Kategorie: Interviews

Angesichts der wachsenden Abhängigkeit von Software in einer zunehmend hochtechnisierten Welt ist es wichtiger denn je, als Softwarearchitekt die Kunst der Softwareentwicklung zu beherrschen. Die Ausbilder Robert Deckers und Bart Vanderbeke haben es sich zur Aufgabe gemacht, Entwickler zu Handwerkern zu machen.

„Ein Kollege erzählte mir einmal von einem seiner ehemaligen Projektmanager, der, als er merkte, dass die Schätzungen nicht mit seinem Zeitplan übereinstimmten, diese einfach halbierte, damit sie passten. Ich finde es unerhört, nicht nur, dass man so etwas als Projektmanager tut, sondern auch, dass Menschen so ein Verhalten dulden. Sie müssen nicht mit ihm schimpfen, aber Sie können den Mund aufmachen. Stattdessen beschweren sich am Ende des Projekts, wenn alles drunter und drüber gegangen ist, alle darüber, wie ihnen das passiert ist.“

Inspiriert von Google-Manager Fred Kofman und seinem Buch „Conscious business“ fordert Bart Vanderbeke Softwarearchitekten dazu auf, nicht länger das Opfer zu spielen. „Das ist inakzeptabel und ungesund“, sagt er. „Sie sind der Handwerker. Wenn Ihnen jemand sagt, dass Sie etwas in der Hälfte der Zeit erledigen oder das Design auslassen oder auf Überprüfungen verzichten sollen, sagen Sie Nein – und zwar konstruktiv. Softwarearchitekten sind rar, also sind Sie in einer komfortablen Position, ganz sicher nicht in der Position, sich selbst zu viktimisieren. Verstecken Sie sich nicht hinter dem ‚Management‘. Als Software-Handwerker sind Sie, um einen von Kofman geprägten Begriff zu verwenden, ‚bedingungslos verantwortlich‘ für alles, was Sie tun oder nicht tun.“

„Sie müssen bedingungslos Verantwortung übernehmen, was buchstäblich bedeutet, dass Sie die Fähigkeit haben müssen, zu reagieren – und zwar auf sinnvolle Weise“, sagt Bart Vanderbeke. Kredit: Bart Vanderbeke

Bei NXP in Leuven leitet Vanderbeke ein Team von fünfzehn Softwarearchitekten, die an 2,4-GHz-Funkanwendungen für die persönliche Gesundheit arbeiten – denken Sie an Hörgeräte, Kopfhörer und Ohrstöpsel. „Winzige Systeme mit winzigen Software-Stacks“, stellt er fest. „Aber selbst wenn Sie, wie wir, eine Codebasis von 100k oder 200k haben, ist Software-Handwerk von größter Bedeutung. Der Bau der Hardware dauert etwa ein Jahr, gefolgt von vielleicht fünf Jahren der Softwareentwicklung. Ich habe eine Reihe von Vorträgen entwickelt, um meinen Kollegen zu helfen, ihren inneren Handwerker zu finden.“

Die nicht-funktionale

Auch Robert Deckers ist ein Gleichgesinnter, der sich für die Verbesserung des Softwarehandwerks einsetzt, allerdings mit Schwerpunkt auf der Softwarearchitektur – „dem schwierigsten Kunststück des Fachs“, wie er es nennt. „Es fängt schon bei der Frage an: Was ist Softwarearchitektur? Sie können Hunderte von Büchern finden, die versuchen, eine Antwort zu geben. Einige sind zwar schlecht, schrecklich sogar, aber die meisten sind sinnvoll, aber sie erzählen alle eine andere Geschichte.“ Dies war einer der beiden Auslöser, die ihn dazu brachten, in das Thema einzutauchen, seine eigene Sichtweise zu entwickeln, sein eigenes Buch zu schreiben und seine Erkenntnisse an andere weiterzugeben.

Der zweite Auslöser war die Erkenntnis, dass man sich bei den traditionellen Methoden zu sehr auf die funktionalen Anforderungen konzentriert, während die nicht-funktionalen Anforderungen am schwierigsten in den Griff zu bekommen sind und daher die meiste Zeit in Anspruch nehmen. „Vor langer Zeit, als ich ein OOTI-Praktikant an der Technischen Universität Eindhoven war, war ich der Softwarearchitekt für einen Kopierer“, erinnert sich Deckers. „Nach zwei Monaten der Entwicklung begann das anomale Systemverhalten sein hässliches Haupt zu erheben und ich erkannte, dass wir auch eine Fehlerbehandlung vornehmen mussten – was für jemanden mit 20 Jahren Erfahrung offensichtlich war, war mir als Neuling nicht in den Sinn gekommen. Als wir fertig waren, stellte sich zu meiner großen Überraschung heraus, dass nicht weniger als 85 Prozent unseres Codes der Fehlerbehandlung dienten, so dass nur 15 Prozent unserer Bemühungen auf die Funktionalität konzentriert waren. Da habe ich zum ersten Mal erfahren, dass die wirkliche Herausforderung, die wirkliche Komplexität, im Nicht-Funktionalen liegt.“

Nach dem OOTI-Praktikum – dem PDEng Software Technology, wie es heute heißt – schärfte Deckers seinen Blick bei verschiedenen Unternehmen, darunter Philips Research und Sogeti. Seit 2013 leitet er Atom Free IT und coacht Unternehmen und ihre Architekten, indem er ihnen hilft, Architekturen zu erstellen, den Architekturprozess einzurichten und ihn zu verankern. In den letzten fünf Jahren hat er dies mit einem Promotionsprojekt an der Vrije Universiteit Amsterdam kombiniert, in dem er die kognitiven Aspekte des Systems Engineering erforscht.

Kommen Sie vorbereitet

Vanderbeke und Deckers sind die neuesten Zugänge zum Software- und Systemportfolio des High Tech Institute. Beide wollen Softwarearchitekten dabei helfen, ihre Arbeit besser zu machen – echte Handwerker zu werden. „Als Software-Handwerker wissen Sie, wie Sie Ihre Arbeit organisieren müssen, und Sie haben die Durchsetzungskraft, keine Kompromisse bei der Arbeitsweise einzugehen. Stattdessen streben Sie das Optimum an und berücksichtigen dabei die Einflussgrößen und Bedingungen. Sie tun die Dinge nicht, weil Ihnen jemand sagt, dass Sie es tun sollen, sondern weil Sie die Notwendigkeit verstehen, entscheiden Sie sich eigenständig dafür“, fasst Vanderbeke die Werte zusammen, die er in seinen Workshops vermitteln möchte.

Robert Deckers betont, wie wichtig es ist, sich auf die nicht-funktionalen Eigenschaften, also die Qualitätsattribute, zu konzentrieren.

Zu lernen, auf konstruktive Weise Nein zu sagen, ist ein zentrales Thema in Vanderbekes Unterricht. „Dazu müssen Sie vorbereitet sein. Wenn Sie gebeten werden, den Kurs eines Projekts zu bestimmen, müssen Sie mehrere Optionen parat haben, nicht bis ins kleinste Detail, aber so weit, dass Sie sie abwägen und eine fundierte Entscheidung treffen können. Wenn jemand zu Ihnen kommt und sagt, dass etwas in der Hälfte der Zeit erledigt werden kann, die Sie veranschlagt haben, und Sie die Fakten nicht kennen, kann er durchaus Recht haben – Sie können es nicht wissen. Wenn Sie wissen, wovon Sie sprechen, wird das nicht passieren. Sie können ein konstruktives Gespräch führen und werden vielleicht herausgefordert oder sogar überzeugt, aber Sie lassen sich nicht von unbegründeten Behauptungen überrumpeln. Jemand fragte mich einmal, ob wir die Dinge beschleunigen könnten, indem wir Abkürzungen nehmen. Daraufhin antwortete ich: ‚Die einzige Abkürzung, die Sie nehmen können, ist, bei den Spezifikationen zu sparen‘ – und das war das Ende der Diskussion.“

„Sie müssen bedingungslos Verantwortung übernehmen, was bedeutet, dass Sie die Fähigkeit haben müssen, zu reagieren – und zwar auf sinnvolle Weise“, fährt Vanderbeke fort. „In meinen Workshops verwende ich mehrere kleine Beispiele aus meiner täglichen Arbeit, um meinen Standpunkt zu verdeutlichen. Jemand, der vor der Verantwortung flieht, würde zum Beispiel sagen: ‚Ich habe meine Schätzung halbiert, weil mein Projektleiter es mir befohlen hat‘, während jemand, der die Verantwortung behält, ein ‚Spieler‘ im Sinne von Fred Kofman, sagen würde: ‚Ich wollte einen Streit mit meinem Projektleiter vermeiden, also habe ich nachgegeben‘. Ebenso würde ein Opfer sagen: ‚Ich mache Schätzungen, weil unser Prozess es verlangt‘, während ein Akteur sagen würde: ‚Ich möchte im Unternehmen bleiben, also wende ich den etablierten Prozess an‘. Wenn man sie auf diese kleinen Dinge aufmerksam macht, sind die Leute eher geneigt, ihr Verhalten zu korrigieren.“

Eine gute Architektur ist korrekt, konsistent und kommuniziert. Kredit: Robert Deckers

Weder Fisch noch Geflügel

In seinen Schulungskursen gibt Deckers seine Vorstellungen von guten Architekturen weiter. „Die Rolle der Architektur besteht darin, einen Lösungsansatz für die wichtigsten Systemeigenschaften zu bieten, die am schwierigsten zu realisieren sind. Als Systemarchitekt müssen Sie immer darauf achten, dass Sie auf eine Lösung hinarbeiten, eine Anleitung bieten und die Bedürfnisse Ihrer Stakeholder erfüllen, gleichzeitig aber auch ein Auge auf Dinge haben, die schief gehen könnten, wenn sie in der Architektur nicht berücksichtigt werden. Wenn Sie das nicht tun, sind Sie wahrscheinlich kein Architekt. Außerdem möchte ich, dass Softwarearchitekten verstehen, dass eine Architektur einen geschäftlichen Nutzen bieten muss und dass es möglich sein muss, das System innerhalb der jeweiligen Organisation zu bauen. Sie können nur dann ein effektiver Architekt sein, wenn Sie bereit sind, aus Ihrer technologischen Komfortzone herauszutreten.“

Laut Deckers ist eine gute Architektur korrekt, konsistent und kommuniziert. „Ein System muss insofern korrekt sein, als es die Belange der Stakeholder und die technische Umgebung berücksichtigen muss. Der Entwicklungsprozess muss konsistent sein. Bei Philips in Brügge wurde ich einmal Zeuge, wie ein Softwarearchitekt alle Vorbedingungen für alle von ihm programmierten Funktionen testete, weil er wollte, dass sein Code robust ist. Währenddessen verwendete ein Kollege in der Kabine neben ihm Zeiger, ohne etwas zu testen, weil er wollte, dass sein Code schnell ist. Zusammen in einem System ergibt das weder Fisch noch Huhn. Sie müssen sich über die wichtigsten Eigenschaften im Klaren sein – mein Rat: hängen Sie die fünf wichtigsten an die Wand. Und schließlich sollte eine Architektur so beschrieben werden, dass Sie sie mit den verschiedenen Beteiligten diskutieren können, was bedeutet, dass Sie für verschiedene Aspekte unterschiedliche Ansichten verwenden.“

Deckers betont, wie wichtig es ist, sich auf die nicht-funktionalen Eigenschaften zu konzentrieren, also auf die Qualitätsattribute. Er räumt ein, dass dies im Widerspruch zu dem beliebten Agile-Prinzip zu stehen scheint, so schnell wie möglich funktionierende Software zu liefern. „Ich werde oft gefragt: Wie kann man Agile und Architektur miteinander vereinbaren? Meine Antwort: Gar nicht. Es sind zwei unterschiedliche Denkweisen. Bei der Architektur geht es darum, zu schauen, bevor man springt, während man bei Agile einfach loslegt und auf der Grundlage des Feedbacks, das man erhält, Anpassungen vornimmt. Das ist für manche Unternehmen völlig in Ordnung, aber nicht für einen Kopierer oder einen medizinischen Scanner, bei denen Aspekte wie Zuverlässigkeit und Sicherheit von vornherein bekannt sind. Agile und Architektur lassen sich am ehesten miteinander vereinbaren, wenn man die Regeln verbiegt und die ersten Sprints den wichtigsten Anliegen widmet.“

Wenn Sie den Managementtrichter hinuntersteigen, verengt sich der Fokus und das Risiko für Konflikte wächst.

Bessere Entscheidungen

Bei der Zusammenarbeit kommt es zwangsläufig zu Reibereien. Ein Software-Handwerker braucht daher auch Werkzeuge zur Konfliktlösung. In seinen Workshops stellt Vanderbeke einen Managementtrichter vor, der gleichzeitig eine umgekehrte Konfliktpyramide ist. Die Pyramide verläuft in drei Ebenen: strategisch, taktisch und operativ – vom Was zum Wie. Wenn Sie den Trichter hinuntersteigen, verengt sich der Fokus und das Risiko eines Konflikts wächst. Wenn es tatsächlich zu einem Konflikt kommt, hilft es, den Trichter wieder hochzuklettern und ein gemeinsames Ziel oder Prinzip zu finden, um die Dinge zu beruhigen.

„Softwarearchitekten, die sich nicht einig sind, wie sie ein Problem angehen sollen, stecken oft in ihrer eigenen Lösung fest. Wenn man sie an die Hand nimmt und die Problemkriterien bespricht, wird die Pattsituation in der Regel beendet, da sie eine gemeinsame Basis finden“, erläutert Vanderbeke. „Es ist auch ein sehr nützliches Instrument für das Prozessmanagement. Wenn Sie sich in einer Besprechung befinden, die zu nichts führt, besinnen Sie sich auf die Gründe, warum die Besprechung überhaupt angesetzt wurde, und ein Ausweg ergibt sich fast von selbst.“

Mit dem Werkzeugkasten in der Hand sind Software-Ingenieure gut für das Handwerk gerüstet. Mit Deckers schließt Vanderbeke: „Es wäre schön, wenn sie bessere Entscheidungen treffen könnten. Dass sie autonomer arbeiten. Und gleichzeitig sollten sie mehr Spaß an dem haben, was sie tun.“

Dieser Artikel wurde von Nieke Roos geschrieben, dem technischen Redakteur von Bits&Chips.

In den Fängen der COVID-19-Pandemie war die erste Hälfte des Jahres 2020, gelinde gesagt, interessant. Aber während die Niederlande und die ganze Welt versuchen, sich mit dem neuartigen Coronavirus auseinanderzusetzen, arbeiten das High Tech Institute und sein Partner BCN eifrig daran, wieder zur Tagesordnung überzugehen. Zumindest so weit wie möglich.

Man kann mit Sicherheit sagen, dass das Coronavirus das Leben, wie wir es kennen, verändert hat. Zoom, Skype und Teams Meetings sind zum Standard geworden, da viele Menschen von zu Hause aus arbeiten und Gruppen und Versammlungen meiden. Jetzt, da die Regierung die Pandemiemaßnahmen lockert und versucht, die Wirtschaft wieder anzukurbeln, bewegen sich die Unternehmen auf einem schmalen Grat voller Sicherheitsprotokolle, um ihre Arbeit wieder aufnehmen zu können – wenn auch nicht ganz normal. Eines dieser Unternehmen, das diesen Weg beschritten hat, ist das Business Centre Netherlands (BCN), das multifunktionale Räumlichkeiten für Geschäftsveranstaltungen, Meetings, Tests und verschiedene Schulungen anbietet.

BCN sollte den Teilnehmern der technischen und beruflichen Schulungen des High Tech Institute ein Begriff sein, denn der Standort Eindhoven beherbergt die große Mehrheit der Schulungen des High Tech Institute. Als jedoch das Coronavirus ausbrach und die Gruppentreffen verboten wurden, warf dies die Pläne für den Schulungskalender 2020 sofort über den Haufen.

„Am 16. März waren wir gezwungen, unsere Türen für 11 Wochen zu schließen“, erklärt Ton ten Haaf, Operational Manager von BCN. „Wir haben Anfang Juni wieder geöffnet, aber da eine gewisse Unsicherheit darüber herrschte, was uns erwarten würde, und weil wir anfangs nur maximal 30 Gäste pro Tag aufnehmen konnten, haben wir uns auf die Bedürfnisse unserer Kunden eingestellt und uns auch auf virtuelle Klassenzimmer statt auf physische konzentriert. Im Moment liegt unser Hauptaugenmerk jedoch auf der Planung und Vorbereitung, um die Menschen sicher wieder in die physische Umgebung zu bringen, da wir erwarten, dass die Zahlen im September und danach steigen werden.“

Ton ten Haaf, Betriebsleiter BCN Eindhoven.

Neue Normalität

Wenn Sie in den letzten Monaten irgendwo unterwegs waren, haben Sie wahrscheinlich bemerkt, dass Unternehmen neue Vorsichtsmaßnahmen ergriffen haben, um die Ausbreitung von Viren einzudämmen. Und während die Welt versucht, ein gewisses Maß an Normalität zu finden, hat BCN daran gearbeitet, ein sichereres ’neues Normal‘ zu schaffen. „Sobald wir im März unsere Türen schließen mussten, begannen wir eine 11-wöchige Phase intensiver Planung und Kommunikation mit unseren Kunden. Wir haben sofort damit begonnen, verschiedene Protokolle zu erstellen, um die Menschen nach ihrer Rückkehr so sicher wie möglich zu halten“, beschreibt Jenny Rennenberg, Account Manager bei BCN.

„Das beginnt schon bei der Reservierung, lange bevor jemand ankommt. Wir kommunizieren mit unseren Kunden, um die spezifischen Zahlen und Bedürfnisse zu ermitteln, damit wir geeignete Unterkünfte bereitstellen können – insbesondere den 1,5-Meter-Abstand. Außerdem teilen wir allen Gästen im Voraus die Zimmernummer mit, damit sie sich sofort in den Trainingsräumen einfinden können und nicht in der Lobby anstehen müssen.“

Das werden nicht die einzigen Unterschiede sein, die Besucher und Schulungsteilnehmer bemerken werden, wenn sie nach BCN kommen. „Wir haben auch die Ein- und Ausgänge aufgeteilt. Normalerweise benutzt der ein- und ausgehende Verkehr denselben Raum, aber jetzt haben wir Klebeband, Pfeile und Schilder angebracht, um die Besucher durch verschiedene Gänge und Treppen zu leiten, damit sie sich nicht berühren“, sagt ten Haaf. „Wir ermutigen die Besucher, die Treppen zu benutzen, aber wenn sie den Aufzug benutzen müssen oder wollen, bitten wir sie, ihn nur einzeln zu benutzen, da der Raum sehr eng ist.“

Klebeband, Pfeile und Schilder helfen, die Besucher durch die verschiedenen Korridore und Treppenhäuser zu leiten, um Berührungen zu vermeiden.

Persönlich und online

Eine weitere Vorsichtsmaßnahme, die BCN ergriffen hat, besteht darin, dass die Räume jetzt im „Prüfungsstil“ eingerichtet sind, mit Tischreihen und -spalten, die jeweils mindestens 1,5 Meter voneinander entfernt sind. „Wir können zwar immer noch die Intimität der U-förmigen Anordnung bieten, aber die Einhaltung der 1,5 Meter Abstand bedeutet, dass die Kapazität etwas geringer ist. Wenn wir die Prüfungsform nutzen, können wir mehr Personen unterbringen. Es kommt wirklich nur auf die Bedürfnisse des Kunden an“, erklärt Rennenberg. Da BCN sich auf Gesundheit und Sicherheit konzentriert und alle notwendigen Vorsichtsmaßnahmen getroffen hat, ist der Platz einfach nicht mehr so groß wie früher. Insgesamt kann das Schulungszentrum in Eindhoven jetzt nur noch etwa 130 seiner normalen Kapazität von 280 Personen beherbergen.

„Das ist ein ziemlich großer Schlag, gemessen an dem, was wir normalerweise bewältigen können“, kommentiert ten Haaf. „Angesichts der Ungewissheit, die das Virus mit sich bringt, gibt es jedoch immer noch Menschen, denen es unangenehm sein wird, zu reisen und an persönlichen Schulungen teilzunehmen. Um ihren Bedürfnissen besser gerecht zu werden, arbeiten wir mit unseren Kunden zusammen, um Treffen zu organisieren, die sowohl hier vor Ort als auch online in der virtuellen Welt stattfinden können und so das Beste aus beiden Welten bieten. Ich würde also sagen, dass wir eigentlich ganz gut dastehen.“ „Ja, und wenn eine Veranstaltung oder ein Training für eine größere Anzahl von Personen erforderlich ist, können wir mehrere Räume nutzen, die mit Fernsehern verbunden sind, und die Redner oder Trainer können aus jedem der Räume kommen und übertragen“, fügt Rennenberg hinzu.

Tanken

Trotz der Schwierigkeiten, die sich aus der fast dreimonatigen Schließung und der durch die Sommerferien bedingten Flaute ergaben, rechnet BCN mit einem starken Jahr – sogar auf dem Niveau von 2019. „Wir haben bereits einige persönliche Schulungen durchgeführt, und die Rückmeldungen unserer Kunden und Teilnehmer sind sehr ermutigend“, sagt Rennenberg. „Bisher waren die Kommentare sehr positiv. Wir stellen fest, dass die meisten Leute die physischen Kurse den virtuellen vorziehen, und wir hören, dass die Besucher froh sind, solche Dinge endlich wieder vor Ort machen zu können, vor allem mit all den Maßnahmen, die wir getroffen haben.“

Diese Stimmung ist natürlich sehr willkommen und scheint sich zu bewahrheiten. Seit der weitgehenden Lockerung der nationalen Corona-Maßnahmen Anfang Juli rufen die Kunden von BCN ununterbrochen an. „Eine Herausforderung, an der wir arbeiten mussten, ist die Terminplanung. Die meisten unserer Kunden buchen weit im Voraus, sogar bis ins nächste Jahr hinein“, betont Rennenberg. „Jetzt bekommen wir viele Anrufe von Leuten, die während der Abschaltung stornieren mussten und nun einen neuen Termin in der zweiten Hälfte dieses Jahres vereinbaren wollen. Das erforderte einige Planungs- und Terminanpassungen, aber bisher läuft es sehr gut, und wir erwarten einen starken Abschluss des Jahres 2020.

Dieser Artikel wurde von Collin Arocho geschrieben, Tech-Redakteur von Bits&Chips.

Im Grunde seines Herzens ist Stefan Bäumer ein Optik-Fanatiker. Er unterrichtet mit großer Leidenschaft, weil er gerne Wissen weitergibt und es ihn, wie er sagt, auf Trab hält. Mit unvermindertem Enthusiasmus gibt er seit Jahren die Optikschulung„Moderne Optik für Optikdesigner“ am High Tech Institute. Die Schulung ist hart – sie deckt alle Aspekte der Optik ab – aber auch sehr wertvoll, sagen ihm die Teilnehmer hinterher.

Eines der schönen Dinge an der Optik, meint Stefan Bäumer, ist das Visuelle. „Wenn Sie im Labor einen Aufbau mit einem Licht- oder Laserstrahl und Linsen bauen, können Sie den Strahl mit Ihrer Visitenkarte verfolgen und sehen, was mit ihm passiert und wie er ein Bild formt. Mir gefällt die Tatsache, dass man den Effekt sofort visuell sehen kann“, sagt er enthusiastisch. Er arbeitet gerne in diesem Bereich, weil die Optik das Herzstück des optischen (Mess-)Systems ist und sowohl die Funktionen als auch die Toleranz des Systems bestimmt.

„In Zukunft werden wir uns mehr und mehr in Richtung End-to-End-Modellierung bewegen“, sagt Stefan Bäumer, Dozent am High Tech Institute.

Bäumers Erfahrung mit der Optik reicht weit zurück. Schon während seines Masterstudiums der Physik, das er an der Washington State University absolvierte, gab es eine Verbindung. Auch während seiner Promotion an der Technischen Universität Berlin beschäftigte er sich am Optischen Institut mit Optik.

Nach dem Abschluss seiner Promotion begann Bäumer seine Karriere bei Philips in Eindhoven. Hier begann er als Optikdesigner bei CFT und später bei Philips High Tech Plastics. Danach arbeitete er acht Jahre lang als Senior Designer für optische Systeme bei Philips Applied Technologies und Philips Research. Nach kurzer Zeit als Senior Principal Engineer bei Philips Lighting wurde er von TNO gefragt, ob er sich ihrem Team anschließen wolle. Das tat er gerne, denn so konnte er sein Licht bei einer anderen Organisation anmachen. Nach einer siebzehnjährigen Karriere bei Philips wechselte er zur optischen Gruppe bei TNO in Delft.

Jetzt arbeitet Bäumer seit fast acht Jahren als leitender Optikdesigner bei TNO. Seit 2015 ist er auch Teil der Gruppe der leitenden Wissenschaftler, die die technische Politik mitbestimmen. Als leitender Wissenschaftler ist Bäumer mitverantwortlich für die Leitung der Forschung im Bereich Optik bei TNO.

Fortschritt

Um entscheiden zu können, welchen Weg man mit TNO Optics einschlagen will, ist es sicherlich nützlich, dass Bäumer schon lange in diesem Bereich tätig ist. Dadurch ist er über die Entwicklungen gut informiert. „Tatsächlich gibt es eine Reihe wichtiger Entwicklungen, die zu einem starken Wachstum in der Optik geführt haben. Die Genauigkeit, mit der man optische Systeme modellieren kann, hat enorm zugenommen. Auch die Integration mit anderen Disziplinen hat sich stark verbessert. Außerdem hat sich die Herstellung optischer Elemente verbessert, da die Fertigungstechnologie große Sprünge gemacht hat. Schließlich sind Möglichkeiten für Detektoren und Lichtquellen im Nahinfrarotbereich hinzugekommen, die zum Beispiel in der medizinischen Forschung eingesetzt werden“, erklärt Bäumer.

Weitreichende technologische Entwicklungen auf dem Gebiet des Designs optischer Systeme haben die Leistungsfähigkeit aller Arten von Simulationsprogrammen in den letzten Jahren tatsächlich erheblich verbessert. Davon profitiert auch die Optik. „Früher habe ich mit eher rudimentären optischen Designprogrammen gearbeitet, mit denen man Systeme modellieren und ein Layout erstellen konnte. Das war noch sehr viel Handarbeit“, sagt Bäumer. „Heutzutage kann man viel schneller und genauer modellieren. Sie können alle Arten von Phänomenen in Ihre Simulationen einbeziehen, wie z.B. Nanostrukturen und Beugung. Auch die Integration mit anderen Disziplinen wie der Thermik, der Mechanik und die verbesserte Kommunikation zwischen den Softwaresystemen der verschiedenen Disziplinen haben zu Fortschritten geführt.“

Sicher ist, dass die anspruchsvolleren Fertigungstechnologien, die jetzt zur Verfügung stehen, auch die optischen Entwicklungen stark beschleunigt haben. Dies ist zum Teil auf Drehbänke mit viel höherer Präzision – das Diamantdrehen ermöglicht die Herstellung unglaublich präziser optischer Oberflächen, einschließlich Freiformflächen – und neue Techniken wie das magnetorheologische Finishing (MRF) und das Ionenstrahl-Figurieren (IBF) zurückzuführen. Diese Techniken ermöglichen es Optikern, Optiken mit viel besseren Spezifikationen zu entwerfen. Dies hat in den letzten zehn Jahren auch zum Aufkommen der Freiformoptik geführt. Dieser Zweig des Fachgebiets entwirft neue optische Elemente, die keine Translations- oder Rotationssymmetrie über die optische Achse aufweisen. Dies bietet Raum für bessere Leistung, Miniaturisierung und neue optische Funktionalitäten.

Stefan Bäumer: „Ich möchte meinen Studenten ein gutes optisches Grundwissen vermitteln, das sie in die Lage versetzt, gut einzuschätzen, was mit optischen Systemen möglich ist. Und natürlich auch, wo die Grenzen der Machbarkeit liegen“. Foto: TNO.

Bäumer prognostiziert, dass wir uns in Zukunft mehr und mehr in Richtung End-to-End-Modellierung bewegen werden. Bäumer: „Damit meine ich, dass wir die Systemleistung von der Quelle bis zum Detektor unter allen Umständen vorhersagen werden, unter anderem mit Hilfe von Hochleistungsrechnern, wie es beim Raytracing (Berechnung, wie sich Lichtstrahlen im optischen System verhalten, AB) über Grafikkarten geschieht. Diese Technik wird bereits in der Filmindustrie eingesetzt, aber auch im wissenschaftlichen Bereich ist sie auf dem Vormarsch. Ich erwarte auch, dass der rechnergestützten Optik mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden wird. Da immer mehr Rechenleistung zur Verfügung stehen wird, wird es mehr Möglichkeiten geben, einen besseren Kompromiss zwischen optischer Hardware und Datenverarbeitung durch Software zu finden. Aus diesem Grund werden bei optischen Systemen andere Entscheidungen getroffen werden. Auch nanostrukturierte Oberflächen und Materialien werden in der Optik zunehmend Anwendung finden. Für die Optik im Allgemeinen werden die Entwicklungen im Quantenbereich einen ganz neuen Bereich erschließen.“

Gesamtübersicht

Mit all seinem Wissen über optische Systeme und die Entwicklungen auf diesem Gebiet kann Bäumer seinen Studenten in den Schulungen viel erzählen und zeigen. Der Lehrgang‚Moderne Optik für Optikdesigner‚ deckt alle Grundlagen der Optik ab. „Es ist wichtig, dass die Auszubildenden verstehen, wie die Dinge funktionieren und welche Prinzipien dahinter stecken. Wie wirken sich elektromagnetische Wellen und Beugung auf optische Systeme aus? Was sind die Polarisationseffekte? All diese Fragen werden in der Prüfung behandelt“, betont Bäumer.

Die Tatsache, dass diese Ausbildung einen Überblick über das gesamte Gebiet der Optik gibt, macht sie einzigartig. Es gibt jedoch viele spezialisierte Optikkurse, die sich auf ein bestimmtes Gebiet wie die nichtlineare Optik oder das optische Design konzentrieren. Was diese Schulung jedoch einzigartig macht, ist die Tatsache, dass sie den gesamten Bereich der Optik abdeckt. Ein Team von nicht weniger als sieben qualifizierten Dozenten, die alle auf dem Gebiet der Optik arbeiten und auf einen bestimmten Teilbereich spezialisiert sind, sorgt für eine qualitativ hochwertige Ausbildung.

„Gerade der Umfang und die Menge der Hausaufgaben, die die Studenten zu erledigen haben, machen es zu einem harten Training. Aber diese Hausaufgaben sind der Schlüssel, um sich mit der Materie vertraut zu machen. Wenn ich nachher mit den Studenten spreche und sie frage, wie es ihnen gefallen hat, sagen sie, dass es hart war, aber dass sie viel gelernt haben“, betont Bäumer. „Das Training ist auch für mich sehr anstrengend. Jedes Training erfordert viel Vorbereitung und es gibt eine Menge Nacharbeit, aber ich lerne auch jedes Mal dazu und das hält mich auf Trab. Ich möchte meinen Studenten ein gutes optisches Grundwissen vermitteln, das sie in die Lage versetzt, gut einzuschätzen, was mit optischen Systemen möglich ist. Und natürlich auch, wo die Grenzen der Machbarkeit liegen.“

Dieser Artikel stammt von Antoinette Brugman, freiberufliche Journalistin und Mitarbeiterin derZeitschrift High-Tech Systems .

Ein Pionier im Design von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) mit einer zusätzlichen Leidenschaft für alles Mechanische, ein Pragmatiker und ein sehr guter Lehrer. Das ist Professor Bob Puers in einer Nussschale. Er wurde für seine hervorragende MEMS-Ausbildung zum Dozenten des Jahres 2018 gewählt.

Ein kurioser Kurs mit einem überwältigenden Feedback der Teilnehmer – so beschreibt Bob Puers den MEMS-Schulungskurs, den er 2018 für eine Gruppe von fünfzehn Industrievertretern aus Pakistan gehalten hat. Puers: „Der Kurs fand in China statt, weil es Schwierigkeiten mit dem Austausch von Pakistanern gab. Die Teilnehmer waren alle extrem lernwillig. Ich habe diesen Eifer und auch die besonders gute Interaktion mit der Gruppe sehr geschätzt. Wir hatten eine Menge Diskussionen auf sehr hohem Niveau.“

In ihrem Feedback sagten die Teilnehmer über Puers: „Es war eine ausgezeichnete Schulung, sowohl was den Inhalt als auch die Präsentation angeht. Der Dozent hat die aufgeworfenen Fragen hervorragend beantwortet“ und „Die Art und Weise, wie der Professor unterrichtet, ist außerordentlich gut.“ Dieses positive Feedback führte zu einer Bewertungsnote von 9,8 von 10 und dem Titel „Dozent des Jahres 2018„. Puers ist bescheiden über seinen Beitrag und weist darauf hin, dass all das Lob wahrscheinlich auf zufällige Umstände zurückzuführen ist. Wenn er jedoch seine Art zu lehren und sein Wissen über mikroelektromechanische Systeme (MEMS) erklärt, ist es leicht zu verstehen, wie er den Titel verdient hat.

Bob Puers hat seine Doktoranden immer dazu angeregt, ein Gerät zu bauen.

Der Wissenschaftler

Puers‘ MEMS-Erfahrung geht auf sein Studium der Elektrotechnik zurück. Er war sehr an der Forschung interessiert und hatte eine besondere Leidenschaft für alles Mechanische. Als er mit Raoul Vereecken, einem Urologen an der Universitätsklinik in Leuven, in Kontakt kam, beschäftigte er sich mit der Entwicklung von tragbarer, implantierbarer medizinischer Elektronik. Er setzte seine Karriere in diesem Bereich fort und gründete 1988 seine eigene Forschungsgruppe an der KU Leuven. Schon bald verfügte er über einen eigenen Reinraum, in dem er Geräte wie Drucksensoren, Beschleunigungsmesser und Durchflusssensoren herstellte.

In seiner Forschung konzentrierte sich Puers auf die Anwendung medizinischer implantierbarer Elektronik und die Entwicklung von Technologien zur Herstellung von Sensoren – er war schon immer motiviert, Geräte zu entwickeln und arbeitet pragmatisch daran, dies zu realisieren. Wenn Puers weiß, dass ein bestimmtes Prinzip funktioniert, vertieft er sich nicht zu sehr in die Details der Theorie, sondern nutzt dieses Wissen, um es in die Praxis umzusetzen und neue Geräte zu entwickeln. Und da er ein Mann der Praxis ist, hat er seine Doktoranden immer dazu angeregt, ein Gerät physisch zu bauen. Wie Puers es ausdrückt: „Meine Doktoranden durften nicht gehen, ohne etwas auf dem Tisch zu hinterlassen.“

Puers fährt fort: „In unserem Reinraum habe ich mit unserer Forschergruppe Lithografie- und Anwendungstechniken entwickelt. Wir haben anspruchsvollere mechanische Strukturen hergestellt – im Miniaturmaßstab. Der ganze Prozess, eine sehr kleine mechanische Struktur zu entwickeln, sie in eine elektronische Komponente zu integrieren – um das mechanische Signal in ein elektronisches umzuwandeln – und schließlich einen Sensor daraus zu bauen – das fasziniert mich immer noch.“

In Puers‘ Disziplin hat es viele Entwicklungen gegeben. „Damals, 1985, war unsere Gruppe eine der ersten, die Beschleunigungsmesser entwickelte. Damals waren diese Geräte bahnbrechend. Heutzutage werden Beschleunigungsmesser zu unglaublich niedrigen Kosten in kommerzielle Produkte wie Smartphones und Autos integriert. Es gibt eine ganze Reihe von Geräten, für die wir die Grundlage gelegt haben, Ideen, die später von der Industrie übernommen wurden. Wir mussten also mehrmals nach neuen Forschungsgebieten suchen.“

Die Entwicklung von MEMS ist noch nicht abgeschlossen. Die aktuellen Trends sind eine weitreichende Miniaturisierung und ein sehr geringer Stromverbrauch. Das macht Sinn, denn viele Sensoren werden in tragbaren medizinischen Anwendungen eingesetzt und müssen daher so energieeffizient wie möglich sein.

Der Lehrer

Als Mitarbeiter der KU Leuven gehörte die Lehre zu Puers‘ Aufgaben.

Er begann als Lehrer für Kurse über biomedizinische elektronische Systeme. Später unterrichtete er auch über MEMS-Produktionstechnologie. Diese Kurse bilden auch heute noch die Grundlage für seine Ausbildung in MEMS-Systemen am High Tech Institute.

„Es ist eine Herausforderung, die Menschen aufzuklären und sie für die wissenschaftlichen Bereiche zu begeistern, die Sie selbst faszinierend finden“, erklärt Puers. „Sie werden nie alle begeistern können. Nur etwa ein Drittel bis die Hälfte der Universitätsstudenten begeistert sich für das Thema, die anderen tun nur, was man ihnen sagt. Bei den Teilnehmern des High Tech Institute handelt es sich jedoch immer um Menschen mit besonderen Interessen, die meine Begeisterung teilen. Sie haben in der Regel schon einige Erfahrung, so dass wir in den Kursen viele detaillierte und spezifische Diskussionen führen. Diese Interaktion gefällt mir sehr gut.

Puers begann seinen MEMS-Schulungskurs für das High Tech Institute im Jahr 2009 – als Spezialist wurde er gebeten, die Menschen über MEMS aufzuklären. Sein Ziel ist es, seine Kursteilnehmer in diesen Bereich einzuführen. „Ich möchte, dass sie mehr über all die Techniken erfahren, die im Laufe der Jahre entwickelt wurden, um mikromechanische Systeme herzustellen. Ich erkläre die Möglichkeiten und die Unmöglichkeiten von MEMS, indem ich auf die Systemebene zoome. Etwa die Hälfte der MEMS-Schulung verbringe ich mit den Instrumenten, die uns zur Verfügung stehen, um einen Sensor oder Aktor zu bauen. Dabei handelt es sich um alle notwendigen Techniken, wie Ätzen, Kleben, Verpacken und Beschichten. Im zweiten Teil der Schulung bringe ich den Kursteilnehmern alle Arten von erfolgreichen Anwendungen bei, wie Durchfluss- und Drucksensoren, optische Systeme und medizinische Implantate. Am Ende sollen die Auszubildenden wissen, was möglich und was fast unmöglich ist. Ich möchte, dass sie beurteilen können, wie realistisch neue Konzepte sind.“

Seine umfangreiche MEMS-Erfahrung, an der er von Anfang an beteiligt war, macht Puers zu einem sachkundigen Lehrer. Aber er versteht es auch, sich auf sein Publikum einzustellen. „Ich beantworte immer Fragen, die während des Kurses auftauchen. Manchmal kann ich das sofort tun, weil ich die Antwort aus Erfahrung kenne. Wenn ich die Antwort nicht weiß, komme ich am nächsten Kurstag auf das Thema zurück. Ich rechne bei meinen Schulungen gerne mit Fragen und Feedback. Lehren ist ein Prozess der Entwicklung. In jedem neuen Kurs nutze ich die Erfahrungen aus früheren Kursen, so dass mein intellektuelles Gepäck als Lehrer ständig bereichert wird. Auf diese Weise verfeinere ich meine Kurse ständig und passe sie an mein Publikum und dessen Vorkenntnisse an.“

Dieser Artikel stammt von Antoinette Brugman, Tech-Redakteurin von Bits&Chips.

Adrian Rankers und Hans Vermeulen hatten eine plötzliche Herausforderung, als ASML Wilton darauf bestand, die geplante viertägige Dynamics and Modeling-Schulung online anzubieten. Rankers begann mit Greenscreen, Open Broadcaster Software, einem Camcorder und einer Dokumentenkamera zu arbeiten und nach unzähligen Stolpersteinen und harten Lektionen wurde die Schulung einen Monat später erfolgreich abgeschlossen.

In diesem Artikel, Rankers von Mechatronics Academy und Co-Trainer Vermeulen ihre Erfahrungen mit der Einführung eines sehr praxisorientierten Online-Trainingskurses mit vielen Übungen. Sie sprechen über die Überlegungen, Entscheidungen und kniffligen Stolpersteine sowie über ihre Erfahrungen mit einer letztendlich sehr erfolgreichen Sitzung zu Dynamik und Modellierung. Auch sie hielten mit ihren Kommentaren nicht zurück.

Dynamik und Modellierung dreht sich um die vielen Aspekte, die die Leistung von mechatronischen Präzisionssystemen beeinflussen. Um dieses Wissen in die Köpfe zu bekommen, sollten die Teilnehmer der Schulung vor allem mit Übungen arbeiten. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, die Teilnehmer mit dem Design-Tool 20-sim arbeiten zu lassen. „Sie tun dies in Zweier- oder Dreiergruppen, wobei wir ihnen über die Schulter schauen“, sagt Hans Vermeulen, Senior Principal Architect von EUV Optics System bei ASML und Teilzeitprofessor an der TU Eindhoven. Dieser Bedarf an intensiver Interaktion zwischen Teilnehmern und Ausbildern ist ein wichtiger Grund, warum die Schulung bisher nicht online angeboten wurde.

Letzten Mai, Dynamik und Modellierung für zwanzig ASML-Mitarbeiter in Wilton, Connecticut, geplant. Doch als die ersten Maßnahmen gegen Corona in Kraft traten, war eine Reise in die USA für Rankers und Vermeulen nicht mehr möglich. Um die Qualität zu gewährleisten, schlugen sie vor, die Schulung auf den Herbst zu verschieben. Doch der Maschinenbauer bestand darauf: Die technischen Experten in Wilton hatten wirklich das Bedürfnis, sich das Wissen anzueignen. Daraufhin beschloss das Duo, den viertägigen Kurs in ein Online-Format umzuwandeln.

Bessere Verbindung zwischen ppt-Folie und Sprecher

Zufälligerweise hatte Rankers kürzlich an einer Konferenz teilgenommen, die die American Society for Precision Engineering in Zoom abhalten musste. Er war mit dem Design und der Qualität zufrieden. Seine Trainersinne bemerkten jedoch auch einen Nachteil. „Es war sehr ermüdend für mich, eine PowerPoint-Präsentation mit einer sich bewegenden Maus und einem Präsentator, der nur in einem kleinen Fenster zu sehen war, zu betrachten“, sagt er.

Adrian Rankers für einen Greenscreen während der Dynamics and Modeling Schulung. Oben links die Kamera für die Aufnahme des Trainers und des Greenscreens, unten rechts die Dokumentenkamera.

Beim Nachdenken über den bevorstehenden Kurs wurde Rankers klar, dass es viel mehr Spaß macht, einen Videostream anzusehen, bei dem der Lehrer neben der Präsentation von der Hüfte aufwärts zu sehen ist. „So entsteht eine bessere Beziehung zwischen der Folie und dem Sprecher, der die Informationen erklärt.“

Rankers hat sich umgesehen und drei Möglichkeiten gesehen, dies zu erreichen. Es ist möglich, eine PowerPoint-Präsentation an eine Wand zu projizieren und den Lehrer sowie die Projektion mit einer Kamera zu filmen. Das Gleiche können Sie mit einem großen Fernsehbildschirm machen.

Die dritte Möglichkeit bestand darin, den Dozenten vor einen gut beleuchteten grünen Bildschirm zu setzen, ihn mithilfe einer Software freizuschneiden und ihn dann in die PowerPoint-Präsentation einzubinden und diesen Stream über Zoom oder Teams. Genau wie der Wetterfrosch in den NOS-Nachrichten muss der Trainer seine Anweisungen über seinen eigenen Bildschirm koordinieren.

Experimentieren mit Greenscreen und OBS

Rankers beschloss, mit Green Screen und Open Broadcaster Software (OBS) zu experimentieren. Er lieh sich von einem Freund ein großes grünes Tischtuch und hängte es über einen Teleskopstiel für Gartengeräte. Fotogeschäfte verkaufen bereits gute Greenscreen-Tücher für 30 Euro. Aber weil sie alle ausverkauft waren, wurde es stattdessen ein 4 mal 6 Meter großes Tuch für 80 Euro – auch recht erschwinglich.

Über diesen Bildschirm koordinierte Adrian Rankers seine Bewegungen mit den Informationen auf den Powerpoint-Folien.

Sein erstes Experiment mit dem Tischtuch funktionierte bereits „überraschend gut“. Rankers bemerkte, dass es auf die Belichtung ankam. „Wenn Sie Hollywood-Qualität anstreben, bei der man jedes Haar des Moderators sieht, kommt das schon sehr nahe. Mein Holz- und Seil-Setup funktionierte bei ausreichendem Tageslicht erstaunlich gut, vor allem wenn man bedenkt, dass beim Videostreaming auf die andere Seite der Welt ohnehin viele Details verloren gehen.“ Als Ersatz sah er sich die verfügbaren Großbildfernseher in einem nahe gelegenen Geschäft an.

Aufgrund der Zeitverschiebung waren für die Schulung bei ASML Wilton Nachmittags- und Abendsitzungen erforderlich, so dass Rankers auch die Lichtverhältnisse am Abend testen wollte. „Ich dachte mir, dass das ein Problem sein könnte“, sagt er. „Aus den Informationen im Internet schloss ich, dass die Abendaufnahmen wirklich anders sind. Ohne gutes Kunstlicht schneidet die Software die Person nicht richtig aus dem grünen Hintergrund heraus.“

Der nächtliche Abschiedstrunk in einiger Entfernung am Ende einer ASPE-Konferenz am MIT gab Rankers die Gelegenheit, ihn kurz zu testen und damit zu experimentieren. Überraschenderweise stellte sich heraus, dass es mit dem verfügbaren künstlichen Licht in dem Raum, den die Mechatronics Academy und das High Tech Institute am Standort Fellenoord in Eindhoven eingerichtet hatten, funktioniert. „Ich habe viele positive Reaktionen erhalten und mit MIT-Profi Dave Trumper vereinbart, dass ich unsere ersten Kurserfahrungen mit ihm teilen würde.“

Whiteboard und Dokumentenkamera

Während des physischen Trainings schreiben Rankers und Vermeulen viel auf ein Flipchart oder ein Whiteboard. Teams (das auf Wunsch von ASML ausgewählt wurde) bietet die Möglichkeit, mit der Maus zu schreiben, aber das bereitete Probleme. In Versuchen, die Rankers in Vorbereitung mit ASML Wilton durchgeführt hat, wurde berichtet, dass die Teilnehmer ihre Whiteboard-Funktion nicht nutzen konnten. Sie konnten auch ihren eigenen Bildschirm nicht freigeben. Das Problem mit dem Whiteboard wurde von Microsoft bestätigt und scheint mit den Datenschutzbestimmungen (GDPR) zusammenzuhängen.

Deshalb suchte Rankers auf der Trainerseite sofort Zuflucht bei einer Dokumentenkamera. „Eine Dokumentenkamera ist vergleichbar mit einer Webcam auf einem Stativ, die auf ein A4-Blatt gerichtet ist“, erklärt Rankers. „Sie kann ganz einfach per Knopfdruck auf das Papier fokussiert werden und diese Einstellung dann beibehalten. Wenn Sie schreiben wollen, ist das in Ordnung. Es wird nicht durch den Autofokus auf Ihrer Hand gestört.“

Sowohl der Trainer als auch sein Co-Trainer haben einen Bildschirm, auf dem Sie das Bild sehen können, das auch den Teilnehmern präsentiert wird.

Rankers und Vermeulen waren beide sehr zufrieden mit der Dokumentenkamera. „Aber der Wechsel zwischen den Kameras ist einer der Nachteile“, sagt Vermeulen. „Bei einer physischen Schulung sehen die Teilnehmer alles nebeneinander: Powerpoint, Whiteboard und Trainer. Jetzt sahen sie nur unseren Stift auf dem Papier. Wenn wir zur Präsentation wechseln würden, hätten sie dieses Bild wieder verloren.“

Rankers fügt hinzu, dass die Eingabe eines zusätzlichen Kamerasignals „immer noch etwas Fingerspitzengefühl erfordert“, weil zwischen Anwendungen, Präsentationen und der Dokumentenkamera gewechselt werden muss. „Das ist etwas komplizierter wegen der Kombi Greenscreen und OBS“, meint er. Vor allem der Wechsel zu einer Anwendung wie 20-sim erfordert etwas Übung. Die Bedienung des Computerprogramms über einen Monitor, der einige Meter von Ihnen entfernt ist, war nicht einfach. Zur doppelten Kontrolle lud Rankers sich selbst per privater E-Mail ein, damit er auf seinem Mobiltelefon jederzeit sehen konnte, was die Studenten im Blick hatten.

Datenrate priorisiert

Ein Punkt der Aufmerksamkeit war die Internetgeschwindigkeit im High Tech Institute am Standort Fellenoord. Dies könnte ein potenzieller Engpass sein. Die gemeinsame Durchsatzgeschwindigkeit aller Mieter zusammen stellte sich als nur 100 Mb/s heraus, während für einen Videostream schnell 5 Mb/s benötigt werden. Es stellte sich heraus, dass die IT-Abteilung einer IP-Adresse vier Tage lang eine höhere Priorität einräumen wollte.

Rankers sagt mit einem kleinen Seufzer, dass die Leute in Wilton, wie seine Studenten am TUE, erst am Wochenende vor der Schulung mit der Installation von 20-sim begonnen haben. „Das ging wegen der Sicherheit ihrer ASML-Laptops nicht gut“, sagt Rankers. Das Ergebnis war eine Menge E-Mail-Kommunikation kurz vor der Schulung und eine Eskalation zum IT-Helpdesk, um die endgültigen Installationen zu erleichtern. „Das nächste Mal werde ich wirklich alle eine Woche vorher anrufen und mich nach den Vorbereitungen erkundigen“, lacht er.

Rankers hatte fünf kurze Einführungsvideos für 20-sim erstellt und im Voraus verschickt, um den Teilnehmern alles Wesentliche über das Tooling beizubringen. Für die Zukunft plant er, ein Video mit den neuesten Prüfungen hinzuzufügen und es rechtzeitig zu versenden. „So wissen sie, was wir als Grundwissen erwarten.“

Interaktion mit den Studenten

In der Trainingsumgebung verwendeten Rankers und Vermeulen einen Laptop mit zwei externen Monitoren. Schräg unter dem Monitor mit dem konstruierten Videobild befand sich ein zweiter externer Monitor, auf dem das Team-Meeting gezeigt wurde.

Bei der Schulung, an der alle von zu Hause aus teilnahmen, hatten die meisten Studenten leider keine Webcam. Die Ranger hatten auch festgestellt, dass die Verbindung nicht so gut funktionieren würde, wenn jeder seine Kamera einschalten würde. Deshalb beschlossen sie schließlich, nur die verfügbaren Webcams während der Vorschlagsrunde einzuschalten. „Wir haben keine Studenten gesehen, nur die leuchtenden Kugeln mit den Initialen, wenn Fragen gestellt wurden.“

Zunächst bat Rankers die Studenten, über die Chatfunktion zu antworten und die Hand zu heben, wenn sie auf dem Bild waren. „Der Chat an sich funktionierte gut, ließ aber wenig Raum für einen ausführlichen Diskurs“, sagt er. „Das Heben der Hände erfordert, dass der Moderator oder sein Begleiter sehr aufmerksam sind, und das war nicht immer der Fall. Am Ende, nach dem ersten Teil des Tages, einigten wir uns darauf, dass jeder nur noch unterbrechen und über sein Mikrofon Fragen stellen sollte. Das hat gut funktioniert. Es gab eine Menge Interaktion, aber wie in einem normalen Klassenzimmer bleiben einige ruhig und warten ab. Nach Rankers Ansicht gibt es noch Raum für Verbesserungen. „Online könnte man die Teilnahme leicht protokollieren, um einige Leute gezielter zur Teilnahme zu ermutigen.“

Praktische Übungen online

Bei den Übungen arbeiteten die Teilnehmer in Teams, die jeden Tag wechselten. Manchmal zu zweit, manchmal in Gruppen von vier oder fünf Personen. Dabei beobachten sie Rankers und laden Vermeulen ein. Rankers: „Es gab gute Diskussionen innerhalb der Gruppen, aber die Anleitung ist noch verbesserungswürdig“. Vermeulen: „Bei einer persönlichen Schulung schauen Sie zu und sehen sofort, wenn der Bildschirm stecken bleibt. Wir haben festgestellt, dass sich die Teilnehmer online nicht zu Wort gemeldet haben, um uns mitzuteilen, wenn der Bildschirm eingefroren war. Es funktionierte besser mit Gruppen von vier oder fünf Personen als mit Paaren“, beschreibt Vermeulen. Er meint: „Größere Gruppen funktionieren auch online besser, weil immer einige Leute dabei sind, die etwas erfahrener sind und die die anderen mitziehen.“

Das Online-Training mit einem Co-Trainer auf Abruf war für Rankers und Vermeulen eine angenehme Erfahrung.

Rankers und Vermeulen wechselten sich alle anderthalb Stunden ab. Außerdem haben sie festgestellt, dass das Training angenehm ist, wenn jemand in Bereitschaft ist. „Das Ganze zu moderieren ist gewöhnungsbedürftig. Mit zwei Personen ist es wirklich angenehm.“ Rankers hat auch Trainingseinheiten, bei denen er für jeden Teil des Tages einen anderen Lehrer einsetzt. „Dann braucht man eigentlich immer jemanden, der anleitet und sich um Kalamitäten kümmert.“

Letzteres blieb dem Duo weitgehend erspart. Während der vier Tage mussten Rankers und Vermeulen nur einmal einen harten Neustart machen, weil das System stecken blieb. Am Ende zog Rankers das Fazit, dass sie eine erfolgreiche Ausgabe absolviert hatten, „mit vielen Ideen, um es noch besser und vielleicht einfacher zu machen.“

Vier Nachmittage und Abende mit Dynamik und Modellierung sind für Vermeulen intensiv. Abends gegen 23 Uhr zu Hause, morgens Vorbereitungskurse, während seine Kinder auch ab und zu um Aufmerksamkeit bitten. „Das ist das Zweitbeste“, sagt er, als er gefragt wird, ob er sich zwischen einer Schulung vor Ort und der Einsparung einer anstrengenden Reise entscheiden soll. „Live dabei zu sein ist mir bei weitem lieber“, sagt er. „Vor allem bei all den Übungen. Ich kann mir vorstellen, dass man auch online eine sehr gute Schulung durchführen kann. Wir machen das im College. Aber ein Großteil der Interaktion erfordert physische Anwesenheit. Ich denke, für ein oder zwei Tage Training würde ich mich für online entscheiden, für vier oder fünf Tage würde ich die Strafe in Kauf nehmen, sechs Stunden hin- und sechs Stunden zurückzufliegen. Für Asien sind Online-Schulungen wegen der Zeitverschiebung schwierig, es sei denn, sowohl Lehrer als auch Schüler machen Zugeständnisse. Bei unserer bevorstehenden Online-Schulung zu Designprinzipien für ITRI in Taiwan, kurz nach den Sommerferien, werden wir auf unserer Seite extra früh am Morgen beginnen und die Studenten werden in ihrer Zeitzone am Abend bis 22.00 Uhr weitermachen“.

Die Auswertung der ersten Online-Schulung Dynamik und Modellierung zeigte sehr zufriedene Teilnehmer. Abgesehen von der Bemerkung, ob dieses intensive Training nicht besser in fünf Tagen hätte durchgeführt werden können, waren die Teilnehmer anschließend voll des Lobes. Nachfolgend finden Sie eine Auswahl aus der Kategorie ‚Allgemeine Bemerkungen‘ der Bewertungen:

• „Die Dozenten sind sehr erfahren und haben ein großes Wissen zu diesen Themen. Ich finde diese Schulung sehr nützlich und eine schöne Zusammenfassung über mehrere Themen. Es ist schade, dass die Schulung online stattfand. Ich denke, dass eine persönliche Schulung für alle von Vorteil wäre und noch besser wäre als sie war.
• „Manchmal gab es technische Herausforderungen. Ich frage mich, ob Zoom besser funktioniert hätte.“
• „Intensiver Inhalt, aber sehr gute Lernerfahrung mit bodenständigen Erklärungen. Danke.“
• „Die virtuelle Einrichtung war ziemlich erfolgreich, mit sehr wenigen Störungen. Insgesamt ein Erfolg!“
• „Insgesamt eine großartige Schulung – exzellente Dozenten und guter Einsatz von Fallstudien zur Veranschaulichung der Konzepte.
• „Es wäre besser gewesen, wenn die Schulung in einem Zeitraum von 5 Tagen statt in komprimierten 4 Tagen stattgefunden hätte. Es gab eine Menge gutes Material. Es hätte geholfen, das Material in 5 Tagen besser aufzunehmen. Außerdem hätte man so mehr Zeit für die Übungen im Unterricht gehabt.“
• „Sehr praktische Schulung mit der richtigen Mischung aus Theorie und grundlegenden Inhalten. Sehr gut vorgetragen durch den Referenten.“

 

Hans Vermeulen (l) und Adrian Rankers verschnaufen in der Pause.

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

Die Umsetzung akademischer Erkenntnisse auf dem Gebiet der Mechatronik in die industrielle Praxis: das ist der Kern des Ausbildungsangebots der Mechatronics Academy. Adrian Rankers, neben Jan van Eijk und Maarten Steinbuch Mitbegründer dieses Ausbildungsinstituts, weiß, was auf dem Gebiet vor sich geht. Er setzt sich dafür ein, die besten Ausbilder zu verpflichten und die Entwicklung bestehender und die Einrichtung neuer Ausbildungskurse zu fördern.

„Dass ich in der Nachhilfebranche gelandet bin, ist im Nachhinein eigentlich ganz logisch, denn Bildung hat mich schon immer angezogen“, sagt Adrian Rankers. „Schon im Alter von fünfzehn Jahren habe ich Nachhilfe gegeben. Zunächst nur ein paar Stunden, aber bald wurde daraus mehr. Ich erinnere mich, dass ich dem Sohn eines leitenden Angestellten von Shell Nachhilfe gegeben habe und bald seine komplette Hausaufgabenbetreuung übernahm. Dass ich mich zur Technik hingezogen fühlte, hatte sicherlich etwas mit meinem Vater zu tun. Er hatte ebenfalls Maschinenbau studiert und zunächst in der Industrie und später als Professor gearbeitet.“

„Man muss sich darüber im Klaren sein, dass die Studenten die Lernkurve erst noch durchlaufen müssen und dass einige Dinge ziemlich schwierig sind und vielleicht nicht jedem einleuchten. Als Ausbilder müssen Sie sich dessen bewusst sein und sich die Zeit nehmen, dies zu tun.

Nach Abschluss seines Maschinenbaustudiums an der Technischen Universität Delft begann Rankers seine Karriere bei Philips im Zentrum für Fertigungstechnologie (CFT). Hier befasste er sich mit der Dynamik und den Steuerungstechniken für CD-Player und Wafer Stepper. In den Abendstunden arbeitete er an seiner Doktorarbeit, die aus dieser Arbeit hervorging. Teile dieser Forschung wurden später in das Buch The design of high-performance mechatronics von Rob Munnig Schmidt, Jan van Eijk, Georg Schitter und Rankers selbst aufgenommen. Neben der Entwicklungs- und Beratungstätigkeit und seiner Rolle als Gruppenleiter beteiligte er sich an der von Jan van Eijk initiierten Entwicklung der Mechatronik-Ausbildung für die eigenen Mitarbeiter von Philips. Außerdem trat er 2008 dem Vorstand der Niederländischen Gesellschaft für Präzisionstechnik (DSPE) bei, dem er bis heute angehört.

Mechatronik-Akademie

Obwohl er dort gerne in den Bereichen Technik und technisches Management arbeitete, wechselte Rankers 2010 nach fünfundzwanzig Jahren treuer Dienste bei Philips ins Unternehmertum. Er wollte sich vor allem auf die Weitergabe seines Mechatronik-Wissens konzentrieren. Dies führte schließlich zu der Idee, zusammen mit Jan van Eijk und Maarten Steinbuch die Mechatronik-Akademie zu gründen. Es stellte sich heraus, dass es einen Bedarf dafür gab: Die Organisation kann jetzt auf sechzig bis siebzig Ausbilder mit einem industriellen Hintergrund in diesem Bereich zurückgreifen. Die Mechatronik-Akademie bietet nun Ausbildungskurse für etwa vierhundert Studenten pro Jahr an. Dabei handelt es sich sowohl um offene Schulungen als auch um firmeninterne Schulungen, die speziell auf die Unternehmen zugeschnitten sind.

„Was reizt mich an der Mechatronik? Es ist immer eine multidisziplinäre Herausforderung, bei der man mit Menschen aus verschiedenen Disziplinen zusammenarbeitet. In der Mechatronik hat man immer die Möglichkeit, sich in alle möglichen Dinge zu vertiefen. Außerdem gebe ich mein Wissen über Mechatronik gerne an andere weiter“, sagt Rankers begeistert. „Dabei muss man sich im Klaren darüber sein, dass die Studenten noch die Lernkurve durchlaufen müssen, die man selbst über mehrere Jahre hinweg durchlaufen hat, und dass einige Dinge ziemlich schwierig sind und vielleicht nicht für jeden offensichtlich sind. Als Trainer müssen Sie ein Auge dafür haben und sich Zeit nehmen. Gemäß dem alten Sprichwort von Konfuzius: ‚Ich höre und ich vergesse. Ich sehe und ich erinnere mich. Ich tue und ich verstehe‘, arbeiten wir viel mit Übungen in kleinen Teams. Sie sehen, wie die Studenten darum kämpfen, die gerade gelernte Theorie in die Praxis umzusetzen und den Stoff zu beherrschen, aber genau dieser Kampf ist ein wichtiger Teil des Lernens. Wenn ich sie dabei anleiten kann, so dass sie es schließlich selbst verstehen, gibt mir das eine große Befriedigung.“

Die Schulungen, die die Mechatronik-Akademie organisiert, sind gut besucht und werden von den Teilnehmern gut bewertet. Aber das bedeutet natürlich nicht, dass Sie sich auf Ihren Lorbeeren ausruhen können, meint Rankers. „Wir halten es für wichtig, unser Portfolio auf dem neuesten Stand zu halten, zu erweitern und Kontinuität zu gewährleisten.“

Deshalb arbeitet man bei der Mechatronik-Akademie ständig daran, das Team der Ausbilder auf dem neuesten Stand zu halten. Gute Trainer, die aufhören, weil sie in die Jahre kommen, werden durch eine neue Generation ersetzt. Zu diesem Zweck wenden sie sich an die besten Experten auf dem Gebiet der Inhalte, die sie aus ihrem umfangreichen Netzwerk kennen. Sie sorgen auch dafür, dass sie die bestehenden Schulungen ständig an die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse und technologischen Entwicklungen anpassen. „Wir passen bestehende Module an und entwickeln neue. Darüber hinaus investieren wir viel in Ressourcen, die wir während der praktischen Teile der Schulungen einsetzen. Praktische Aufgaben, wie die Arbeit an Konstellationen oder die Durchführung von Simulationen, sind ein wesentlicher Bestandteil. Diese Aufgaben sind für das Verständnis unerlässlich“, beschreibt Ranker.

Neue Kurse

Die Mechatronik-Akademie hält nicht nur bestehende Schulungen auf dem neuesten Stand, sondern entwickelt auch neue Schulungen, die sich aus einem Bedarf auf dem Markt ergeben. Die Ideen dazu kommen von Rankers, Van Eijk und Steinbuch selbst, aber auch von ihren Ausbildern. Bei DSPE-Treffen oder Konferenzen in der Praxis streckt jeder seine Fühler aus, um zu wissen, was los ist und wo Bedarf besteht.

Durch diese Praktiken entstehen immer wieder schöne neue Trainingskurse. Zum Beispiel die Schulung „Passive Dämpfung für Hightech-Systeme„, die letztes Jahr begann und nun schon zweimal durchgeführt wurde. Bei ultrapräzisen Bewegungssystemen spielt die Dynamik – sowohl lose als auch im Zusammenspiel mit der Steuerungstechnik – eine wichtige Rolle. Deshalb wird in der heutigen Praxis und damit auch in den verschiedenen Kursen viel Aufmerksamkeit auf die Realisierung hoher Eigenfrequenzen in der Mechanik gelegt. Wichtig ist dabei auch das Verständnis der Modenformen und des Ausmaßes, in dem sie durch den Aktor angeregt oder vom Sensor wahrgenommen werden können. Dieser Ansatz ist und bleibt wesentlich. Aber mit zunehmenden Genauigkeitsanforderungen ist dies nicht mehr immer ausreichend. Sie stoßen dann an die Grenze des physikalisch Machbaren. Die bewusste Hinzufügung einer passiven Dämpfung bietet dann zusätzlichen Lösungsspielraum und wird zu einem entscheidenden Parameter, um extreme Spezifikationen zu erreichen.

Die neue Schulung, die sich auf bewährte Methoden zur Erzielung passiver Dämpfung konzentriert, ist laut Rankers sehr erfolgreich. Es ist ein sehr relevantes Thema in der Gemeinschaft der Feinmechaniker. Hans Vermeulen, Kees Verbaan und Stan van der Meulen sind die Trainer. Sie verfügen über ein enormes Wissen in diesem Bereich. Die positive Resonanz auf die Trainingseinheiten spiegelt sich auch in den Reaktionen der Teilnehmer wider: „Ausgezeichnetes Training“, „Ausgezeichnete Trainer“ und „Sehr inspirierend“, um nur einige zu nennen. „Sogar aus dem Ausland gibt es Interesse an dieser Schulung“, berichtet Rankers stolz.

Außerdem sind eine Reihe neuer Schulungen in der Entwicklung. Aus der Schulung „Aktuatorik und Leistungselektronik„, die sich hauptsächlich auf elektromechanische Antriebe konzentriert, entstand die Idee, eine Schulung speziell für Piezomaterialien und ihre Anwendungen einzurichten. Es ist auch geplant, einen Lehrgang „Aktive thermische Kontrolle“ einzurichten. Rankers: „Wie kann man die durch Wärmequellen verursachten Temperaturen und Verformungen in einem Aufbau beherrschbar halten? Welche Kontrolltechniken können dafür eingesetzt werden? Was sind geeignete Sensoren, um Temperaturen und Verformungen mit hoher Präzision zu messen? Und welche Elemente können zum Kühlen oder Heizen verwendet werden? Dies sind alles Fragen, die behandelt werden. Die Schulung ‚Thermische Effekte in mechatronischen Systemen‘ hat dies bereits kurz angesprochen, aber es ist ein so wichtiges Thema in der Welt der Ultrapräzision, dass hier eine eigene Schulung angebracht wäre.“

„Unsere aktuelle Schulung‚Grundlagen und Konstruktionsprinzipien für ultrasauberes Vakuum‚ konzentriert sich auf molekulare Verunreinigungen und wie man sie verhindert. Es besteht jedoch auch ein Bedarf an einer neuen Schulung zum Thema ‚Partikelkontamination'“, fährt Rankers fort. „In dieser Schulung werden wir die Partikelkontamination im Vakuum behandeln. Im Gegensatz zur molekularen Kontamination – zum Beispiel durch Gasmoleküle, die in einem Sackloch eines im Vakuum platzierten Teils eingeschlossen sind und durch das Gewinde in das ultrareine Vakuum entweichen – handelt es sich hierbei um kleine Materialstücke. Dabei kann es sich beispielsweise um Partikel handeln, die sich durch die Reibung zwischen beweglichen Teilen des im Vakuum befindlichen Geräts gelöst haben. Die Erkenntnisse aus verschiedenen Studien, die in diesem Bereich bereits laufen, könnten hier als Richtschnur dienen.“

„Gemeinsam mit unseren Ausbildern arbeiten wir ständig daran, die Ausbildung zu verbessern, neue Ausbildungskurse einzurichten und unseren Pool an Ausbildern auf dem neuesten Stand zu halten“, fasst Rankers zusammen. „Wir investieren auch weiterhin in unterstützendes Material für unsere Schulungen, damit wir die Theorie, die wir vermitteln, direkt mit der industriellen Praxis verbinden können. Darin liegt unsere Stärke: die Umsetzung akademischer Erkenntnisse in die industrielle Praxis, so dass die Auszubildenden ihr Wissen direkt in unserer High-Tech-Industrie anwenden können. Auf diese Weise halten wir unser Schulungsangebot stets auf dem neuesten Stand und stellen die besten Ausbilder, so dass wir der Bezeichnung ‚exzellente Ausbildung‘ auch weiterhin gerecht werden können.“

Dieser Artikel stammt von Antoinette Brugman, technische Redakteurin von High-Tech Systeme.

„Wendy Luiten beschreibt die ersten beiden Schulungstage ihres ersten Online-Cooling of Electronics. „Ich bin es gewohnt, ins Klassenzimmer zu schauen. Dann sehe ich sofort, wie das Material ankommt.“ Aus diesem Grund ist das Tempo in diesem Fernunterrichtsraum etwas langsamer, so Wendy. „Bei Schulungen im Klassenzimmer spreche ich mit den Leuten und es ist einfacher, ihnen über die Schultern zu schauen.“

Als ich sie am Abend des zweiten Trainingstages anrief, sagte Wendy, dass sie am Vortag ziemlich müde gewesen sei, dass es aber bereits besser geworden sei. „Es ist etwas gewöhnungsbedürftig. Hoffentlich wird es in den nächsten drei Tagen so weitergehen.“

Katze Okkie war die allererste Teilnehmerin von Wendys Online-Modul. Nach der Teilnahme an den ersten beiden Tagen scheint Okkie glücklich zu sein. Credits: Martine Raaijmakers.

Während der Präsentationen von Wendy sind die Kameras vieler Teilnehmer ausgeschaltet. Zum Teil tun sie das, um die bestmögliche Bild- und Tonqualität aus der Verbindung herauszuholen. Aber es ist auch seit vielen Jahren gängige Praxis bei Fernberatungen. Wendy: „Bei Videokonferenzen sagen die Leute zu Beginn Hallo, dann gibt es eine Vorschlagsrunde und dann werden die Kameras ausgeschaltet. Mit Videobetrachtung ist die Spannungskurve auch intensiver.“

Außerdem – und das war auch zu erwarten – suchen sich die Studenten in den Pausen nicht automatisch gegenseitig nach sozialen Kontakten. In der Klassenzimmerversion herrscht in der Regel eine positive Stimmung an der Kaffeemaschine. „Jetzt ist das fast verschwunden“, sagt Wendy. „Wenn ich will, dass sie sich gegenseitig suchen, muss ich ihnen einen Schubs geben. Das ist etwas, das ich mir für das nächste Mal merken sollte.

Der Cooling of Electronics-Kurs ist stark praxisorientiert. „Die Leute stoßen bei ihrer Arbeit oft auf sehr praktische Probleme. Sie haben oft mehr als genug theoretischen Hintergrund, stehen aber vor sehr einfachen Entscheidungen: Wo soll die Lücke sein oder wie viel Platz muss eingespart werden? Deshalb ist mein Training sehr konkret. Bei den Übungen arbeiten die Teilnehmer mit einer Tabellenkalkulation, denn das reicht für eine erste Einschätzung aus. Sie müssen lernen, Entscheidungen auf der Ebene der CAD-Zeichnung zu treffen, denn es ist erst ein Entwurf, wenn man ihn zeichnen kann.

Wendy schätzt, dass sie etwa 60 Prozent der Zeit mit dem „Senden“ (Vortragen) verbringt, während die anderen 40 Prozent der Zeit die Studenten mit Übungen verbringen. Ursprünglich hatte sie geplant, die Übungen für das Ende des Tages aufzuheben. In der Zwischenzeit hat sie jedoch festgestellt, dass es am besten ist, zwischen Theorie und Praxis zu wechseln. „Und es funktioniert gut, die Kameras während der Übungen einzuschalten.“

Aufgrund der hervorragenden Vorbereitung gab es keine technischen Probleme. Dennoch gab es einen kleinen Stolperstein. Wendy und Programmleiter Hans Vink verschickten das Material über WeTransfer, aber einige Unternehmen erlauben die Verwendung dieses Tools für große digitale Postsendungen nicht. Die Lösung war einfach: Die betroffenen Teilnehmer lösten es über ihre private E-Mail-Adresse.

Dieser Blog ist der zweite Blog einer Serie, in der wir über unsere ersten Erfahrungen mit Online-Schulungen berichten.
Lesen Sie den ersten Blog hier.

Bald: die Bewertung durch die Teilnehmer.

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

Cees Michielsen verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in der niederländischen High-Tech-Industrie. Er reflektiert über seine Erfahrungen und versucht, diese als Dozent der Schulung „Verbesserung der Systemanforderungen“ am High Tech Institute weiterzugeben.

Es war 1986, als Cees Michielsen seine ersten Schritte in der Welt der Hochtechnologie machte. Damals trat er in das EMT-Team von Philips ein, das später zu Assembleon und schließlich zu Kulicke & Soffa wurde, um beim Bau von SMD-Bestückungsrobotern mitzuwirken. „Damals waren unsere Hauptkunden Automobilunternehmen wie Ford, GM und Chrysler. Wir waren völlig eigenständig und hatten alle wesentlichen Disziplinen und Kompetenzen in unserer Geschäftseinheit“, erinnert sich Michielsen.

Als er in das Team eintrat, lag Michielsens Schwerpunkt auf der technischen Informatik, aber schon früh nahm die Entwicklung seiner Karriere einen Umweg. „Bei Philips begann ich, mich zu einem Systemdenker zu entwickeln und mich wirklich von meiner eigenen Software-Disziplin zu lösen“, erklärt Michielsen. „Im Nachhinein kann ich sagen, dass dies der beste Start in meine Karriere war. Die Erfahrung hat mir einen enormen Vorsprung verschafft und ist der Grund, warum ich heute noch so leidenschaftlich bei der Sache bin.“

„Bei Philips habe ich begonnen, mich zu einem Systemdenker zu entwickeln und mich von meiner eigenen Software-Disziplin zu lösen“, erklärt Cees Michielsen.

Jetzt, nach mehr als drei Jahrzehnten in der Branche, verbringt Michielsen seine Tage als Requirements Engineer bei ASML und als Dozent am High Tech Institute, wo er sein Wissen und seine vielen Erfahrungen mit der nächsten Generation von Ingenieuren im Rahmen des „Verbesserung der SystemanforderungstechnikAusbildung“.

Abstraktionsschichten

Bei der Entwicklung von Systemanforderungen, insbesondere auf Systemebene, ist die Eingrenzung des Problems das A und O. Es geht darum, genau zu bestimmen, welche Funktionen das System haben soll, die spezifischen Eigenschaften, die mit diesen Funktionen verbunden sind, und das zu lösende Problem genau zu definieren. „Wenn wir zum Beispiel über die Projektion von Mustern auf Wafern sprechen, können Sie sich vorstellen, dass dies die Hauptfunktion des Systems ist, und dass mehrere Unternehmen dasselbe tun könnten. Aber es sind die Eigenschaften dieser Funktion, die einen Konzern von seinen Konkurrenten unterscheiden – die Genauigkeit, der Ertrag, die Geschwindigkeit und die Zuverlässigkeit“, betont Michielsen.

Für Michielsen sind es genau diese Eigenschaften, die den Unterschied ausmachen, und Requirements Engineering ist die Kunst, die richtigen Funktionen zu identifizieren und ihre Eigenschaften zu quantifizieren, um das Problem zu definieren. „Wenn das Problem erst einmal klar definiert ist, ist es viel einfacher, eine Lösung zu finden“, betont Michielsen. „Aber Sie werden die Implementierung Ihrer Lösung nicht auf Anhieb finden, also werden Sie wahrscheinlich eine Reihe von Abstraktions- oder Dekompositionsschichten durchlaufen.

Kaskade

Während seiner Schulung erklärt Michielsen, dass in einem System die höchste Abstraktionsebene die Ebene mit den allgemeinsten Anforderungen ist, d.h. das System muss schnell sein oder ein bestimmtes Aussehen haben. Wenn Sie jedoch tiefer in das System eindringen, wird es viel detaillierter. Plötzlich beziehen sich die Ebenen auf unterschiedliche Themen oder verwenden unterschiedliche Sprachen, um die Anforderungen auszudrücken, was für Ingenieure etwas schwierig sein kann, um den Informationsfluss aufrechtzuerhalten.

„Das ist das eigentliche Ziel des Requirements Engineering: verschiedene Wege zu finden, um sicherzustellen, dass die Daten von oben nach unten und von den Bedürfnissen der Stakeholder bis zur Implementierung kaskadenartig weitergegeben werden, ohne dass Informationen verloren gehen“, schlägt Michielsen vor. „Wenn ich die Herausforderung für das Requirements Engineering zusammenfassen sollte, würde ich sagen, dass sie hauptsächlich in der Kaskadierung von Informationen durch jede Abstraktions- oder Dekompositionsschicht liegt.“

Quantifizierung

Laut Michielsen besteht ein sehr wichtiger Teil der Methode darin, den vollständigen Satz an Anforderungen für ein System zu finden. „Die Frage lautet schnell: ‚Wann ist der Satz vollständig?'“, stellt er fest. „Der beste Ansatz, den wir bisher gesehen haben, lässt sich durch eine Gleichung ausdrücken, die wir in der Schulung vermitteln. Sie ermöglicht es uns, ein System durch seine Funktionen, Eigenschaften und Einschränkungen vollständig zu definieren und kann von den höchsten Ebenen bis hin zu den Komponenten und Teilen an den untersten Punkten angewendet werden.“ Er fährt fort: „Durch die Spezifizierung und Quantifizierung dieser Kriterien lassen sich die wahren Anforderungen ableiten. Das ist einer der wichtigsten Schritte in der Ausbildung: zu lernen, wie man die einzelnen Eigenschaften des Systems bewertet.“

„Sobald die Ziele definiert sind, können wir Lösungen – Designoptionen – auf der Grundlage der angenommenen Fähigkeiten der Teilsysteme identifizieren. Hier führt die Kreativität den Produktentwicklungsprozess an, da viele verschiedene Optionen zur Lösung des Problems in Betracht gezogen werden“, schildert Michielsen. „Solange wir die Annahmen, die während dieses kreativen Designprozesses getroffen werden, dokumentieren, können wir diese Annahmen später in Anforderungen für die untergeordneten Subsysteme übersetzen, die wir für die Lösung benötigen.

Rechtfertigung

Für Michielsen ist dies eines der stärksten Elemente der gesamten Methode. Die Fähigkeit, die komplette Logiklinie von einer quantifizierten Systemdefinition über die Designentscheidungen bis hin zur konkreten Umsetzung einer Lösung zu sehen. Das heißt, wenn die Ingenieure in der Lage sind, die Kohärenz zwischen den Systemanforderungen, dem Systemdesign und den Systementscheidungen zu wahren – ein entscheidender Faktor.

„Solange die Informationen richtig eingespeist werden, können wir die Anforderungen für die nächste Ebene ableiten und die Kaskade fortsetzen. Auf diese Weise können wir sicherstellen, dass wir durch unsere Methode und unsere Rückverfolgbarkeit jede Anforderung und jede Entscheidung, die wir in jeder Schicht treffen, genau begründen können, egal, welche Anforderungen wir am Ende auf der untersten Komponentenebene haben. Das ist das Wesentliche an der Methode.

„Als Trainer möchte ich dazu beitragen, Vertrauen in den Prozess zu schaffen“, sagt Michielsen.

Nach mehr als 30 Jahren in der Branche, was möchten Sie in Ihren Schulungen am meisten vermitteln?

„Als Ausbilder möchte ich dazu beitragen, Vertrauen in den Prozess zu schaffen. Das Befolgen der Methode ist eine Möglichkeit, das zu erreichen, denn die Studenten bekommen das Gefühl, dass das System vollständig, konsistent und korrekt sein kann – was die Spezifikationen angeht. Das kann wirklich dazu beitragen, dass es weniger beängstigend wirkt. Sobald Sie diese Hürde überwunden haben, können die Studenten fast sofort damit beginnen, die Hauptfunktionen des Systems zu bestimmen und zu entscheiden, welche Eigenschaften zusammenhängen und welche Einschränkungen auf dieser Ebene gelten. Indem sie diese Aspekte quantifizieren, sagen sie nicht nur, dass das System zuverlässig sein sollte, sondern sie sagen ausdrücklich, wie zuverlässig das System sein sollte.“

Gelernte Lektionen

In seinen mehr als 30 Jahren in der Prozessarchitektur hat Michielsen mehrere praktische Methoden entwickelt, um den Informationsfluss von Schicht zu Schicht zu gewährleisten. Sein Erfolg in diesem Bereich öffnete ihm die Tür für die Zusammenarbeit mit führenden niederländischen und europäischen Unternehmen wie Prorail, Eurocontrol, Punch Powertrain und Vanderlande – und einigen anderen, um ihnen bei der Einführung und Umsetzung von Prozessen für ihre eigenen Requirements Engineering Programme zu helfen. „Ich habe festgestellt, dass es enorme Unterschiede zwischen den einzelnen Unternehmen gibt, insbesondere bei der Umsetzung“, erinnert sich Michielsen. „Als ich bei DAF anfing, haben wir innerhalb von drei Jahren einen kompletten Requirements-Engineering-Prozess eingeführt. Wir konnten Hunderte von Ingenieuren erfolgreich schulen und die Methode zahlte sich aus.“

Angesichts des Erfolgs des DAF-Projekts rief Siemens an und lockte Michielsen nach Deutschland, um den gleichen Ansatz für Daimler zu etablieren. „Es war ein großer Schritt für mich, eingeladen zu werden, das System zu implementieren, aber es wurde schnell klar, dass der Ansatz, den wir bei DAF entwickelt hatten, nicht auf Daimler übertragbar war“, erinnert sich Michielsen. „Daimler war einfach völlig anders organisiert, und die Zuständigkeiten waren auf Abteilungen und Mitarbeiter verteilt, was eine erfolgreiche Umsetzung wirklich schwierig machte. Die Unfähigkeit, dort etwas auf die Beine zu stellen, war enttäuschend“, sagt er und fährt fort: „Es war sicherlich eine große Lernerfahrung für mich, und ich habe eine Menge harter Lektionen gelernt.“

Sind es diese Erfahrungen, die Sie in diesem Bereich antreiben?

„Teilweise, ja. Ich habe eine enorme Leidenschaft für diesen ganzen Prozess. Ich möchte dazu beitragen, die Produktkapazitäten und die Möglichkeiten der Produktherstellung zu verbessern, insbesondere in der Gegend, in der ich lebe und arbeite. Ich möchte die Industrie in diesem Sinne beeinflussen, denn wir haben so viel gelernt und ich möchte diese Informationen weitergeben“, betont Michielsen. „Das ist nicht nur mein Verdienst, sondern auch das der Unternehmen, für die ich gearbeitet habe, und all meiner Erfahrungen. Ich bin sehr dankbar dafür, dass ich das tun konnte, und ich möchte dieses Wissen weitergeben, damit das gesamte Ökosystem davon profitieren kann und wir daran wachsen.“

Dieser Artikel wurde von Collin Arocho geschrieben, Tech-Redakteur von Bits&Chips.

Nach viel Vorbereitung und manchmal auch ein wenig Tüftelei ist es nun soweit. In den letzten Wochen übte Wendy Luiten ihr erstes Remote Cooling of Electronics Training mit ihrer Katze Okkie als erster Teilnehmerin. „Natürlich nehme ich regelmäßig an Teambesprechungen teil, aber eine Schulung anzubieten ist etwas ganz anderes“. Ab heute startet die Online-Ausgabe.

Credits: Martine Raaijmakers

Wendy hat bereits zwei Tage nach der Schließung Erfahrungen mit Online-Schulungen gesammelt. „Ich hörte am Dienstag um 8 Uhr morgens, dass die Philips-Mitarbeiter von zu Hause aus arbeiten mussten. Am Donnerstag war der letzte Tag des bereits laufenden Green Belt Trainings bei Philips. Also stellten wir sofort auf online on Teams um. Zu diesem Zeitpunkt hatte ich zwei Vorteile: Ich kannte die Studenten und sie waren an Online-Meetings über Teams gewöhnt“.

Diese Woche ist anders. Die acht Teilnehmer des Kurses „Thermisches Design der Elektronikkühlung“ kennen sich nicht und einige von ihnen haben noch nie mit Teams gearbeitet.

Wendy macht sich keine Sorgen über mögliche Probleme. Sie betrachtet die Tools und insbesondere die Anwendungen von Microsoft als ein natürliches Phänomen. „Es funktioniert und dann sind wir zufrieden, manchmal funktioniert es nicht“, sagt sie. „Meiner Erfahrung nach hat der Vorgänger Skype immer funktioniert. Teams ist neueren Datums, wird aber inzwischen überall eingesetzt. In den USA gibt es eine ganze Reihe von Universitäten und Schulen, die die Bildungsversion nutzen. Ich habe keinen Grund zu der Annahme, dass es diese Woche Probleme geben wird. Es ist ein Probelauf, es gibt immer Verbesserungsmöglichkeiten, und Sie werden es erst herausfinden, wenn Sie es ausprobieren.

Um das Material für die Online-Module geeignet zu machen, ist Wendy alle Dateien noch einmal durchgegangen. Die Folien, die praktischen Übungen, die Fallstudie. „Aus der Ferne wird die Storyline und das Erzählen von Geschichten wichtiger, weil man nicht genau sehen kann, wie das Material ankommt“, sagt sie. Übrigens, Wendy wird die spezielle Version von Teams for Education nicht verwenden. „Das ist weder für mich noch für die Teilnehmer ein Mehrwert. Mit der Bildungsversion erhalten die Teilnehmer unter anderem eine E-Mail-Adresse und Zugang zu SharePoint. Die Studenten müssen dann mit Benutzer-Alias und so weiter arbeiten. Das ist eine Belastung für die IT-Abteilung, die Sie für ein paar Tage Schulung nicht wollen“.

Credits: Martine Raaijmakers

Über die Vorbereitung der Teilnehmer: Der Partner des High Tech Institute für Elektronikkurse, Hans Vink, hat sich vor drei Wochen persönlich an alle Teilnehmer der Kühlung gewandt. Schließlich kennt jeder den Ärger, wenn man sich zum ersten Mal mit einer Gruppe in einer neuen Videokonferenzumgebung befindet. Sehen Sie mich? Wie kann ich mein Mikrofon stummschalten? Solche Dinge. Hans wollte das bei den Team-Sitzungen vermeiden. Übrigens haben wir uns mit dem Team des High Tech Institute eine ganze Reihe möglicher Videotools angesehen, aber dazu später mehr.

Für einige Kunden ist Teams die Standardanwendung für Meetings, für andere jedoch nicht, so dass sie über ihren Webbrowser teilnehmen. Hans fragte alle Teilnehmer, ob sie Teams verwenden oder nicht, und führte dann mit allen eine Testsitzung über die App oder den Browser durch, um die Einstellungen zu überprüfen und zu sehen, ob alle Einrichtungen wie im Kurs benötigt funktionieren.

Alle Vorbereitungen – zögern Sie nicht zu sagen: auch eine Menge zusätzlicher Arbeit – sorgen jetzt für eine gute Stimmung. Aufgrund des Feedbacks geht Hans davon aus, dass wir jedes Jahr neben dem Präsenzkurs auch Online-Kurse veranstalten können. „Das würde mich nicht überraschen“, sagt er, „wir haben bereits genügend Teilnehmer für den Präsenzkurs Mitte November“.

Damit ist auch Wendy zufrieden. Sie erhält regelmäßig Schulungsanfragen aus der ganzen Welt. Das Angebot von Online-Modulen senkt die Schwelle für die Schulung von Technologieexperten aus dem Silicon Valley oder Indien.

Dieser Blog ist Teil einer Serie, in der wir über unsere ersten Erfahrungen mit Online-Schulungen berichten.

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

Akademiker, die Experten in der Steuerungstheorie sind, haben oft Schwierigkeiten, einen Controller für die industrielle Praxis zu entwerfen. Andererseits fehlt vielen Mechatronikern, die mit der Steuerungstechnik in Berührung kommen, die theoretische Grundlage, um ihre Systeme auf optimale Leistung zu bringen. Das Motion Control Tuning Training bietet eine Lösung für beide Zielgruppen. „Wenn Sie es einmal durchgearbeitet haben, können Sie selbst in wenigen Minuten ein perfektes Steuerungssystem entwerfen“, sagt Kursleiter Tom Oomen.

Wie stellt man sicher, dass ein Sondenmikroskop eine Probe mit seiner Nanonadel richtig abtastet? Wie kann eine Bestückungsmaschine Teile blitzschnell auf einer Leiterplatte anbringen und dabei noch höchste Präzision erreichen? Wie kann ein Litho-Scanner Chip-Muster mit hoher Geschwindigkeit und genau an der richtigen Stelle auf einen Silizium-Wafer projizieren? Es dreht sich alles um Steuerungstechnik, um Bewegungssteuerung.

Dieses Wissen liegt in der DNA der Brainport Region. Die Bewegungssteuerung ist das Herzstück von Präzision und hoher Leistung. Der Erfolg der niederländischen High-Tech-Industrie ist zum Teil auf das Wissen über Steuerungstechnik zurückzuführen, das rund um die Stadt Eindhoven in den Niederlanden aufgebaut wurde.

Die technologischen Entwicklungen in den Philips Abteilungen Natlab und Centrum voor Fabricagetechnologie (CFT) haben in den achtziger und neunziger Jahren einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung des Bereichs Steuerungstechnik geleistet. Doch immer wieder gab es eine Hürde zu überwinden. Als die Ingenieure in den Produktabteilungen begannen, damit zu arbeiten, war es nicht so einfach, die entwickelte Technologie und die theoretischen Prinzipien in industrielle Systeme umzusetzen.

Die Studenten arbeiten mit einem sehr einfachen Zwei-Massen-Feder-Dämpfer-System.

Schulungskurse Advanced Motion Control und Advanced Feedforward & Learning Control

Deshalb erkannte Philips in den 1990er Jahren, dass es sein Wissen effektiv weitergeben musste. Dies führte zu einer Kursstruktur mit einem sehr praktischen Ansatz. Die kurzen Trainingskurse von mindestens drei Tagen sind intensiv, aber wenn die Teilnehmer an ihren Arbeitsplatz zurückkehren, können sie das Wissen sofort anwenden.

Motion Control Tuning (MCT) war einer der ersten Steuerungskurse, der in den 1990er Jahren von Maarten Steinbuch, heute Professor an der Technischen Universität Eindhoven, bei Philips CFT eingerichtet wurde. Heute entwickelt und pflegt die Mechatronics Academy die MCT-Ausbildung und vermarktet sie in Zusammenarbeit mit dem High Tech Institute, zusammen mit dem Fortgeschrittene Bewegungskontrolle und Advanced Feedforward & Learning Control Kursen.

MCT-Trainer Tom Oomen

Tom Oomen, außerordentlicher Professor in Steinbuchs Abteilung Control Systems Technology an der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Eindhoven, ist eine der treibenden Kräfte hinter diesen drei Kursen. „Das Gebiet entwickelt sich rasant“, sagt Oomen, „das bedeutet viel Theorie, aber die Basis, zum Beispiel wie man einen PID-Regler programmiert, ist gleich geblieben.“

Die Schulung Motion Control Tuning (MCT) bietet Ingenieuren eine solide Grundlage. Bei den Teilnehmern handelt es sich oft um Entwickler mit gründlichen Kenntnissen der Steuerungstheorie, die ihr Wissen in der Praxis anwenden wollen, aber auf praktische Hindernisse stoßen. Das Erstaunliche ist, dass bei jeder Ausgabe immer eine Reihe internationaler Teilnehmer dabei ist. Das sagt viel darüber aus, wie die Welt das niederländische Fachwissen in diesem Bereich einschätzt.

Studenten, die eine Ausbildung im Bereich der Bewegungssteuerung absolvieren, lassen sich grob in zwei Gruppen einteilen. Die erste sind Menschen mit unzureichendem technischem Hintergrund in der Steuerungstechnik, die jedoch täglich mit Steuerungstechnik zu tun haben. Sie wollen die Grundlagen lernen, um besser mit ihren Kollegen kommunizieren zu können. „Diese Leute entwerfen zwar Steuerungen, verstehen aber die Technik dahinter nicht. Sie erstellen Modelle für einen Controller, ohne genau zu wissen, was ein Controller leisten kann. Das führt zu Kommunikationsproblemen zwischen Systemdesignern und Steuerungsingenieuren“, sagt Oomen.

Regelungsingenieure entwerfen traditionell einen guten Regler anhand von Bildern, den sogenannten Bode- und Nyquist-Diagrammen. „Für erfahrene Steuerungsingenieure sind diese Diagramme ein Kinderspiel, aber wenn Sie nie gelernt haben, diese Zahlen zu lesen, ist es immer noch Abrakadabra. Dann können Sie an den Knöpfen drehen, wie Sie wollen, aber Sie werden nie einen guten Controller entwerfen“, sagt Oomen.

Motion Control Tuning bietet zwanzig Trainer

Gert Witvoet von TNO ist der Meinung, dass man Menschen mit unzureichenden theoretischen Kenntnissen am besten das Wesen des Berufs beibringt, indem man sie einmal ganz durch die Materie zieht. Witvoet, der auch als Teilzeit-Assistenzprofessor an der Technischen Universität Eindhoven tätig ist, ist einer der zwanzig Ausbilder und Betreuer, die an der MCT-Ausbildung beteiligt sind. „Sie müssen lernen, wie man solche Diagramme liest. Sie müssen genau verstehen, was sie bedeuten. Bei dieser Schulung lernen Sie wirklich, wie Steuerungsingenieure in der Industrie Steuerungen entwerfen und was die Möglichkeiten und Grenzen der Rückkopplung sind“, sagt Witvoet.

Die andere Zielgruppe besteht aus Ingenieuren, die theoretisch vorbereitet sind. Sie sind in theoretischer Steuerungstechnik ausgebildet und verfügen über einen guten Hintergrund, einschließlich der Kenntnisse der zugrunde liegenden Mathematik. Die meisten von ihnen sind internationale Teilnehmer, die eigens für die Motion Control-Schulung in die Niederlande kommen. „Diese Leute sind von der akademischen Welt in die Industrie gewechselt, haben aber oft noch nie einen Controller für ein industrielles System entworfen. Sie sind nicht in der Lage, mit modernen Werkzeugen eine gute Leistung zu erzielen, und es fehlt ihnen oft die Fähigkeit, klassische PID-Regler abzustimmen“, sagt Oomen. Witvoet: „In unserem Kurs lernen sie die echte Industriepraxis kennen: wie man ein Bewegungssystem handhabt und Schritt für Schritt zu einem guten Entwurf kommt.“

Tom Oomen sagt, dass er mit einer ‚theoretischen Brille‘ schaut. Witvoet ist eher der Anwendungstyp. Beide finden es cool, Ingenieuren beizubringen, wie sie das Wissen aus der Spitzenforschung in die Praxis übertragen können.

Die akademische Welt und die Industrie arbeiten auf sehr unterschiedliche Weise, obwohl ihr Ausgangspunkt derselbe ist: ein Modell. Forscher und Ingenieure wählen jedoch jeweils einen anderen Ansatz. Akademiker verwenden oft physikalische Modelle mit zugrundeliegender Mathematik, Differentialgleichungen und dergleichen. In der Praxis arbeiten Ingenieure jedoch mit so genannten nicht-parametrischen Modellen wie Frequenzgangfunktionen. „Das ist etwas ganz anderes als das, womit wir in der wissenschaftlichen Welt arbeiten, und wir werden in der Ausbildung damit arbeiten“, sagt Oomen.

Tom Oomen.

MCT-Schulung Teil eins ist Feedback-Design

Studenten, die sich mit Bewegungssteuerung beschäftigen, beginnen am ersten Tag mit Frequenzgangfunktionen. Sie sind schnell und einfach zu beschaffen und ein Mittel, um das Ziel zu erreichen: den Entwurf eines Feedback-Controllers. Sie messen die Eigenschaften und Merkmale eines bestehenden mechatronischen Systems. „Aus diesen Messungen ergibt sich eine Frequenzgangfunktion, die zeigt, wie sich die Maschine verhält“, sagt Oomen. „Dann entsteht ein Modell, mit dem Sie einen Controller für dieses System entwerfen können.“

Im Gegensatz zu diesen schnell zu beschaffenden und hochpräzisen Frequenzgangmodellen erstellen viele Techniken aus dem akademischen Bereich ein parametrisches Modell. Dafür benötigen sie detaillierte Informationen über Massen, Federn, Steifigkeit, Dämpfer und so weiter. In der Praxis ist dies viel zu zeitaufwändig. Es ist schwierig, alle Parameter genau zu kennen.

Aber wenn Sie ein bestehendes System haben, ist ein Frequenzgang eine gute Alternative. „Sie geben ein geeignetes Signal vor und messen einfach, wie das System reagiert“, sagt Witvoet. „Auf diese Weise erhalten Sie in nur wenigen Minuten eine super gute Frequenzgangfunktion des Eingangs-Ausgangs-Verhaltens, mit der Sie einen guten Controller entwerfen können. Wenn Sie dann noch wissen, wie man so etwas abstimmt, können Sie innerhalb weniger Minuten Schritt für Schritt den besten Controller für Ihr System entwickeln.“

MCT-Schüler verwenden ein einfaches, praktisches System

Die Schüler fangen mit einem sehr einfachen Zwei-Massen-Feder-Dämpfer-System an. Eine Masse ist direkt mit dem Motor verbunden, die zweite Masse (die Last) ist mit der ersten Masse verbunden. Das System verfügt über Positionssensoren sowohl am Motor als auch an der Last. Die Herausforderung besteht darin, einen Controller zu entwickeln, der die zweite Masse präzise steuert. Das ist nicht einfach, denn die Welle ist drehbar.

Oomen: „In der Praxis messen die Systeme immer die Last. Sehen Sie sich nur einen Drucker an. Irgendwo gibt es einen Motor, der den Schlitten über einen Antriebsriemen bewegt. Da Sie genau wissen wollen, wo sich die Tinte auf dem Papier befindet, messen Sie die Position des Wagens. Wenn Sie am Motor messen, wissen Sie das nie genau, weil die Übertragung zwischen Motor und Druckkopf flexibel ist.“

Gert Witvoet.

Selbst erfahrene Forscher in der Steuerungstechnik haben manchmal Schwierigkeiten, die hartnäckige Praxis zu verstehen. Ihrer Erfahrung nach lässt sich alles im Detail modellieren, auch die Übertragung zwischen Motor und Last. Bei Besuchen in internationalen Spitzengruppen zeigt Oomen den Theoretikern regelmäßig den Versuchsaufbau aus dem Motion Control Tuning Training. „Ich frage sie dann, ob es einen Unterschied macht, wo ich messe, am Motor oder an der Last. Ausgehend von theoretischen Konzepten wie Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit, antworten sie in der Regel, dass es keinen Unterschied macht“.

Im MCT-Kurs zeigen die Trainer jedoch, dass es entscheidend ist, wo Sie messen. „Wenn Sie über den Motor messen, dann ist der Himmel in Bezug auf die Leistung die Grenze. Alles ist möglich. Störungen können bis zu einer beliebigen Frequenz unterdrückt werden. Wenn Sie aber – wie immer in der Praxis – über der Last messen, dann sind Sie sehr eingeschränkt, weil Sie mit unvorhersehbarem Verhalten aufgrund flexibler Teile umgehen müssen. Dann gibt es erhebliche Einschränkungen für Regelkreise und die Leistung, die Sie tatsächlich erreichen können. Wenn Sie unter diesen Bedingungen einen stabilisierenden Regler bauen wollen, müssen Sie sehr vorsichtig sein. Es ist leicht, ein instabiles Verhalten zu erreichen. Wenn Sie genau wissen wollen, wie das ist, müssen Sie zu dem Kurs kommen“, lacht Oomen.

Henry Nyquist und Hendrik Bode

Um einem Motion Controller Stabilität zu verleihen, sind klassische Konzepte erforderlich. Diese wurden von Henry Nyquist und Hendrik Bode entwickelt. Oomen: „Nyquist hat bereits in der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts Prinzipien entwickelt, um die Stabilität eines solchen Regelkreises zu gewährleisten. Ich habe kürzlich ein Buch aus dem Jahr 1947 gelesen, in dem er dies beschrieben hat. Wir verwenden dies immer noch täglich, in Kombination mit diesen Frequenzgangfunktionen. Beide sind eng miteinander verwoben. Auf diese Weise garantieren wir die Stabilität von Regelkreisen.“

Erwähnen Sie den Namen Nyquist, und Sie sprechen auch über Fourier- und Laplace-Transformationen. Es mag kompliziert klingen, aber die Arbeit mit Mathematik in der Praxis erfordert kein tiefes Verständnis. „Wir erklären diese Konzepte auf eine sehr intuitive Art und Weise, die für jeden zugänglich ist“, sagt Oomen. „Die Rolle dieser Konzepte bei der Entwicklung von Steuerungen bildet die Grundlage und wird von Steuerungsingenieuren bei ihrer Arbeit ohnehin angetroffen. Wir halten es für wichtig, dass die Leute sie wirklich kennen, aber es ist wirklich nicht nötig, dafür tief in die Mathematik einzusteigen.“

Nach den grundlegenden Konzepten macht das Training den Schritt zur Stabilität. Witvoet: „Sie lernen, mit einem Bild, einem Nyquist-Diagramm, eine gute Grundlage zu legen. Damit können die Studenten die Stabilität ihres Systems testen. Die ganze Mystik ist dann weg, denn sie wissen, was darunter liegt und wie man es benutzt. Die Studenten sind dann in der Lage, an den Reglern zu drehen und zu prüfen, ob der geschlossene Regelkreis stabil ist.“

Dann folgt der Schritt zum eigentlichen Entwurf. Die erste Anforderung an einen solchen Entwurf mag die Stabilität sein, aber letztendlich geht es um die Leistung. Um dies zu erreichen, erhalten die Studenten eine breite Palette von Werkzeugen zur Bewegungssteuerung wie Notch-, Lead- und Lag-Filter und PID-Controller. „Das alles gehört zum Werkzeugkasten des Ingenieurs und bildet den Auftakt zu einem der beliebtesten Nachmittage des Kurses – dem Spiel zur Gestaltung von Schleifen. Bei diesem Spiel müssen die Studenten den Controller so gut wie möglich einstellen und die Leistung herausquetschen. Wenn sie das schaffen, haben sie die Funktionsweise eines Feedback-Controllers gemeistert.“

MCT-Training Teil zwei: Entwurf von Vorwärtssteuerungen

Neben dem Feedback-Controller für Stabilität und Störungsunterdrückung verfügt jedes Bewegungssystem auch über einen Feedforward-Controller. Dieser sagt dem System, wie es seinem Weg von a nach b folgen soll. Dies wird auch als Referenzverfolgung bezeichnet. „Das steuern Sie mit dem Feedforward-Controller“, sagt Oomen. „Der wichtigste Teil der Leistung des Systems kommt von der Vorwärtssteuerung. Auch hier gehen wir kurz auf die Theorie ein und fangen dann sofort an zu experimentieren. Es ist ein sehr systematischer und intuitiver Ansatz. Wenn Sie es einmal gemacht haben, können Sie es sofort anwenden.“

Indem sie es tatsächlich anwenden, lernen die Teilnehmer der MCT-Schulung, wie Dinge wie Mass Feedforward und Capture Feedforward funktionieren. „Es ist ein sehr systematischer Ansatz, der es Ihnen ermöglicht, die Parameter einen nach dem anderen optimal abzustimmen“, sagt Oomen. „Wenn Sie diese Technik beherrschen, können Sie den besten Feedforward-Controller für Ihr System in nur wenigen Minuten durch iterative Experimente einstellen.

Wenn Sie wissen, wie man eine Frequenzgangfunktion misst und eine Rückkopplungs- und Vorwärtssteuerung entwirft, können Sie sehr schnell Regler entwerfen. Oomen: „Zeit ist natürlich Geld, und deshalb arbeitet die gesamte niederländische High-Tech-Industrie auf diese Weise. Sie finden es in Venlo bei Canon Printing Systems und in Best bei Philips Healthcare. Auch die kleineren Mechatronikunternehmen nutzen diese Techniken. Bei ASML in Veldhoven werden fast alle Bewegungssteuerungen in Wafer-Scannern auf diese Weise abgestimmt. Wenn Sie ein wenig Erfahrung haben, können Sie fast die optimale Leistung aus dem System herausholen. Das geht innerhalb weniger Minuten und das ist natürlich cool.“

MCT-Training ist 100 Prozent Praxis

Auf die Frage nach dem Verhältnis zwischen Theorie und Praxis sagt Oomen lachend, dass die MCT-Ausbildung „100 Prozent Praxis“ ist. „All die Theorie, die wir vermitteln, ist für die Praxis unerlässlich“, fügt Witvoet hinzu. „Wir erklären eine Reihe von theoretischen Konzepten, aber wir tun dies anhand einer Anwendung. Es dreht sich alles um die Abstimmung. Es ist wirklich ein Designkurs und man lernt nach und nach etwas Theorie. Jeden Nachmittag arbeiten wir an diesem System, erstellen Frequenzgangfunktionen und nehmen dann die Feinabstimmung vor. Feedforward, Feedback, das ist ein täglicher Job, bei dem man sich die Hände schmutzig macht und die Füße in den Dreck steckt, weil man die Theorie sofort anwendet.“

Nach fünf Tagen werden die Teilnehmer in der Lage sein, selbständig einen Feedback- und Feedforward-Controller zu entwickeln. Am letzten Tag diskutieren verschiedene Trainer und Experten die Entwicklungen auf ihrem Fachgebiet.

Oomen: „In den fünf Tagen gelingt es den Teilnehmern, Steuerungen mit einem Eingang und einem Ausgang zu bauen, aber viele industrielle Systeme haben mehrere Ein- und Ausgänge. Das scheint Folgen für die Abstimmung zu haben.“ Witvoet: „Wir zeigen, wo die Gefahren liegen. Wann etwas schief gehen kann und wie man damit umgeht.“

Um Steuersysteme für mehrere Eingänge und Ausgänge zu entwerfen, benötigen Ingenieure für Bewegungssteuerung eine solidere theoretische Grundlage. Dieses Wissen über multivariable Systeme wird in der fünftägigen Schulung Advanced Motion Control behandelt. „In diesem Kurs lernen die Teilnehmer sehr detailliert, wie man Steuerungssysteme mit mehreren Eingängen und Ausgängen erstellt“, sagt Oomen. „Wir folgen der gleichen Philosophie und Argumentation wie in der Schulung Motion Control Tuning“.

Am letzten Tag wird auch das Lernen aus Daten besprochen, ein Trend, der im Bereich der Kontrolle derzeit stark zunimmt. „Die neuesten Generationen von Kontrollsystemen können aus vergangenen Fehlern lernen und sie gleichzeitig korrigieren“, sagt Oomen. „Dabei nutzen wir große Mengen von Daten, die von Sensoren in Maschinen erzeugt werden. So können wir Maschinenfehler innerhalb weniger Iterationen korrigieren. Dies ebnet den Weg für neue, revolutionäre Maschinenkonstruktionen, die leichter, genauer, preiswerter und vielseitiger sind, aber auch die Aufrüstung bestehender Maschinen auf diese Weise ermöglichen. Am letzten Tag der MCT werde ich Ihnen eine Stunde lang davon erzählen, aber im Kurs Advanced Feedforward Control werden wir uns drei Tage Zeit dafür nehmen.“

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