Wahre Architekten verstehen die Kunst des Weglassens und wissen, wo sie tiefer graben müssen

Veröffentlicht am: 28 Oktober 2020

Autor:

René Raaijmakers

Technischer Redakteur, Autor, Geschäftsführer

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Experte:

Gerrit Muller

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Systemarchitekten sind in der High-Tech-Industrie immer gefragter. Sie sorgen für Fokus, Überblick und Ergebnisse in komplexen Entwicklungsprojekten. Das bedeutet Wert für die Kunden und Euro für ihr eigenes Unternehmen. Wir fragen Gerrit Muller, den Gründer der Sysarch-Schulungen am High Tech Institute, nach den Geheimnissen guter Systemarchitekten.

Das Bild, das die meisten Menschen von Systemarchitekten haben, ähnelt dem der Architekten von Gebäuden und Konstruktionen. Sie erwarten von diesen Fachleuten, dass sie komplexe Maschinen oder Produkte in Teile zerlegen, ihnen Eigenschaften verleihen und die Schnittstellen zwischen ihnen definieren. Das alles läuft auf Skizzieren und Zeichnen hinaus. In der Praxis sind diese Aufgaben auch die sichtbarsten. In Gebäuden, aber auch in der technischen Industrie, wo sich das Skizzieren in Blockdiagrammen, CAD-Zeichnungen oder Rohrleitungs- und Instrumentierungsdiagrammen ausdrückt. Alle Teile werden sichtbar gemacht und Sie können sehen, wie die Dinge zusammenhängen.

Ein Architekt muss in der Tat ein System oder Produkt transparent machen. Aber das ist nur die Grundlage und nicht das, worum es bei der Arbeit wirklich geht. „Wenn Sie es in Teile zerlegen, diese Teile und die Verbindungen zwischen ihnen betrachten, haben Sie nur ein statisches Bild“, sagt Gerrit Muller, Professor an der Universität von Südostnorwegen in Kongsberg und Gründer der Sysarch-Schulungen am High Tech Institute.

Natürlich sind Zeichnungen nützlich. „Die Schnittstellen ermöglichen es uns, die Komponenten voneinander zu trennen. Sie sind wichtig und die Schnittstellen müssen gut definiert sein, aber mit ihnen haben Sie immer noch eine Sammlung von Teilen, eine Kiste mit Teilen.“

Die Probleme, erklärt Muller, entstehen, wenn diese Teile anfangen, miteinander zu interagieren. „Darin liegt der Wert des Systems. Denn zusammen sorgen sie für die beabsichtigte Funktion und zusammen tun sie es gut genug, genau genug, schnell genug, zuverlässig genug, sicher genug – eine Menge dieser Art von benennbaren Eigenschaften.“

Verhalten und Eigenschaften ergeben sich also aus den Teilen, die miteinander interagieren. „Als Systemarchitekt oder Systemingenieur entwerfen Sie, um das gewünschte Verhalten und die gewünschten Eigenschaften zu erhalten und verhindern unerwünschtes Verhalten und störende Eigenschaften.“

Alles andere als trivial

Aber in der Praxis ist diese Interaktion so komplex, dass wir nicht alles vorhersehen und verstehen können. „Das gewünschte Verhalten zu erreichen, ist alles andere als trivial. Ein System ohne unerwünschte Eigenschaften zu entwerfen, ist auch alles andere als einfach. In der Integrationsphase, wenn die Teile hergestellt werden, treten in der Regel unvorhergesehene Dinge auf – Sie erhalten nicht die gewünschte Leistung. Normalerweise laufen die Dinge nicht so, wie Sie es sich vorgestellt haben.“

Je besser der Systemarchitekt ist, desto besser kann er einschätzen, ob der Entwurf funktionieren wird?

„Ja, aber ich möchte noch einen Schritt weiter gehen. Sie müssen nicht nur Schätzungen vornehmen, sondern auch in der Lage sein, zu visualisieren und zu kommunizieren. Das kann mit Skizzen und Modellen geschehen. Das Ziel ist die Kommunikation mit vielen Beteiligten wie Designern, Produktmanagern, Kunden, dem Chef und anderen Architekten. Gute Architekten machen das System explizit und damit diskutierbar und vernünftig. Auf diese Weise stellen sie sicher, dass jeder darüber nachdenken und seine Ideen einbringen kann. Zum Beispiel, indem sie Fragen stellen wie: Angenommen, wir machen dies oder das, was wird dann passieren? Dies führt zu besseren Entscheidungen beim Entwurf oder der Spezifikation. Diese Kommunikation in Teams und Unternehmen optimal zu gestalten, ist die Kernfunktion des Architekten.“

Als Beispiel erinnert sich Muller an eine Beschreibung von Guido de Boer, als er noch bei ASML arbeitete. De Boer schrieb den Weg eines Siliziumwafers durch einen lithografischen Stepper auf: über den Wafer-Handler und die Wafer-Bühne, einschließlich aller Vorgänge wie Bewegen, Messen und Belichten. Er nannte die Geschichte „Life of the wafer“.

‚Life of the wafer‘ war eine Reihe von Zeichnungen, die zeigten, was passierte. Es half zu verstehen, was mit einem Wafer während der Ausrichtung, der Messung des Profils und all diesen Dingen passiert. Der Nachteil war, dass jeder damit seine Probleme diskutierte, gerade weil es ein so praktisches Werkzeug war.“

Dies erwies sich als unwirksam. „Um ein sogenanntes Luftbild zu besprechen, ist es zum Beispiel nützlich zu wissen, was im Lichtweg eines Steppers passiert: von der Lichtquelle über den Illuminator, die Maske und die Linse bis zum Fotolack. Solche Beschreibungen von dynamischen Pfaden nebeneinander geben einen großen Einblick in die Funktionsweise eines Systems. Sie sorgen für Verständnis und bieten die Möglichkeit, das Ganze zu diskutieren und zu reflektieren. Um das dynamische Verhalten zu begreifen, benötigen Sie oft eine ganze Reihe von ergänzenden Zeichnungen oder Modellen. Auf diese Weise machen Sie das ganze System diskutierbar.“

Alles, um das dynamische Verhalten besser in den Griff zu bekommen?

„Ja, denn es gibt ein unendliches dynamisches Verhalten eines Systems und seiner Umgebung. In diesem unendlichen Berg von Interaktionen wollen Sie den Kontext visualisieren. Das bedeutet, die Ereignisse sichtbar zu machen, die den größten Einfluss haben. Es bedeutet, dass der Systemarchitekt wissen muss, was er an andere delegieren kann und was er ignorieren kann, weil es zu wenig Einfluss hat. Hier kommen die wahren Architekten ins Spiel, die Profis, die wissen, wo sie tiefer graben müssen und die die Kunst des Weglassens verstehen.“

Wie funktioniert dieser Prozess des Weglassens in der Praxis?

Muller erklärt, dass dies eine echte Kunst ist, denn Systemarchitekten arbeiten in einer Umgebung mit viel Lärm. „Es wird immer ein Teammitglied geben, das nach mehr Details fragt, während jemand anderes schreit, dass sein Teil nicht sichtbar ist. Aber sobald man zu viel sieht, beginnen die Details zu dominieren und die Funktion und die Anwendung treten in den Hintergrund. Sie sehen nicht mehr, wie es funktioniert und was die Wirkung ist.“

Das Verschweigen von Details gehört dazu, um die Komplexität in den Griff zu bekommen. Systemarchitekten kennen die Software-Stacks, die Leiterplatten und die gewählten Legierungen. Sie können auch mit ihren Softwareingenieuren, Elektrikern und Mechanikern darüber sprechen, aber sie sollten es nicht übertreiben. Sie sind gezwungen, sich auf die eher abstrakten Ebenen zu konzentrieren.

Die erste Ebene ist für jeden leicht erkennbar, die der Module, Einheiten oder Subsysteme. „Wie auch immer Sie es nennen wollen“, sagt Muller. „Es sind die Dinge, die produziert werden und die man anfassen kann. Sie passen gut in die Denkweise der Techniker. In der Lithografie sind das zum Beispiel Einheiten wie eine Bühne, ein Wafer-Handler oder ein Objektiv.“

Darüber kommt eine Abstraktionsschicht, bei der es normalerweise um Funktionalität geht. „Platzieren des Wafers oder Verschieben einer Waferebene“.

Auf der Ebene darüber werden die Qualitäten besprochen. „Gute Überlagerung, gute Tiefenschärfe, Geschwindigkeit – solche Dinge.“

Dann kommt die Ebene, auf der die Qualitäten in den Eigenschaften der Anwendung zusammenkommen. „Das sind die Dinge, auf die Ihre Kunden warten, wie z.B. die Ausbeute“, betont Muller. „Sie müssen also verstehen, welche Rolle die Schärfentiefe spielt und welche Schärfentiefe genau wichtig ist und welche Abweichungen die Muster auf einem verarbeiteten Wafer haben können. Auf dieser Ebene können Sie alles in einen größeren Zusammenhang stellen.“

Laut Muller sollten Systemarchitekten in der Lage sein, auf all diesen Ebenen zwischen verschiedenen Standpunkten zu wechseln. „Geht es bei Ihrem Produkt um Geschwindigkeit oder Genauigkeit? Wenn es genau und schnell sein muss, wie genau und schnell dann? Ich kann etwas schnell oder superpräzise machen, aber meistens wollen Sie sowohl Geschwindigkeit als auch Genauigkeit. Dann müssen Sie den goldenen Mittelweg finden – das ist es, worum es geht.

Wie erkennen Sie den potenziellen Systemarchitekten?

„Es tut mir leid, das zu sagen, aber ein Rezept dafür habe ich nicht. Ich kenne gute Systemarchitekten. Sie sind oft eigenartige Persönlichkeiten, jeder mit seinen eigenen Qualitäten. Sie sind oft aus verschiedenen Richtungen in den Beruf gekommen. In erster Linie sind sie von Natur aus Generalisten. Sie sollten nicht vor dem großen Ganzen zurückschrecken, keine Angst vor Dingen haben, die sie nicht kennen oder die sie nicht im Blick haben. Sie sollten nicht vor neuen Dingen zurückschrecken. Sie sollten sogar von ihnen angeregt werden.“

„Ein Architekt ist jemand, mit dem jeder reden kann. Stellen Sie sich ein großes Gebäude mit einem Raum vor, in dem immer Kollegen vorbeikommen. Wahrscheinlich hat der Systemarchitekt dort seinen Schreibtisch, auch wenn er nicht offiziell diese Berufsbezeichnung trägt. Die Interaktion mit ihm ist ein natürliches Phänomen im Team, weil andere erfahren, dass diese Person ihnen hilft.“

Wenn ein Unternehmen noch keinen Systemarchitekten hat, ist dies die Person, die Sie suchen sollten?

„Ganz genau. Wenn Sie das Profil des Systemarchitekten, wie wir es im Sysarch-Kurs definieren, daneben stellen, passt es in der Regel sehr gut. Und noch etwas: Systemarchitekten sind immer multitaskingfähig.“

Was genau meinen Sie damit?

„Die Fähigkeit, ständig den Blickwinkel zu wechseln, wie wir es nennen. Ein Problem aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten. Das kann man lernen, oder man ist gezwungen, es zu lernen. Dieses Multitasking ist unerlässlich, kann aber sehr anstrengend sein. Manche Menschen sind sehr gut im Systemdenken, aber sie sind völlig verloren, wenn sie Multitasking betreiben müssen.“

Was sind die größten Herausforderungen für Menschen, die neu in dieser Rolle sind?

„Die Menschen konzentrieren sich oft zu sehr auf das System und die Technologie. Sie müssen ihnen helfen, aus dem System herauszukommen und sich in die Welt der Kunden, des Produktlebenszyklus und des Geschäfts zu versetzen. Sie müssen mehr aus sich herausgehen und brauchen einen Anstoß, um das zu tun. Kommunikation oder Soft Skills sind ebenfalls nützlich.“

„Stellen Sie sich ein großes Gebäude mit einem Raum vor, den die Kollegen immer betreten. Das ist wahrscheinlich das Büro des Systemarchitekten, auch wenn er diese Berufsbezeichnung nicht offiziell trägt.

Die Komplexität von Systemen nimmt zu. Steigt dadurch der Bedarf an Systemarchitekten?

„Man kann nur hoffen, dass die Probleme von vor zwanzig Jahren so gut bekannt sind, dass wir sie jetzt auf strukturiertere Weise lösen können. Das würde es den Architekten von heute ermöglichen, sich auf die komplexeren Probleme zu konzentrieren. Es gibt fast kein System mehr, das nicht mit anderen Systemen verbunden ist. Es gibt fast keine Funktionen und Merkmale mehr, die nicht von mehreren Systemen abhängen. Ich muss nicht nur das System verstehen, an dem ich arbeite, sondern auch andere Systeme, einschließlich der Interaktion und der Menschen, die es umgeben. Diese Komplexität, dieses Wachstum, ist eine Tatsache des Lebens.

Sie sind Professor in Norwegen und arbeiten einen Tag pro Woche bei ESI in Eindhoven. Welcher Art sind die Probleme, mit denen die Unternehmen Sie konfrontieren?

„Alle Fragen, die auch in der Sysarch Schulung. Was ist die Rolle des Architekten in meinem Unternehmen? Wie berücksichtige ich die langfristige Strategie? Wie kann ich Architekten dabei helfen, ihre Arbeit bestmöglich zu erledigen?“

„Manche Unternehmen sagen sofort: Ich möchte modellbasierte Systementwicklung, MBSE, machen. Dann bin ich immer neugierig auf ihre eigentliche Frage. Haben sie einen administrativen Bedarf? Müssen sie die von der amerikanischen FDA auferlegten Regeln einhalten? Oder müssen sie Untersuchungen durchführen oder besser kommunizieren? Sie können aus vielen verschiedenen Gründen modellieren.“

„Viele Unternehmen kämpfen mit der gleichen Frage: Sie wollen eine Plattform schaffen, weil sie Produkte 1, 2 und 3 haben, die viele Synergien aufweisen, aber alle unterschiedlich sind. Oder sie haben ständig Projekte, um verschiedene Produktvarianten herzustellen. Plattformen, Standardisierung – ich bekomme oft Fragen dazu. Für einen Architekten ist das eine Gratwanderung, denn Standardisierung kann die Dinge starr machen und dadurch den Wert für die Kunden verringern.“

Lässt sich das Wissen im Bereich der Systemarchitektur in überschaubare Brocken verpacken?

„Das wirft die Frage auf: Was ist das Können und was ist die Kunst? Was können wir den Menschen an Methoden und Mitteln bieten, und was können Sie als Lehrer nicht vermitteln? Kompetente Systemarchitekten haben eine lange Entwicklung hinter sich. Das ist eine Ansammlung von Zeit und Erfahrung. Aber wenn man etwas lange Zeit gemacht hat, heißt das noch lange nicht, dass man die Fähigkeit dazu entwickelt hat. Man braucht eine gewisse Erfahrung. Es geht darum, Situationen zu erkennen und über sie nachzudenken. Sie wissen, warum manche Dinge nicht funktionieren, weil Sie es erlebt haben, und beim nächsten Mal wissen Sie, wie Sie es beim ersten Mal richtig machen. Ein solcher Zyklus der Reflexion ist für einen Systemarchitekten eigentlich unerlässlich, um zu lernen und ein nützliches Maß an Erfahrung zu erreichen.“

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