Kategorie: Interviews

Ger Cloudt begann in den frühen 1980er Jahren mit Lochkarten und lernte dabei wertvolle Lektionen über die Entwicklung guter Software. Der neue Trainer des High Tech Institute teilt seine Erkenntnisse über das Zusammenspiel von Prozessen und Fähigkeiten, über die Messung von Softwarequalität und über die Förderung einer Unternehmenskultur, in der Ingenieure hochwertige Software liefern können.

Ger Cloudts erste Begegnung mit der Programmierung war die Verwendung von Lochkarten während seines Elektronikstudiums an der Fontys Venlo University of Applied Sciences in den frühen 1980er Jahren. Nach seinem Abschluss begann er eine Karriere als digitaler Elektronikingenieur, wobei er sich sowohl auf das Design digitaler Schaltungen als auch auf die Entwicklung von Software zur Steuerung von Mikroprozessoren konzentrierte. „Das war in Assembler und ich erinnere mich, dass ich wirklich unstrukturierten Spaghetti-Code erstellt habe“, erinnert sich Cloudt. „Das machte die Fehlersuche und -behebung natürlich äußerst schwierig und erteilte mir eine harte Lektion, dass es einen besseren Weg geben muss.“

Glücklicherweise bekam Cloudt bei seinem zweiten Auftrag einen erfahrenen Mentor zur Seite gestellt, der ihm beibrachte, mit strukturiertem Pseudocode zu beginnen und diesen dann in Assembler umzuwandeln. „Das war das erste Mal, dass ich erlebte, dass Struktur die Erstellung von robustem Code erleichtern und die Fehlersuche vereinfachen kann.“ Diese Erfahrung führte dazu, dass er ein paar Jahre später in die Softwareentwicklung wechselte.

Prozess versus Fähigkeit

Cloudt arbeitete anschließend bei Philips Medical Systems als Softwareentwicklungsingenieur und später als Softwarearchitekt, wo er lernte, wie sich Prozesse und Fähigkeiten gegenseitig ergänzen. „Um Handlungen auszuführen, braucht man ein bestimmtes Fähigkeitsniveau, während Handlungen durch einen Prozess strukturiert werden müssen, um Ergebnisse zu erzielen. Die Bedeutung von Prozessen oder Fähigkeiten hängt jedoch von der Art der Aufgabe ab. Einerseits gibt es Aufgaben wie die Arbeit am Fließband oder der Aufbau der gekauften Ikea-Möbel, die einen strengen Prozess, aber nur minimale Anforderungen an die Fähigkeiten erfordern. Andererseits sind Aufgaben wie das Malen der Mona Lisa, wie es Leonardo da Vinci getan hat, weniger prozessorientiert, erfordern aber ein hohes Maß an Fähigkeiten, über die nur wenige verfügen.“

In dieser Zeit beobachtete Cloudt eine starke Betonung der Prozesse in der Softwareentwicklung. „Dies war die Zeit, in der das Capability Maturity Model aufkam, das auf die Verbesserung der Softwareentwicklungsprozesse abzielte. Doch selbst wenn Prozesse vorhanden sind, sind Fähigkeiten weiterhin unerlässlich. Bei dem Streben nach hohen CMM-Niveaus besteht die Gefahr, dass die Fähigkeiten unterbewertet werden.“ Diese Einsicht wurde noch verstärkt, als Cloudt bei Philips Medical Systems in eine Führungsposition wechselte und Teams mit sechzig Mitarbeitern leitete. „Das Erreichen eines bestimmten CMM-Levels wird schnell zu einem Ziel an sich, und wie Goodharts Gesetz besagt: Wenn eine Maßnahme zu einem Ziel wird, hört sie auf, eine gute Maßnahme zu sein. Ich war zunehmend der Meinung, dass für Software-Ingenieure Fähigkeiten wichtiger sind als Prozesse. Ein Prozess kann die Anwendung Ihrer Fähigkeiten erleichtern, aber bei unzureichenden Fähigkeiten hilft kein Prozess.“

Cloudt lernte später die Bedeutung von Transparenz kennen. „In meiner ersten Rolle im Qualitätsmanagement musste ich mich mit einem Problem befassen, bei dem es um die Integration von zwei verschiedenen Software-Stacks ging. Ein Team entwickelte NFC-Software, ein anderes arbeitete an Software für ein sicheres Element. Beide zu integrieren, erwies sich als Herausforderung. Als ich mir die Sache genauer ansah, entdeckte ich, dass die Teams zwar ihre Software testeten, Testfehler aber nicht systematisch überwacht wurden. Also erstellten wir täglich aktualisierte Dashboards mit den Testergebnissen, und die Entwickler diskutierten täglich über die Ergebnisse. Wir teilten die Dashboards sogar mit dem Kunden. Natürlich sah anfangs alles rot aus, aber das war ein starker Anreiz für die Entwickler, sich zu verbessern. Folglich war das Projekt erfolgreich.“

Lernen durch Teilen

In seiner Funktion als Software R&D Manager bei Bosch verspürte Cloudt das Bedürfnis, seine Erkenntnisse über Softwarequalität mit anderen zu teilen. Er begann damit, Artikel im internen sozialen Netzwerk des Unternehmens sowie auf Linkedin zu veröffentlichen. „Ich erhielt viel positives Feedback, insbesondere von Bosch-Kollegen“, sagt er. „Also beschloss ich 2020, ein Buch zu schreiben: ‚Was ist Softwarequalität?‘. Diese Erfahrung war sehr bereichernd, da sie viel von meinem impliziten Wissen explizit machte und auch Lücken in meinem Wissen aufdeckte.“

In einem Qualitätsausschuss bei Bosch traf Cloudt einen jungen Absolventen mit einem Master-Abschluss in Qualitätsmanagement. Als er den Absolventen fragte, ob er einen Kurs über Softwarequalität belegt habe, war die Antwort negativ. „Daraufhin wandte ich mich an das Doktorandenprogramm für Ingenieure an der Technischen Universität Eindhoven, wo man mich einlud, eine Gastvorlesung zu halten. Schließlich wurde ich Dozentin für einen Qualitätsmanagementkurs.“ Cloudt begann auch, auf Veranstaltungen über Softwarequalität zu sprechen, z. B. auf einer Bits&Chips-Veranstaltung im Jahr 2021, und er führt derzeit zwei Schulungsprogramme am High Tech Institute durch, eines für Ingenieure und eines für Manager. Derzeit ist er Software-Qualitätsmanager für die Entwicklung der Digital Application Platform bei ASML.

Messung der Softwarequalität

Softwarequalität als solche ist nicht messbar, behauptet Cloudt, weil das Konzept so vielfältig ist. „Sie können einige spezifische Aspekte der Softwarequalität messen, die als ‚modellierte Qualität‘ bezeichnet werden. Dazu gehören die zyklomatische Komplexität des Codes, Abhängigkeiten, Codeabdeckung, Zeilenzahl und offene Fehler. Solche Metriken sind nützlich, aber jeder, der sich damit Ziele setzt, sollte sich vor dem Goodhart’schen Gesetz in Acht nehmen.“

Ein wesentlicher Teil der Qualität bleibt unmessbar: die transzendente Qualität. Um dies zu veranschaulichen, vergleicht Cloudt es mit der Bewertung eines Gemäldes. „Sie können die Dicke der Farbe und die Größe der Leinwand messen, aber Sie können nicht die Schönheit des Gemäldes messen. Dasselbe gilt für Softwarequalität: Sie können die Codeabdeckung durch Ihre Unit-Tests messen, aber das sagt nichts darüber aus, ob die Tests gut sind. Dafür brauchen Sie eine Expertenmeinung, die durch die von Ihnen gemessene modellierte Qualität gestützt wird.“

Wenn man über Softwarequalität nachdenkt, werden oft Aspekte wie Modularität, sauberer Code und Benutzerfreundlichkeit genannt. Dies sind Beispiele für Designqualität (z.B. Modularität, Wartbarkeit und Trennung von Belangen), Codequalität (z.B. sauberer Code, Portabilität und Unit-Tests) und Produktqualität (z.B. Benutzerfreundlichkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit). Cloudt zufolge erfordern diese drei Arten von Qualität jedoch ein häufig übersehenes Element: die organisatorische Qualität. „Diese Art von Qualität bestimmt, ob Ihre Organisation in der Lage ist, hochwertige Software zu entwickeln. Aspekte wie Software-Handwerk, ausgereifte Prozesse, Zusammenarbeit und Kultur sind für die organisatorische Qualität entscheidend. Unterschätzen Sie niemals die Kultur. Ein Unternehmen sollte ein Umfeld schaffen, in dem sich Softwareingenieure entfalten und exzellente Design-, Code- und Produktqualität liefern können.“

Geplantes und umgesetztes Design

Es gibt mehrere bekannte Best Practices für die Entwicklung hochwertiger Software, darunter die testgetriebene Entwicklung (TDD) und die Paarprogrammierung, sowie die statische Codeanalyse. Cloudt fügt noch etwas hinzu, das weniger bekannt ist: die statische Designanalyse. „Vielen ist nicht klar, dass es einen Unterschied zwischen dem beabsichtigten Design und dem implementierten Design von Software gibt. Softwarearchitekten dokumentieren ihr geplantes Design in UML-Modellen. Oft besteht jedoch eine Lücke zwischen diesem beabsichtigten Design und seiner Umsetzung in Code. Diese Lücke klein zu halten, ist eine bewährte Praxis. Tools können die Konsistenz zwischen Ihrem Code und den UML-Modellen überprüfen und Warnungen ausgeben, wenn Diskrepanzen auftreten.“

Diese Diskrepanz zwischen beabsichtigtem und umgesetztem Design entsteht oft unter Zeitdruck, zum Beispiel aufgrund von Projektfristen. „In solchen Fällen nehmen Sie eine Abkürzung, indem Sie eine Lösung ‚hacken‘, die es Ihnen ermöglicht, die Frist einzuhalten, wobei Sie weniger Wert auf Qualität legen“, erklärt Cloudt. „Dies ist eine bewusste Entscheidung, um technische Schulden aufgrund von Zeitdruck einzuführen. Auch wenn dies die einzige unmittelbare Lösung sein mag, ist es wichtig, diese technischen Schulden später anzugehen. Nach der Veröffentlichung sollten Sie sich etwas Zeit nehmen, um eine angemessene, qualitativ hochwertige Lösung zu entwickeln. Leider ist das nicht oft der Fall. Manager sollten erkennen, dass sie den Entwicklern Zeit geben müssen, um diese Lücke und diese technischen Schulden abzubauen, um zukünftige Probleme zu vermeiden. Durch ihre Entscheidungen tragen Manager wesentlich zur Qualität des Unternehmens bei und haben damit direkten Einfluss auf die Softwarequalität.“

Dieser Artikel wurde geschrieben von Koen Vervloesem, freier Mitarbeiter bei Bits&Chips.

Da KI-Technologien aufgrund ihrer Produktivitätsgewinne in Softwareentwicklungsprozesse eingebettet werden, stehen Entwickler vor komplexen Sicherheitsherausforderungen. Erkunden Sie mit Balázs Kiss die wesentlichen Sicherheitspraktiken und Eingabeaufforderungstechniken, die für einen verantwortungsvollen und effektiven Einsatz von KI erforderlich sind.

Der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) in der Softwareentwicklung hat in den letzten Jahren zugenommen. Wie bei jedem technologischen Fortschritt bringt dies auch Sicherheitsaspekte mit sich. Balázs Kiss, Leiter der Produktentwicklung beim ungarischen Schulungsanbieter Cydrill Software Security, hat die Sicherheit des maschinellen Lernens bereits vor der allgemeinen Aufmerksamkeit für generative KI unter die Lupe genommen. „Während heute alle über große Sprachmodelle diskutieren, lag der Fokus im Jahr 2020 vor allem auf maschinellem Lernen, wobei die meisten Anwender Wissenschaftler in Forschungs- und Entwicklungsabteilungen waren.“

Bei der Untersuchung des aktuellen Stands der Technik stellte Kiss fest, dass viele grundlegende Konzepte aus der Welt der Software-Sicherheit ignoriert wurden. „Aspekte wie Eingabevalidierung, Zugriffskontrolle, Sicherheit der Lieferkette und die Vermeidung einer übermäßigen Ressourcennutzung sind für jedes Softwareprojekt wichtig, auch für das maschinelle Lernen. Als ich also feststellte, dass die Leute diese Praktiken in ihren KI-Systemen nicht einhalten, habe ich mich mit möglichen Angriffen auf diese Systeme beschäftigt. Das Ergebnis ist, dass ich nicht davon überzeugt bin, dass maschinelles Lernen sicher genug ist, um es ohne menschliche Aufsicht einzusetzen. Der KI-Forscher Nicholas Carlini von Google Deepmind verglich den aktuellen Stand der ML-Sicherheit sogar mit den Anfängen der Kryptographie vor Claude Shannon, ohne starke Algorithmen, die auf einer strengen mathematischen Grundlage beruhen.“

Als die Popularität großer Sprachmodelle zunahm, bemerkte Kiss, dass die gleichen grundlegenden Sicherheitsprobleme wieder auftauchten. „Sogar die gleichen Namen tauchten in Forschungsarbeiten auf. Carlini war beispielsweise an der Entwicklung eines Angriffs beteiligt, mit dem automatisch Jailbreaks für jedes LLM generiert werden können – ein Spiegelbild der gegnerischen Angriffe, die seit einem Jahrzehnt gegen Computer-Vision-Modelle eingesetzt werden.“

Fabrizierte Abhängigkeiten

Wenn Entwickler derzeit einen LLM verwenden, um Code zu generieren, müssen sie bedenken, dass sie im Wesentlichen eine erweiterte Autovervollständigungsfunktion verwenden. „Die Ausgabe ähnelt dem Code, auf den sie trainiert wurde, und wirkt recht überzeugend. Das ist jedoch keine Garantie für seine Korrektheit. Wenn ein LLM beispielsweise Code generiert, der eine Bibliothek enthält, fabriziert er oft einen falschen Namen, weil das ein Wort ist, das in diesem Kontext Sinn ergibt. Cyberkriminelle erstellen jetzt Bibliotheken mit diesen fiktiven Namen, betten Malware ein und laden sie in beliebte Code-Repositories hoch. Wenn Sie also diesen generierten Code verwenden, ohne ihn zu überprüfen, kann Ihre Software unbeabsichtigt Malware ausführen.“

In den USA hat das National Institute of Standards and Technology (NIST) sieben wesentliche Bausteine für eine verantwortungsvolle KI festgelegt: Validität und Zuverlässigkeit, Sicherheit, Sicherheit und Widerstandsfähigkeit, Rechenschaftspflicht und Transparenz, Erklärbarkeit und Interpretierbarkeit, Datenschutz und Fairness mit Abmilderung schädlicher Verzerrungen. „Der Angriff mit den gefälschten Bibliotheken ist ein Beispiel, bei dem Sicherheit und Widerstandsfähigkeit gefährdet sind, aber die anderen Bausteine sind für eine vertrauenswürdige und verantwortungsvolle KI ebenso wichtig. Validität und Zuverlässigkeit‘ bedeutet zum Beispiel, dass die Ergebnisse durchweg korrekt sein sollten: Wenn Sie einmal ein korrektes Ergebnis erhalten und das nächste Mal ein falsches, wenn Sie das LLM mit der gleichen Aufgabe betrauen, ist das nicht zuverlässig.“

Was die Voreingenommenheit betrifft, so wird diese oft in anderen Bereichen verstanden, z. B. bei großen Sprachmodellen, die stereotype Annahmen über Berufe von Männern und Frauen ausdrücken. Aber auch ein Datensatz mit Code kann eine Verzerrung aufweisen, erklärt Kiss. „Wenn ein LLM ausschließlich auf Open-Source-Code von Github trainiert wird, könnte es zu Code tendieren, der dieselben Bibliotheken verwendet wie der Code, auf dem es trainiert wurde, oder zu Code mit englischer Dokumentation. Dies wirkt sich auf die Art des Codes aus, den der LLM generiert, und auf seine Leistung bei Aufgaben, die mit Code ausgeführt werden, der sich von dem unterscheidet, den er in seinem Trainingsset gesehen hat, und der möglicherweise schlechter abschneidet, wenn er mit einer benutzerdefinierten Closed-Source-API interagiert.

Balasz Kiss
Credits: Egressy Orsi Foto

Effektive Eingabeaufforderung

Laut Kiss sind viele Best Practices für den verantwortungsvollen Einsatz von KI in der Softwareentwicklung nicht neu. „Validieren Sie die Benutzereingaben in Ihrem Code, überprüfen Sie die von Ihnen verwendeten Bibliotheken von Drittanbietern, suchen Sie nach Schwachstellen – all das ist im Sicherheitsbereich allgemein bekannt. Es gibt viele Tools, die Sie bei diesen Aufgaben unterstützen.“ Sie können sogar KI verwenden, um von KI erzeugten Code zu überprüfen, schlägt Kiss vor. „Geben Sie den generierten Code zurück in das System und bitten Sie es um Kritik. Gibt es irgendwelche Probleme mit diesem Code? Wie könnten sie behoben werden?“ Die Ergebnisse dieses Ansatzes können recht gut sein, so Kiss, und je präziser Ihre Fragen sind, desto besser ist die Leistung des LLM. „Fragen Sie nicht nur, ob der generierte Code sicher ist. Wenn Sie wissen, welche Art von Schwachstellen zu erwarten sind, wie z.B. Cross-Site-Scripting-Schwachstellen in Webanwendungen, sollten Sie diese in Ihren Fragen angeben.“

Für die Erstellung effektiver Prompts, d.h. der Fragen, die Sie dem LLM stellen, gibt es viele neue Best Practices. One-shot oder few-shot Prompting, bei dem Sie dem LLM ein oder wenige Beispiele für die erwartete Ausgabe vorgeben, ist laut Kiss eine leistungsstarke Technik, um zuverlässigere Ergebnisse zu erzielen. „Wenn Ihr Code zum Beispiel derzeit XML-Dateien verarbeitet und Sie zu JSON wechseln möchten, können Sie einfach darum bitten, den Code so umzuwandeln, dass er JSON verarbeiten kann. Der generierte Code wird jedoch viel besser sein, wenn Sie ein Beispiel für Ihre Daten im XML-Format neben denselben Daten im JSON-Format einfügen und um einen Code bitten, der stattdessen Daten im JSON-Format verarbeitet.“

Eine weitere nützliche Prompting-Technik ist das sogenannte Chain-of-Thought-Prompting, bei dem ein LLM angewiesen wird, seinen Denkprozess zur Erlangung einer Antwort darzustellen und so das Ergebnis zu verbessern. Kiss hat diese und andere Prompting-Techniken sowie wichtige Fallstricke in einer eintägigen Schulung über verantwortungsvolle KI in der Softwareentwicklung am High Tech Institute zusammengestellt. „Zum Beispiel sind Unit-Tests, die von einem LLM generiert werden, oft ziemlich repetitiv und daher nicht besonders nützlich. Aber mit den richtigen Aufforderungen können sie verbessert werden. Sie können auch testgetriebene Entwicklung betreiben, indem Sie die Unit-Tests selbst schreiben und den LLM bitten, den entsprechenden Code zu erzeugen. Diese Methode kann sehr effektiv sein.“

Hier zu bleiben

Bei all diesen Vorsichtsmaßnahmen könnte man sich fragen, ob das große Versprechen der KI-Codegenerierung, nämlich die Steigerung der Entwicklerproduktivität, noch gilt. „Eine aktuelle Studie, die auf randomisierten kontrollierten Studien basiert, bestätigt, dass der Einsatz generativer KI die Produktivität von Entwicklern um 26 Prozent erhöht“, stellt Kiss fest, wobei die Vorteile für weniger erfahrene Entwickler sogar noch größer sind. Er warnt jedoch davor, dass dies ein Fallstrick für junge Entwickler sein könnte. „Beim derzeitigen Stand der generativen KI ist es möglich, Code zu schreiben, ohne das Programmieren zu verstehen. Der bekannte KI-Forscher Andrej Karpathy bemerkte sogar: ‚Die heißeste neue Programmiersprache ist Englisch.‘ Aber wenn Sie den generierten Code nicht verstehen, wie sollen Sie ihn dann pflegen? Das führt zu technischen Schulden. Wir wissen noch nicht, wie sich der dauerhafte Einsatz dieser Tools auf die Wartbarkeit und Robustheit auswirken wird.“

Auch wenn der Einsatz von KI in der Softwareentwicklung nicht ganz unproblematisch ist, so Kiss, wird sie sich zweifelsohne durchsetzen. „Auch wenn es heute wie eine Blase oder ein Hype aussieht, gibt es nachweisbare Vorteile, und die Technologie wird sich weiter durchsetzen. Viele Tools, die wir heute sehen, werden verbessert und sogar in integrierte Entwicklungsumgebungen integriert werden. Microsoft hat seinen Copilot bereits fest in seine Visual Studio Produkte integriert und ist damit nicht allein. Die menschliche Aufsicht wird jedoch immer notwendig sein. Letztendlich ist die KI nur ein Werkzeug, wie jedes andere Werkzeug, das Entwickler verwenden. Und LLMs haben inhärente Grenzen, wie z.B. ihre Tendenz zu „Halluzinationen“ – also zu Fälschungen. Das liegt an ihrer probabilistischen Natur, und die Benutzer müssen sich dessen immer bewusst sein, wenn sie sie einsetzen.

Dieser Artikel wurde geschrieben von Koen Vervloesem, freier Mitarbeiter bei Bits&Chips.

 

Jack Leijssen schult vor allem deshalb so gerne, weil die Teilnehmer seines Workshops „Signalintegrität“ die Probleme aus seiner Welt erkennen. Er möchte die Menschen vor allem dazu bringen, anders zu denken, weil elektromagnetische Phänomene oft der Intuition zuwiderlaufen.

Jack Leijssen wurde der High Tech Campus buchstäblich in die Wiege gelegt – er wurde auf einem der Bauernhöfe auf dem Gelände geboren, auf dem in den 1960er Jahren das Natlab entstand und sich nach 2000 ein Umfeld für offene Innovation entwickelte. Leijssen hat sein ganzes Leben lang bei Philips gearbeitet, ebenso wie seine Eltern. „Meine Mutter stellte als Mädchen die PL86-Fernsehlampen her, mein Vater war im Natlab beschäftigt. Sie lernten sich außerhalb von Philips kennen und heirateten 1956. Ein Jahr später wurde ich geboren, ich kann also mit Fug und Recht behaupten, dass ich aus einem Philips-Nest stamme“, sagt er lachend.

Leijssen ist ein erfahrener Techniker, der ebenfalls bei dem niederländischen multinationalen Unternehmen ausgebildet wurde. Nach der technischen Grundschule (LTS) wurde er an der Betriebsschule weitergebildet, während er im Natlab arbeitete. Nach seinem Militärdienst besuchte er die MTS und HTS, ebenfalls bei Philips, und absolvierte dort eine didaktische Ausbildung. „Philips blieb der rote Faden in meiner Karriere: Ich arbeitete in den Werkstätten des Unternehmens, in den Produktionsabteilungen, im Messraum und in der Elektronikreparatur.“

Sehr clever

Nach 23 Jahren im Natlab wechselte Leijssen 1998 in die Elektronikabteilung von Philips CFT. Dort entwickelte er unter anderem Geräte zur Messung von Interferenzen (Jitter). Philips schickte ihn auch für eineinhalb Jahre zu Bang & Olufsen. Das dänische Unternehmen hat ihn wirklich inspiriert. Er gehörte zu dem Team, das den HDR1 entwickelte, einen Recorder für analoges Fernsehen mit einer 80-GB-Festplatte. „Man konnte ihn im Laden kaufen. Man konnte ihn auseinandernehmen und ich konnte auf die Teile zeigen, die meine Gedanken enthielten.“

Bang & Olufsen unterschied sich von Philips durch einen völlig anderen Marktansatz. Sein Chef in der Hardware-Entwicklung, Pelle Nissen, vertraute ihm einmal an, dass bei B&O nicht alles so billig sein müsse, sondern dass es nur um Qualität gehe. Als Leijssen darauf hinwies, dass Bang & Olufsen sich seiner Meinung nach durch das Produktdesign auszeichnete, sagte Nissen ihm, dass der Unterschied zwischen B&O und Philips nichts mit dem Design zu tun habe. „Das denkt jeder“, sagte er. „Philips stellt kostenoptimierte Unterhaltungselektronik her. Genau wie Sony. Wir bei Bang & Olufsen tun das nicht. Wir wollen die Erwartungen unserer Kunden erfüllen.“ „Nun“, entgegnete Leijssen, „das tun wir bei Philips auch, aber die Erwartungen unserer Kunden sind vielleicht ein bisschen niedriger, ebenso wie unsere Preisschilder.“

Leijssen entdeckte bald, dass Bang & Olufsen nicht nur ein Designerlebnis verkaufte. „Sie stellten extreme Anforderungen an die EMV-Immunität und Emission. Das Gerät musste 20 dB besser sein als die damals strengste Norm. Als ich 2003 im EMV-Kompetenzzentrum der CFT darüber berichtete, lachte man nur ungläubig. Die allgemeine Meinung war, dass sie niemals Erfolg haben würden. Aber sie haben es geschafft. Und das Bemerkenswerte daran ist, dass sie dies ohne industrietaugliche Steckverbinder geschafft haben. Ein Signal-Rausch-Verhältnis von 100 dB im Audiopfad nur mit SCART zu erreichen, ist sehr clever.“

Jack Leijssen ist ein Elektronik-Enthusiast. Zu Hause ist er meist in seinem Hobbyraum anzutreffen.

Warme Gefühle

Nach Leijsens Erfahrung war die Elektronik immer der Liebling der Philips-Gemeinschaft. Die hundertköpfige Professional Electronics Group der CFT, in der er 23 Jahre lang arbeitete, wurde beispielsweise während der berüchtigten groß angelegten Umstrukturierung mit dem Codenamen Centurion gegründet. „In allen Produktbereichen wurden Elektronikmitarbeiter entlassen. Aber sie waren zu gut, um entlassen zu werden, also wurden sie zu CFT versetzt. Was die Führungskräfte darüber dachten, weiß ich nicht, aber vielen Managern muss klar gewesen sein, dass diese Fähigkeiten gerettet werden mussten.“

Die vielen Umstrukturierungen bei Philips gingen an Leijssen vorbei, ohne dass er ins Schwitzen geriet. „Ich wechselte aus eigenem Antrieb vom Natlab zur CFT, aber danach arbeitete ich in fünf oder sechs verschiedenen Abteilungen. Es ist alles mit mir passiert. Plötzlich arbeitete ich in einer anderen Geschäftseinheit. Am Morgen öffnete ich meinen Briefkasten und stellte fest, dass ich einen anderen Chef hatte.“

Viele Kollegen waren über die Änderungen verärgert, aber nicht Leijssen. „So bin ich nun mal. Ich bin technikbegeistert, und wenn ich ehrlich bin, interessiert mich alles andere nicht so sehr. Ich sah, wie das Unternehmen Philips zu kämpfen hatte, aber ich wusste, dass die Technologie, an der ich arbeitete, zukunftsfähig war. Die Dinge, die ich mochte, erwiesen sich immer als nützlich und notwendig. Das ist eine Konstante in meinem Leben und in meiner gesamten Karriere bei Philips gewesen. Auch meine Sympathie für Philips hat unter all den Veränderungen und Schluckauf nie gelitten. Als ich vor zwei Jahren in den Ruhestand ging, wusste ich, dass Philips Healthcare mich weiterhin einstellen würde. Ich habe immer noch eine tolle Zeit dort.“

Regelmäßiger Trainer

Bei Philips CFT entwickelte Leijssen auch seine Fähigkeiten als Trainer. Es begann alles mit Problemen bei Philips Semiconductors in San Jose. Die dortigen IC-Designer hatten einen Chip entwickelt, der bei den Kunden EMV-Probleme auf den Leiterplatten verursachte. Ein alter Abteilungsleiter, der nach Nordamerika befördert worden war, kam auf die Idee, Leijssen zu bitten, die Probleme zu beheben. „Ich kannte ihn von einem digitalen Kassettenprojekt, an dem ich zehn Jahre zuvor gearbeitet hatte.“

„Die Designer hatten ein gutes Design abgeliefert, aber sie hatten nicht bedacht, dass die Kunden den Chip in einem kostengünstigen Produktionsprozess auf billige Leiterplatten montieren wollten“, erinnert sich Leijssen. „Sie hatten alle Probleme aus dem Chip herausgedrängt, an die Peripherie. Das Ergebnis war, dass die Leiterplatte fast unmöglich herzustellen war. Die Kunden wollen jedoch einen Chip in einem einfachen Referenzdesign, damit sie schnell die Einhaltung aller EMV- und gesetzlichen Anforderungen nachweisen können. Sie wollen kein Kopfzerbrechen, sie wollen eine billige Platine in einer billigen Plastikbox.“

Leijssen fand eine Lösung auf der Leiterplatte, ohne dass ein neues Chipdesign erforderlich war, und wurde prompt gebeten, Philips-Mitarbeiter in den USA zu schulen. „Der ursprüngliche Vorschlag sah vor, dass ich zehnmal im Jahr für drei Wochen vor Ort sein sollte, aber ich konnte das auf fünfmal reduzieren.“ Er richtete einen EMC-Kurs ein und unterrichtete Mitarbeiter sowohl bei Semiconductors (später NXP) als auch bei CFT (fusioniert mit Philips Healthcare und ASML). Er wurde ein regelmäßiger Ausbilder am Philips Centre for Technical Training und später am High Tech Institute, wo sein Kurs jetzt als „Signalintegrität eines PCB-Workshops“ bekannt ist.

Leijssen ist ein begeisterter Radiobastler. Für seinen selbstgebauten Langwellen-Mittelwellensender spannt sich eine riesige Antenne über seinen Hof, die mit diesem ebenfalls selbstgebauten Tuner abgestimmt werden kann.

Entscheidungen auf Systemebene

„Das Training macht mir besonders viel Spaß, weil die Leute in meiner Klasse verstehen, wovon ich spreche“, sagt Leijssen. „Sie kommen aus einer Welt, in der es ähnliche Probleme gibt wie die, die ich hatte. Wenn ich von meinen Erfahrungen erzähle, stelle ich fest, dass sie ganz Ohr sind.“

Die Schulung zieht eine sehr breite Gruppe von Teilnehmern an, nicht nur IC-Designer, sondern auch PCB-Layout-Designer und Systemarchitekten. Die PCB-Designer brauchen vor allem Faustregeln, bemerkt Leijssen. „Sie haben eine andere Perspektive. Wir haben einen Gastdozenten in unserem Workshop, der ihre Welt besser kennt als ich. Es geht zum Beispiel um die richtige Auswahl von Komponenten und darum, ob man sie auf einer oder mehreren Platinen unterbringen soll.“

Leijssen unterrichtet besonders gerne Leute, die Entscheidungen auf Systemebene treffen müssen. „Bei einem Low-Cost-Design muss alles auf einer Leiterplatte klar strukturiert sein. Leider bedeutet das auch, dass die Rauschklasse überall die gleiche ist. Wenn Sie einen 16-Bit-Analog-Digital-Wandler darauf platzieren, kann es sein, dass er nur 10 Bit schafft, weil er die gleiche dreidimensionale elektromagnetische Umgebung nutzt. In diesem Fall ist es billiger, einen 10-Bit ADC zu verwenden. Schließlich bedeutet ein 16-Bit-Ergebnis nicht, dass Sie diese Qualität erhalten. 16 Bit bedeutet ein Signal-Rausch-Verhältnis von 96 dB. Das bekommen Sie nicht umsonst, dafür müssen Sie sich anstrengen. Sie müssen dafür partitionieren.“

Ziemlich nutzlos

Die Signalübertragung auf Leiterplatten hat sich unter dem Einfluss der CMOS-Chiptechnologie erheblich verändert. „CMOS-Bauteile wurden immer schneller, so dass die Flanken der Signale, die eine Leiterbahn durchlaufen, immer steiler wurden. Auch das Frequenzspektrum, das für eine solche Flanke erforderlich ist, wurde immer breiter. Wir sprechen hier von Gigahertz.“

In dieser Welt ’sieht‘ ein Signal eine Leiterplatte nicht mehr als einen Kondensator, der aufgeladen werden muss. „Wir haben es jetzt mit Übertragungsleitungen zu tun, über die Signale wie Züge fahren. Diese Signale haben eine Flanke, die sich entlang der Leiterbahn bewegt. Der Rückstrom befindet sich unterhalb der Kante. Das Signal ’sieht‘ nicht die gesamte Kapazität der Leiterplatte, sondern nur ein kleines Stück von etwa der Länge der Kante. Hinzu kommt, dass eine Leiterbahn mehrere Flanken haben kann. Auf einer Übertragungsleitung ist das alles in Bewegung, unterwegs. Das ist eines der Themen, die ich in meinem Workshop behandle. Sie können es mit optischen Signalen vergleichen, aber mit etwa halber Lichtgeschwindigkeit.“

Mit seinen Trainingskursen möchte Leijssen die Menschen dazu bringen, anders zu denken. „Die besten Ingenieurspraktiken sind in meiner Welt ziemlich nutzlos“, sagt er. „Viele elektromagnetische Phänomene stehen im Widerspruch zu dem, was Ihre Intuition Ihnen sagt. Die Leute denken, dass sie Kondensatoren aufladen, aber in Wirklichkeit stößt ein solches Signal auf einer Leiterplatte auf verschiedene Hindernisse. Eine Kapazität hier, eine andere Kapazität dort. Außerdem unterliegt das Signal einer gewissen Selbstinduktivität. Ein Kapazitätsmessgerät könnte eine Kapazität von 100 Picofarad auf einer Leiterplatte messen, aber ein Signal sieht das nicht so. Es sieht eine verteilte Kapazität und eine verteilte Selbstinduktivität. Ihr Mobiltelefon, alle Speicher, sie alle arbeiten jetzt mit Übertragungsleitungen.“

Dieser Artikel wurde von René Raaijmakers geschrieben., Technischer Redakteur von Bits&Chips.

Rust ist mit seiner Garantie für Speichersicherheit eine vielversprechende Programmiersprache. Wenn Sie sich fragen, ob Sie Ihre Zeit in Rust investieren sollten, dann hat der Computerprogrammier-Enthusiast Kris van Rens eine sehr gezielte Schulung für Sie am High Tech Institute.

Rust, eine aufstrebende Programmiersprache, hat aufgrund ihres Versprechens einer garantierten Speichersicherheit bei vielen Unternehmen Aufmerksamkeit erregt. Natürlich gab es schon früher neue Programmiersprachen, und die Entscheidung für eine neue Sprache ist immer eine wichtige Entscheidung. Wenn Sie sich fragen, ob Rust eine nützliche Ergänzung für Ihre Softwareentwicklung sein könnte, hat der Programmierenthusiast Kris van Rens eine Schulung für Sie vorbereitet: „Exploring Rust“, organisiert vom High Tech Institute.

Van Rens vergleicht die Speichersicherheit von Rust mit Leitplanken: „Sie verhindert, dass sich Software-Ingenieure selbst in den Fuß schießen. Im Grunde tauscht man Freiheit gegen garantierte Sicherheit und vorhersehbares Verhalten.“ Gleichzeitig betrachtet er die ausdrucksstarke Syntax von Rust als eine seiner Stärken, die es zu einer attraktiven Sprache für die Arbeit macht. Ein dritter Vorteil, den er hervorhebt, ist der Compiler: „Er ist ein großartiger Begleiter beim Programmieren und gibt hervorragende Fehlermeldungen aus. Außerdem bietet er häufig Vorschläge für Korrekturen an, er ‚leitet‘ Sie buchstäblich an, während Sie arbeiten.

Produktionsfertige

Da Rust eine relativ junge Programmiersprache ist, stellt sich natürlich die Frage, ob sie für die Produktion geeignet ist. Laut Van Rens hängt die Antwort von der Anwendungsdomäne ab, aber im Allgemeinen würde er sie mit einem klaren Ja beantworten. „In der Tat setzen viele renommierte High-Tech-Softwareentwicklungsunternehmen Rust in der Produktion ein, zum Beispiel in der Anwendungs-, Cloud- und Webentwicklung.“

In eingeschränkteren Bereichen wie der eingebetteten Entwicklung ist die volle Unterstützung nicht immer gewährleistet, zum Teil weil dies von der Unterstützung durch den Hersteller des eingebetteten Geräts abhängt. Auch in Bereichen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie, die eine Softwarezertifizierung erfordern, kann Rust derzeit noch eine Herausforderung darstellen. Van Rens weist jedoch darauf hin, dass „das deutsche Unternehmen Ferrous Systems bereits eine Rust-Toolchain anbietet, die für den Einsatz in Umgebungen bereit ist, die eine ISO 26262-Zertifizierung für die Automobilindustrie erfordern. Die Bemühungen um andere Anforderungsstufen sind im Gange. Es ist nur eine Frage der Zeit.“

Unterschiedliche Konzepte

Van Rens hält Rust nicht für schwieriger zu erlernen als fortgeschrittenes C oder C++. „Ja, C mag eine kleine Sprache sein, aber C oder C++ zu beherrschen, erfordert viele Jahre konzentrierter Arbeit und Disziplin. Vielleicht ist die Lernkurve für Rust am Anfang steiler, weil die Sprache an sich größer ist, aber langfristig macht das keinen Unterschied. Ich stoße oft auf Softwareentwicklungsunternehmen, die Artikel über ihre erfolgreiche Einführung von Rust veröffentlichen und erklären, dass die Sprache nicht besonders schwer zu lernen war.“

Ein Teil der steilen Lernkurve von Rust ist auf einige einzigartige Konzepte zurückzuführen, die in traditionellen Programmiersprachen wie C und C++ nicht vorkommen. Van Rens konzentriert sich in seiner Schulung auf diese Elemente und erwartet von den Teilnehmern, dass sie Softwareingenieure mit Erfahrung in der Systementwicklung sind. „Das ermöglicht es mir, Rust auf einem fortgeschrittenen, gründlichen Niveau einzuführen. Mein Ziel ist es nicht, Rust-Experten auszubilden, sondern den Teilnehmern ein umfassendes Verständnis dafür zu vermitteln, was diese Sprache auszeichnet. Das hilft ihnen bei der Entscheidung, ob sie ihre Zeit in Rust investieren sollten, und erleichtert ihnen die erfolgreiche Einführung der Sprache, wenn sie sich dafür entscheiden, es einmal zu versuchen.“

Aufgrund seines fokussierten Ansatzes erstreckt sich das „Exploring Rust“-Training über nur zwei halbe Tage innerhalb eines zweiwöchigen Zeitrahmens. „Ich steige sofort auf hohem Niveau ein und behandle die wichtigsten Themen in aller Ausführlichkeit. Ich verbringe etwa 30 Prozent der Zeit mit praktischen Übungen. Für diejenigen, die noch tiefer einsteigen wollen, gibt es ein paar größere Hausaufgaben.“

Dieser Artikel wurde von Koen Vervloesem geschrieben., freier Mitarbeiter bei Bits&Chips.

C++ hat sich im Laufe der Zeit stark weiterentwickelt. Softwareingenieure, die immer noch veraltete Paradigmen der Programmiersprache verwenden, schöpfen ihr Potenzial nicht voll aus. In seiner „C++ Grundlagen„-Schulung am High Tech Institute führt der Computerprogrammier-Enthusiast Kris van Rens in C++20 ein, einschließlich Themen wie Vorlagen und Bereiche.

Im Laufe der Jahre sind viele Programmiersprachen als Alternativen zu C++ vorgeschlagen worden. Dennoch hat C++ dadurch nicht an Bedeutung verloren, betont der Programmierfan Kris van Rens. „Es gibt Millionen von Zeilen C++-Code in der Produktion, und eine beträchtliche Anzahl von Ingenieuren in der Industrie ist in dieser beliebten Programmiersprache ausgebildet.“

Eine der Herausforderungen bei der Beherrschung von C++ ist der schiere Umfang der Sprache, stellt Van Rens fest. „C++ ist eine alte Sprache, die aufgrund der vielen neuen Funktionen, die sie im Laufe der Zeit erhalten hat, ziemlich umfangreich und relativ komplex geworden ist. Infolgedessen haben viele C++-Entwickler ihre Sprachkenntnisse bruchstückhaft aufgebaut, ohne einen klaren, umfassenden Überblick zu haben.“

Van Rens möchte in seinem 4-tägigen Schulungskurs „C++ Grundlagen“, der vom High Tech Institute organisiert wird, diese umfassende Sicht auf die Programmiersprache vermitteln. In dieser Schulung führt er Softwareingenieure aller Niveaus in die Grundlagen des modernen C++ ein, unabhängig davon, ob sie zum ersten Mal mit der Programmiersprache in Berührung kommen oder ihre Kenntnisse älterer C++-Versionen auffrischen wollen.

Eine lebendige Sprache

Da sich C++ und seine Werkzeuge im Laufe der Zeit stark verändert haben, ist es leicht, sich mit veralteten Paradigmen zu beschäftigen. Van Rens mahnt: „Viele Bücher und Online-Ressourcen lehren immer noch ältere Versionen von C++ und hindern Sie so daran, das Potenzial der Sprache voll auszuschöpfen.“ C++ ist als Sprache immer noch sehr lebendig, denn alle drei Jahre erscheinen neue Versionen und mindestens alle sechs Jahre werden wichtige Funktionen aktualisiert. „Es liegt an den Softwareingenieuren und ihren Arbeitgebern, sich über die Änderungen der Sprache auf dem Laufenden zu halten und von den neuen Funktionen zu profitieren“, meint Van Rens.

Van Rens behandelt in seiner Schulung C++20, einschließlich leistungsstarker Themen wie Vorlagen und Bereiche. „Diese C++-Version von 2020 wird von den meisten aktuellen Toolchains vollständig unterstützt, und in industriellen Produktionsumgebungen ist ihre Einführung relativ neu. Vielleicht sind einige Teilnehmer der Schulung nicht in der Lage, C++20 direkt in ihrer Umgebung anzuwenden. Sie werden jedoch in der Lage sein, die potenziellen Verbesserungen und Änderungen zu erkennen, die C++20 für ihren Code mit sich bringen wird. Auf diese Weise werden sie hoffentlich in der Lage sein, zu einer zukünftigen Migration auf neuere C++-Versionen in ihrem Unternehmen beizutragen. Während der Schulung hebe ich auch die Funktionen von C++20 hervor, die in früheren Versionen der Sprache fehlten.“

Die Schulung „C++-Grundlagen“ erstreckt sich über insgesamt vier Tage, aufgeteilt in zwei Blöcke von je zwei vollen Tagen, mit einer Woche Pause dazwischen. „In den ersten beiden Tagen behandle ich die grundlegenden Elemente der Sprache, gefolgt von einer Vertiefung in den nächsten Tagen. Der Schwerpunkt liegt auf dem Aufbau eines soliden Grundwissens über C++ und darauf, zu wissen, wo man Quellen für die weitere berufliche Entwicklung in C++ findet“, fasst Van Rens die Schulung zusammen. Er verbringt etwa die Hälfte der Schulungsdauer mit Übungen, die er aus seiner praktischen Erfahrung als erfahrener C++-Softwareentwickler ableitet. Für diejenigen, die noch tiefer in die Materie einsteigen möchten, gibt es einige größere Hausaufgaben.

Software-Sicherheit und Sicherheit

Ein neues Thema im Bereich der Programmiersprachen ist der Übergang zu strengeren Vorschriften für die Sicherheit von Software. Dies wird alle Bereiche der Softwareentwicklung beeinflussen, betont Van Rens. „Software-Ingenieure werden wahrscheinlich mehr Garantien in Bezug auf Sicherheit und Schutz bieten müssen.“ Die beiden wichtigsten Ansätze hierfür sind die Verwendung einer speichersicheren Programmiersprache wie Rust oder die Verwendung einer Sprache mit Garbage Collection, um die manuelle Speicherverwaltung zu eliminieren.

Obwohl C++ keine streng sichere Programmiersprache ist, bestätigt Van Rens, dass C++-Code immer noch seinen Platz in der Anwendungslandschaft hat. „Vielleicht wird sich C++ in ferner Zukunft weiterentwickeln, um strengen Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, aber nicht im Moment. Mit der richtigen Disziplin, den richtigen Richtlinien und Tools kann die Arbeit mit C++ jedoch weitgehend sicher sein. Es gibt zwar keine festen Garantien, aber für Ihre Zwecke könnte es ’sicher genug‘ sein.“

Dieser Artikel wurde von Koen Vervloesem geschrieben., freier Mitarbeiter bei Bits&Chips.

In seinem Workshop zur Projektleitung möchte Wilhelm Claussen die Teilnehmer dazu befähigen, ihre Rolle als Projektleiter zu reflektieren und sie dabei unterstützen, Momente zu schaffen, in denen sie ihre Teams und Stakeholder auf das Projektziel ausrichten. Alles mit dem Ziel, Projekte erfolgreich zu machen und die Arbeit als Projektleiter zu einem lohnenden persönlichen Entwicklungsweg zu machen.

Irgendwann in seiner Karriere erlebte Wilhelm Claussen einen Schlüsselmoment, als er für ein deutsches Unternehmen an einem Projekt in Amerika arbeitete. Obwohl er sich an die vom Hauptsitz des Unternehmens vorgegebenen Richtlinien hielt, stieß er bei der Führung seiner Mitarbeiter aufgrund lokaler Besonderheiten auf unvorhergesehene Herausforderungen, die unüberwindbarer waren als die technische Aufgabe selbst. Dies führte letztlich zu einem epischen Scheitern des Projekts, verschaffte ihm aber eine tiefgreifende Lernerfahrung.

Dieser Rückschlag war die Initialzündung für das, was er heute als seinen Projektmanagement-Stil betrachtet, den er nun erfolgreich in seinen Kursen am High Tech Institute unterrichtet. Aufgrund seiner 26-jährigen Erfahrung in der Projektleitung ist er der Meinung, dass es jenseits der verschiedenen Schulen des Projektmanagements einige universelle Prinzipien und Methoden gibt, die gute Projektleiter beherrschen sollten. Er hat beobachtet, dass solche Personen für Unternehmen von unschätzbarem Wert sind, da sie sich in einem sich schnell verändernden und verstreuten Umfeld zurechtfinden können.

„Viele Projektmanager müssen heute international und in einem multipolaren Umfeld arbeiten, in dem sich die Spielregeln schnell ändern. Ein proaktiver Umgang damit ist der Schlüssel zum Erfolg. Andernfalls werden selbst gute technische Ideen aufgrund schlechter Führung nie zu einem erfolgreichen Produkt.“

Sie machen einen klaren Unterschied zwischen Projektmanagement und Projektleitung, warum ist das so?

„Diese Unterscheidung hat sich für mich im Laufe der Zeit herauskristallisiert:

Für mich geht es bei der Projektleitung darum, wie Sie Projektmitglieder und Stakeholder anleiten, die wichtigen Dinge zum richtigen Zeitpunkt zu tun. Und es geht um die Person, die im Projekt als Leuchtturm fungiert und Richtung und Anleitung gibt. Das macht Projektleitung zu etwas sehr Persönlichem.

„Projektmanagement ist dagegen die Abfolge von Aktionen, die den Plan für die Ausführung erstellen. Es wird durch ein überschaubares Set von Werkzeugen für eine bestimmte Projektumgebung abgedeckt und ist quasi das Handwerkszeug des Projektmanagers.

„Ich möchte die Erfahrungen, die ich als Projektleiter gesammelt habe, weitergeben. Das bedeutet, dass ich möchte, dass die Menschen sich ihrer selbst bewusst werden, dass sie verstehen, wo sie sich in ihrem Projekt befinden und dass ich ihnen helfe zu verstehen, wie sie ihr Umfeld beeinflussen können. Das ist es, worum es bei der Führung geht: wirkungsvolle Momente zu schaffen und sie zu nutzen.“

Heißt das, dass Ihr Projektmanagement-Workshop kein Projektmanagement-Kurs ist?

„Ja – und nein!

Zunächst einmal bieten viele Institutionen Projektmanagement-Kurse an. Sie erklären Schritt für Schritt nach dem von ihnen gewählten Modell (z.B. Agile, Wasserfall, V-Modell…), was und wie man bei verschiedenen Arten von Projekten vorgeht. Und natürlich befassen wir uns auch mit den grundlegenden Elementen des Projektmanagements, denn das prägt unser Arbeitsumfeld durch und durch.

So weit -Ja, Sie lernen die wichtigsten Elemente des Projektmanagements kennen.

Darüber hinaus werden wir uns aber auch mit dem Aspekt der Führung befassen und damit, wie man mit Ungewissheit und unbeständigen Umgebungen umgeht. Mit anderen Worten, die Frage, wie man für das Unbekannte plant.

Wie strukturiere ich zum Beispiel ein technologisches Entwicklungsprojekt, bei dem ich nicht wissen KANN, was der richtige Weg zum Ergebnis ist? Wie verhindere ich, dass alle anderen Teilprojekte von einem chaotischen Teilprojekt weggefegt werden?

Wie können Sie in unbeständigen Umgebungen verstehen, welcher Teil als Nächstes erledigt werden muss, und ihn vorantreiben?

Meine Leidenschaft ist es, Menschen beizubringen, wie sie diese Herausforderung in einer hochtechnischen, integrationsorientierten Umgebung meistern können. Also bei Lieferungen, bei denen der endgültige Zweck des Projekts nur erreicht werden kann, wenn ALLE Unterlieferungen zusammen funktionieren, wie in der Automobilindustrie, der Halbleiterindustrie oder dem Sondermaschinenbau.

Für mich bedeutet das, dass es Spaß macht, auf den weißen Wellen zu reiten, anstatt ständig zu ertrinken und Wasser zu schlucken.

In dieser Hinsicht – nein, es handelt sich nicht um einen normalen Projektmanagement-Kurs!

Was war die wichtigste Erfahrung, die Sie dazu gebracht hat, die Bedeutung von Führung in Ihrer eigenen Karriere zu fördern?

„In meinen ersten Projekten fühlte ich mich in meiner Rolle als Projektmanager oft wie ein Opfer, gefangen in den Aufgaben und Zeitplänen, die von anderen vorgegeben wurden, ohne selbst klare Lösungen finden zu können. So schloss ich mich anderen Projektmanagern an, die sich über knappe Ressourcen, unzureichende Budgets und fehlende Werkzeuge beklagten. Ein trauriger Weg, der in eine Sackgasse führt.

Eines Tages verstand ich, dass ich auf meinem Weg Risiken und Ungewissheiten akzeptieren musste. Teil meiner Führungsphilosophie wurde es, diese Risiken zu managen, sie zu akzeptieren und mit der Unsicherheit umzugehen. Im Wesentlichen erforderte dies die Bereitschaft, „unbekannte Unbekannte“ proaktiv in identifizierbare Risiken zu verwandeln, die ich verwalten und kontrollieren konnte. So würde ich es heute ausdrücken.“

Der Begriff „Führung“ ist zu einem Modewort geworden. Warum verwenden Sie ihn?

„Ich stimme dieser Beobachtung zu, aber ich verwende sie, weil ich keinen besseren Begriff habe.

Um dies ein wenig zu erweitern: Projektführung geht über bloße Methoden oder manipulative Taktiken hinaus. Sie wurzelt in der Überzeugungskraft eines konsistenten und ganzheitlichen Charakters. Mein Ziel ist es, den Einzelnen dazu zu ermutigen, über das Wesen einer Führungspersönlichkeit nachzudenken und es zu erfassen, indem er nach innen statt nach außen schaut.

Sie müssen nicht nur Ihr eigenes Team managen, sondern auch die Erwartungen Ihrer Kunden erfüllen!

„Führung bedeutet vor allem, die Interessengruppen zu managen, die es überall gibt. Ich werde die Teilnehmer dabei anleiten, diese Stakeholder zu identifizieren und ihre oft unausgesprochenen Erwartungen zu verstehen. Diese Einsicht ist entscheidend für das effektive Management all dieser Stakeholder: Kunden, Lieferanten, technische Experten und Projektmitglieder. Das Ziel ist es, sich konstruktiv mit ihnen auseinanderzusetzen und sie auf dem Weg zu einem gemeinsamen Ziel mitzunehmen.

Es geht also wieder nur um Kommunikation?

Das ist es nicht ganz. Es beginnt mit einer soliden Grundlage an Projektmanagement-Tools und Erfahrung. Was einen Projektleiter jedoch wirklich auszeichnet, ist seine Fähigkeit, kulturelle, sprachliche und organisatorische Barrieren zu überwinden, um erfolgreiche Projektergebnisse zu erzielen. Dies erfordert die Entwicklung eines einzigartigen persönlichen Stils.

Projektmanagement bedeutet, alles auf dem Radar zu haben. Projektmanagement ist die Kunst, Prioritäten zu setzen. Es ist die Kunst, das wegzulassen, „was Sie nicht tun müssen“.

Welche Auswirkungen haben diese kulturellen Unterschiede?

„Ich habe lange Zeit in Asien, Deutschland, den USA, Osteuropa und den Niederlanden gearbeitet. Die Menschen in den verschiedenen Kulturen tragen ihre Sorgen, ihre Konflikte, aber auch ihren Unglauben und ihre Meinungsverschiedenheiten auf ganz unterschiedliche Weise durch die verschiedenen Ebenen der Organisationen. Das ist normal und kann für den Fortschritt des Projekts nützlich sein.

Ein guter Projektmanager kann damit umgehen, indem er diese Herausforderungen erkennt, bevor sie zu einem Problem werden. Und Sie müssen in der Lage sein, auf diese Zeichen zu hören und Ihren Managementstil an diese unterschiedlichen kulturellen Aspekte anzupassen.

Nur zur Erinnerung: In den meisten anderen Kulturen als der niederländischen oder deutschen sind Uneinigkeit und Unverbindlichkeit stillschweigend akzeptiert.

Was sind weitere typische Hürden?

„Unterschiedliche Erfahrungsniveaus und Persönlichkeiten spielen eine entscheidende Rolle. Sie müssen sich anpassen und verstehen, mit welcher Art von Menschen Sie es zu tun haben. Denn alle Menschen bevorzugen eine Kommunikation, die ihre eigene Sprache spricht. Es geht nicht nur um Vokabeln und Worte, sondern auch um Gefühle, Metaphern und kulturelle oder persönliche Überzeugungen. Ein Projektleiter muss also seine Botschaft in die verschiedenen Sprachen seiner Empfänger im Projekt übersetzen.

„Optimal auf Kollegen einzugehen, ohne die eigene Persönlichkeit zu verlieren, ohne völlig opportunistisch zu werden, das ist die Aufgabe eines guten Projektleiters.

Das wird sich natürlich mit der Zeit entwickeln. Aber die gute Nachricht ist, dass es bestimmte Fragen, bestimmte Ideen und Konzepte gibt, die Sie üben können. Sie werden Ihnen sehr helfen, den nächsten Schritt zu tun.

Wie sieht die Zukunft des Projektmanagements aus, wenn Sie sich die neuen Möglichkeiten der KI ansehen?

Ich möchte diese Frage in drei Teilen behandeln.

Erstens bieten die aktuellen Projektmanagementsysteme für wiederholte Lieferungen, die wir als „Projekte“ bezeichnen, bereits einen hohen Automatisierungsgrad für Routineaufgaben. Dieser Trend wird sich in den kommenden Jahren wahrscheinlich fortsetzen und die Replikation komplexer Projekte erleichtern, wie Snowden feststellt. Projektmanager müssen ihre Strategien und Projektdesigns an die Programmierlogik dieser Systeme anpassen.

Zweitens: Originelle Projekte – einzigartige und unvorhersehbare Projekte werden aufgrund der ungewissen Auswirkungen der künstlichen Intelligenz (KI) auf das Projektmanagement weiterhin menschliche Führung erfordern. Während KI zunehmend Routineaufgaben übernehmen wird, ist die menschliche Aufsicht für originelle Projekte entscheidend.

Der dritte Aspekt ist der faszinierendste: Wenn wir über Führung sprechen, geht es im Grunde um die Interaktion von Mensch zu Mensch. Mit dem Aufkommen echter künstlicher Intelligenz stehen wir vor der Herausforderung, diese in Führungsrollen innerhalb von Projekten zu integrieren. Das bedeutet, dass Aufgaben, Projektstrukturen und Prioritäten von intelligenten Maschinen definiert und gemeinsam im Projektteam ausgeführt werden.

Da künstliche Intelligenz jedoch mit regelbasierten Modellen arbeitet, wird sich die menschliche Führungsfunktion von der direkten Aufgabenanweisung auf die Definition fairer und effektiver Regeln verlagern. Das bedeutet, dass die Verantwortung für kollaborative und effiziente Projektteamarbeit beim Projektmanager verbleibt, auch wenn sich die Tools und Methoden ändern.

Was ist heute in der Führung wichtig?

Führung, wie ich sie definiere, ist in unserem täglichen Leben allgegenwärtig, denn sie erfordert, dass die Führungskraft den Zweck versteht und weiß, wie sie kommunizieren muss, um andere zur Mitarbeit zu motivieren. Wir arbeiten in hochspezialisierten Organisationen, so dass es keine Rolle spielt, ob Sie ein Techniker, Ingenieur oder Gruppenleiter sind. Ich würde erwarten, dass jeder Fachexperte in der Lage und bereit ist, die Organisation in den Aspekten zu führen, die zu seinem Fachgebiet gehören.

Bei der Führung in unserem heutigen Arbeitsumfeld geht es immer darum, individuelle Ziele durchzusetzen, die zur Erreichung des Gesamtergebnisses notwendig sind. Dazu gehört auch, andere zu beeinflussen, damit sie verstehen, was wir wollen und umgekehrt, damit wir verstehen, was sie wollen. Darum geht es bei der Führung auf allen Ebenen, rund um die Uhr.“

Dieser Artikel wurde von René Raaijmakers, dem technischen Redakteur von High-Tech Systems, geschrieben.

Es ist einfacher denn je, komplexe Berechnungen und Designsimulationen durchzuführen. Letztendlich kommt es aber darauf an, wie ein Design außerhalb des Labors, in einem realen Produkt, in einer realen Umgebung funktionieren wird, meint Wendy Luiten. Aus diesem Grund unterrichtet sie am High Tech Institute einen neuen Kurs mit dem Titel Angewandte Statistik für F&E. Statistik wird oft zu wenig angewendet, was schade ist, denn sie kann wirklich zum Erfolg beitragen.

Als Wendy Luiten das Programmieren lernte, benutzte sie Lochkarten, die in riesige Computer eingespeist wurden. Heute kann sie die kompliziertesten Berechnungen und Designsimulationen mit einem Tastendruck auf ihrem Laptop durchführen.

Während ihrer Karriere erlebte Luiten eine beispiellose Steigerung der Verarbeitungsleistung. Nach ihrem Abschluss 1984 an der Universität Twente begann sie eine steile Karriere als Wärmeexpertin und als Six Sigma Master Black Belt bei Philips. Heute arbeitet sie als Beraterin.

Dank dieser umfassenden Erfahrung hat sie einen besseren Überblick über Statistik und Computertechnik als die meisten Ingenieure. Neue Software bietet großartige Möglichkeiten für die Erstellung von Designsimulationen und Digitalen Zwillingen. Aber die scheinbare Leichtigkeit dieser neuen Methoden lässt leicht vergessen, dass eine Simulation nicht die Realität ist. Ein Simulationsmodell muss validiert werden, um sicherzustellen, dass es die Realität in ausreichendem Maße abbildet. Außerdem beschreiben Simulationen eine ideale Welt ohne zufällige Schwankungen. In der realen Welt können zufällige Schwankungen dazu führen, dass ein Produkt unzuverlässig wird und den Endkunden enttäuscht.

Manche Leute wiederholen nicht, sondern gehen von einer einzigen Messung aus“, sagt sie. Auf der Grundlage dieser Messung entscheiden sie, ob das Design gut ist oder nicht. Das ist riskant. Sie wissen nicht, wie gut die Messung ist, Sie haben keine Ahnung vom Messfehler, Sie wissen nicht, wie repräsentativ der Prototyp ist, Sie wissen nicht, wie repräsentativ der Anwendungsfall ist.

„Angewandte Statistik ist wie Autofahren, man muss nicht wissen, wie der Motor funktioniert, um von A nach B zu kommen“, sagt Wendy Luiten

Die Menschen neigen dazu, ihren Messfehler sehr optimistisch einzuschätzen. Ich habe Fälle gesehen, in denen die Leute dachten, ihr Messfehler läge im Zehntelgradbereich, aber eine Wiederholungsmessung ergab einen Unterschied von 10 Grad C. In der thermischen Welt ist das ein riesiger Unterschied. Wenn also Ihre Wiederholungsmessung einen so großen Unterschied ergibt, können Sie sich nicht sicher sein, wie gut das Produkt funktioniert, und Sie müssen der Ursache für diesen Unterschied auf den Grund gehen.

Deshalb beginnt Luiten ihre neue Schulung über Angewandte Statistik für F&E am High-Tech-Institut mit Messstatistik. In diesem Kurs wird sie sich mit den wichtigsten Statistikfähigkeiten beschäftigen, die sich in ihrer über 30-jährigen Erfahrung in der industriellen F&E bewährt haben. Zuerst müssen Sie feststellen, wie gut Ihre Messungen sind“, erklärt sie. Dann müssen Sie in der Lage sein, den Stichprobenumfang zu schätzen, d.h. die Anzahl der Messungen, die Sie benötigen, um einen bestimmten Effekt mit ausreichender Wahrscheinlichkeit nachzuweisen. Sobald Sie die Ausgangsleistung genau und mit ausreichender Präzision messen können, können Sie verschiedene Designkonfigurationen untersuchen und die beste Konfiguration auswählen. Schließlich untersuchen Sie den Mittelwert und die Variation des Outputs, wodurch Sie letztendlich ein erfolgreiches Design erhalten.

Zufälliger Messfehler

Luiten stellt fest, dass Ingenieure sich des systematischen Messfehlers oft schon bewusst sind. Systematische Fehler sind ein bekanntes Feld“, sagt sie. Sie können eine goldene Probe messen und die Ergebnisse korrigieren, das ist de facto eine Kalibrierung Ihrer Messung. Das ist gut bekannt und Teil vieler Laborkurse, die an Hochschulen gelehrt werden.

Die meisten Menschen berücksichtigen den Zufallsfehler jedoch nicht oder verwenden blind einen Standardwert von 1, 5 oder 10%. In Wirklichkeit hängt der Zufallsfehler jedoch vom Messinstrument und auch davon ab, wer die Messungen durchführt. Die statistische Methode zur Ermittlung des Zufallsfehlers ist in der Regel nicht Teil eines Laborkurses, daher ist sie weniger verbreitet. Aber wenn ein solcher Test zum ersten Mal durchgeführt wird, sind die Ergebnisse oft überraschend.‘

Luiten erwähnt einige Fälle, mit denen sie selbst zu tun hatte. Ich habe Fälle erlebt, in denen man sich sicher war, dass es fast keine Zufallsfehler gab, weil man eine sehr teure automatische Messmaschine hatte. Aber es stellte sich heraus, dass die Bediener die Proben auf unterschiedliche Weise herstellten, was einen großen Zufallsfehler verursachte. In einem anderen Fall gaben verschiedene Entwicklungslabors alle einen Messfehler von 5% an – aber als sie dieselben Geräte in einem Ringversuch maßen, gab es einen Unterschied um den Faktor 2, und zwar aufgrund von Unterschieden im Messaufbau, die man für irrelevant hielt. Ich habe gesehen, dass scheinbare Schwankungen in der Produktqualität mit dem Bediener, der die Messungen durchführt, in Verbindung gebracht werden konnten. In allen Fällen waren die Leute absolut überzeugt, dass sie einen vernachlässigbaren Zufallsfehler bei den Messungen hatten, und diese Ergebnisse waren völlig unerwartet. Aber Sie kennen Ihren Zufallsfehler und die Ursache des Zufallsfehlers nur, wenn Sie den statistischen Test dafür durchführen.‘

„Welches Design ist besser? Design C ist vorzuziehen – Auch wenn B eine höhere durchschnittliche Leistung hat, hat C die niedrigste Ausfallrate, weil es konstant funktioniert „, Wendy Luiten

Messung wiederholt sich

Der zufällige Messfehler ist besonders wichtig, wenn es um die so genannte statistische Aussagekraft geht – die Wahrscheinlichkeit, einen bestimmten Effekt zu messen, wenn er vorhanden ist. Wenn der Effekt, den Sie messen wollen, etwa so groß ist wie Ihr Messfehler und Sie Ihre Messung zweimal wiederholen, liegt die Wahrscheinlichkeit, diesen Effekt nachzuweisen, unter 10%. Wenn also eine Designänderung zu einer um 5C niedrigeren Temperatur führt und Ihr zufälliger Messfehler 5C beträgt, werden Sie dies bei 1 von 10 Messungen feststellen, und im Durchschnitt sind die Ergebnisse in 9 von 10 Fällen nicht beweiskräftig, selbst wenn Sie die Messung zweimal durchführen. Wenn Sie die Aussagekraft verbessern wollen, müssen Sie entweder den Messfehler verringern oder mehr Wiederholungen durchführen. Manchmal wird die Wiederholung von Messungen als Verschwendung angesehen, aber Luiten ist da anderer Meinung. Die wahre Verschwendung ist es, Experimente mit zu geringer Aussagekraft durchzuführen, sich die Mühe zu machen, ein Experiment vorzubereiten und durchzuführen – und dann festzustellen, dass das Ergebnis nicht schlüssig ist.

Testen verschiedener Designoptionen

Neben Messfehlern und der Schätzung des Stichprobenumfangs wird ein Schlüsselelement des Kurses das Testen verschiedener Designs sein. Sie können das in Hardware tun, aber das ist vielleicht nicht die effektivste Option. Heutzutage kann man eine Menge durch virtuelle Tests erreichen“, sagt Luiten. Bevor Sie überhaupt einen Prototyp herstellen, können Sie mit Computersimulationen mit Ihren Entwürfen experimentieren. Die Eingaben können von Materialien und Abmessungen bis hin zu Energie- und Steuerungssoftware reichen. Sie können z.B. die Auswirkungen verschiedener Materialien oder Abmessungen, die Verwendung eines anderen mechanischen Layouts oder verschiedene Einstellungen in einem Steuerungsalgorithmus modellieren. Bei jedem Produkt gibt es viele Entscheidungen zu treffen, sowohl auf der Ebene der Architektur als auch bei der Implementierung. Es ist wichtig herauszufinden, welche Eingaben am wichtigsten sind und wie diese Eingaben die Leistung bestimmen, denn Sie wollen nicht später feststellen, dass eine frühere Entscheidung falsch war. Ein Versuch-und-Irrtum-Ansatz ist oft zu zeit- und kostenintensiv.‘ Der statistische Ansatz besteht darin, eine Reihe von Experimenten in einer speziellen Art und Weise durchzuführen, wobei mehrere Inputs gleichzeitig variiert werden und nicht einzelne Experimente, sondern Gruppen von Experimenten verglichen werden, um die Auswirkungen eines einzelnen Inputs oder von Wechselwirkungen zwischen zwei Inputs herauszufinden. Dies ist ein sehr leistungsfähiger Ansatz, insbesondere in Kombination mit Computersimulationen, aber für eine kleine Anzahl von Eingaben können Sie dies auch in Hardware durchführen. Wenn Sie die Experimente in Hardware durchführen, bestimmt der berechnete Stichprobenumfang aus den früheren Phasen die Anzahl der Wiederholungen für die verschiedenen Experimente. Werden die Experimente virtuell, also durch Computersimulationen, durchgeführt, wird der Stichprobenumfang für die Validierungsexperimente für das Computermodell verwendet.

Die beste Wahl treffen

Das nächste Werkzeug im Werkzeuggürtel der Statistik ist die Optimierung oder das Treffen der besten Wahl. Sobald Sie herausgefunden haben, welches die wichtigsten Eingangsparameter sind und wie sie sich auf die Leistung auswirken, können Sie eine datengestützte Entscheidung darüber treffen, welche Designkonfiguration für Ihren Zweck am besten geeignet ist. Oft sind mehrere Ergebnisse zu berücksichtigen, z.B. wenn Sie eine hohe Festigkeit und gleichzeitig ein geringes Gewicht wünschen. Die Multiple-Response-Optimierung ist ein bekanntes Hilfsmittel für diesen Zweck.

Die Auswirkung von Eingangsvariationen

Sobald Sie die Auswirkung eines Inputs kennen, ist es auch wichtig, seine Variation zu betrachten und welche Art von Variation er wiederum in der Leistung verursacht“, fährt Luiten fort. Auch das ist etwas, womit die Leute weniger vertraut sind, aber wenn man erst einmal weiß, wie man es macht, ist es gar nicht so schwierig, und es ist wichtig. Damit ein Design erfolgreich ist, kommt es nicht nur auf die Spitzenleistung an, sondern auch darauf, dass Sie diese Leistung konstant erreichen. Mit dem Tool für statistische Simulationen können Sie ein statistisches Modell erstellen, um den Mittelwert und die Schwankungen Ihres Outputs mit der statistischen Verteilung Ihrer Inputs zu verknüpfen.

Manchmal sagen die Leute, dass dies nichts bringt, weil sie die Schwankungen bei den Inputs nicht kennen. Aber wenn ein Input wichtig ist, ist es im Hinblick auf eine gleichbleibende Produktqualität riskant, seine Schwankungen nicht zu berücksichtigen. Wenn das statistische Modell zeigt, dass der Input wichtig ist, haben Sie guten Grund, mit dem Lieferanten zu besprechen, wie die Verteilung aussieht und wie groß die Schwankungen sind. Dies ist in der Automobilindustrie üblich. Dort gibt es sogar formelle Verfahren, die genaue Anforderungen nicht nur an den Mittelwert, sondern auch an die Standardabweichung von Komponenten und Unterbaugruppen festlegen.

Navigieren Sie im Lösungsraum

Mit anderen Worten: Statistische Methoden helfen dabei, alle möglichen Konfigurationen zu finden, die zusammen den Lösungsraum bilden. Luiten sagt: „Sie erreichen Ihre optimale Leistung nicht einfach zufällig. Wenn Sie zwei Eingänge haben, die hoch oder niedrig sein können, bleiben vier Möglichkeiten. Aber wenn Sie etwas mit fünf Eingängen entwerfen, bleiben 32 mögliche Konfigurationen übrig. Und viele moderne Designs haben mehr Eingänge als das. Und dabei sind noch nicht einmal alle möglichen Toleranzen und alle verschiedenen Anwendungsfälle berücksichtigt. Ohne einen strukturellen, auf Statistiken basierenden Ansatz ist die Wahrscheinlichkeit, eine optimale, konsistente Leistung zu finden, gering.

Autos fahren

Die Komponenten von Luitens Kurs sind eng miteinander verknüpft, es ist eine Kette von Werkzeugen. Wenn Sie zum Beispiel Ergebnisse validieren wollen, brauchen Sie auch Messstatistiken, die Ihnen sagen, wie groß Ihr Zufallsfehler ist. Das wiederum zeigt, wie groß Ihre Stichprobe sein muss, damit der Versuchsaufbau korrekt ist. Erst dann können Sie entscheiden, ob Sie Ihrer Validierung vertrauen können“, sagt Luiten.

Luiten hat einen praktischen Ansatz. Für sie ist Statistik eine angewandte Fähigkeit, ein Mittel zum Zweck. Statistik wird an der Universität auf sehr theoretische Weise gelehrt“, sagt Luiten. Ich habe das in meinem eigenen Studium gesehen, und ich habe es gesehen, als meine Kinder studierten. Es wird auf eine Art und Weise gelehrt, die in meinem Beruf nur begrenzten praktischen Nutzen hat. Ich vergleiche es mit dem Autofahren: Sie müssen nicht genau wissen, wie der Motor funktioniert, um von A nach B zu fahren. Das Ziel der Ausbildung ist nicht, ein Statistik-Experte zu werden, sondern in der Lage zu sein, Ihr Ziel mit Statistik zu erreichen.‘ Und mathematische Werkzeuge wie Excel und Statistiksoftware machen die Anwendung heutzutage viel leichter zugänglich.

Master Black Belt Six Sigma

Luiten ist Master Black Belt in Design for Six Sigma und hat in ihrer Laufbahn ein tiefes Verständnis und reiche Erfahrung in der Anwendung von Statistiken in Innovationsprozessen erworben. Meiner Erfahrung nach lernen viele Ingenieure, indem sie etwas tun, und das macht auch Sinn. Man kann Schwimmen nicht lernen, indem man sich die Schwimmolympiade ansieht, man muss selbst ins Wasser gehen, und sei es nur, um zu lernen, wie man schwimmt. Wir haben also Übungsaufgaben, entweder in Excel oder in einem speziellen Statistik-Tool.‘ Für Luiten ist Statistik ein Allzweckwerkzeug und die Vertrautheit mit den Techniken und Werkzeugen, die sie in ihrem Kurs erwähnt, ist der Schlüssel für Ingenieure, die in einer Vielzahl von Bereichen arbeiten, von technischen Experten über Designer und Teamleiter bis hin zu Systemarchitekten.

Dies ist ein allgemeiner Kurs für Menschen, die in der Innovation tätig sind, Produkte entwickeln und Forschung betreiben. Wenn Sie die Leistung in kontinuierlichen numerischen Parametern messen, spielt es keine Rolle, in welchem technischen Bereich Sie tätig sind. Ich habe diese Techniken bei thermischen Anwendungen eingesetzt, aber jeder Bereich kann sie verwenden, von der Mechanik und Elektronik bis zur Optik und sogar Software, das ist Mathematik. Sie können selbst entscheiden, wofür Sie sie verwenden wollen. ‚

Dieser Artikel wurde von Tom Cassauwers, freier Mitarbeiter von High-Tech Systems, geschrieben.

Beim Entwurf eines mechatronischen Systems wird der Betätigung oft die meiste Aufmerksamkeit geschenkt. Aber das Lager ist genauso entscheidend für die Genauigkeit und das Systemverhalten. Hans van de Rijdt und Marc Vermeulen entwickeln daher eine neue Schulung für die Mechatronics Academy, die im März 2024 am High Tech Institute stattfinden soll: ‚Bearing principles for precision motion‚.

Im Maschinenbau gibt es eine große Auswahl an Lagern, von Gleit-, Rollen- und Luftlagern bis hin zu hydraulischen, elastischen und magnetischen Lagern. Die Qual der Wahl lauert also. Das hat jedoch nicht verhindert, dass die Lagertechnik in den letzten Jahrzehnten in der High-Tech-Welt etwas vernachlässigt wurde.

Marc Vermeulen, der als Principal Mechanical System Architect bei ASML arbeitet, hat dafür eine Erklärung. „In der Mechatronik sprechen wir oft von der Betätigungsrichtung, bei der man mit einem Antrieb und einem Messsystem eine bestimmte Genauigkeit erreichen muss.“

Die Richtung senkrecht zur Antriebsrichtung ist jedoch ebenso wichtig. „Dann geht es um die Freiheitsgrade, die Sie nicht betätigen. Diese müssen Sie also einschränken und wie machen Sie das? Denn das bestimmt letztendlich die Genauigkeit und das gesamte Systemverhalten in hohem Maße. Die Lager sind in der Tat wichtig dafür.“

Mindestens drei Fehler

Bei seiner Arbeit als unabhängiger Berater in der High-Tech-Industrie stößt Hans van de Rijdt regelmäßig darauf, dass bestimmte Lagerprinzipien übersehen oder Fallstricke nicht vermieden werden. Gemeinsam mit Vermeulen hat er den Schulungskurs Bearing Solutions entwickelt, der demnächst am High Tech Institute beginnen wird. Van de Rijdt: „Das passierte kürzlich bei der Überprüfung eines großen Projekts, an dem 140 Personen arbeiteten. Da würde man erwarten, dass es genug von ihnen gibt, die etwas über Lager wissen. Trotzdem habe ich mindestens drei Fehler bei der Anwendung von Lagern gesehen.“

Es handelte sich um eine Konstruktion, bei der das Lager eine sehr kleine Winkelbewegung macht. „Dieses Lager kann klemmen, weil das Schmiermittel nicht richtig verteilt wird. Das war nicht berücksichtigt worden. Außerdem wurde ein falscher Kugelkäfig verwendet, so dass die erforderliche Anzahl von Hüben nicht erreicht werden konnte. Die Lieferanten von Lagern sagen Ihnen so etwas oft nicht. Wenn Sie anrufen, bekommen Sie den Verkäufer, der es auch nicht weiß, und es ist sehr schwierig, den Ingenieur zu erreichen.“

Hans van de Rijdt (links) und Marc Vermeulen (rechts).

Von Leistung und Lebensdauer bis hin zu Lärmbelästigung und Lieferzeiten

Bei der Wahl eines bestimmten Lagertyps spielen viele Faktoren eine Rolle. An erster Stelle stehen die Leistung – denken Sie an Genauigkeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung – und die Lebensdauer, die durch Reibung und Verschleiß negativ beeinflusst werden kann. Ein Luftlager punktet bei beidem, aber weniger bei den Kosten. So muss beispielsweise eine Luftversorgung in das Systemdesign integriert werden.

Je nach Anwendung können auch andere Faktoren ins Spiel kommen. Ein gutes Beispiel ist das Wohlbefinden des Patienten. Das ist zum Beispiel bei CT-Scannern der Fall, bei denen sich eine gelagerte Röntgenröhre in einer kreisförmigen Gantry um den Patienten dreht. Bei Philips war ein solcher Scanner immer mit einem Rollenlager ausgestattet, erinnert sich Van de Rijdt, aber irgendwann stellte man auf ein großes Luftlager um. „Das war der Leistung zuliebe, aber vor allem, um die Lärmbelästigung durch das Lager zu reduzieren.“

Bei groben Anwendungen kann auch die Wahl des Lagers entscheidend sein. Van de Rijdt erzählt von einem großen Offshore-Kran mit einem Ringlager von 8 Metern Durchmesser. „Die Vorlaufzeit für die Herstellung dieses großen Ringlagers betrug anderthalb Jahre, weil es im Werk natürlich nicht vorrätig war. Deshalb haben sie ein Gleitlager als Alternative in Betracht gezogen, das in Bezug auf die Vorlaufzeit viel günstiger wäre. Ich habe dann eine vollständige Studie darüber erstellt. Am Ende wurde diese Alternative verworfen, weil das Stick-Slip-Verhalten des Gleitlagers mit einem so großen Durchmesser zu große Auswirkungen auf die Bedienung durch den Kranführer hatte.“

Eingefahrene Muster und neue Kompetenzen

Neben der rationalen Begründung geht es bei der Wahl der Lager oft auch um eingefahrene Muster, sagt Vermeulen. In Bestückungsmaschinen werden beispielsweise aus Kostengründen Rollenlager und keine Luftlager verwendet. Wälzlager hingegen werden in Lithografiemaschinen nicht verwendet, da Schmierung und Verschleiß zu Verunreinigungen führen könnten. „Das ist für viele Hersteller eine Art Dogma, das in einer Halbleiterfabrik nicht angebracht ist. Die Frage, ob Luftlager aus Kostengründen nicht doch durch Rollenlager ersetzt werden können, stellt sich jedoch regelmäßig.

Van de Rijdt wurde vor kurzem wieder damit konfrontiert. „Ich konnte nur auf meinen Bericht von vor zwölf Jahren verweisen. Für manche Anwendungen ist die Leistung von Kugellagern ausreichend und dann ist ihr Einsatz kostengünstiger. Ich habe einfach getestet, wovor die Leute Angst hatten. Man kann die Verschmutzung gut in den Griff bekommen, indem man dafür sorgt, dass sich die Lager in einem Abwärtsstrom unter dem Wafer befinden.“

In der Zwischenzeit sind die Dinge in Bewegung, sieht Vermeulen bei ASML. „Alle Arten von Tests mit Schmiermitteln und Messungen von Steifigkeit und Reibung sind jetzt im Gange, zum Beispiel für Rollenlager. Natürlich hatten wir bereits die Kompetenzen für Luftlager, Magnetlager und auch elastische Lager (Blattfederführungen sind eine beliebte Lagerlösung für Tische mit kurzen Hüben, weil sie genau, spielfrei und reibungslos sind, Anm. d. Red.) Jetzt bauen wir also auch eine gewisse Kompetenz für Rollenlager auf.“

Vermeiden Sie Überdimensionierung

Dieses breite Spektrum an Kompetenzen ist wichtig, sagt Vermeulen. „Blattfederführungen sind für uns eine Art Selbstverständlichkeit geworden. Man kann sie in einem Stück, monolithisch, mit Drahterodieren herstellen. Ab einem bestimmten Punkt kann man einfach nicht mehr aufhören, die Komplexität und die Kosten zu erhöhen. Die Devise lautet dann: „Auf Nummer sicher gehen, dann wissen wir genau, dass es richtig ist“. Aber Sie müssen auch den Kostenaspekt berücksichtigen; das wird immer wichtiger.“

Van de Rijdt stimmt dem zu: „Wenn etwas auf den Nanometer genau sein muss, dann ist monolithisches und Drahterodieren genau richtig. Sobald man diesen Bereich verlässt und nur noch von Mikrometern spricht, muss es nicht mehr monolithisch sein. Ich habe z.B. Fokusmodule für verschiedene Anwendungen entwickelt, die exakt die gleichen Spezifikationen hatten. Es gab einen Preisunterschied um den Faktor zehn, der allein auf das gewählte Design für die Führung zurückzuführen war.“ Vermeulen: „Es fängt also schon bei den Annahmen an, unter denen Sie ein Gerät entwerfen. Das Gleiche gilt für die Lager. Überdimensionierung und deren Vermeidung sollte hier ein roter Faden sein.“ Auf diese Weise kann mehr Aufmerksamkeit für die Lager zu weniger Komplexität und Kosten führen.

Lösungen und Anwendungen

Das neue Training wird den Namen Bearing principles for precision motion tragen. Das ist eine bewusste Entscheidung, sagt Hans van de Rijdt. „Es geht um Lösungen für konkrete Lagerprobleme, um Anwendungen von verschiedenen Lagertypen. Wir tauchen nicht sehr tief in z.B. die tribologischen Aspekte ein, sondern es geht viel mehr darum, wann Sie welchen Typ verwenden können und was Sie dabei beachten müssen. Am besten ist es, wenn Sie aus Ihrer eigenen Erfahrung berichten.“

Es wird ein Einblick in die Funktionsweise eines Lagers gegeben, sagt Marc Vermeulen. „Viele Menschen wissen zum Beispiel nicht, dass man ein Luftlager ziehen kann, wenn man es vorspannt. So wird zum Beispiel die grundsätzliche Frage behandelt, was einem Lager Steifigkeit verleiht. Aber wir werden tatsächlich nicht die Differentialgleichungen diskutieren, die die Bewegungen in einem Lager beschreiben.“

Denn da liegt das Problem in der Praxis meist nicht, fügt Van de Rijdt hinzu. „Viele Menschen sind analytisch sehr stark, aber sie müssen einen Entwurf haben, um Berechnungen anzustellen. Nicht nur bei Lagern, sondern im gesamten Systembereich stelle ich oft fest, dass Designer und Architekten Schwierigkeiten haben, die ersten Zeilen eines Entwurfs auf Papier zu bringen. Wenn Sie eine erste Schätzung für ein Lager vornehmen wollen, um festzustellen, ob es die erforderliche Leistung und Lebensdauer erreichen kann, müssen Sie zunächst einen Entwurf dafür erstellen. Ich möchte den Menschen dabei helfen, diese Iterationen zu durchlaufen.

Die Schulung richtet sich an Konstrukteure und Architekten, die in ihren Entwürfen regelmäßig einen Lagertyp auswählen müssen. Sie müssen dann einen Kompromiss eingehen und die Anwendung des gewählten Lagers optimieren. Hier kommt auch die Steuerungstechnik ins Spiel, zum Beispiel bei Magnetlagern. Denken Sie an die ‚fliegenden Teppiche‘ in den ASML-Maschinen, die einen Wafer kontinuierlich und blitzschnell positionieren müssen. Vermeulen: „Sie müssen in der Tat sorgfältig gesteuert werden, aber das ist nicht Gegenstand unserer Ausbildung; sie ist nicht für Steuerungsingenieure gedacht.“ Es werden jedoch einige „grundlegende Berechnungen“ durchgeführt, um die Bandbreite und Steifigkeit der Steuerung zu bestimmen, fügt Van de Rijdt hinzu. „Wir wollen dem Konstrukteur und dem Systemarchitekten einen Einblick in diese Dinge geben.“

Die Architekten Vermeulen und Van de Rijdt bilden ein Lehrerduo

Hans van de Rijdt und Marc Vermeulen studierten beide Maschinenbau in Eindhoven, an der Fachhochschule bzw. der Technischen Universität (TUE). Sie haben beide einen Auftrag ausgeführt, der der niederländischen Schule der Designprinzipien für präzise Bewegung und Positionierung entsprach. Sie waren Kollegen bei der illustren Philips CFT und arbeiteten gemeinsam bei ASML an Wafertischen, Van de Rijdt auf Zeit und Vermeulen als Angestellter. In diesem Jahr haben sie auf Wunsch der Mechatronics Academy begonnen, gemeinsam eine Schulung zum Thema Lagertechnik zu entwickeln. Ab dem nächsten Jahr werden sie diesen Kurs zusammen mit dem ASML-Mitarbeiter und TUE-Teilzeitprofessor Hans Vermeulen (in der Tat der Bruder von) anbieten.

Van de Rijdt hat lange Zeit für Philips CFT gearbeitet und ist nun seit fünfzehn Jahren als Selbständiger für die bekannten Akteure der niederländischen High-Tech-Branche tätig, von Philips über ASML bis Nexperia. Er bekleidete Funktionen als Entwicklungsingenieur, leitender Entwicklungsingenieur, Gruppenleiter und Abteilungsleiter. „Am Ende habe ich beschlossen, dass die Arbeit als Ingenieur am meisten Spaß macht und dass die Rolle des Systemarchitekten zu mir passt.“ Im Jahr 2019 erhielt er den Rien Koster Award der DSPE (Dutch Society for Precision Engineering) für seine Leistungen als Entwickler multidisziplinärer, einfacher Konzepte für komplexe Hightech-Systeme, die in Bezug auf Herstellbarkeit und Kosten gut abschneiden.

Vermeulen promovierte an der TUE über die Entwicklung einer 3D-Koordinatenmessmaschine, die später von Zeiss vermarktet wurde. Danach ging er zu Philips CFT. Er wollte zunächst für verschiedene Kunden und Anwendungen arbeiten, bevor er sich aufgrund seiner Faszination für den Betrieb von Lithografiemaschinen auf ASML konzentrierte. Im Jahr 2007 kam er als Architekt für Module von DUV-Systemen zum Unternehmen in Veldhoven. Seit kurzem ist er der mechanische Architekt für das System, das Hochdruck-Zinntröpfchen für die Erzeugung von EUV-Licht liefert.

Van de Rijdt sammelte seine ersten Lehrerfahrungen vor 25 Jahren, als die führenden Unternehmen der Branche mit einem Mechatronik-Meisterkurs begannen. „Ich habe dann eine Broschüre dazu geschrieben, Constructeursweetjes (Dinge, die ein Konstrukteur wissen muss). Dinge, die ich in meinen ersten zehn Berufsjahren erlebt hatte, die man normalerweise nicht in der Schule lernt, die aber für einen Designer sehr nützlich sind. Zum Beispiel, was Sie in Bezug auf Toleranzen beim Fräsen beachten müssen. Oder was Sie erwarten können, wenn Sie mit dem Schweißen eines Materials beginnen. Also nicht die Konstruktionsprinzipien, sondern hauptsächlich praktische Aspekte der Herstellbarkeit. Das habe ich in der Meisterklasse gelehrt, und Wälzlager war eines der Module, die darin enthalten waren.“

Vermeulen hat auch eine lange Erfahrung in der Lehre, insbesondere bei TUE und Philips, und zwar im Bereich Designprinzipien. „Und ich trage schon seit einigen Jahren zur Ausbildung von Architekten bei ASML bei. Als Systemarchitekt müssen Sie ohnehin eine Art Lehrer sein. Sie müssen Ihre Mitarbeiter in die Entscheidungsfindung einbeziehen und diese so erklären, dass sie sie verstehen.“ Seit kurzem trägt er auch zu den Schulungen Mechatronics System Design und Design Principles for Precision Engineering der Mechatronics Academy bei. Lagerungsprinzipien für Präzisionsbewegungen ist die erste, die er selbst zusammen mit Van de Rijdt entwickelt. „Unsere bisherige Zusammenarbeit hat immer Spaß gemacht; wir ergänzen uns gut.“

Dieser Artikel wurde von Hans van Eerden, freier Mitarbeiter bei High-Tech Systems, verfasst.

Bei Neuentwicklungen wenden Ingenieure oft bewährte Designs an, mit oder ohne kleine Änderungen. Warum gelingt es ihnen dann immer noch nicht, die von den Kunden geforderten Lösungen zu liefern? In der Regel ist die Kommunikation der größte Stolperstein. Der Trainer des High Tech Institute , Eric Burgers, erklärt, wie SysML dabei hilft, Designideen für komplexe Systeme erfolgreich zu kommunizieren. Eric Burgers unterrichtet den Kurs Einführung in SysML und Systemmodellierung mit SysML.

Im Idealfall beginnt ein Projekt mit perfekten Anforderungen: eindeutig, spezifisch und präzise, und gerade ausreichend, um das zu lösende Problem zu beschreiben, mit genügend Raum für Kreativität und Innovation. Die Entwürfe, die diese Anforderungen erfüllen, sind vollständig, spezifizieren die Dekomposition, das Verhalten und die Zusammenarbeit vollständig und sind in jeder Hinsicht 100 Prozent konsistent und testbar. Letztendlich wird ein System geliefert, das den Anforderungen entspricht und den beabsichtigten Zweck erfüllt.

In einer Albtraumversion geht ein Projekt von inkonsistenten oder widersprüchlichen Anforderungen aus, die Formulierungen wie „das System wird … erleichtern“ oder „zu … beitragen“ enthalten. Die Grenzen des Systems sind schwer zu definieren. Das Ganze wird in vage Komponenten zerlegt, z.B. in (Kategorien von) Geräten oder sogar in beliebige Gruppen von „Dingen“. Das gewünschte Verhalten, wenn es denn spezifiziert ist, scheint vom Design getrennt zu sein oder ist faktisch unvollständig und lässt viel Raum für Interpretationen. In der ultimativen Albtraumversion eines Projekts wird ein System gebaut, das nicht auf dem eigentlichen Design basiert. Mängel werden behoben, indem eine Notiz nach der anderen angehäuft wird, so dass die Entwurfsdatei ein absolutes Durcheinander ist. Nur wenn alles in der richtigen Reihenfolge gelesen wird, kann der eigentliche Entwurf abgeleitet werden.

Boehms zweites Gesetz der Technik: Während eines Softwareprojekts steigen die Kosten für das Finden und Beheben von Fehlern mit der Zeit.

Die meisten Projekte sind keine kompletten Albträume, aber sie sind auch nicht ideal. Die erstellten Entwürfe erfüllen nicht immer alle Anforderungen und können Inkonsistenzen, Auslassungen oder andere Fehler enthalten. Diese Fehler sind eine potenzielle Quelle für Fehlerkosten: Fehler, die während der Anforderungsanalyse oder des Entwurfs eingeführt werden, sind umso teurer zu beheben, je später sie behoben werden. Und das, obwohl sie hätten vermieden werden können.

Dies wirft einen Konflikt auf: Entwürfe sollen das Risiko verringern, dass falsche oder fehlerhafte Systeme gebaut werden. Dennoch werden bei Projekten sehr oft Entwürfe erstellt, die die Anforderungen des Kunden nicht widerspiegeln und damit den gesamten Zweck eines Entwurfs zunichte machen. Warum ist das so und was kann man dagegen tun?

Bottom-up-Ansatz

Projekte gibt es in allen Formen und Größen und lösen einfache bis schwierige Probleme. Relativ einfache, kleine Projekte sind nicht allzu schwierig zu realisieren. Das Risiko des Scheiterns steigt, wenn ein Projekt komplexer wird. Die Komplexität eines Projekts hängt mit der Komplexität (in Bezug auf Größe oder Schwierigkeit) des herzustellenden Produkts und der Größe des Unternehmens zusammen, das das Projekt durchführt.

Große(re) Projekte sind oft in disziplinspezifischen Entwicklungsgruppen organisiert. Diese Gruppen besprechen zwar ihre Schnittstellen miteinander, aber es gibt in der Regel keinen übergreifenden Ansatz, der beschreibt, wie alle Komponenten in ein funktionierendes Ganzes integriert werden können. Manchmal hat es sogar den Anschein, dass Schnittstellen ad hoc erstellt werden.

Dies hat alle Züge eines Bottom-up-Ansatzes, bei dem disziplinspezifische Teile zunächst entworfen und produziert und dann zusammengesetzt werden, in der Hoffnung, ein funktionierendes Produkt zu erhalten. Ein solcher Ansatz kann bei weniger komplizierten Projekten funktionieren, bei denen die Ingenieure das gesamte Produkt mit all seinen Details verstehen können. Wenn sich jedoch Teile durch ihr Verhalten oder ihre Eigenschaften gegenseitig beeinflussen können, kann es schwierig sein, abzuschätzen, wie sich das Ganze verhalten wird, insbesondere wenn die Bausteine aus unterschiedlichen Disziplinen stammen.

Die Risiken der zunehmenden Komplexität

Zeichnungen

Eine Möglichkeit, große, komplexe Projekte zu bewältigen, ist die Erstellung umfangreicher Dokumentationen, um die Designideen an alle beteiligten Ingenieure weiterzugeben. In technischen Bereichen wie dem Maschinenbau, dem Software-Engineering, der industriellen Automatisierung und dem Bauwesen gibt es dafür oft standardisierte Verfahren. In der Praxis wird die Dokumentation durch Zeichnungen ergänzt, die mit gängigen Tools wie Powerpoint oder Visio (Windows) oder Omnigraffle (Mac OS) erstellt werden. Darüber hinaus wird Excel für den Austausch großer Informationsmengen verwendet.

Bei multidisziplinären Projekten werden zunehmend ergänzende Zeichnungen und andere projektspezifische Hilfsmittel verwendet, um die Kluft zwischen den Disziplinen zu überbrücken. Daran ist im Prinzip nichts auszusetzen. Der Transfer von Designideen und Informationen zwischen den Disziplinen ist dringend erforderlich. Ohne die Überbrückung der interdisziplinären Lücken wird ein Projekt auf ernsthafte Integrationsprobleme stoßen. Allerdings bedeutet „projektspezifisch“ auch, das Rad immer wieder neu zu erfinden, vor allem wenn die Arbeit von Konsortien geleistet wird, die von Projekt zu Projekt wechseln.

Ein weiteres Problem bei diesen Zeichnungen ist, dass es keine allgemeine Vereinbarung darüber gibt, was sie darstellen sollen. Außerdem gibt es keine Garantie dafür, dass sie vollständig und konsistent sind. Daher besteht die Gefahr, dass die Zeichnungen, obwohl sie für den Autor klar sind, von den Lesern falsch interpretiert werden, was wiederum zu Mängeln am Produkt führt, die erst in späteren Phasen des Projekts entdeckt werden.

Sehr oft werden diese Arbeitsweise und die damit verbundenen Integrationsprobleme einfach akzeptiert. Wenn sich das Projekt dem Abschlusstermin nähert, werden die Probleme durch Nacharbeit oder Flickschusterei gelöst, oder sie werden einfach als „zukünftige Arbeit“ im Projekt belassen. Ein alternativer Ansatz besteht darin, die Kommunikation von Design-Ideen auf Projekt- oder sogar Unternehmensbasis zu standardisieren. Dies hat den Nachteil, dass die Konventionen „lokal“ für das jeweilige Projekt sind – jeder Teilnehmer muss sie lernen.

Es ist sinnvoller, einen Industriestandard zu übernehmen, einschließlich der unterstützenden Tools. Dann müssen die Konventionen nur einmal erlernt werden, um sie unabhängig vom Projekt oder der Organisation immer wieder anwenden zu können. Umso besser, wenn der Standard es ermöglicht, Dokumente und Zeichnungen durch eine einzige Quelle der Wahrheit zu ersetzen, die immer auf dem neuesten Stand ist.

Sprache modellieren

Die Komplexität von Projekten oder der Technologie im Allgemeinen nimmt immer weiter zu. Denken Sie an den Unterschied zwischen den ersten Telefonen und den heutigen Smartphones. Oder vergleichen Sie die ersten Autos mit den Fahrzeugen, die heute auf den Straßen unterwegs sind. Während die Hauptfunktion die gleiche geblieben ist (Kommunikation, Fahren), werden die heutigen Systeme zunehmend in ein größeres Ganzes integriert, um den Benutzern zusätzliche Dienste zu bieten, die von den Systemen selbst nicht geleistet werden können. Dieser Trend wurde in vielen Quellen identifiziert und beschrieben, unter anderem in den Visionsdokumenten von Incose – Vision 2025 und in jüngerer Zeit Vision 2035.

Um den zunehmenden Grad der Integration zu bewältigen, fördert Incose den Übergang zum modellbasierten Systems Engineering (MBSE). Dabei werden Modelle verwendet, um komplexe Systeme zu entwerfen und zu verifizieren. Einer der ersten Schritte in Richtung MBSE ist die Einführung einer Sprache, die für die Erstellung solcher Modelle geeignet ist. SysML ist eine solche Sprache.

SysML ermöglicht die Darstellung verschiedener Arten von Systemen und deren Verhalten sowie deren Interaktionen mit der Umgebung.

Die Systems Modeling Language (SysML) ist eine universelle Modellierungssprache, die Ingenieuren bei der Entwicklung und Dokumentation komplexer Systeme mit einer großen Anzahl von Komponenten hilft. Die Sprache ist in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Infrastruktur und der Verteidigung weit verbreitet. Die bereitgestellte grafische Notation ermöglicht die Darstellung verschiedener Systemtypen und ihres Verhaltens sowie ihrer Interaktionen mit der Umgebung. Dies ermöglicht es Ingenieuren, ihre Ideen effektiv und effizient zu kommunizieren und sicherzustellen, dass alle am Entwicklungsprozess Beteiligten dasselbe Verständnis des zu entwickelnden Produkts haben. Da die Sprache nicht disziplinspezifisch ist, können Systeme auf einer übergreifenden Ebene beschrieben werden.

Die vier Säulen der SysML

1. Struktur: Ein System kann in kleinere Teile zerlegt werden, die Schnittstellen zueinander haben.
2. Verhalten: Es können drei Arten von Verhalten – flussbasiert, ereignisbasiert und nachrichtenbasiert – festgelegt und miteinander in Beziehung gesetzt werden.
3. Anforderungen: Systemanforderungen und deren Tests können definiert werden.
4. Parametrik: Einmal beschrieben, kann ein System auch simuliert werden.

Erhöhte Präzision

Wenn Sie SysML verwenden, werden Sie als erstes feststellen, dass die Entwürfe präziser sind und daher mehr Arbeit erfordern. Diese Präzision stellt jedoch auch sicher, dass alle Beteiligten die Entwürfe auf dieselbe Weise interpretieren können wie der Autor und dass Fehler und Auslassungen viel leichter zu erkennen und zu vermeiden sind. Da es fast unmöglich ist, ein inkonsistentes Design zu erstellen, werden Fehlerkosten vermieden. Wenn diese Kosten die anfängliche Investition übersteigen, lohnt sich der Einsatz von SysML für Sie.

Die Implementierung von SysML kann sich als gewaltige Aufgabe erweisen. Auf den ersten Blick kann es wie eine große Herausforderung erscheinen, ein ganzes komplexes System in ein für Analyse und Simulation geeignetes Modell zu gießen. In der Praxis erfolgt der Übergang oft schrittweise, und Unternehmen verwenden SysML nach und nach immer häufiger zur Beschreibung von Designs. Langsam aber sicher werden Dokumente entweder durch Modelle ersetzt oder zu Sichten auf das Modell, bis es auf den höheren Reifegraden überhaupt keine Dokumente mehr gibt, weil alle Informationen in Modellen gekapselt sind.

Da SysML eine umfassende Sprache ist, braucht man Zeit, um alle Details zu beherrschen. Eine angemessene Schulung wird die Einführung erheblich beschleunigen. Die Ingenieure werden sich sicherlich auch an die höhere Präzision gewöhnen müssen, mit der die Entwürfe von Anfang an erstellt werden. Sobald SysML erfolgreich eingeführt ist, wird es die Kommunikation und die Qualität des Designs verbessern.

Für Spezifikationen mit vielen geometrischen Informationen, wie sie oft im Bauwesen erstellt werden, ist SysML weniger effektiv. Die Sprache eignet sich besonders gut für cyber-physische, softwareintensive Systeme. Ein gutes Beispiel ist ein Infrastrukturprojekt in Amsterdam-Zuid, bei dem die Entwürfe vom Lieferanten erstellt und vom Auftraggeber überprüft wurden. Hier führte der Einsatz von SysML zu einer erheblichen Steigerung der Entwicklungsgeschwindigkeit, wobei die Anzahl der gefundenen Fehler deutlich unter dem Durchschnitt lag. Auch anderswo beweist SysML, dass es Albträume verhindern und Projekte näher an das Ideal bringen kann.

Dieser Artikel wurde von Nieke Roos, Tech-Redakteur bei Bits&Chips, geschrieben.

Pieter Nuij, Technologe und Ausbilder für den Kurs‚Experimentelle Techniken in der Mechatronik‚ am High Tech Institute, ist ein überzeugter Verfechter des Wissenstransfers innerhalb und zwischen Unternehmen. Das niederländische Hightech-Ökosystem ist damit aufgewachsen.

Nach einer mehr als vierzigjährigen Karriere versucht Pieter Nuij, sich „Schritt für Schritt“ zurückzuziehen. Seine Tätigkeit als Berater für Maschinendynamik unter dem Firmennamen Madycon schraubt er allmählich zurück. Aber mit dem Unterrichten kann er noch nicht aufhören.

Die Rolle des Lehrers zieht sich wie ein roter Faden durch seine Karriere, die ihn nach seinem Maschinenbaustudium an der TU Eindhoven durch verschiedene Organisationen führte.

Den offenen Wissenstransfer lebendig halten

Zwei Dinge sind ihm wichtig. „Im Philips CFT (Center for Manufacturing Techniques) haben wir gelernt: Wenn Sie eine Frage haben, greifen Sie zum Telefon und suchen Sie einen Kollegen, der sie beantworten kann. Wenn das nicht klappt, denken Sie sich selbst etwas aus. Die Person, die Sie anrufen, profitiert von der gleichen Gewohnheit. Meine Generation hat eindeutig diese Mentalität der Gegenseitigkeit. Ich denke, das ist der Kern des Erfolgs des offenen Entwicklungsmodells von Eindhoven.“

Nuij fragt sich, ob sich auch künftige Generationen an den Wissensaustausch halten werden. Hoffnung schöpft er aus Organisationen wie der MSKE (Mechatronics Systems Knowledge Exchange), wo Ingenieure aus verschiedenen Unternehmen vertraulich und doch offen miteinander über ihre technischen Herausforderungen sprechen. Ein weiteres Beispiel ist die Mechatronik-Kontaktgruppe, bei der es eher um die langfristige Politik und die Vision für die niederländische Mechatroniklandschaft geht. „Als ich MSKE verließ, wurde meine Geschichte über die Bedeutung des Wissenstransfers weithin anerkannt und unterstützt.“

Mehr und mehr Spezialitäten

Letztendlich kann die Region Eindhoven nur dank des Wissens an der Spitze der High-Tech-Welt bleiben, betont Nuij. Er weist auf einen Trend hin, mit dem viele Unternehmen noch nicht umzugehen wissen. „Die Zahl der technischen Spezialitäten in der Industrie nimmt weiter zu. Denken Sie an Sauberkeit, Ermüdung, fortschrittliche Fertigung wie 3D-Druck mit verschiedenen Materialien und numerische Strömungsmechanik zur Vorhersage von Wärme und Strömung in Systemen. Dazu gehört zum Beispiel auch die Akustik. Strömungen in Kühlkanälen müssen zum Beispiel extrem leise sein. Die kleinste Störung ist schon zu viel.“

Trainer Pieter Nuij.

Eine Rolle für CFT 2.0 oder ASML?

Wie können sich Unternehmen all diese Spezialitäten sichern, ist Nuijs zweites Kopfzerbrechen. „Man kann an ein Netzwerk von unabhängigen Spezialisten denken, die man anheuern kann. Aber ich sehe immer noch zu wenige Top-Spezialisten, die dafür zur Verfügung stehen. Eine Alternative sind Unternehmen, die ihre Spezialgebiete auf dem Markt anbieten.“

Das bringt Nuij auf das offene Entwicklungsmodell von Eindhoven zurück. „Ein Grund, es nicht zu tun, ist, dass man nicht möchte, dass die Spezialisten der Konkurrenz in die eigene Küche schauen. Aber wir müssen erkennen, dass die eigentlichen Konkurrenten im Fernen Osten sitzen. Wenn wir hier die Nase vorn haben wollen, müssen wir bei der Entwicklung von Spezialitäten mehr zusammenarbeiten und dafür gegenseitiges Vertrauen schaffen.“

Nuij kann sich vorstellen, dass ASML hier die Führung übernimmt. „Um es ganz platt auszudrücken, sie haben am meisten zu verlieren und sind am meisten von den Zulieferern in diesem Bereich abhängig. ASML ist das einzige Unternehmen, das alle Spezialgebiete besetzt hat, aber wenn sie weiter wachsen, werden sie noch mehr Spezialisten brauchen.“ Diese Spezialisten zu den Unternehmen im Ökosystem von ASML zu schicken, bleibt schwierig, möchte Nuij sagen.

Systemarchitekt wird zum Kommunikator

Wenn die Zahl der Fachgebiete immer weiter zunimmt, was bedeutet das dann für den Systemarchitekten, der schließlich von allem (ein wenig) wissen muss, um die Kohärenz im Systementwurf zu wahren? „Der Systemarchitekt muss in der Tat immer mehr Teller gleichzeitig in der Luft halten, in der Lage sein, mit ausreichender Spezifität darüber nachzudenken und gleichzeitig Abstand zu halten; diese Balance ist ziemlich schwierig. Es wird immer Leute geben, die über die nötige Breite verfügen, aber ich bezweifle, dass es genug von ihnen gibt.“

Die derzeitige Auffassung ist immer noch, dass der Systemarchitekt die gesamte Systemarchitektur ausfüllen kann. Daran glaubt Nuij nicht mehr. „Es kommt viel mehr auf die Teamarbeit und die Pannen in der Architektenrolle an. Jemand mit guten zwischenmenschlichen Fähigkeiten muss dann das Team zusammenhalten und dafür sorgen, dass die Kommunikation gut läuft: Sorgen Sie dafür, dass die Leute sich gegenseitig respektieren, Dinge voneinander annehmen und sich trauen, Fragen zu stellen.“

Philips Erbe gut aufgestellt

Was in jedem Fall hilft, ist, dass – für den Wissenstransfer und die Vertiefung von Spezialgebieten – das Erbe von Philips bewahrt wurde. Nuij verweist auf das Philips Centre for Technical Training (CTT), das 2011 aufhörte zu existieren. Die CTT-Kurse landeten bei Ausbildungsinstituten wie dem High Tech Institute und seinen inhaltlichen Partnern. Er unterrichtet dort immer noch den Kurs‚Experimentelle Techniken in der Mechatronik‚ (ETM) der Mechatronics Academy. „Ich habe diesen Kurs vor über 25 Jahren an der CFT eingerichtet und ihn später auf die CTT übertragen.“

Er begann sogar schon früher als Dozent. „Als ich 1985 bei Philips mit dem Mastering optischer Discs begann, war ich als Leiter der mechanischen Disziplin auch für den Wissenstransfer zuständig. Dann war ich vier Jahre lang bei Brüel & Kjaer in Dänemark, speziell für den Wissenstransfer in der Vertriebsunterstützung. Später arbeitete ich bei CFT in der Mechatronikgruppe unter Maarten Steinbuch. Als er Professor an der TU wurde, ging ich mit ihm. Ich hielt unter anderem die Signalanalyse-Vorlesung und erfreute mich an all den jungen Leuten, die in die Technik gehen wollten. Dann verlagerte sich der Schwerpunkt von der Lehre, um gute Ingenieure hervorzubringen, auf die Forschung, um hohe Zitationsindexwerte zu erzielen, und ich ging zur NTS.“

Nuij wollte wieder in der Industrie arbeiten, und bei NTS konnte er sich auch der Entwicklung und dem Transfer von Wissen widmen. „Oft in einer Meister-Familien-Situation.“ Als er aus persönlichen Gründen mehr Flexibilität und Freiheit in seiner Arbeit brauchte, machte er sich als Spezialist für Maschinendynamik selbstständig. „Auch in dieser Rolle konzentrierte ich mich mehr und mehr auf die Vermittlung von Wissen.“

Enthusiastisch über Master-Mate

Das Unterrichten zog Nuij also weiterhin an. „Vor allem, weil ich immer mehr Beispiele aus meiner eigenen Erfahrung geben kann. Dadurch wird der Lehrstoff viel leichter verständlich. Es macht nach wie vor Spaß, zu sehen, wie der Groschen bei den Studenten und Kursteilnehmern fällt.“

Er zieht es vor, in einer Meister-Familien-Situation zu arbeiten. „Die eigentliche Handwerkskunst wird nicht an der Universität gelehrt, das muss in der Praxis geschehen. Das ist sehr arbeitsintensiv und die ersten Stunden des Lehrlings sind nicht produktiv. Langfristig gesehen spart es aber viel bei der Produktentwicklung, weil Spezialisten mit Fachwissen Probleme rechtzeitig lösen.“

Als Berater für Maschinendynamik hält sich Nuij daher an das Master-Mate-Prinzip. „Ich übernehme schon seit langem Aufträge zur Kartierung und Analyse von Schwingungen in Maschinen. In einem Unternehmen frage ich immer nach einem jungen Mann, der in diesem Bereich arbeiten möchte. Ich zeige ihnen ‚on the job‘, wie und warum man das macht. Ich bekomme auch Anfragen für Kurse. Dann kann ich netterweise auf meinen Kurs über experimentelle Techniken und andere Kurse verweisen, die eine Brücke zur Steuerungstechnik schlagen.“

Übertragung vom Klöppel zur Uhr

Der Schlüssel zu Nuijs Spezialität ist die Übertragungsfunktion. „Wenn Sie eine Aktion an einem System durchführen, welche Reaktion kommt dann heraus? Nehmen Sie eine Kirchenglocke. Welchen Unterschied in Tonhöhe, Klangfarbe und Nachhallzeit hören Sie, wenn Sie dieses System mit dem Klöppel auf andere Weise anregen? Oder die Kamera, die Sie in Ihren Händen halten. Je stärker Sie beim Drucken zittern, desto schwächer wird das Bild. Wenn Sie anders zittern, wird das Foto auf eine andere Weise unscharf. All dies beschreiben Sie mit der Übertragungsfunktion; sie hilft Ihnen, die neue Ausgabe vorherzusagen, wenn Sie eine andere Eingabe haben. Wenn ich mich neben ein Elektronenmikroskop stelle, das eine Million Mal vergrößert, werden Sie eine Unschärfe im Bild sehen. Die Übertragungsfunktion beschreibt dann, wie sich die akustische Kopplung auf das Bild auswirkt.“

Die ETM-Ausbildung am High Tech Institute dreht sich um die experimentelle Bestimmung der Übertragungsfunktion. „Wir beschreiben das, der Eindhovener Tradition folgend, im Frequenzbereich (wie oft passiert etwas?). Im Prinzip enthält die Funktion die gleichen Informationen wie im Zeitbereich (wann passiert etwas?), aber sie wird auf eine andere Art und Weise dargestellt, die andere Einblicke gewährt.“ Mathematisch gesehen wird zu diesem Zweck die Fourier-Transformation verwendet. Der Kurs geht ausführlich darauf ein, denn damit werden viele Fehler gemacht.

Natürlich ist auch experimentelles Geschick gefragt: eine kluge Auswahl der Sensoren, die Fähigkeit, die Qualität einer Messung zu beurteilen und mögliche Fehler im Aufbau zu erkennen. „Der Kontrolleur hinter dem Computer muss auch wissen, was experimentell schief gehen kann, von einer falsch eingestellten Eingangsempfindlichkeit bis zu einer Überlastung irgendwo im System.“

Dieser Artikel wurde von Hans van Eerden, technischer Redakteur bei High-Tech Systems, verfasst.