„Eine Anforderung ohne Einschränkungen lässt Raum für Interpretationen.“

Eindeutige Anforderungen sind für eine erfolgreiche Validierung wichtig, lassen sich in der Praxis jedoch nur schwer festlegen. Durch eine klarere Definition, Strukturierung und Nachverfolgung des Entwicklungsprozesses eines Systems lassen sich viele Probleme in späteren Phasen vermeiden – das erfuhr Bart van Liere von TMC bei der Schulung „System Requirements Engineering“ des High Tech Institute.

Wenn ein Operationsroboter eine Naht im Mikrobereich setzen muss, scheint die funktionale Anforderung klar zu sein: Positionierung und Bewegung mit einer Genauigkeit von einigen zehn Mikrometern. Wenn jedoch die Art des Gewebes, in das die Naht gesetzt werden soll, nicht spezifiziert wurde, entsteht sofort Interpretationsspielraum. Weichgewebe erfordert einen anderen Kraftaufbau als starres oder faseriges Material, was sich sowohl auf die erforderliche Ansteuerung als auch auf die Wahl des Nahtmaterials auswirkt. Bei der Validierung stellt sich heraus, dass eine Spezifikation, die auf dem Papier korrekt erscheint, in der Praxis auf der Grundlage von Annahmen entworfen wurde, die an keiner Stelle explizit genannt wurden.

„Die Erfüllung der Anforderungen“ ist das, womit sich Bart van Liere, Integrationsingenieur bei TMC und zur MTA entsandt, tagtäglich beschäftigt. Er ist im Backend des Entwicklungsprozesses tätig, wo er nachweisen muss, dass ein System das tut, wofür es konzipiert wurde. „Während der Validierung stellen wir fest, ob eine Anforderung zu vage formuliert ist, eine Einschränkung implizit geblieben ist oder die Beteiligten nicht in der Lage waren, ihre Vorstellungen hinsichtlich desselben ‚funktionalen‘ Ziels angemessen zu vermitteln.“

Integrator

Nach Abschluss seines Bachelorstudiums in Mechatronik erwarb Van Liere einen Master-Abschluss in „AI for Engineering Systems“ an der Technischen Universität Eindhoven. Derzeit ist er als Integrationsingenieur bei TMC tätig. TMC vermittelt technisch ausgebildete Fachkräfte, sogenannte „Employeneure“, für eine Vielzahl von Projekten bei verschiedenen Hightech-Kunden.

Bei MTA ist er derzeit an einem Projekt für Microsure beteiligt, bei dem es um einen Operationsroboter geht, der mit einer Genauigkeit von 50 Mikrometern arbeiten muss. In seiner Rolle als Systemintegrator bildet er das Bindeglied zwischen Konzeption und Praxis. Er arbeitet mit Ingenieuren an der technischen Umsetzung und mit den Beteiligten daran, Anforderungen in konkrete Spezifikationen und Validierungskriterien umzusetzen.

Van Liere ist mit dieser Aufgabe bestens vertraut. Zuvor war er Mitbegründer seines eigenen Unternehmens, in dem eine Drohne für den Einsatz in Hochrisikogebieten entwickelt wurde. „Dabei haben wir festgestellt, wie wichtig es ist, sich von Anfang an ein klares Bild davon zu machen, was man genau entwickeln möchte“, sagt er. „Wenn man dabei das Wesentliche aus den Augen verliert, erhält man am Ende ein Produkt, das der ursprünglichen Vision nicht vollständig entspricht.“

Unterschiede in der Auslegung

In der Praxis ist dieses Problem selten auf Inkompetenz zurückzuführen, sondern ergibt sich vielmehr aus der Art und Weise, wie Anforderungen festgelegt werden. Ein Stakeholder formuliert, was das System leisten muss, während ein Ingenieur dazu neigt, dies implizit in die Frage zu übersetzen, wie das System dies bewerkstelligen könnte. Diese beiden Perspektiven stimmen nicht automatisch überein. Ohne eine explizite Definition der Hauptfunktion und der Voraussetzungen entsteht ein Anforderungskatalog, in dem Absicht und Umsetzung miteinander verflochten sind. Infolgedessen wirken die Spezifikationen zwar umfassend, lassen bei genauerer Betrachtung jedoch mehrere Interpretationen zu.

Um unterschiedliche Auslegungen der Anforderungen während des gesamten Prozesses zu vermeiden, ist ein strukturierterer Ansatz bei der Erarbeitung dieser Anforderungen erforderlich. Dies bedeutet sowohl, zu dokumentieren, was ein System leisten soll, als auch festzuhalten, warum bestimmte Entscheidungen getroffen werden und unter welchen Bedingungen diese gelten. Um sich hier einen besseren Überblick zu verschaffen, nahm Van Liere am Schulungskurs„System Requirements Engineering“am High Tech Institute teil, der von Cees Michielsen geleitet wurde.

„In dieser Schulung zum Thema System Requirements Engineering haben wir gelernt, dass eine klare und eindeutige Formulierung der Anforderungen damit beginnt, die richtigen Fragen zu stellen“, erklärt Van Liere. „Was ist die Hauptfunktion des Systems, und welche Rahmenbedingungen sind entscheidend? Alles, was man anschließend zu Papier bringt, muss anhand dieser Bedingungen geprüft werden.“

Diese Methode zwingt Sie dazu, bereits in einem frühen Stadium klarere Entscheidungen zu treffen. „Ingenieure neigen dazu, bei einem Brainstorming alles mit einzubeziehen“, sagt Van Liere amüsiert. „Am Ende hat man eine Liste, die auf dem Papier vollständig wirkt, aber wenig Fokus aufweist. Außerdem scheint alles wichtig zu sein.“ Indem man zunächst festlegt, was minimal erforderlich ist, damit das System seine vorgesehene Funktion erfüllt, wird es einfacher, nebensächliche Aspekte von wesentlichen Anforderungen und den „Nice-to-haves“ zu unterscheiden. Dies sorgt für mehr Klarheit in der Entwurfsphase und berücksichtigt bereits die abschließende Validierung.

Änderungen nachverfolgen

Van Liere konnte die im Training erlernte Methode direkt in einem laufenden Projekt anwenden, bei dem er an der Erarbeitung von Anforderungen unter dem Gesichtspunkt der Validierung beteiligt war. „Man merkt, dass man die Sache aus einer anderen Perspektive betrachtet“, sagt er. „Anstatt sofort Anforderungen zu formulieren, kehrt man zunächst zum Kern zurück: Was wollen wir hier eigentlich erreichen?“ Indem dieser Schritt explizit gemacht wurde, gewann der Prozess an Fokus, und die Unterscheidung zwischen wesentlichen und nachrangigen Anforderungen trat deutlicher zutage. „Das kostet zu Beginn zwar etwas mehr Zeit, ist aber immer noch kostengünstiger und schneller, als einen Prototyp nachträglich anpassen zu müssen, weil die Anforderungen nicht richtig formuliert wurden.“

Neben dem Stellen der richtigen Fragen ging Trainer Michielsen im Rahmen der Schulung zum Thema „System Requirement Engineering“ auch auf die Erfassung und Nachverfolgung von Änderungen während des Entwicklungsprozesses ein. Dabei führte er Beispiele aus seiner Erfahrung unter anderem bei DAF und ASML an. „Im Laufe des Entwicklungsprozesses können sich Erkenntnisse ändern, und Entscheidungen werden aus bestimmten Gründen getroffen“, betont Van Liere. „Bei der Validierung möchte man jedoch wissen, ob ein Ergebnis auf einem Fehler oder einer bewussten Entscheidung während des Entwicklungsprozesses beruht.“ Durch die systematische Erfassung von Änderungen und der zugrunde liegenden Argumentation bleiben die Entwicklung einer Anforderung und die Entscheidungsgrundlagen transparent.

Allgemeingültige Grundsätze

Während der Schulung nahm neben Van Liere eine Gruppe von Teilnehmern aus den unterschiedlichsten Bereichen teil, von der Hightech-Branche bis hin zum Energiesektor. „Der Kontext ist zwar unterschiedlich, doch die Probleme sind dieselben“, stellt er fest. „Die Diskussionen, die ich mit meinen Stakeholdern führe, sind dieselben wie die ihren. Offensichtlich liegt genau darin oft die Herausforderung.“

Für Van Liere lag der Hauptnutzen der Schulung darin, wie sie das Denken in Bezug auf Anforderungen strukturierte. „Man lernt, gezieltere Fragen zu stellen und besser zu erfassen, was tatsächlich gemeint ist. Genau diese Struktur hilft einem dabei, bewusstere Entscheidungen zu treffen und präzisere Diskussionen mit den Beteiligten zu führen.“ Das Kurshandbuch hat nun einen festen Platz auf seinem Schreibtisch – als Nachschlagewerk für Momente, in denen er diese Denkweise erneut anwenden möchte.

Das Tempo begann gemächlich, nahm dann aber schnell Fahrt auf. „Es handelt sich um eine zweitägige Fortbildung neben Ihrer regulären Arbeit, daher ist die Ausgewogenheit eine andere als bei einem Universitätskurs. Aber es gab genügend Raum, um in die Tiefe zu gehen und eigene Fälle einzubringen. Dank seiner umfangreichen Erfahrung konnte Michielsen gut auf die Vielfalt der Beiträge eingehen.“ Die Theorie wurde sofort anhand realer Fälle überprüft. „Man lernt wirklich, den gesamten Prozess nachzuvollziehen, sodass man später nachvollziehen kann, warum eine Anforderung festgelegt wurde und welche Entscheidungen dabei getroffen wurden.“