Mens en machine

29 november 2019 Uit Door Hessel Voortman

Ik ben een rekenaar. Of eigenlijk een modelleur. Een model is een wiskundige beschrijving van de werkelijkheid. En met een model kun je uitspraken doen over zaken die zich nog niet hebben voorgedaan en zelfs over zaken die zich, hopelijk, nooit zullen voordoen.

Voor ingenieurs is modelleren dagelijks werk. Net als rekenen aan zaken die zich hopelijk nooit voordoen. Heeft u recent nog een autorit gemaakt? Ieder viaduct, iedere brug en iedere tunnel die u passeerde is in een model doorgerekend. Het asfalt en de vangrail trouwens ook. Hoewel? Ik sluit niet uit dat de vangrail ook is getest, nadat hij was doorgerekend.

Maar u zou raar staan te kijken als we, pak ‘m beet, de Van Brienenoordbrug als gokje hadden neergezet en proefondervindelijk hadden uitgevonden of hij stevig genoeg is.

Er zijn in ons vak enorm veel modellen. Voor betonconstructies, staalconstructies, damwanden, grondlichamen, waterstromen. Verzin het maar en er is een model. Het goed hanteren van die modellen is een vak; het is nog steeds mogelijk om er complete onzin uit te krijgen dus ik zie graag een deskundige collega aan de knoppen.

Zelf ben ik niet van de panklare modellen maar van de zelfgemaakte modellen. De echte wereld is zo ingewikkeld dat er, gelukkig, nog steeds ongemodelleerde fenomenen bestaan. En daar duik ik graag in. Mijn vaste gereedschap daarbij is al sinds jaren het programma MathCAD. Wat dat is?

Licklider

MathCAD begint net als Word met een blanco vel. Waar Word is gericht op het weergeven van teksten is MathCAD bedoelt voor het weergeven van wiskunde. Je kan formules invoeren en in grafieken weergeven, je kan data inlezen en analyseren. Kortom, voor een numeriek brein als het mijne een feestje.

De computer rekent sneller dan ik

De kracht van MathCAD ligt in de combinatie van mens en machine. Een computer rekent vele malen sneller dan ik maar mist de creativiteit om te bedenken wat de volgende som moet zijn. Deze combinatie van mens en machine is een enorme “boost” geweest voor mijn productiviteit.

Een paar maanden terug las ik “The Innovators” van Walter Isaacson. Het boek beschrijft de geschiedenis van de informatierevolutie. Een stoet van onwaarschijnlijke figuren, van een dame van adel tot kunstenaars passeert de revu. Ik beveel het boek van harte aan.

Ik werd getroffen door J.C.R. Licklider, een psycholoog die in de jaren 1950 theorieën ontwikkelde voor samenwerking tussen mens en machine. De manier waarop u en ik werken met de smart-phone zijn deels terug te voeren op hem. In een tijd dat de mens via ponskaarten communiceerde met de computer en soms dagen moest wachten op resultaten, was het bedenken van directe interactie echte kennisontwikkeling. Licklider was van mening dat juist de combinatie mens/machine het sterkst is. De mens is creatief, de computer klaagt niet bij het herhaald uitvoeren van taken. Ik herkende mezelf en mijn MathCAD-blaadjes.

Data

Het vak van de modelleur/rekenaar in de civiele techniek is de afgelopen twintig jaar sluipend veranderd. In het verleden was er weinig tot geen meetdata in bruikbare vorm beschikbaar. Ons vak bestond uit het goed snappen van de fysica en het in kaart brengen van onder- en bovengrenzen van (bijvoorbeeld) krachten op een constructie. Data was er wel maar was slecht toegankelijk; het gebruiken van de meetdata van Rijkswaterstaat kon met een abonnement en speciale hardware. Later kwam er een website, maar die kon slechts beperkte sets tegelijk leveren zodat het beschikbaar krijgen van lange tijdreeksen als te arbeidsintensief vaak achterwege werd gelaten.

Dat is nu allemaal anders. Rijkswaterstaat heeft sinds enkele jaren een geweldige website waar alle metingen vanaf 1900 beschikbaar zijn. Ook het KNMI heeft de metingen vanaf 1900 goed ontsloten beschikbaar via de website.

Geleidelijk zijn we in de omstandigheid dat we ons voor het ontwerp kunnen baseren op statistische analyses van meetgegevens. Daar waar we ons eerder nog verlieten op schattingen en (verantwoorde) gevoeligheidsanalyse. Ik heb het nu over de ontwerpende ingenieurs. De modellering van (grote) oppervlaktewateren heeft altijd veel data gebruikt en randvoorwaarden voor waterkeringen worden al sinds jaar en dag op basis van statistiek vastgesteld.

De verschuiving naar het gebruik van meetdata heb ik met MathCAD goed kunnen volgen. Statistische analyses zijn ook heel goed in dit programma uit te voeren. Maar langzamerhand wordt de beschikbaarheid van data zo groot dat MathCAD zich in de grootte van de bestanden verslikt. Om dat probleem te omzeilen ga je dan over naar het gebruik van gedeeltes van de data. Dus of een lagere inwinfrequentie hanteren of een kortere periode beschouwen. Vaak een goede oplossing maar onbevredigend omdat je niet alle informatie gebruikt die er is.

Python

Een jaar of vijf geleden hoorde ik voor het eerst van Python. Dat was op de TU Delft en ik dacht toen dat het een programma was voor het onderwijs; een mooie tool om studenten te leren programmeren en modelleren. Ik had het grondig mis.

Python is een programmeertaal die eind jaren ’80 werd uitgevonden door de Nederlandse programmeur Guido van Rossum. Hij verveelde zich in de Kerstvakantie en besloot een programmeertaal te ontwikkelen. Hij vernoemde het vakantieprojectje naar zijn favoriete TV-programma, Monty Python. Ook hij had het grondig mis want het bleef niet bij een tijdverdrijf in de vakantie. Dertig jaar later is Python de op twee na meest gebruikte programeertaal op de wereld. Guido van Rossum verliet onlangs het project omdat hij met pensioen ging.

Hackers

Nogmaals het boek van Isaacson. Heel opvallend loopt daar als een rode draad doorheen de spanning tussen de cultuur van de Hackers en de cultuur van giganten als Microsoft en Apple. De giganten proberen hun intellectueel eigendom af te schermen. Niet in de laatste plaats proberen ze hun computerprogramma’s te beschermen of geheim te houden. Voor het gebruik van hun software moet (flink) worden betaald.

De hacker cultuur staat daar tegenover. Ongeorganiseerd zonder officiële leiders. Er worden computerprogramma’s gemaakt en die worden belangeloos beschikbaar gesteld aan de wereld. Soms uit idealistische motieven. Maar veel vaker, althans dat is mijn indruk, omdat het gewoon leuk is om iets te bouwen en dan te zien dat anderen het gaan gebruiken.

Bedrijven en organisaties, ook mijn werkgever, betalen zich blauw aan licenties. Om de zoveel tijd kijk je weer wat je allemaal gebruikt en waar je voor betaald en probeer je overbodige kosten weg te snijden. Maar ondanks dat werden de producten van de hacker-cultuur in de meeste professionele omgevingen gemeden. Een hoog hobby gehalte en vaak best lastig om tot toepassing te brengen. En niemand om te bellen bij problemen. Gratis, maar toch kostbaar vanwege de lage gebruiksvriendelijkheid.

Maar…. ook Python komt uit de hacker-cultuur en kost de lieve som van …… nul Euro. En mag ook voor commerciële doeleinden worden toegepast. En deze keer gaan bedrijven massaal over; ik zie de hele sector nu omgaan naar Python en vergelijkbare producten.

Waarom?

Omdat het een fantastisch product is! Ik begon dit voorjaar schoorvoetend met Python en afgelopen maand had ik cursus. De wereld die dan voor je open gaat is er één van brute rekenkracht; alle geheugenproblemen die ik had zijn voorbij.

Waar ik de laatste jaren mijn creativiteit gebruikte om de data zo te filteren dat ik er in MathCAD mee kon werken heb ik nu weer ruimte voor nieuwe ideeën. Want Python vreet alles wat ik erin gooi en veel rekentijd is er meestal niet mee gemoeid.

De meetreeks van alle KNMI-stations vanaf 1900 heb ik inmiddels integraal onder handbereik. Een flinke set meetreeksen van Rijkswaterstaat staan op de planning. Ik zal de komende tijd af en toe schrijven over wat ik allemaal bijleer.

Licklider heeft nog steeds gelijk. Hoed u voor de Python!

Bronnen