificaties van de marine. Het zogeheten ruggedizen, oftewel ruiger maken, van de computers. Zowel de hardware als de software ondergingen ingrijpende veranderingen. En ook dat vergde veel tijd. Eigenlijk te veel tijd.
"Uiteindelijk komt het allemaal neer op kostenoverwegingen; het zelf ontwerpen van het besturingssysteem, de systemen voor datacommunicatie en de ontwikkelhulpmiddelen is duur. Wij moeten ons bezig houden met onze kernactiviteit. Wat dat betreft zijn we hier helemaal niet zo verschillend van de commerciële wereld", lacht Van Dijk. "Bovendien voldoet de huidige, gangbare communicatietechnologie aan onze eisen. In het verleden was dat niet het geval." En zo ontstond de basis voor de nieuwe constructie die de marine gebruikt voor de nu in aanbouw zijnde fregatten.
De couveuse is van binnen gewoon een industriestandaard rechtopstaand rek (rack) van 19 inch breed en bijna 2 meter hoog waar de computers in geplaatst worden. Van buiten meet de couveuse 21 inch bij ruim 2 meter. In die ruimte bevinden zich de UPS (uninterruptible power supply), het airco-systeem en de actieve vering, die de bewegingen van het schip meet en daarop reageert. Dat moet op reagerende wijze, want de exacte schommelingen en trillingen zijn niet te voorspellen. "Er zijn golven die de vaart van het schip kunnen snijden, er is de mogelijkheid van ontploffingen in de nabijheid van het fregat of zelfs van treffers aan boord", somt Koole op.
De speciale capsule biedt de marine dankzij de interne standaardmaten en aansluitingen een zeer grote flexibiliteit: het is in wezen zelfs mogelijk computers van andere leveranciers te plaatsen. Daarvoor moeten dan wel de benodigde ontwikkelhulpmiddelen en applicaties beschikbaar zijn, om niet te spreken van complete bekendheid met het systeem. Alle sensor-, wapen- en communicatiesystemen aan boord van een schip werken samen via de computers. Grondige afstemming is een vereiste, geen wens. Het is dus zeker geen kwestie van 'plug and play'.
Bovendien hebben de nieuwe fregatten allemaal twee redundante couveuses aan boord waarbinnen de marine een kantooromgeving emuleert. Klaver: "Elk van die couveuses draait dezelfde toepassingen en heeft eigen koelsystemen en koppelingen naar de rest van het schip." Die uitgebreide, dubbele uitvoeringen van computers, applicaties, couveuses en aansluitingen is niet bepaald overdreven: het woord bedrijfskritisch is eigenlijk nog te licht om van toepassing te zijn. "Een schip kan zich in een oorlogssituatie bevinden en dan schade oplopen. Echt fysieke beschadigingen."

Weerbaarheid

En de computers zijn nodig om de input van de sensoren, zoals radar en sonar, te koppelen aan de communicatie- en wapensystemen. Zonder de computers geen weerbaarheid. In het uiterste geval kan het verlies van die systemen leiden tot het verlies van het schip. Het gaat dan echter wel om felle strijd, de overige systemen van het schip zijn namelijk niet afhankelijk van de couveuse-computers zodat het zonder die apparatuur nog wel kan manoeuvreren.
Maar ook in gewone, alledaagse situaties is de redundantie van de computers inclusief couveuses broodnodig. "Als een schip zich midden op de Atlantische Oceaan bevindt, kun je niet even een servicemonteur laten komen wanneer er iets mis is", legt Van Dijk uit. De paraatheid van het schip moet te allen tijde gewaarborgd zijn.
Al met al lijkt het toch nog wel een omslachtige en kostbare aanpak om standaardcomputers te gebruiken. "Dat valt toch wel mee, hoor", zegt Klaver. "We hebben geprobeerd bestaande machines aan te passen (ruggedizen), maar de kosten daarvan pakken ongeveer een factor drie hoger uit dan van de oorspronkelijke standaardsystemen. Bij complete zelfbouw van computers is het zelfs vijf keer zo duur. Bij deze oplossing zijn de kosten slechts twee keer zo hoog", rekent hij voor. "Bovendien is in zo'n kabinet redelijk makkelijk een nieuwe machine te plaatsen. Niet alleen voor het vervangen van defecte componenten, maar ook voor het opwaarderen van de hardware naar een geheel nieuwe computer."

Geldbesparing

Van Dijk noemt nog een ander, groot voordeel: "De besteltijd die wij kunnen hanteren voor computers is nu veel korter, dat scheelt veel geld. Daarnaast kunnen we door die kortere besteltijd ook de nieuwste technieken gebruiken. Tenminste, wanneer dat voor ons echt meerwaarde biedt."
De flexibiliteit van de couveuse werkt niet alleen naar de toekomst, bij het vervangen van het systemen. Er zijn ook al voordelen bij de aanvankelijke bouw van schepen en de daarin behorende computers. Voorheen gebruikte de marine ook standaardcomputers, maar het paste die machines aan. "Dat ruggedizen van standaardsystemen kost ook tijd, veel tijd. Dus moet je ruim van tevoren je computers bestellen", legt Klaver uit. Daarbij moet de marine wel de zekerheid hebben dat de gekozen apparatuur op termijn nog leverbaar is, zowel tijdens de hele ontwerp- en bouwfase als tijdens de eigenlijke levensloop van het schip.
Koole: "Bij de lange besteltijd voor de oudere systemen speelt dan ook mee dat leveranciers inmiddels zijn overgestapt op nieuwere systemen. Dan zijn de oude computers, die wij in een aangepaste uitvoering gebruiken, niet meer leverbaar." Simpelweg omdat de fabrikant die niet langer produceert. Ondersteuning voor de oudere systemen is nog wel mogelijk, maar de hardware zelf is niet meer beschikbaar. En het is zelfs mogelijk - in het geval van écht oude systemen - dat de vereiste expertise en kennis inmiddels zijn verdwenen.
En het aanpassen en plaatsen van een nieuwer systeem is niet bepaald een optie: dat vereist namelijk een grondige herziening van het betrokken schip en de systemen daarin. Het moet immers volstrekt duidelijk en bekend zijn hoe het geheel samenwerkt. Vervangen is dus een ingewikkelde kwestie die met de komst van de couveuses iets minder gecompliceerd wordt.
Overigens geldt de couveuse-constructie niet voor alle computers aan boord. Sommige niet-kritische toepassingen, zoals het beheer van de voorraden, draaien op gewone hardware in gewone systeemkasten. "Dat zijn applicaties waarvan je de back-up op een floppy hebt, die je gewoon kunt invoeren en bijwerken zodra het schip een haven aandoet", zegt Koole.

'Geen inhaalslag'

Toch is de marine hiermee niet echt bezig met een inhaalslag, stellen de vier betrokkenen. Het gaat meer om een evolutionair proces, legt Van Dijk uit. "De software en de te volgen procedures blijven hetzelfde." Bovendien blijft de 'bedrijfsvoering' aan boord van een schip voor een groot deel gelijk, al was het maar vanwege de opleidingen. Dat raakt niet alleen de marine-mensen die nu in training zijn, maar ook de bemanningen aan boord van andere schepen. "In de regel zijn wij niet gespecialiseerd, we zijn allemaal universeel inzetbaar", vertelt Klaver. "Natuurlijk krijg je op een gegeven moment wel een bepaalde mate van specialisatie, maar dat wordt niet bewust 'gekweekt'.
Volgens Koole is één van de grootste voordelen van de nieuwe systemen het feit dat de marine voortaan voor ondersteuning terecht kan bij de commerciële wereld. "En dat wereldwijd. Anders moet je zelf ingenieurs gaan opleiden om oudere systemen draaiende te houden en indien nodig onderdelen ervan te vervangen en repareren. De Britse marine heeft dat een tijd geprobeerd, voor oudere computers van Digital. Maar dat hebben ze uiteindelijk opgegeven, het was veel te duur."
Softwareontwikkelaars Van der Poel en Van Dijk vinden juist de kortere ontwikkeltijd één van de grote nieuwe voordelen van deze opstelling. Toch is dat een relatieve verkorting, legt Koole uit. "We moeten nog altijd de marktontwikkelingen goed in de gaten houden. Er gaat immers heel wat tijd voorbij tussen het nemen van de beslissing voor nieuwe schepen, het zetten van de eerste letter op papier met de computerleverancier, en het beginnen van de bouw."

Dertig jaar meegaan

En dat is dan nog voordat het schip zelfs maar vaart. Zodra die fase is bereikt, begint de levensloop van een boot pas echt. "Een schip moet gemiddeld een jaar of dertig meegaan. Na twaalf jaar voeren we groot onderhoud uit, waarbij de hele infrastructuur en systemen worden herzien." Bij die tussentijdse modernisatie worden ook de sensors aan een evaluatie en mogelijk vervanging onderworpen. "Maar dat zijn hele dure operaties, je moet immers het hele schip openhalen."
De Ultra80-servers van Sun zijn dan ook bestemd voor de eerste twee nieuwe fregatten. Zeer waarschijnlijk krijgen LCF nummer drie en vier andere systemen, maar wel Unix-computers van Sun. Die schepen moeten in respectievelijk 2003 en 2004 te water gaan. "De laatste zal waarschijnlijk op 31 december klaar zijn, het moet volgens de planning namelijk vóór 2005 gereed zijn", lacht Klaver.
De marine kijkt nu ook voorzichtig naar de mogelijkheden om de huidige M-fregatten uit te rusten met de nieuwe, volledige couveuses. Het eerste schip uit die klasse stamt immers uit 1992 en vaart nu alweer bijna tien jaar. Het laatste M-fregat werd in 1995 afgeleverd. Het vervangen van de daar gebruikte VAX-systemen is echter zeker geen eenvoudige operatie. Het duurt minstens een jaar voordat alles aan boord is opgewaardeerd, schat Van Dijk. En dat voor elk van de acht M-fregatten.
Een andere, reële mogelijkheid is het verkopen van die schepen. Landen als Griekenland hebben daar wel interesse in, aldus Koole. De marine van dat land behoort namelijk tot de categorie marines die materieel vooral inkoopt. De Nederlandse marine ontwikkelt en bouwt zijn schepen zelf. "De Amerikaanse en Britse marine besteden veel uit aan bedrijven, terwijl de Franse marine juist zoveel mogelijk zelf doet", vertelt Koole. "Dat is een afweging die elk land voor zich maakt: zelfbouw of koop."
Meerdere factoren spelen mee in die beslissing. "Wij zijn financieel beter uit door het zelf te doen", zegt Van Dijk. "Bij uitbesteden is er toch een risico, niet alle specificaties zijn onveranderlijk. Van de hardware ligt dat wel redelijk vast, maar van de software niet zo. Die programmatuur hangt samen met de andere systemen, zoals sensoren en wapens, want het verzamelt en correleert de gegevens van die bronnen om zo een beeld van de omgeving van het schip te geven." Dat risico met betrekking tot wijzigingen in de 'bestelling' heeft ook een financiële kant: leveranciers calculeren dat immers in bij de prijs die van tevoren wordt afgesproken.

Klein, maar snel

Bovendien is Nederland als klant te klein voor materieelleveranciers om interessant te zijn als afzetmarkt voor complete schepen en systemen. Het kan wel, maar dan is het voor de marine behoorlijk duur. De Amerikaanse marine heeft veel meer budget, bestelt massaal en is dus per saldo goedkoper uit. "Het nadeel daarvan is wel dat de Amerikanen niet zo modern zijn als wij; zij hebben immers veel meer schepen om aan te passen en te moderniseren", aldus Van Dijk.
"De VS volgt meer een evolutionaire ontwikkeling van de technologie en de integratie daarvan. Ik zeg niet dat Nederland een revolutionaire ontwikkeling doormaakt, maar wij zetten wel grotere stappen. De VS geeft echter weer heel veel uit aan onderzoek en ontwikkeling van technologie voor toekomstige schepen. Maar voordat dát vaart." Voorlopig vaart Nederland dus voorop in de Navo wat technologie betreft.
 
Jasper Bakker, redacteur

x

Om te kunnen beoordelen moet u ingelogd zijn:

Dit artikel delen:

Stuur dit artikel door

Uw naam ontbreekt
Uw e-mailadres ontbreekt
De naam van de ontvanger ontbreekt
Het e-mailadres van de ontvanger ontbreekt

×
×
article 2000-10-06T00:00:00.000Z Jasper Bakker
Wilt u dagelijks op de hoogte worden gehouden van het laatste ict-nieuws, achtergronden en opinie?
Abonneer uzelf op onze gratis nieuwsbrief.