Categorie: Interviews

Ingewijden in elektromagnetische compatibiliteit (EMC) zullen Mart Coenen ongetwijfeld kennen. Zijn ervaring in het veld gaat terug tot begin jaren tachtig toen hij de eerste EMC-training bij Philips opzette. Inmiddels heeft hij zijn sporen verdiend bij klanten als het Havenbedrijf Rotterdam en ASML. Hij praat nog steeds met onverminderd enthousiasme over zijn specialisme – vraag maar aan een van de deelnemers aan de training “EMC in Power Electronic Systems” bij High Tech Institute.

 

Opgeleid als elektrotechnisch ingenieur begon Mart Coenen zijn werkzame leven bij het Philips Natlab. In die tijd was er nog geen wet- en regelgeving op het gebied van EMC, maar binnen Philips vonden ze het belangrijk dat de medewerkers gedegen kennis hadden van het onderwerp. “Samen met Jap Goedbloed heb ik in 1981 de eerste EMC-training opgezet. Eerst was het een interne training bij CTT, maar al snel werd het uitgebreid tot een landelijke cursus georganiseerd door Pato, later PAO. Inmiddels is dit misschien wel de langstlopende cursus die ze aanbieden,” vertelt Coenen trots. In 1988 raakte hij betrokken bij de internationale standaardisatie van EMC. Tot op de dag van vandaag is hij actief in allerlei commissies die zich bezighouden met wet- en regelgeving op het gebied van EMC, ESD en elektrische veiligheid.

Mart Coenen maakt deel uit van het trainersteam, samen met Ramiro Serra van de TUE, Mark van Helvoort van Philips Healthcare en Ernest Bron van Analog Devices.

In 1994 startte Coenen zijn eigen bedrijf, EMCMCC, gedreven door veel werk met kleinere klanten, die hij niet onder de vlag van Philips kon (of mocht) bedienen. Hij werkte voor het Havenbedrijf Rotterdam, dat door de vele stakingen gedwongen werd zijn containeroverslagprocessen te automatiseren. Vanuit zijn eigen bedrijf werkte hij ook als consultant voor ASML, waar hij betrokken was bij het 450-mm wafer project. Voor elke beweging in het proces moest de exacte locatie van de wafer worden bepaald. Dit was lastig omdat de verstoringen in het systeem meetfouten veroorzaakten. “Binnen negen maanden ontwikkelden we een geheel nieuw concept, dat werd geïmplementeerd. Mede hierdoor waren er minder verstoringen en was er dus minder rekenwerk nodig om de exacte locatie te bepalen. Hierdoor kon het productieproces van wafers worden opgeschaald van 200 naar 400 wafers per uur.”

Volgen

“Tijdens mijn werk heb ik gemerkt dat mensen vaak denken dat als een systeem CE/EMC goedgekeurd is, het wel goed zal werken. Toch zie je regelmatig operationele problemen ontstaan, die vaak op het gebied van EMC liggen”, benadrukt Coenen. “Een EMC-systeemgoedkeuring is immers geen garantie voor een betrouwbaar operationeel systeem. Het is belangrijk om alert te zijn op wat er gebeurt als een systeem tijdelijk wordt verstoord en je te realiseren welke gevolgen deze verstoring kan hebben op het systeem. Is het een verstoring die geen enkele invloed heeft? Of één waarbij er een tijdelijke storing is, maar alles na een herstart weer goed verder gaat? Of is een harde reboot van het systeem nodig, of moeten er zelfs onderdelen vervangen worden? Het is belangrijk om te beseffen dat het proces niet altijd goed doorgaat. Het kan zijn dat zelfs de kleinste tijdelijke storing ontoelaatbaar is. Als je bijvoorbeeld wafers produceert die een nauwkeurigheid van 2 nm vereisen, dan is een tijdelijke afwijking van 20 nm onaanvaardbaar omdat dat zou betekenen dat je de blootgestelde wafers moet weggooien. Als klant wil je dat natuurlijk niet. Voor dit soort problemen moet een passende oplossing gevonden worden.”

Het lastige is dat de seinen zich vaak in een gebied bevinden waar regeling ontbreekt. Voor zowel het lichtnet als de inschakelstromen ligt alles vast, maar dat geldt niet voor signalen in bewegende systemen. Dit type signaal bevindt zich meestal in het frequentiebereik tussen DC en 150 kHz. Aan de ene kant heb je het elektronische signaal dat een verplaatsing regelt. Aan de andere kant heb je het signaal van een sensor, die informatie ophaalt om de locatie te bepalen. Deze twee signalen kunnen elkaar beïnvloeden. In bewegingstechnologie ben je gebonden aan de signaalfrequenties die je nodig hebt voor de verplaatsingen. Deze frequenties kunnen verstoringen veroorzaken die door de sensoren worden opgepikt. De kunst is om daarmee om te leren gaan.

'It’s the search for a solution and eventually finding it that gives me a pleasant adrenaline rush.'

“Zelfs na al die jaren is het EMC-vakgebied nog steeds aantrekkelijk voor mij. Er is altijd die uitdaging om iets werkend te krijgen. En als het niet werkt, is er de uitdaging om naar de juiste oplossing te zoeken. Soms ligt de oplossing voor de hand, soms is het moeilijker. Het zoeken naar een oplossing en het uiteindelijk vinden ervan geeft me elke keer weer een prettige adrenalinestoot. Daarnaast is het vakgebied nog steeds erg in beweging. Er gebeurt steeds meer via het Internet of Things, waarbij steeds meer sensoren gegevens genereren. Toch moeten we ons blijven afvragen wat de betrouwbaarheid van deze gegevens is en hoe nuttig ze eigenlijk zijn. Ook deze ontwikkelingen volg ik met interesse.”

Hands-on

Tijdens de training “EMC in Power Electronic Systems“, onderdeel van het portfolio van High Tech Intitute partner T2Prof, krijgen deelnemers inzicht in de problemen die kunnen optreden in bewegingssystemen en leren ze wat ze eraan kunnen doen. Coenen: “In deze training richten we ons op het gebied dat buiten de normen valt en leren we onze studenten om een betrouwbaar systeem te creëren dat 24/7 operationeel is. Hoewel deze training relatief nieuw is voor High Tech Institute, heb ik als docent voor CTT, Pato, Mikrocentrum, Avans en Fontys Hogescholen al veel ervaring opgedaan. Mijn ervaring is dat studenten de stof in het begin erg moeilijk vinden, maar als je ze tijdens de cursus de juiste theorie aanbiedt en ze zelf laat oefenen, kunnen ze het geleerde daarna heel goed in de praktijk brengen.”

Check out the training

'There are demos and students can do their own simulations on setups. '

De training is bedoeld voor mechatronica-ingenieurs, elektrotechnici en systeemarchitecten die in hun werk te maken hebben met laagfrequente storingen (van DC tot ongeveer 150 kHz) veroorzaakt door bewegings- en energieconversiesystemen. Studenten leren over systeemdenken en hoe ze kunnen anticiperen op problemen die ze in de praktijk tegenkomen. Coenen: “Naast de signaaltheorie, die gebaseerd is op natuurkundige wetten, netwerktheorie en kennis over het gedrag van kabels, is er ook een hands-on gedeelte. Er zijn demo’s en studenten kunnen hun eigen opstellingen simuleren. Het is belangrijk dat ze tijdens de training leren wat ze kunnen meten en hoe ze dat moeten doen. Ik kijk ernaar uit om samen met mijn collega-docenten Ramiro Serra van de TUE, Mark van Helvoort van Philips Healthcare en Ernest Bron van Analog Devices de studenten kennis te laten maken met EMC in Power Electronic Systems.”

In november 2020 gaf het team van experts de allereerste driedaagse training aan een groep van 10 deelnemers. Op de vraag of ze de cursus aan anderen zouden aanbevelen, antwoordden de deelnemers met een nadrukkelijke 8,3 punten op een mogelijke 10 en gaven ze de docenten een score van 8,4. Respondenten gaven ook verschillende lovende opmerkingen. “Goed om de theoretische achtergrond te ontvangen en de opstellingen waren erg nuttig,” merkte een van de cursisten op. Een ander merkte op dat de training zijn verwachtingen overtrof. Andere positieve commentaren: “Ik hou van het aantal demonstraties” en “De achtergrondtheorie was erg nuttig. Leuke demo’s! Goede interactie.”

Dit artikel is geschreven door Antoinette Brugman, tech-redacteur van Bits&Chips.

High Tech Institute lanceert een intensief System Architecting Masters (Sysam) trainingsprogramma voor systeemarchitecten en systeemingenieurs. Ger Schoeber en Jaco Friedrich bieden aspirant-professionals een robuust negen maanden durend programma van training en coaching op hun eigen projecten.

 

Centraal in het nieuwe System Architecting Masters (Sysam) programma staan de lopende projecten van de deelnemende systeemarchitecten en systeemingenieurs. “Het doel is om bij te dragen aan de competentiegroei van de deelnemers en tegelijkertijd waarde toe te voegen aan de lopende projecten van de deelnemers”, zegt Ger Schoeber, die al meer dan 20 jaar systeemarchitecten traint.
Schoeber houdt ervan om zijn neus op de feiten te drukken. Hij werkt vier dagen per week bij Lightyear als groepsleider en domeinexpert in systems engineering en besteedt één dag aan een andere passie: zijn systeemtrainingen bij High Tech Institute. “Het is erg leuk om mensen te helpen groeien in hun ervaring door middel van training,” zegt hij. “De voldoening voor ons als opleidingsinstituut is nog groter als we directe effecten zien in de verbetering van echte industriële projecten.”
Schoeber geeft Sysam samen met Jaco Friedrich, die als fulltime trainer van leiderschapsvaardigheden vooral technici ziet. Friedrich heeft enkele duizenden professionals in hightech getraind. “Hightechbedrijven erkennen effectieve communicatie, feedback geven en beïnvloeden zonder macht als essentiële vaardigheden van de systeemarchitect,” zegt hij.

Ger Schoeber (links) en Jaco Friedrich (rechts).

Check out the training

 

CAFCR en NASA

Het negen maanden durende Sysam-programma bestaat uit drie intensieve trainingsblokken van elk vier dagen, met daartussen enkele maanden voor opdrachten op de werkplek, coaching en intervisie. Gastsprekers delen hun uitgebreide ervaring in systeemarchitectuur, systems engineering en complexe ontwikkeling. De helft van de training bestaat uit essentiële onderwerpen op het gebied van systems engineering en system architecting. Schoeber baseert zich op twee bronnen, het CAFCR framework van Gerrit Muller en het NASA Systems Engineering Handbook.
“Bij CAFCR gaat het erom dat je in de huid kruipt van de klant en de belanghebbenden en de systeemarchitectuur vanuit vijf perspectieven bekijkt,” legt Schoeber uit. “Slechts twee daarvan gaan over technologie, over de oplossing. De andere drie gaan over het perspectief van de klant. Dat is, in mijn ervaring, waar de grote waarde van het CAFCR raamwerk ligt.”
“De functionele kijk, de F uit CAFCR, gaat over de specificatie, de requirements: wat verwacht de klant eigenlijk van het product of wat verwachten de stakeholders van het systeem, met betrekking tot functionaliteit, kwaliteit en prestaties? De toepassingsvisie, de A van CAFCR, vereist dat je naar de bredere context kijkt. In welke omgeving bevindt het toekomstige subsysteem of systeem zich? Hoe wordt het geïntegreerd, ingezet, gebruikt, enzovoort? Als je daar een goed beeld van hebt, dan begrijp je wat wel of niet nuttig is. Daardoor kun je de vereisten beter afstemmen op de werkelijke behoefte.”

'CAFCR allows us to come up with solutions that will help customers even more. '

De eerste C in CAFCR gaat over klantdoelstellingen. “Wat is zijn bedrijf? Hoe verdient hij zijn geld? Wat is de realiteit van zijn klant of de collega die mijn subsysteem gaat integreren? Als je dat beter begrijpt, kun je beter zien wat hij nodig heeft om zijn bedrijf te verbeteren. CAFCR dwingt ons om niet alleen naar de technologie te kijken, maar ook naar de specificaties en de beweegredenen van de eisen. Het stelt ons in staat om met oplossingen te komen die klanten nog meer helpen.”

Het CAFCR-model van Gerrit Muller: www.gaudisite.nl

 

Naast CAFCR gebruikt Sysam het NASA Systems Engineering Handbook. “Een systems engineering handboek biedt richtlijnen voor het opzetten, uitrollen, voltooien en uitvoeren van activiteiten in een productcreatieproces,” wijst Schoeber. “Ontwikkelaars gebruiken vaak het V-model, met aan de linkerkant de systeemdefinitie – van concept of operations, eisen, architectuur, ontwerp tot engineering – en aan de rechterkant de systeemrealisatie – van engineering tot integratie, verificatie en validatie. NASA’s onlangs bijgewerkte handboek voor systeemengineering volgt deze aanpak en integreert ook heel vaak kortcyclische feedbacklussen, wat ook de basis is van agile denken. De laatste herziening heeft het ook zeer toegankelijk, leesbaar en toepasbaar gemaakt.”

Praktijk in de praktijk

De andere helft van de training bestaat uit intensieve oefeningen met praktijksituaties, zoals het overtuigen van stakeholders en het kunnen omzetten van weerstand in buy-in. Friedrich: “Oefenen kost tijd. Als ingenieurs het in een training ervaren, zien ze meteen de waarde. De toegevoegde waarde zit in de ervaring. Wat op papier gemakkelijk lijkt, is dat in de praktijk helemaal niet. Door te oefenen stappen deelnemers uit hun comfortzone en ervaren ze daadwerkelijk hoe het anders kan. Dit geeft ze zelfvertrouwen en motivatie om het meteen toe te passen. En het blijkt dat deze praktische aanpak er ook succesvol toe leidt dat deelnemers hun werk anders gaan doen. Na de training zeggen ze vaak dat ze het veel eerder hadden moeten doen.”

'It’s about learning to deal with risks. So, leadership instead of science. '

Een van de typische valkuilen waar Friedrich tijdens zijn training mee te maken krijgt, is het durven innemen van een standpunt, ook al zijn nog niet alle feiten bekend. “Het gaat om leren omgaan met risico’s. Dus leiderschap in plaats van wetenschap. Dit omvat ook het vermogen om een team te managen. Hoe maak je tijd om je met het grote geheel bezig te houden? Het vermogen om op een inspirerende manier taken en verantwoordelijkheden te delegeren is een voorwaarde voor verdere groei. Het beïnvloeden van stakeholders en het stellen van parameters kost tijd en mentale ruimte. De architect moet leren deze ruimte voor zichzelf te creëren.”

Tussen de drie trainingsblokken van vier dagen zitten enkele maanden. Gedurende deze tijd coachen Schoeber en Friedrich de deelnemers. Er zijn ook tussensessies gepland waarin de trainees ervaringen uitwisselen.
Om de kwaliteit te waarborgen, is het aantal deelnemers aan Sysam beperkt tot maximaal twaalf. Dit zorgt er ook voor dat deelnemers effectief ervaringen over hun projecten kunnen delen. Omdat iedereen vanaf het begin met zijn eigen praktijk bezig is, is het trainingsprogramma vanaf dag één effectief. “Dit betekent dat ze hun investering al in het eerste jaar terugverdienen,” zegt Schoeber. “Daarna is het allemaal winst.”

Dit artikel is geschreven door René Raaijmakers, tech-redacteur van Bits&Chips.

Zijn twee passies lopen als twee rode draden door zijn carrière. Bij Philips, aan de Technische Universiteit Eindhoven en bij de NTS werd Pieter Nuij een van de leidende figuren op het gebied van experimentele technieken en validatie in de mechatronica. Op al deze plaatsen profileerde hij zich ook als docent. Inmiddels heeft hij zijn eigen adviesbureau Madycon en is hij een van de cursusleiders bij de opleiding ‘Experimentele technieken in de mechatronica‘ van het High Tech Institute.

“Het was een fantastische periode.” Met veel plezier en nostalgie kijkt Pieter Nuij terug op zijn tijd bij het gerenommeerde Philips CFT. “We liepen voorop in de mechatronica en ontwikkelden dingen die gewoon nog niet bestonden. We werkten in een groep die barstte van de energie en onder de bezielende leiding stond van onder andere Jan van Eijk, Adrian Rankers, Herman Soemers en Maarten Steinbuch.”

Daar, in het Philips-kantoor op Strijp-S in Eindhoven, kan Nuij zich verder verdiepen in zijn passie waarvoor hij de basis legde tijdens zijn afstuderen aan de TU Eindhoven en tijdens een eerdere Philips-opdracht in de Optical Disc Mastering groep: experimentele technieken. “Het is vaak heel interessant om te tracken, tracen en troubleshooten”, zegt Nuij. “De combinatie van metingen doen en analyseren waarom het systeem niet doet wat verwacht wordt. Je moet breed kijken en onbevangen alle mogelijkheden identificeren en testen.” Daarnaast haalt Nuij veel energie uit het overdragen van zijn kennis. Bij CFT stond hij aan de wieg van de cursus ‘Experimentele technieken en mechatronica’, verzorgd door Philips’ opleidingstak CTT.

Deze combinatie bracht Steinbuch ertoe Nuij te vragen mee te gaan naar de Technische Universiteit Eindhoven toen hij in 1999 werd benoemd tot fulltime hoogleraar. “Steinbuch was op zoek naar iemand die de experimentele technieken in het lab weer op peil kon brengen en hij vond dat ik de man moest zijn om dat te doen,” zegt Nuij, die wordt aangenomen als assistent-professor op voorwaarde dat hij “binnen afzienbare tijd” zou promoveren. Uiteindelijk slaagt Nuij daar in 2007 inderdaad in, “met twee kinderen op mijn knie, een fulltime baan, een begripvolle vrouw en Maarten als inspirator”.

Pieter Nuij: “De validatie van het ontwerp, inclusief fysieke metingen, wordt heel vaak opgeofferd.”

 

Klusjes

Nuij blijft tot 2013 aan de TU Eindhoven. “Ik kon mijn interesse in trillingen en trillingsanalyse volledig kwijt en kon me helemaal verliezen in de onderwijskant – eerstejaars colleges signaalanalyse met tweehonderd mensen in de zaal, geweldig.”

Uiteindelijk vertrekt Nuij omdat hij het niet eens is met de manier waarop naar onderwijs wordt gekeken. “Om maar meteen met de deur in huis te vallen: ik zie universiteiten als leverancier van twee producten: hoogwaardige kennis en verdomd goede ingenieurs”, legt hij uit. “Maar wat je zag is dat de kwaliteit van onderzoeksgroepen veel meer wordt afgemeten aan het aantal publicaties dan aan het niveau van de afgestudeerden. Bovendien kregen studenten steeds minder tijd om zich de stof eigen te maken. In die tijd ben ik ook vijf jaar studieadviseur geweest en heb ik van dichtbij gezien dat studenten gewoon tijd nodig hebben om de stof te verwerken. Je kunt het niet zomaar forceren.”

'More and more educational activities were considered chores because they stood in the way of the acquisition of projects.'

“Daarnaast is er geen duaal loopbaansysteem aan universiteiten,” vervolgt Nuij. “De enige manier om promotie te maken is via de wetenschappelijke route, van assistent-professor naar associate professor. Het vreemde is dat de term ‘hoogleraar’ impliceert dat er les wordt gegeven, maar je zag dat steeds meer onderwijsactiviteiten als corvee werden beschouwd omdat ze het verwerven van projecten in de weg stonden.”

 

Terughoudendheid

Het begint hem zo te frustreren dat Nuij weer overstapt naar de industrie, naar de NTS in Eindhoven. Ook daar is training een belangrijk onderdeel van zijn functieomschrijving. En die training is nodig, zegt Nuij. “In de industrie staan ontwikkelingen altijd onder tijdsdruk. Dat betekent dat de fabrieksacceptatietest op het allerlaatste moment kort wordt gedaan, wordt ingekort of zelfs helemaal wordt overgeslagen. De validatie van het ontwerp, inclusief fysieke metingen, wordt heel vaak opgeofferd.”

Nuij merkt ook dat zelfs bij een redelijk grote partij als de NTS experimentele technieken in de mechatronica een specialisme is dat niet veertig uur per week wordt gevraagd. “Engineers die er in deeltijd mee aan de slag gaan, worden uiteindelijk een andere kant op gezogen omdat er elders meer werk te doen is. En daarmee verdwijnt de focus volledig. Het inhuren van een externe consultant is een goed alternatief, hoewel bedrijven het gevoel hebben dat het duurder is. Maar dat is niet het geval. Hoe eerder je een specialist inschakelt, hoe beter. Gelukkig zijn er ook genoeg bedrijven die serieus werk maken van validatie.”

“De andere kant van het verhaal is dat er steeds meer nadruk komt te liggen op simulatie in het ontwerpproces,” vervolgt Nuij. “Daarmee hopen ontwikkelaars hun ontwerp in één keer goed te maken. Mijn ervaring is dat heel goede simulatiespecialisten soms een hekel hebben aan validatietesten. Het kan confronterend zijn als uit zo’n test blijkt dat er iets mis is met je werk. Ik heb regelmatig het gevoel dat dat de terughoudendheid om te testen verklaart. Dat is jammer, want het vermindert de mogelijkheid om te leren over de kwaliteit van je modellen. Die feedbackloop ontbreekt vaak.”

'I don’t believe the software will ever become so good that a specialist becomes redundant.'

Simulatietools en digitale tweelingpakketten worden elk jaar beter. Denkt Nuij dat ze ooit voldoende zullen zijn om de kwaliteit van het ontwerp te garanderen? “De gebruiksvriendelijkheid neemt inderdaad toe. Maar daarmee loop je wel het risico in slaap gesust te worden. Ik word nerveus als mensen zeggen: “Die software is zo krachtig, die maakt geen fouten meer.” Dan mis je echt het echte plaatje. Je moet absoluut kritisch blijven op het resultaat, er niet blindelings op vertrouwen. Als je die software gebruikt, moet je ook deelresultaten kunnen testen in een experimentele setting. Het is heel goed mogelijk dat de software zo gebruiksvriendelijk wordt dat die testen heel eenvoudig uit te voeren zijn. Maar je moet blijven testen. Ik geloof niet dat de software ooit zo goed zal worden dat een specialist overbodig wordt.”

Check out the training

'In the training, we consciously work with outdated equipment.'

Scherp geprijsd

Waarom is het zo moeilijk om een mechatronisch systeem te meten? “Dat heeft een aantal facetten. Ten eerste vereist het de juiste hardware,” antwoordt Nuij. “Er moeten dure apparaten worden aangeschaft. Je kunt ook voor goedkopere apparaten gaan, maar die geven twijfelachtige resultaten en dat wordt uiteindelijk veel duurder. Je moet de hardware begrijpen en weten wat je nodig hebt als je ze aanschaft. Dat vereist al heel wat basiskennis. En dan moet je die apparatuur ook nog op de juiste manier gebruiken. Er zijn veel knoppen waarmee je heel gemakkelijk grote fouten kunt maken. De resultaten komen uit in 16-bit diepe kleuren, maar dat zegt nog niet dat het goed is.”

“Hetzelfde geldt voor de benodigde software,” vervolgt Nuij. “De suites voor trillingsanalyse zijn scherp geprijsd; je praat al gauw over duizenden euro’s. Veel meer dan bijvoorbeeld een Matlab-licentie die ook veel breder inzetbaar is. Het blijkt dus lastig om goedkeuring te krijgen van je baas. Hier in de regio is Mescope van het Amerikaanse Vibrant Technlogies de meest gebruikte trillingsanalysesoftware. Maar er zijn er meer, zoals oplossingen van Siemens en het Deense Brüel & Kjaer.”

“Ten derde komt er een flinke dosis vakmanschap bij kijken. Het is een exotische competentie, maar een onmisbare. Je moet het handwerk kunnen doen. Je hebt een zekere experimentele vaardigheid nodig om de constructie op de juiste manier te prikkelen, bijvoorbeeld met een hamer met ingebouwde krachtsensor. Je zult er ook rekening mee moeten houden dat ergens een connector niet goed werkt of dat de versnellingsmeter misschien niet goed vastzit. Als je niet weet waar je moet kijken, kun je dat soort dingen gemakkelijk over het hoofd zien.”

Juist die praktische kant is de reden dat de opleiding ‘Experimentele technieken in de mechatronica‘ van High Tech Institute, een voortzetting van de oude CTT-opleiding, tijdelijk is opgeschort. “Dat kan niet online”, zegt Nuij, die een van de docenten is. “Na corona gaan we weer verder.”

Pre-corona bestond de cursus uit veel hands-on uren. “We werken bewust met verouderde apparatuur. En de software draait nog op XP,” lacht Nuij. “Met die meetsystemen mogen studenten nog steeds fouten maken. Als ze dan merken dat het resultaat anders is dan ze dachten, begint het denkproces. Je hoort overal de centen vallen en als docent heb je je doel bereikt.”

Dit artikel is geschreven door Alexander Pil, technisch redacteur van High-Tech Systemen.

Elektromechanische actuatoren, aangedreven door zeer efficiënte en nauwkeurige vermogenselektronische circuits, zijn de werkpaarden van de industrie. Ze bepalen de prestaties en kwaliteit van veel industriële processen. High-Tech Systems sprak met Jeroen van Duivenbode, specialist vermogenselektronica bij ASML, fellow aan de Technische Universiteit Eindhoven en trainer bij High Tech Institute.

Hij moet even nadenken, maar knikt dan bevestigend: “Ja, er cirkelen nog steeds producten rond de aarde die ik heb ontworpen.” Jeroen van Duivenbode mag dan al bijna een kwart eeuw bij ASML werken, zijn roots liggen in de lucht- en ruimtevaart. Deze achtergrond geeft hem soms interessante en radicaal andere ideeën in de halfgeleiderwereld.

Jeroen van Duivenbode: ‘Het leuke van vermogenselektronica is dat het alle subdomeinen van elektrotechniek bevat.’

Na zijn MSc in vermogenselektronica aan de Technische Universiteit Delft verhuisde Van Duivenbode naar Frankrijk om te gaan werken bij – wat toen nog – Alcatel Espace heette in Toulouse, nu onderdeel van Thales Alenia, waar hij vermogensomzetters ontwierp voor satellietinstrumenten. “Dat betrof meestal radiozenders en ontvangers die hun stroom uit batterijen en zonnepanelen aan boord moesten halen”, vertelt hij. “De andere kant van mijn werk bestond uit simulatiemodellen. Ik deed veel berekeningen aan energiesystemen voor satellieten en ruimtestations. Tegenwoordig heb je daar allerlei hulpmiddelen voor, maar toen – eind jaren tachtig, begin jaren negentig – hadden we niets.”

Na vijf jaar in Frankrijk maakte Van Duivenbode de overstap naar Noorwegen, naar Norspace, ook een gespecialiseerd bedrijf in ruimtevaartelektronica. “We bouwden onder andere oppervlakteakoestische golffilters, kleine kwartsgebaseerde componenten die we gebruikten om banddoorlaatfilters van hoge kwaliteit te ontwikkelen. We leverden ook systemen aan de Ariane 5-raket. Je kunt je voorstellen dat we een beetje gestrest waren toen haar eerste testvlucht mislukte. Gelukkig was het niet onze fout; de storing werd veroorzaakt door een fout in de software. Daarna werden onze toestellen teruggevonden in de moerassen van Frans Guyana. Ze waren nog steeds operationeel, hoewel ze van vier kilometer hoogte terug op aarde waren gevallen.”

Kosmische straling

Terug in Nederland gaat Van Duivenbode aan de slag bij ASML. In bijna 25 jaar is hij uitgegroeid tot een van de specialisten op het gebied van vermogenselektronica. Het is een expertisegebied dat zeker niet van ondergeschikt belang is voor de chipproductiesystemen uit Veldhoven. Alle bewegingen van bijvoorbeeld de wafer- en reticelstadia hebben flinke vermogensniveaus nodig, terwijl de marges extreem klein zijn. “In het totale foutbudget van het ontwerp hebben we het over enkele procenten. Dat vertaalt zich in de eis dat we een tolerantie van ongeveer een tiende van een atoom moeten hebben”, legt Van Duivenbode uit.

Net als bij ASML in het algemeen wordt het werk van Van Duivenbode gedicteerd door de Wet van Moore. Bovendien is productiviteit een belangrijk kenmerk van ASML’s machines. Een kortere scantijd betekent snellere bewegingen en meer vermogen.” En veel meer vermogen, want er is een kubische relatie tussen productiviteit en piekvermogen: een verdubbeling van de productiviteit vereist een verachtvoudiging van het vermogen. “We hebben verschillende van deze verdubbelingen meegemaakt. Vroeger paste de elektronica voor alle bewegingen in een schoenendoos, nu heeft elke machine meerdere kubieke meters vermogenselektronica nodig.”

Omdat de foutmarge zo klein is, kan zelfs de kleinste storing het systeem ernstig verstoren. “We werkten eens aan een nieuwe generatie versterkers. We hadden de spanning opgevoerd en de mosfets tot het uiterste gedreven,” herinnert Van Duivenbode zich. “Binnen twee weken waren heel wat van die mosfets defect geraakt. We probeerden de oorzaak te vinden en elimineerden alle mogelijke verklaringen, van EMC tot systeemfouten, maar alles leek in orde. Er bleef maar één optie over: kosmische straling.”

Vroeger paste de vermogenselektronica voor alle bewegingen in een ASML machine in een schoenendoos, nu heeft elke machine enkele kubieke meters vermogenselektronica nodig. Krediet: ASML

In zijn vroegere carrière was kosmische straling zijn dagelijkse kost, maar in de halfgeleiderindustrie kostte het Van Duivenbode enige moeite om zijn collega-ingenieurs te overtuigen. “Niemand wilde het geloven. Dus bouwden we een testopstelling met duizenden transistors. In het lab gingen er elke week wel een paar kapot. Toen hebben we de opstelling verplaatst naar de Gemeentegrot in Valkenburg, onder een dikke laag aarde en kalksteen. Na acht weken had nog geen enkele transistor het begeven. Sinds dat experiment is het in de industrie bekend dat je rekening moet houden met kosmische straling, niet alleen voor grote chips, maar ook voor kleine mosfets.”

Breed beroep

Naast zijn werk bij ASML is Van Duivenbode research fellow aan de Technische Universiteit Eindhoven, op het gebied van vermogenselektronica. Sinds enkele jaren is hij ook trainer bij High Tech Institute, voor de cursus ‘Actuation and power electronics‘. “Die training is interessant voor iedereen die betrokken is bij zeer nauwkeurige systemen. En dan bedoelen we niet per se nanometers zoals bij ASML”, verzekert Van Duivenbode. “Op micrometerschaal is het net zo belangrijk om te kijken hoe je de vermogenselektronica kunt inpassen in je mechatronische systeem. En zelfs als je het hebt over iets ‘grofs’ als het aandrijfsysteem van een auto, moet je er nog steeds voor zorgen dat het stabiel en betrouwbaar is.”

“Vermogenselektronica is een vak dat niet op zichzelf staat”, vervolgt hij. “Het staat altijd in dienst van het systeem. Niemand zal vragen om een schakeling die een paar kilowatt kan genereren. Dat is niet interessant. ”

“Het leuke van vermogenselektronica is dat het alle subdomeinen van elektrotechniek omvat. Naast alle standaard bouwstenen voor vermogenselektronica, zoals mosfets, diodes en spoelen, moet je ook kennis hebben van analoge elektronica, voor nauwkeurige metingen, en van digitale technologieën en VHDL. Elektromagnetische compatibiliteit is een thema omdat hoge spanningen en hoge stromen storingen in de hand werken. Je moet dus verstand hebben van EMC, net als van thermisch ontwerp omdat componenten snel warm kunnen worden. Met die warmte moet je kunnen omgaan. Een koellichaam kan de oplossing zijn, maar dan moet je rekening houden met capacitieve koppeling.”

En dan is er nog de betrouwbaarheid. “Bij die hoge vermogens wordt de elektronica tot het uiterste gedreven. De printplaten moeten hard werken, dus zijn ze gevoeliger voor storingen”, zegt Van Duivenbode. “Dat betekent dat je kennis moet hebben van betrouwbaarheid en levenscyclustesten.”

Supergeleiding

Van Duivenbode is een van de meerdere docenten van de opleiding. Naast vermogenselektronica en rekenen aan magneetschakelingen – de onderdelen die Van Duivenbode op zich heeft genomen – gaat de cursus ook over actuatoren. Lineaire en vlakke Lorentz actuatoren, piëzo actuatoren, ze komen allemaal aan bod. Relatief nieuw en veelbelovend zijn de zogenaamde reluctantiemotoren.

“Dat is een variant waarbij je een stroom door een spoel laat lopen en die gebruikt om een stuk magneetstaal, of zacht ijzer, aan te trekken”, legt Van Duivenbode uit. “Reluctantiemotoren kunnen hoge vermogensdichtheden leveren. Het nadeel is dat die krachten sterk niet-lineair zijn en dat de motor alleen trekkrachten kan opwekken. Op de universiteit, in de groep van Elena Lomonova, wordt veel onderzoek gedaan naar een oplossing voor deze niet-lineariteit. Als die gevonden is, maakt de hoge vermogensdichtheid reluctantiemotoren erg aantrekkelijk voor veel toepassingen.”

Een andere opkomende technologie is supergeleiding. “Dat wordt al gebruikt in bijvoorbeeld MRI-scanners. Er is ook een succesvolle Nederlandse proef geweest om supergeleiding te gebruiken in ondergrondse elektriciteitsleidingen. Het principe was bewezen, maar het project kreeg geen vervolg”, legt Van Duivenbode uit. “De eerste windmolen met supergeleidende magneten is ook gebouwd. Die magneten zaten in de rotor, dus het hele supergeleidende systeem moest meedraaien met de wieken. Een hele prestatie, als je het mij vraagt. De volgende stap is om het economisch haalbaar te maken; iemand moet die stap zetten en erin investeren.” De industrie is nog niet zover, dus supergeleiding wordt in de opleiding nog steeds als exotisch beschouwd.

Dit artikel is geschreven door Alexander Pil, technisch redacteur van High-Tech Systemen.

De link tussen de industrie en de academische wereld is cruciaal voor de voorbereiding van de beroepsbevolking van morgen. Nu industriële leiders naar TU’s kijken voor geavanceerde ingenieurs om leidinggevende functies zoals die van systeemarchitect te vervullen, beantwoordt het PDEng-programma van de TUE aan de oproep door studenten persoonlijke en professionele ontwikkeling te bieden met een opleiding.

De Professional Doctorate in Engineering (PDEng) is geen typische vervolgopleiding. In feite is het programma relatief uniek voor Nederland, met slechts een paar andere landen die soortgelijke programma’s aanbieden. De Nederlandse wortels van PDEng gaan enkele decennia terug, maar in 2003 kreeg het Professional Doctorate zijn nieuwe naam en werd het door de Bologna Verklaring erkend als een derde cyclus (doctoraatsniveau) programma. Anders dan bij een PhD vereist het curriculum geen jaren van onderzoek en een lang proefschrift, maar is het een tweejarig post-masterprogramma gericht op het vergroten van systeemkennis en het in staat stellen van de volgende generatie ontwikkelaars door waardevolle praktijkervaring op te doen en uit de eerste hand toegang te krijgen tot de industrie om systeemarchitect te worden.

Elk jaar accepteert de Technische Universiteit Eindhoven (TUE) 100-120 PDEng-stagiairs in haar verschillende programma’s op het gebied van chemische, mechanische, elektrische, software- en medische engineering. “We hebben een zeer streng selectieproces om ervoor te zorgen dat onze programma’s een ongelooflijk hoog niveau handhaven,” beschrijft Peter Heuberger, de onlangs gepensioneerde programmamanager voor de PDEng-groepen Mechatronica en Automotive aan de TUE. “Om je een idee te geven, elk van mijn groepen heeft maar acht mensen. Die 16 plekken werden ingevuld uit een pool van meer dan 200 sollicitaties die we van over de hele wereld ontvingen.”

Peter Heuberger: “We zijn op zoek naar geavanceerde ingenieurs die een paar stappen terug doen en een helikopterview van het probleem aannemen.”

Helikopter

Nu technologie exponentieel complexer wordt, is succes in technische ontwikkeling sterk afhankelijk van teams van multidisciplinaire ingenieurs die samenwerken en elk hun steentje bijdragen. Een uitdaging is echter dat ingenieurs van nature de neiging hebben om zich op één gebied te concentreren en niet het grote geheel van het hele systeem zien. “Normaal gesproken, als je een ingenieur een probleem geeft, springen ze er meteen in en beginnen ze bouten los te draaien en dingen uit elkaar te halen, gefocust op het vinden van hun eigen oplossing voor het probleem,” illustreert Heuberger. “Maar we zijn op zoek naar geavanceerde ingenieurs die een paar stappen terug doen en een helikopterview van het probleem aannemen. Niet alleen waar het probleem ligt, maar voor wie is het een probleem? Zal het volgend jaar nog steeds een probleem zijn? Wat zijn de kosten die ermee gemoeid zijn? Wat is de levensduur van het product?”

Dus hoe moedigen de programma’s Mechatronica en Automotive PDEng van de TUE hun ingenieurs aan om deze systeembenadering met een grote visie toe te passen? Ze doen een beroep op training – vooral in het eerste jaar. “Een paar jaar geleden, toen we bezig waren met het organiseren van systeemtechnische cursussen aan de universiteit, werd het duidelijk dat we niet de middelen of mankracht hadden om alle benodigde training in huis te halen,” legt Heuberger uit. “Toen hebben we High Tech Institute om hulp gevraagd bij het geven van trainingen. Ze zijn niet alleen in de buurt gevestigd, maar hun uitgebreide pool van in de industrie ervaren ingenieurs en experts was een grote aanvulling op ons doel om onze cursisten zo dicht mogelijk bij de industrie te brengen.”

“Na de eerste introductieweek laten we de cursisten meteen beginnen met de cursus Systeemdenken. Dit is waar veel van de cursisten hun eerste kennismaking met en blootstelling aan de industrie krijgen, de eisen van de industriële situatie en specifieke methodologieën om system engineering te benaderen,” zegt Heuberger. Na de eerste training besteden de cursisten de volgende perioden aan het aanscherpen van de methoden en vaardigheden die ze hebben geleerd bij het trainen van hun eigen system-engineering aanpak. “Hiervoor nemen we verschillende voorbeeldprojecten aan, die ons worden gegeven door industriële partners zoals ASML, DAF, Philips en Punch Powertrain, waarbij de stagiairs verschillende rollen op zich nemen, variërend van projectmanager en teamleider tot communicatie-, configuratie- of testmanagers. Deze oefeningen voegen meer praktische hulpmiddelen toe aan de training en geven de cursisten een beter begrip van het grotere geheel doordat ze een nieuw perspectief krijgen op de essentie van hun werk.”

Bewustzijn

Nu de stagiairs van Mechatronica en Automotive PDEng de laatste module van het eerste jaar ingaan, doet TUE opnieuw een beroep op High Tech Institute om een training te geven over Mechatronica Systeemontwerp. “Dit is echt een hoogtepunt voor onze stagiairs die het einde van hun eerste jaar naderen, vooral voor degenen die geïnteresseerd zijn in mechatronica. In dit stadium leren ze over geavanceerde besturingstheorie van Mechatronica Academy-experts zoals Adrian Rankers,” vertelt Heuberger. “Iets wat hen echt bijblijft, is dat je niet altijd een heel geavanceerde besturingstheorie nodig hebt. Je moet de klus kunnen klaren. Als je een probleem vanuit een slim perspectief bekijkt, is soms de meest basale controletheorie de beste oplossing. Maar het kan natuurlijk ook liggen aan de besturingstoepassing of aan bijvoorbeeld de hardwareopstelling. Dit is het punt waarop het allemaal lijkt te klikken en ze echt het grote geheel zien.”

“Dit is juist een van de belangrijkste aspecten van de opleiding, het opgedane bewustzijn en perspectief,” voegt Riske Meijer, inkomend directeur van de opleidingen Mechatronica en Automotive PDEng toe. “Het besef dat als je aan een klus begint, je verder moet kijken dan één taak en één oplossing, naar de klus als geheel. Dat is wat er nodig is om een succesvolle systeemarchitect in de industrie te zijn.”

Riske Meijer: “Je moet verder kijken dan één taak en één oplossing, naar het werk als geheel. Dat is wat er nodig is om een succesvolle systeemarchitect in de industrie te zijn.”

De oproep beantwoorden

Heuberger en Meijer zullen de eersten zijn om je te vertellen dat het TUE PDEng programma geen systeemarchitecten voortbrengt, maar meer een systeemingenieur. Er is immers een groot verschil tussen het leiden van groepen van 3-5 mensen op de universiteit en het leiden van groepen van 30-50 mensen op de werkvloer. Om op het niveau van een echte systeemarchitect te komen, is ongeveer 20 jaar ervaring en ontwikkeling in de industrie nodig. Maar door jonge ingenieurs verbeterde hulpmiddelen en echte, praktische industriële ervaring te geven, geeft TUE ze een voorsprong. Natuurlijk worden niet alle stagiairs systeemarchitect, want niet iedereen is hetzelfde gebouwd. Velen van hen vinden hun plaats in andere leiderschapsrollen zoals projectmanagement, people management of technische leiding.

“Industriële partners hebben een beroep op ons gedaan om te helpen geavanceerde ingenieurs voort te brengen die verder gaan dan het masterniveau. Ze zijn op zoek naar jong talent dat als teamleider en in andere leidinggevende functies de industrie vooruit kan helpen,” stelt Heuberger. “Dus dat is wat we willen doen, we beantwoorden aan de vraag van de industrie en bereiden toekomstige ingenieurs, teamleiders, projectmanagers en systeemarchitecten voor om in die behoeften te voorzien.”

Dit artikel is geschreven door Collin Arocho, tech redacteur van Bits&Chips.

Toen hij nog studeerde, had hij niet de minste interesse in chips, laat staan in het testen ervan. Nu is Erik Jan Marinissen een autoriteit op het gebied van IC-tests en design-for-test en geeft hij zelfs les over dit onderwerp.

Toen Erik Jan Marinissen vorig jaar hoorde dat zijn papers over Design for Test op de IEEE International Test Conference (ITC) hem tot de meest geciteerde ITC-auteur van de afgelopen 25 jaar hadden gemaakt, geloofde hij het niet. “Ik had een plenaire lunchsessie overgeslagen om een presentatie voor te bereiden die ik later die dag zou geven, toen voorbijgangers me begonnen te feliciteren. Waarvoor, vroeg ik hen. Ze legden uit dat net bekend was gemaakt dat ik de meest geciteerde ITC-auteur van de afgelopen 25 jaar ben. Nou, dacht ik, dat kan niet kloppen. Natuurlijk had ik in de loop der jaren een paar succesvolle papers gepresenteerd, maar de halfgoden van de testdiscipline – de mensen tegen wie ik opkijk – zouden mij toch mijlenver voor zijn,” vertelt Marinissen.

Thuis ging Marinissen aan de slag. Hij schreef een stukje software dat door de congresgegevens zeefde om een ‘hitparade’ van auteurs en papers te maken. De uitkomst was duidelijk: hij was niet alleen de meest geciteerde auteur, maar zijn voorsprong op zijn idolen was ook nog eens behoorlijk groot. Dat ITC het meest prominente wetenschappelijke forum in zijn vakgebied is, stond buiten kijf: Marinissen is een autoriteit op het gebied van testen en design-for-test (DfT) (zie inzet “Wat is design-for-test?”).

Krediet: Imec

Toen hij er zeker van was dat er geen vergissing was gemaakt, voelde Marinissen zich “ontzettend trots”. Ik heb in de loop der jaren een aantal best-paper awards gewonnen, maar die weerspiegelen meestal de mode van het moment. Wat het ene jaar populair is, is dat het volgende jaar misschien niet meer. Mijn analyse bevestigt dit eigenlijk: niet alle bekroonde papers eindigen met een hoge citatiescore. De meest geciteerde auteur zijn laat zien dat mijn werk de tand des tijds heeft doorstaan; het is als een lifetime achievement award.”

Wat is ontwerp-voor-test?
Een moderne chip bestaat uit miljoenen of zelfs miljarden onderdelen, en zelfs een enkel onderdeel dat niet goed werkt kan de hele chip ruïneren. Daarom moet elk onderdeel getest worden voordat de chip verkocht kan worden. Het wordt aan- en uitgezet en er moet worden gecontroleerd of het van status is veranderd.
Het lastige is: je kunt niet precies elke transistor multimeteren zoals je zou doen met bijvoorbeeld een printplaat. In feite is de enige manier om ze te ‘bereiken’ de I/O, en een chip heeft veel minder I/O-pinnen dan interne componenten. Sterker nog, de grootste uitdaging bij het testen is om een pad te vinden naar elke component, met dat beperkte aantal pinnen.
Deze taak is onmogelijk zonder functies aan de chip toe te voegen die het testen vergemakkelijken. Gewoonlijk is 5-10 procent van het siliciumoppervlak van een chip nodig om testen mogelijk te maken: het toevoegen van shift-register toegang tot alle functionele flip-flops, decompressie van teststimuli en compressie van testresponsen, on-chip generatie van teststimuli en overeenkomstige verwachte testresponsen voor ingebedde geheugens. Design-for-test (DfT), in zijn enge definitie, verwijst naar de ontwerpkenmerken op de chip die geïntegreerd zijn in het IC-ontwerp om de toegang tot testen te vergemakkelijken.
In de omgangstaal wordt de term DfT echter ook gebruikt om alle testontwikkelingsactiviteiten aan te duiden. Dit omvat het genereren van de teststimulatievectoren die in opeenvolgende klokcycli worden toegepast op de ingangspennen van de chip en de verwachte testresponsvectoren waarmee de testapparatuur de werkelijke testresponses vergelijkt die uit de uitgangspennen van de chip komen. Chipfabrikanten draaien deze programma’s op automatische testapparatuur in of nabij hun fabrieken.

Divers en interessant

Het verifiëren van de berekeningen die hem een prestigieuze prijs opleverden, kan worden beschouwd als een instinct voor iemand die zijn leven heeft gewijd aan het controleren of dingen correct werken, maar Marinissen en testen waren niet bepaald liefde op het eerste gezicht. “Als student informatica aan de Technische Universiteit Eindhoven had ik niet veel affiniteit met chips of elektrotechniek. Wij CS-studenten keken eigenlijk neer op elektrotechnici. Elektrotechnici zijn alleen nuttig voor het repareren van fietslampjes, grapten we altijd. Ik weet zeker dat ze hetzelfde over ons dachten,” lacht Marinissen.

Testen leek nog minder aantrekkelijk voor Marinissen, om redenen die volgens hem vandaag de dag nog steeds gelden. “Als je niet veel van het vakgebied weet, lijkt het misschien alsof testers de rotzooi van anderen opruimen. Dat is gewoon niet erg sexy. Voor IC-ontwerp of de ontwikkeling van procestechnologie is het veel gemakkelijker om de creatieve en innovatieve aspecten te begrijpen. Zelfs vandaag de dag kom ik nog maar zelden studenten tegen die de ambitie hebben om carrière te maken in testen vanaf het moment dat ze voet aan wal zetten op de universiteit.”

Voor Marinissen was er een bijzondere wending nodig om bij testen terecht te komen. “Ik wilde mijn afstudeerwerk bij professor Martin Rem doen omdat ik hem in het algemeen aardig vond en omdat hij parttime op het Philips Natuurkundig Laboratorium werkte, waardoor hij daar afstudeerprojecten kon regelen. Zoals de meeste wetenschappers in die tijd, wilde ik graag werken op het beroemde onderzoekslab van Philips. Maar tot mijn teleurstelling had professor Rem alleen een testproject beschikbaar. Ik accepteerde met tegenzin, maar alleen omdat ik graag met de professor op het Natlab wilde werken.”

“Ik realiseerde me al snel hoe verkeerd ik het had met testen. Het is eigenlijk een divers en interessant vakgebied! Je moet iets weten over ontwerpaspecten om DfT-hardware te kunnen implementeren, over fabricage om te weten wat voor defecten je tegenkomt en over algoritmen om effectieve testpatronen te genereren. Het is eigenlijk grappig. Aanvankelijk kon ik niet minder enthousiast zijn over testen, maar inmiddels staat het op mijn voorhoofd getatoeëerd.”

Stapelmatrijzen

Nadat hij in 1990 zijn stage bij het Natlab had afgerond, overwoog Marinissen even om bij Shell Research te gaan werken, maar hij besloot dat het zinvoller was om bij een bedrijf te gaan werken dat elektronica als core business heeft. Hij solliciteerde bij het Natlab, werd aangenomen maar volgde eerst een tweejarige postacademische ontwerpcursus. Na afronding hiervan begon Marinissens carrière in 1992.

“Bij Philips hield ik me vooral bezig met het testen van systemen-op-chip die embedded cores bevatten. Een SoC combineert meerdere kernen, zoals Arm- en DSP-microprocessorkernen, en dat maakt het testen complexer. Ik hielp bij de ontwikkeling van de DfT daarvoor, die nu is opgenomen in de IEEE 1500 standaard voor embedded core test. Toen de standaard in 2005 werd goedgekeurd, zeiden veel mensen dat het te laat was. Ze dachten dat bedrijven al vastgeroest zouden zijn. Dat was niet het geval. Langzaam maar zeker is IEEE 1500 de standaard geworden voor de industrie.”

Marinissen heeft er alle vertrouwen in dat hetzelfde uiteindelijk zal gebeuren met een andere standaard die hij heeft helpen opzetten. Hij werkte hieraan nadat hij in 2008 van Philips, wiens halfgeleiderdivisie inmiddels was afgestoten als NXP, overstapte naar Imec in Leuven. Hij nam eigenlijk zelf het initiatief voor de IEEE 1838 standaard voor testtoegangsarchitectuur voor driedimensionale gestapelde geïntegreerde schakelingen. Hij was jarenlang voorzitter van de werkgroep die de standaard ontwikkelde, totdat hij zijn maximale termijn bereikte en iemand anders het roer overnam. De standaard werd vorig jaar goedgekeurd.

“Het stapelen van chips was een veelbesproken onderwerp toen ik bij Imec kwam werken. Conceptueel verschillen 3D-chips niet van SoC’s: meerdere componenten worden gecombineerd en moeten samenwerken. In 2010 had ik bedacht hoe de standaard eruit moest zien, ik had er een artikel over gepubliceerd en ik dacht: laten we die standaard snel in elkaar zetten. Deze dingen duren altijd veel langer dan je zou willen,” verzucht Marinissen.

Zijn harde werk wierp echter zijn vruchten af. Nog voordat de standaard zijn definitieve goedkeuring kreeg, ontving de wetenschappelijk directeur bij Imec de IEEE Standards Association Emerging Technology Award 2017 “voor zijn passie en initiatief ter ondersteuning van de creatie van een 3D-teststandaard.”

Krediet: Imec

Bladeren door de dia’s

Zoals veel onderzoekers geeft Marinissen ook graag les. Hij aanvaardde een positie als gastonderzoeker aan de TUE om studenten te begeleiden die – anders dan hijzelf toen hij zo oud was – geïnteresseerd zijn in DfT. In een vroeg stadium raakte hij ook betrokken bij de test- en DfT-cursus van het interne trainingscentrum van Philips, het Centre for Technical Training (CTT). “Aanvankelijk werd het grootste deel van de cursus gegeven door Ben Bennetts, een externe docent, maar ik nam het over toen hij in 2006 met pensioen ging. Ik herinner me dat ik één cursus heb gegeven toen ik nog bij NXP werkte, maar daarna jaren geen enkele – ook al mocht dat van Imec. Er was gewoon geen vraag naar.”

“Toen, in 2015, werd ik plotseling gevraagd om het twee keer in één jaar te geven. Sindsdien is er ongeveer één keer per jaar een cursus.” Tegen die tijd was de training “Test and design-for-test for digital integrated circuits” onderdeel geworden van het aanbod van het onafhankelijke High Tech Institute, hoewel, niet verrassend, veel van de cursisten werken bij bedrijven die voortkomen uit Philips Semiconductors. “Veel deelnemers hebben een achtergrond in analoog ontwerpen of testen en krijgen steeds meer te maken met digitale componenten. Ik denk dat dat begrijpelijk is, gezien de uitgebreide mixed-signal expertise in de Brainport regio.”

“Ik ben dan wel de leraar, maar het is geweldig om in een ruimte te zijn met zoveel cumulatieve halfgeleiderervaring. Er komen voortdurend interessante en intelligente vragen naar boven – vaak vragen waar ik een nachtje over moet slapen voordat ik een goed antwoord heb. Het is een hele uitdaging, maar ik geniet er enorm van. Net als, denk ik, de studenten. Ik weet zeker dat ze liever uitdagende interacties hebben dan dat ik door mijn Powerpoint-presentjes blader.”

Van het met tegenzin accepteren van een afstudeeropdracht tot het delen van zijn gezaghebbende DfT-expertise in de klas – de jonge Erik Jan Marinissen zou het nooit hebben geloofd.

Er is steeds meer vraag naar systeemarchitecten in de hightechindustrie. Ze zorgen voor focus, overzicht en resultaten in complexe ontwikkelingsprojecten. Dit betekent waarde voor klanten en euro’s voor hun eigen bedrijf. We vragen Gerrit Muller, oprichter van de Sysarch-trainingen bij High Tech Institute, naar de geheimen van goede systeemarchitecten.

Het beeld dat de meeste mensen hebben van systeemarchitecten lijkt op dat van architecten van gebouwen en constructies. Ze verwachten van deze professionals dat ze complexe machines of producten opdelen in onderdelen, deze eigenschappen geven en de interfaces tussen deze onderdelen definiëren. Het komt allemaal neer op schetsen en tekenen. In de praktijk zijn deze taken ook het meest zichtbaar. In gebouwen, maar ook in de technische industrie, waar het schetsen tot uiting komt in blokschema’s, CAD-tekeningen of piping- en instrumentatieschema’s. Alle onderdelen worden zichtbaar gemaakt en je kunt de onderdelen tekenen. Alle onderdelen worden zichtbaar gemaakt en je kunt zien hoe dingen op elkaar aansluiten.

Een architect moet inderdaad een systeem of product transparant maken. Maar dat is slechts de basis en niet waar het werk echt om draait. “Als je het in stukjes knipt, naar die stukjes kijkt en naar de verbindingen ertussen, heb je alleen een statisch beeld,” zegt Gerrit Muller, professor aan de Universiteit van Zuidoost-Noorwegen in Kongsberg en oprichter van de Sysarch-trainingen aan het High Tech Institute.

Natuurlijk zijn tekeningen nuttig. “De interfaces stellen ons in staat om de componenten los te koppelen. Ze zijn belangrijk en interfaces moeten goed gedefinieerd zijn, maar daarmee heb je nog steeds een verzameling onderdelen, een doos met onderdelen.”

De problemen, legt Muller uit, ontstaan wanneer die onderdelen met elkaar gaan interageren. “Dat is waar de waarde van het systeem zit. Want samen zorgen ze voor de beoogde functie en samen doen ze het goed genoeg, nauwkeurig genoeg, snel genoeg, betrouwbaar genoeg, veilig genoeg – een heleboel van dat soort benoembare kwaliteiten.”

Gedrag en eigenschappen komen dus voort uit de onderdelen die met elkaar interacteren. “Als systeemarchitect of systeemingenieur ontwerp je om het gewenste gedrag en de gewenste eigenschappen te krijgen en voorkom je ongewenst gedrag en vervelende eigenschappen.”

Verre van triviaal

Maar in de praktijk is deze interactie zo complex dat we niet alles kunnen voorzien en begrijpen. “Het gewenste gedrag krijgen is verre van triviaal. Een systeem ontwerpen zonder ongewenste eigenschappen is ook verre van eenvoudig. In de integratiefase, wanneer onderdelen worden gemaakt, duiken meestal onvoorziene dingen op – je krijgt niet de gewenste prestaties. Meestal lopen de dingen anders dan je bedoeld had.”

Hoe beter de systeemarchitect, hoe beter hij of zij kan beoordelen of het ontwerp zal werken?

“Ja, maar ik wil nog een stap verder gaan. Ze moeten niet alleen inschattingen maken, maar ook kunnen visualiseren en communiceren. Dat kan met schetsen en modellen. Het doel is om te communiceren met veel belanghebbenden, zoals ontwerpers, productmanagers, klanten, de baas en andere architecten. Goede architecten maken het systeem expliciet en daarmee bespreekbaar en redelijk. Zo zorgen ze ervoor dat iedereen erover kan nadenken en zijn ideeën kan inbrengen. Bijvoorbeeld door vragen te stellen als: stel dat we dit of dat doen, wat gebeurt er dan? Dit leidt tot betere beslissingen in het ontwerp of de specificatie. Het optimaal maken van deze communicatie in teams en bedrijven is de kernfunctie van de architect.”

Als voorbeeld herinnert Muller zich een beschrijving die Guido de Boer maakte toen hij nog bij ASML werkte. De Boer schreef op papier het pad op dat een silicium wafer aflegt door een lithografische stepper: via de wafer handler en wafer stage, inclusief alle handelingen zoals verplaatsen, meten en belichten. Hij noemde het verhaal “Life of the wafer”.

“Life of the wafer’ was een set tekeningen die lieten zien wat er gebeurde. Het hielp te begrijpen wat er met een wafer gebeurt, tijdens het uitlijnen, het meten van het profiel en dat soort dingen. Het nadeel was dat iedereen het gebruikte om hun problemen te bespreken, juist omdat het zo’n handig hulpmiddel was.”

Dit bleek niet effectief te zijn. “Om bijvoorbeeld een zogenaamd luchtbeeld te bespreken, is het handig om te weten wat er gebeurt in het lichtpad van een stepper: van de lichtbron via de belichter, het masker en de lens naar de fotolak. Zulke beschrijvingen van dynamische paden naast elkaar geven veel inzicht in hoe een systeem werkt. Ze bieden begrip en de mogelijkheid om te discussiëren en na te denken over het geheel. Om het dynamische gedrag te begrijpen heb je vaak een heleboel aanvullende tekeningen of modellen nodig. Op deze manier maak je het hele systeem bespreekbaar.”

Alles om meer grip te krijgen op het dynamische gedrag?

“Ja, want er is oneindig dynamisch gedrag van een systeem en zijn omgeving. In die oneindige berg interacties wil je de context visualiseren. Dit betekent dat je de gebeurtenissen zichtbaar moet maken die de grootste impact hebben. Het betekent dat de systeemarchitect moet weten wat hij kan delegeren aan anderen en wat hij kan negeren omdat het te weinig impact zal hebben. Dat is waar echte architecten om de hoek komen kijken, de professionals die weten waar ze dieper moeten graven en die de kunst van het weglaten begrijpen.”

Hoe werkt dat proces van weglaten in de praktijk?

Muller legt uit dat dit een hele kunst is omdat systeemarchitecten in een omgeving met veel ruis werken. “Er is altijd wel een teamlid dat om meer detail vraagt, terwijl iemand anders roept dat zijn deel niet zichtbaar is. Maar zodra je te veel ziet, gaan details overheersen en verdwijnen de functie en de toepassing naar de achtergrond. Je ziet niet meer hoe het werkt en wat het effect is.”

Het verbergen van de details maakt deel uit van het doorgronden van de complexiteit. Systeemarchitecten zijn zich bewust van de softwarestacks, printplaten en gekozen legeringen, ze kunnen ze ook bespreken met hun software engineers, elektriciens en monteurs, maar ze moeten niet overdrijven. Ze worden gedwongen om zich te concentreren op de meer abstracte niveaus.

Het eerste niveau is voor iedereen heel herkenbaar, dat van de modules, units of subsystemen. “Hoe je het ook wilt noemen,” zegt Muller. “Het zijn de dingen die geproduceerd worden, die je kunt aanraken. Deze passen goed in de mindset van technici. Bij lithografie zijn dat bijvoorbeeld eenheden als een stage, een wafer handler of een lens.”

Daarbovenop komt een abstractielaag, die meestal over functionaliteit gaat. “De wafer plaatsen of een wafervlak verplaatsen.”

Op het niveau daarboven worden de kwaliteiten besproken. “Goede overlay, goede scherptediepte, snelheid – dat soort dingen.”

Dan komt de laag waar de kwaliteiten samenkomen in eigenschappen van de toepassing. “Dat zijn de dingen waar je klanten op zitten te wachten, zoals opbrengst,” wijst Muller. “Je moet dus begrijpen welke rol die scherptediepte heeft en welke scherptediepte precies essentieel is en welke afwijkingen de patronen op een bewerkte wafer kunnen hebben. Op dat niveau plaats je alles meer in context.”

Volgens Muller moeten systeemarchitecten kunnen schakelen tussen meerdere gezichtspunten op al die niveaus. “Gaat het bij je product om snelheid of nauwkeurigheid? Als het accuraat en snel moet zijn, hoe accuraat en snel dan precies? Ik kan iets snel of supernauwkeurig maken, maar meestal wil je zowel snelheid als nauwkeurigheid. Dan moet je de sweet spot vinden – daar draait het allemaal om.”

Hoe herken je de potentiële systeemarchitect?

“Het spijt me dat ik het moet zeggen, maar ik heb daar geen recept voor. Ik ken goede systeemarchitecten. Het zijn vaak eigenaardige figuren, elk met hun eigen kwaliteiten. Ze zijn vaak vanuit verschillende invalshoeken het vak ingegaan. In de eerste plaats zijn ze van nature generalisten. Ze moeten het grote geheel niet uit de weg gaan, nooit bang zijn voor dingen die ze niet weten of die buiten hun gezichtsveld liggen. Ze moeten nieuwe dingen niet uit de weg gaan. Sterker nog, ze moeten er juist energie van krijgen.”

“Een architect is iemand met wie iedereen kan praten. Stel je een groot gebouw voor met een kamer waar collega’s altijd langskomen. Dat is waarschijnlijk waar de systeemarchitect zijn bureau heeft, ook al heeft hij misschien niet officieel die functietitel. De interactie met hem is een natuurlijk verschijnsel in het team omdat anderen ervaren dat deze persoon hen helpt.”

Als een bedrijf nog geen systeemarchitect heeft, is dit dan de persoon om naar op zoek te gaan?

“Precies. Als je daar het profiel van de systeemarchitect naast legt, zoals we dat definiëren in de Sysarch-cursus, komt het meestal mooi overeen. Nog één ding: systeemarchitecten zijn altijd aan het multitasken.”

Wat bedoel je daar precies mee?

“In staat zijn om voortdurend van gezichtspunt te veranderen, zoals wij dat noemen. Een probleem vanuit verschillende invalshoeken bekijken. Dat kun je leren of misschien word je gedwongen om het te leren. Dit multitasken is essentieel maar kan erg vermoeiend zijn. Sommige mensen zijn heel goed in systeemdenken, maar zijn helemaal de weg kwijt als ze moeten multitasken.”

Wat zijn de grootste uitdagingen voor mensen die nieuw zijn in deze functie?

“Mensen concentreren zich vaak te veel op het systeem en de technologie. Je moet ze helpen om uit het systeem te stappen en zich te verdiepen in de wereld van klanten, de productlevenscyclus en het bedrijf. Ze moeten meer naar buiten treden en daar hebben ze een duwtje in de rug bij nodig. Communicatie- of soft skills zijn ook nuttig.”

“Stel je een groot gebouw voor met een kamer waar collega’s altijd binnenlopen. Dat is waarschijnlijk het kantoor van de systeemarchitect, ook al draagt hij die functietitel misschien niet officieel.”

De complexiteit van systemen neemt toe. Neemt hierdoor de behoefte aan systeemarchitecten toe?

“Je zou hopen dat de problemen van twintig jaar geleden zo bekend zijn dat we ze nu op een meer gestructureerde manier kunnen oplossen. Dat zou de architecten van nu in staat stellen om zich te richten op de complexere problemen. Er is bijna geen systeem meer dat niet verbonden is met andere systemen. Er zijn bijna geen functies en mogelijkheden meer die niet afhankelijk zijn van meerdere systemen. Ik moet het systeem waaraan ik werk begrijpen, maar ook andere systemen, inclusief de interactie en de mensen eromheen. Die complexiteit, die groei, dat is een feit.”

Je bent professor in Noorwegen en werkt één dag per week bij ESI in Eindhoven. Wat is de aard van de problemen waar bedrijven u om vragen?

“Alle vragen die ook in de Sysarch-opleiding. Wat is de rol van de architect in mijn organisatie? Hoe houd ik rekening met de langetermijnstrategie? Hoe kan ik architecten helpen om hun werk zo goed mogelijk te doen?”

“Sommige bedrijven zeggen meteen: Ik wil aan model-based system engineering doen, MBSE. Dan ben ik altijd nieuwsgierig naar hun echte vraag. Hebben ze een administratieve noodzaak? Moeten ze voldoen aan de regels van de Amerikaanse FDA? Of moeten ze beter onderzoeken of communiceren? Je kunt om veel verschillende redenen modelleren.”

“Veel bedrijven worstelen met dezelfde vraag: ze willen een platform creëren omdat ze producten 1, 2 en 3 hebben met veel synergie ertussen, maar allemaal verschillend. Of ze hebben constant projecten om verschillende productvarianten te maken. Platformen, standaardisatie – daar krijg ik vaak vragen over. Voor een architect is dit een evenwichtsoefening omdat standaardisatie dingen star kan maken, waardoor de waarde voor klanten afneemt.”

Kan de kennis op het gebied van systeemarchitectuur in hanteerbare brokken worden verpakt?

“Dit roept de vraag op: wat is het kunnen en wat is de kunst? Wat kunnen we mensen bieden aan methoden en middelen, en wat kun je als docent niet overdragen? Bekwame systeemarchitecten hebben een hele ontwikkeling doorgemaakt. Dat is een opeenstapeling van tijd en ervaring. Maar als je iets al heel lang doet, betekent dat nog niet dat je de vaardigheid hebt ontwikkeld. Er is doorgewinterde ervaring nodig. Het gaat erom situaties te herkennen en erover na te denken. Weten waarom sommige dingen niet werken omdat je het hebt meegemaakt en de volgende keer weet je hoe je het de eerste keer goed moet doen. Zo’n cyclus van reflectie is eigenlijk essentieel voor een systeemarchitect om te leren en een bruikbaar ervaringsniveau te bereiken.”

Dit artikel is geschreven door René Raaijmakers, tech-redacteur van Bits&Chips.

Hoewel machine learning beveiligingsonderzoek zich nog in een vroeg stadium bevindt, is het duidelijk dat inputmogelijkheden zonder barrières de bedreigingen vergroten. Je hoeft geen toetsenbord meer aan te raken om een machine-leersysteem voor de gek te houden. Softwarebeveiligingsdeskundige Balázs Kiss behandelt een aantal punten op dit nieuwe gebied en geeft advies over de basisbeschermingsmaatregelen.

Net als software in het algemeen zijn machine-leersystemen kwetsbaar. “Aan de ene kant zijn het net pasgeboren baby’s die volledig op hun ouders vertrouwen om te leren hoe de wereld werkt – inclusief ‘achterdeurtjes’ zoals sprookjes of de Kerstman”, zegt beveiligingsexpert Balázs Kiss van Cydrill, een bedrijf dat gespecialiseerd is in softwarebeveiliging. “Aan de andere kant zijn machine-leersystemen als oude katten met een slecht gezichtsvermogen – als een muis leert hoe de kat jaagt, kan hij gemakkelijk voorkomen dat hij wordt gezien en gevangen.”

Volgens Kiss ziet het er niet goed uit. “Machine learning-beveiliging wordt een kritisch onderwerp.” Hij wijst erop dat de meeste softwareontwikkelaars en experts in machine learning zich niet bewust zijn van de aanvalstechnieken. “Zelfs niet degenen die al lang bekend zijn in de softwarebeveiligingsgemeenschap. Ook zijn ze niet op de hoogte van de bijbehorende best practices. Dit zou moeten veranderen.”

Beveiligingsexpert en ervaren softwaretrainer Balázs Kiss heeft onlangs een nieuwe cursus ontwikkeld over machine learning-beveiliging die binnenkort wordt uitgerold door High Tech Institute in Nederland.

Machine learning (ML) oplossingen zijn – net als softwaresystemen – op verschillende manieren kwetsbaar en vergroten de beveiligingsbehoeften. Vorig jaar werd dit op een vrij gênante en eenvoudige manier duidelijk gemaakt door twee studenten uit Leuven. Ze slaagden er gemakkelijk in om Yolo (You Only Look Once), een van de populairste algoritmes om objecten en mensen te detecteren, te misleiden. Door een kartonnen bord met een kleurrijke print van 40 bij 40 cm voor hun lichaam te dragen, maakten Simen Thys en Wiebe Van Ranst zichzelf ondetecteerbaar als menselijke personen. Een ander voorbeeld komt van McAfee-onderzoekers die erin slaagden de Tesla autopilot voor de gek te houden door snelheidsborden verkeerd te classificeren en de auto sneller te laten rijden dan 35 mph.

Ken uw vijand

“Een essentiële voorwaarde voor cyberbeveiliging is: ken je vijand”, zegt Kiss, die ook een ervaren softwaretrainer is en onlangs een gloednieuwe cursus over ML-beveiliging heeft ontwikkeld die binnenkort door High Tech Institute in Nederland wordt uitgerold. “Het belangrijkste is dat je moet denken met het hoofd van een aanvaller,” zegt hij.

Laten we eens kijken waar aanvallers zich op richten bij machine learning. Het begint allemaal met het onderzoeken van wat beveiligingsexperts “het aanvalsoppervlak” noemen, de combinatie van alle verschillende punten in een softwareomgeving waar een ongeautoriseerde gebruiker kan proberen gegevens binnen te komen of te extraheren. Het aanvalsoppervlak zo klein mogelijk houden is een basisveiligheidsmaatregel. Zoals de studenten uit Leuven bewezen: om een ML-systeem te misleiden hoef je niet eens een toetsenbord aan te raken.

Een veelgebruikt gezegde in de wereld van machine learning is “garbage in, garbage out”. Alle algoritmen gebruiken trainingsgegevens om hun gedrag vast te stellen en te verfijnen. Slechte gegevens resulteren in onverwacht gedrag. Dit kan komen doordat het model goed presteert op de trainingsgegevens maar niet in staat is om de resultaten te generaliseren naar andere voorbeelden (overfitting), doordat het model niet in staat is om de onderliggende trends van de gegevens vast te leggen (underfitting) of door problemen met de dataset. Vertekende, foutieve of dubbelzinnige trainingsgegevens zijn natuurlijk toevallige problemen en er zijn manieren om hiermee om te gaan. Bijvoorbeeld door geschikte test- en validatiedatasets te gebruiken. Een tegenstander die dergelijke slechte invoer opzettelijk invoert, is echter een heel ander scenario waarvoor we ook speciale beschermingsbenaderingen nodig hebben.

Aanvallers zijn slim

Kiss: “We moeten gewoon aannemen dat er kwaadwillende gebruikers zullen zijn. Deze aanvallers hoeven niet eens bepaalde privileges te hebben binnen het systeem, maar ze kunnen ruwe invoer leveren als trainingsgegevens en de uitvoer van het systeem zien, meestal de classificatiewaarde. Dit betekent al dat ze opzettelijk slechte of kwaadaardige data kunnen sturen om onbedoelde ML-fouten te veroorzaken.”

“Maar dat is slechts het topje van de ijsberg,” vindt Kiss. “Houd in gedachten dat aanvallers altijd naar een doel toewerken. Ze richten zich op specifieke aspecten van de ML-oplossing. Door de juiste invoer te kiezen, kunnen ze veel potentiële schade aanrichten aan het model, de gegenereerde voorspelling en zelfs de verschillende stukjes code die deze invoer verwerken. Aanvallers zijn slim. Ze zijn niet beperkt tot het sturen van statische inputs – ze kunnen leren hoe het model werkt en hun inputs verfijnen om de aanval aan te passen.”

In het geval van supervised learning omvat het alle drie de grote stappen van de ML-workflow. Voor training kan een aanvaller invoergegevens leveren. Voor classificatie kan een aanvaller invoergegevens leveren en het classificatieresultaat lezen. Als het ML systeem feedback functionaliteit heeft, kan een aanvaller ook valse feedback geven (“fout” voor een goede classificatie en “correct” voor een slechte) om het systeem in de war te brengen.

Ambachtelijke input

Veel aanvallen maken gebruik van zogenaamde adversaire voorbeelden. Deze bewerkte invoer maakt gebruik van het impliciete vertrouwen dat een ML systeem stelt in de trainingsgegevens van de gebruiker om de veiligheid te schaden (vergiftiging) of verleidt het systeem om de invoer verkeerd te categoriseren (ontwijking). Er bestaat op dit moment geen onfeilbare methode die deze voorbeelden automatisch kan detecteren en filteren; zelfs de beste oplossing, waarbij een systeem wordt geleerd om voorbeelden van tegenstanders te herkennen, heeft een beperkte reikwijdte.

Door een kartonnen bord met een kleurrijke print van 40 bij 40 cm voor hun lichaam te dragen, maakten Simen Thys en Wiebe Van Ranst zichzelf ondetecteerbaar als menselijke personen. Krediet: KU Leuven/Eavise

Er zijn natuurlijk verdedigingen om tegenstrijdige voorbeelden te detecteren of te beperken. Een intelligente aanvaller kan echter oplossingen zoals obfuscation verslaan door op een adaptieve manier een set voorbeelden van tegenstanders te produceren. Kiss wijst op een aantal uitstekende artikelen die dit belichten, zoals die van Nicholas Carlini en zijn collega’s bij Google Brain.

Al met al staat het onderzoek naar ML-beveiliging nog in de kinderschoenen. De huidige onderzoeken richten zich vooral op beeldherkenning. Sommige verdedigingstechnieken die goed werken voor afbeeldingen zijn echter mogelijk niet effectief voor tekst of audio. “Dat gezegd hebbende, zijn er nog genoeg dingen die je kunt doen om jezelf in de praktijk te beschermen,” vertelt Kiss. “Helaas zal geen enkele je volledig beschermen tegen kwaadaardige activiteiten. Ze zullen echter allemaal lagen van bescherming toevoegen, waardoor de aanvallen moeilijker uit te voeren zijn.”

Het belangrijkste is volgens de Cydrill-expert dat je denkt met het hoofd van een aanvaller. “Je moet neurale netwerken trainen met aanvalsvoorbeelden om ze deze informatie expliciet als onjuist te laten herkennen.” Volgens Kiss is het een goed idee om adversarial samples te maken en te gebruiken van alle momenteel bekende aanvalstechnieken. Een testraamwerk kan zulke monsters genereren om het proces gemakkelijker te maken. Er zijn bestaande tools voor beveiligingstesten die hierbij kunnen helpen, zoals ML fuzz testers Tensorfuzzs en Deeptest, die automatisch ongeldige of onverwachte invoer genereren.

Gezond verstand controles

Het beperken van de mogelijkheden van de aanvaller om vijandige samples te versturen is altijd een goede beperkingstechniek. Dit kan eenvoudig bereikt worden door het aantal geaccepteerde inputs van een gebruiker te beperken. Natuurlijk kan het niet eenvoudig zijn om te detecteren dat dezelfde gebruiker achter een set inputs zit. “Dit is dezelfde uitdaging als in het geval van gedistribueerde denial-of-service aanvallen, maar dezelfde oplossingen zouden ook kunnen werken.”

Zoals altijd bij softwarebeveiliging kan invoervalidatie helpen. Het is misschien niet triviaal om automatisch goede van slechte invoer te onderscheiden, maar het is zeker het proberen waard. We kunnen ook machine learning zelf gebruiken om afwijkende patronen in de invoer te identificeren. “In het eenvoudigste geval, als gegevens die we ontvangen van een niet-vertrouwde gebruiker consequent dichter bij de classificatiegrens liggen dan bij het gemiddelde, kunnen we de gegevens markeren voor handmatige controle, of ze gewoon weglaten.”

Het regelmatig uitvoeren van controles met testgegevens kan ook helpen. Het uitvoeren van dezelfde testdataset tegen het model bij elke hertrainingscyclus kan pogingen tot een vergiftigingsaanval aan het licht brengen. Kiss: “Afwijzen bij negatieve impact, Roni, is hier een typische verdediging, die detecteert of het vermogen van het systeem om de testdataset te classificeren afneemt na de hertraining.”

Het meest voor de hand liggende feit over ML-beveiliging wordt vaak over het hoofd gezien, merkt Kiss op. “Machine learning-oplossingen zijn softwaresystemen. We programmeren ze in Python – of mogelijk C++ – en dus dragen ze potentieel alle veelvoorkomende beveiligingszwakheden met zich mee die op die talen van toepassing zijn.” De Cydrill trainer raadt ons vooral aan om bewust te zijn van punt 9 uit de OWASP Top Tien. Het Open Web Application Security Project is een document dat de tien meest kritieke beveiligingsproblemen in webapplicaties samenvat om het bewustzijn te vergroten en het risico op aanvallen te minimaliseren. Punt 9 waarschuwt ontwikkelaars voor het gebruik van componenten met bekende kwetsbaarheden. “Elke kwetsbaarheid in een wijdverspreid ML-framework zoals Tensorflow of een van zijn vele afhankelijkheden kan verstrekkende gevolgen hebben voor alle applicaties die het gebruiken.”

Mogelijke aanvalsdoelen

De aanvallers communiceren met het ML-systeem door gegevens in te voeren via het aanvalsoppervlak. Begin te denken met het hoofd van de aanvaller en stel vragen. Hoe verteert de applicatie de informatie? Wat voor soort gegevens? Accepteert het systeem afbeeldingen, audio- en videobestanden? Of zijn er beperkingen? Zo ja, hoe controleert het de types? Doet het programma enige parsing of delegeert het dit volledig aan een open-source of commercieel beschikbare mediabibliotheek? En heeft het programma na het voorbewerken van de gegevens aannames (lege velden, eisen aan waarden)? Worden de gegevens opgeslagen in een relationele database of in XML of JSON? Zo ja, welke bewerkingen voert de code uit op deze gegevens wanneer ze worden verwerkt? Waar worden de hyperparameters opgeslagen en zijn ze tijdens runtime aan te passen? Maakt de applicatie gebruik van bibliotheken, frameworks, middleware of webservice-API’s van derden als onderdeel van de workflow die gebruikersinvoer verwerkt? Zo ja, welke?

Kiss: “Elk van deze vragen kan wijzen op potentiële aanvalsdoelen. Ze kunnen allemaal kwetsbaarheden verbergen die aanvallers kunnen uitbuiten om hun oorspronkelijke doel te bereiken.”

Deze typen kwetsbaarheden zijn niet zozeer gerelateerd aan machine learning als wel aan de onderliggende technologieën: de programmeertaal zelf (waarschijnlijk Python), de implementatieomgeving (mobiel, desktop, cloud) en het besturingssysteem. Maar de gevaren die ze vormen zijn net zo kritiek als de voorbeelden van tegenstanders – succesvolle exploitatie kan leiden tot een volledige compromittering van het ML-systeem. Dit beperkt zich niet tot de code van de applicatie zelf. Onderzoeker Rock Stevens van de Universiteit van Maryland onderzocht kwetsbaarheden in veelgebruikte platforms zoals Tensorflow en Pytorch.

Echte bedreigingen

De belangrijkste boodschap van Kiss is dat ML-beveiliging veel echte bedreigingen omvat. Het is niet slechts een deelverzameling van cyberbeveiliging, het deelt veel eigenschappen van softwarebeveiliging in het algemeen. We moeten ons zorgen maken over kwaadaardige samples en adversarial learning, maar ook over alle gebruikelijke zwakke plekken in de beveiliging van software. Machine learning is tenslotte software.

ML-beveiliging is een nieuwe discipline. Het onderzoek is nog maar net begonnen, we beginnen nog maar net de bedreigingen, de mogelijke zwakke plekken en de kwetsbaarheden te begrijpen. Toch kunnen ML-experts veel leren van softwarebeveiliging. Daar hebben we de afgelopen decennia veel van geleerd.

Dit artikel is geschreven door René Raaijmakers, tech-redacteur van Bits&Chips.

Als projectmanager, systeemarchitect en crisismanager in de hightechindustrie heeft Luud Engels de reputatie om geen blad voor de mond te nemen. Naast zijn consultancywerk is hij onlangs begonnen als systeemarchitect(en)-trainer bij High Tech Institute. “Duidelijke communicatie is essentieel in complexe ontwikkelomgevingen.”

Je wilt niet met Luud Engels beginnen over hoe ruimdenkend en communicatief we in de Nederlandse hightech zijn als systeemarchitect. Hij zal krachtig reageren en benadrukken hoe hypocriet het is om dat te geloven. “Hier in Brabant zijn we helemaal niet zo open. Ga maar bij een koffieautomaat staan en luister. We praten niet met je, maar over je.”

Als het aankomt op directe communicatie – of beter gezegd confrontatie – heeft Engels een reputatie. Een paar maanden geleden werd hij de laan uitgestuurd nadat hij – volgens zijn klant – duidelijk had gemaakt wat er mis was binnen het bedrijf. “Ik ben ervan overtuigd dat je op het juiste moment alles tegen iedereen kunt zeggen – of het nu in een teamvergadering is of een discussie tussen twee mensen. Natuurlijk doen de meeste Nederlanders dat niet. Maar ik schijn er ook niet in uit te blinken, want ik zeg dingen soms zo bot dat mensen tegen me zeggen dat ik moet oprotten.”

Engels’ waardering voor feitelijke en heldere communicatie komt voort uit zijn jarenlange ervaring als projectmanager, systeemarchitect, crisismanager en lid van het managementteam bij ingenieursbureau TMC. Zijn advies voor ontwikkelomgevingen: “Zeg wat je denkt. Ook over persoonlijke zaken. Het is prima om iemand te vertellen dat zijn blauwe shirt je stoort. Maar uitspraken als ‘Microsoft zuigt en Apple is goed’ helpen niet. Maak het feitelijk: gaan we objectgeoriënteerd of procesgeoriënteerd werken? Gaan we glas of titanium gebruiken? Wat zijn de voordelen? Wat zijn de nadelen? Als we het over glas hebben, hoef ik niet de hele geschiedenis van de glasblazerij te kennen. Ik wil de vijf belangrijkste criteria – in getallen, niet in positieve en negatieve. Als je de belangrijkste parameters kent, weet je ook hoe je ze moet meten en kunnen we afspraken maken over de eerste ontwikkelingsstappen om de metingen mogelijk te maken.”

Engels benadrukt dat bij de ontwikkeling van hightechsystemen meerdere wegen naar Rome leiden en dat het belangrijk is om bij de gemaakte keuze te blijven. “Zorg ervoor dat het hele team op zijn minst op dezelfde weg zit, in plaats van eindeloos te zoeken naar de enige juiste oplossing – die per definitie niet bestaat.”

Maar soms kunnen zelfs de eenvoudigste dingen misgaan. “Een keer, na een positief gesprek met een klant, ontving ik het rapport in spreektaal Nederlands. Ik vroeg of de vertegenwoordigers van de klant de tekst hadden goedgekeurd. Dat hadden ze natuurlijk niet. Dus stond ik erop om het in het Engels op te schrijven, het aan de klant voor te leggen en om goedkeuring te vragen. Het gaat tenslotte vaak om beslissingen met verstrekkende gevolgen. Toch bleek de synchronisatie met de klant een hele klus.”

De wetten van Luud

• Als de financiële mensen het overnemen, wordt het technische belang secundair; als de ingenieurs de leiding nemen, gaat het financieel kapot
  (Over het in evenwicht brengen van techniek en geld in hightech OEM’s)
• De klant die vraagt om een crisis af te wenden is voor de helft de boosdoener of onderdeel van de crisis in kwestie (Over crisismanagement)
• Ik geloof heilig in de kracht van de buitenstaander (Over de crisismanager)
• We praten langs elkaar heen: de een praat in Newton per vierkante meter, de ander in bits per seconde (Over communicatie en samenwerking in hightech)
• Een crisis verdwijnt niet door de mensen weg te sturen die de vinger op de zere plek leggen (Over gestrande ontwikkelingsprojecten)

De buitenstaander

Engels’ uitgebreide technische carrière begon met een studie elektrotechniek, waarna hij in dienst trad bij Sattcontrol, een Zweedse specialist in industriële automatisering. Hij programmeerde PLC’s voor eiersorteermachines, zuivelfabrieken en geautomatiseerde magazijnen. Later stapte hij over op Fortran voor PDP- en Vax-minicomputers.

Na vijf jaar stapte Engels over naar Cap Volmac (later Cap Gemini), waar hij projecten deed. Hoewel hij voornamelijk in engineering werkte, lag de kern van Cap bij bedrijfsautomatisering. “Ik heb veel geleerd over het ontwikkelen van computersystemen en software volgens de regels.”

Engels begon voor Cap bij ASML, daarna werkte hij aan snelwegsignalering bij Rijkswaterstaat en nam uiteindelijk leidinggevende functies op zich. Later kwamen daar audits bij. Hij schat dat hij ongeveer twintig projecten heeft beoordeeld. “Na een dag rondlopen weet je wat er aan de hand is en waar het project fout is gegaan”, zegt hij. Lachend: “En zeker niet omdat ik zo slim ben, of omdat ik zoveel gezien heb, maar vooral omdat ik een buitenstaander was.”

Engels gelooft heilig in de kracht van de buitenstaander. “Je komt bij bedrijven waar het helemaal mis is gegaan en dan mag je rondlopen en met 5-10 mensen praten. Ze hebben allemaal een mening over het crisisproject. Je krijgt het hele verhaal te horen. Mensen willen hun hart uitstorten. Je hoort wat er mis is en vooral: wat anderen niet mogen zeggen.”

De eigenwijze technicus

Technici zijn een koppig, eigenwijs type – en Engels kan het weten, want hij past zeker in dat plaatje. “We zijn ingenieurs, nietwaar? We denken zo: ‘Ik ben een elektrotechnisch ingenieur en volgens mijn berekeningen is het 5 volt. Als je het niet snapt, leg ik het nog een keer uit, maar de uitkomst blijft 5 volt. Jij bent gek, niet ik.’ Terwijl het in projecten vooral gaat om effectieve samenwerking. Dat is het moeilijke deel. De een praat in newton per vierkante meter, de ander in bits per seconde. De één praat over het doel, de ander over de oplossing. De hightech is één grote toren van Babel. Dat begint bij de requirements en loopt door tot het ontwerp, de integratie en het testen. Net zo goed: als ik een project zelf doe en er komt een buitenstaander, dan schiet die er ook gaten in.”

Luud Engels leidt half november de System Architect (Sysarch) training in Leuven (België).

Engels komt het liefst tussenbeide als de crisis op zijn dieptepunt is. Neem het Fusion-project dat eind jaren negentig bij Philips liep. Het ambitieuze doel was om één platform te gebruiken voor de mechanische, elektrische en softwareconstructie van medische diagnosesystemen. Het idee was dat kostenbesparingen door hergebruik de omvangrijke operatie zouden rechtvaardigen. “De directeur schetste zijn probleem als volgt: elke maand kwamen er dertig nieuwe ontwikkelaars bij en elke maand vertelden ze hem dat de oplevering weer twee maanden vertraging opliep.”

Engels paste opnieuw de kracht van de buitenstaander toe. “De buitenstaander mag spreken. Hoe dieper de crisis, hoe ontvankelijker men is voor berichten van buitenaf. Meestal hebben andere mensen er al naar gekeken. Maar vaak legden ze de vinger op zere plekken die ze niet mochten aanwijzen en moesten ze uiteindelijk vertrekken. Ze vroegen me om de huidige projectleider te vervangen omdat hij de vertraging niet kon inhalen. Maar een crisis verdwijnt niet als je de mensen wegstuurt die de vinger op de zere plek hebben gelegd. In plaats daarvan ging ik de zittende projectleider helpen. Samen hielden we de crisis binnen de perken door de scope aan te passen en te werken met vroege feedback. Een van mijn wetten is: de klant die vraagt om een crisis af te wenden, is voor de helft de boosdoener of heeft er op zijn minst een dominant aandeel in.”

Is het tunnelvisie?

“Let wel: je hebt het over zeer competente mensen met zeer relevante argumenten en tonnen aan kennis. Maar gaandeweg is de oplossing of werkwijze in verschillende silo’s geplaatst. Zeer bekwame mensen slijten paden af en creëren loopgraven die zo diep zijn dat je nauwelijks over de rand kunt kijken. Iedereen heeft zijn loopgraaf en verdedigt die koppig. Je hoort mensen dingen zeggen als: “Hier valt niet over te onderhandelen! Als je dat hoort, wijst het je naar waar het fout is gegaan en waar een mogelijk begin van de oplossing ligt.”

Waar begint de oplossing?

“De eerste wet van crisismanagement is beheersing. Bij Fusion betekende dit dat ze moesten stoppen met het toevoegen van dertig mensen per maand. In plaats daarvan moesten ze er twintig per maand schrappen en de omvang beperken. De diepere oorzaak was volgens mij pure zelfoverschatting. Het platformidee voor software alleen is een grote uitdaging. Maar als je mechanica en elektronica erbij gaat betrekken, voor alle diagnostische producten, wordt het in één keer te veel. Het is al moeilijk genoeg om elektronica, software en mechanica samen te ontwikkelen voor één systeem, maar proberen om in één project één platform te ontwikkelen voor verschillende productlijnen is op zijn zachtst gezegd naïef. In die tijd moesten ze ook samenwerken met ontwikkelaars in Bangalore en wilden ze tegelijkertijd van CCM-niveau 2 naar niveau 3 gaan. Dat moest meteen stoppen. Je moet de reikwijdte van een project in crisis beperken en verbeterinitiatieven op lange termijn uitstellen.”

“Het is vaak zo dat de technici al weten wat er mis is en het management ook. Beiden hebben gelijk, maar samen komen ze niet tot een oplossing. Veel later deed ik een klus bij Philips DPS, waar ik zag dat Philips grote vooruitgang had geboekt. Vingers op zere plekken leggen mocht echter nog steeds niet, helaas.”

Hoe wordt dit op de juiste manier gedaan?

Begin klein, zegt Engels. “Je hebt vroegtijdige feedback nodig, bij voorkeur van een launching customer. Ik heb het Martin van den Brink bij ASML vaak horen zeggen: zet alles in elkaar, laat me zien dat het werkt. Dan daagt hij mensen uit door te zeggen: ‘Je fysica werkt niet.’ Er was veel van dat soort dingen tijdens de vroege integratie. Veel later introduceerde de industrie er mooie woorden voor en noemde het Scrum, Agile en snelle ontwikkeling. Maar het punt is dat je feedback nodig hebt en het is belangrijk om daar in een vroeg stadium mee te beginnen. Het doel moet zijn om elke zes weken iets op te leveren dat echt werkt. Zo niet, dan heb je de middelen om uit te zoeken waarom het mislukte, waarom de fysica niet werkte. Op dat moment moet je misschien accepteren dat je je deadline niet gaat halen. Wat je zeker niet moet doen is meer mensen binnenhalen.”

“Als technici je vertellen dat ze meer tijd nodig hebben om iets te onderzoeken, moet je achterdochtig worden. Van den Brink is ook een meester in het inschatten of uitdagen daarvan.”

Een andere noodzaak: “Maak mensen eigenaar van een probleem. Zeker in omgevingen met complexe ontwikkelingen, waar nog niet eens een begin van een oplossing is en nieuwe uitvindingen nodig zijn, voelt iedereen zich de meester van zijn idee, met zijn persoonlijke inzicht. Wij Nederlanders zijn er ook heel goed in om elke gelegenheid aan te grijpen om hier heel breed over te praten. Maar je moet gewoon de volgende stap zetten. Dat is het enige waar een project baat bij heeft. Dus als je met dertig mensen in een kamer zit en er komen problemen, dan moet de projectmanager, de crisismanager of de systeemarchitect voor elk probleem een verantwoordelijke aanwijzen. Dit geldt ook voor deadlines voor resultaten en beslissingen.”

Volgens Engels zit het wel degelijk in de cultuur van ASML, maar is het daar op een gegeven moment uit de hand gelopen. “Ze stelden overal een eigenaar voor aan en noemden hem projectleider. McKinsey heeft ooit een analyse gedaan bij ASML van projectleiders en projectgroottes. Daaruit bleek dat er gemiddeld 1,2 mensen op elk project zaten, inclusief de projectleider! Dan loop je het risico dat deze eigenaren, deze projectleiders, gaan concurreren om de beschikbare middelen en het onderliggende probleem naar de achtergrond verdwijnt.”

Engels heeft uitgebreide ervaring als projectmanager, systeemarchitect en crisismanager in de hightechindustrie.

De productmanager definieert het product dat goed zal presteren in de markt. Hij bepaalt het beschikbare budget – vaak te weinig – en onderhandelt met de systeemarchitect of het voor dat geld gemaakt kan worden. Engels: “Het is een evenwichtsoefening. Bij volwassen producten werkt het anders, maar bij een eerste ontwikkeling wil je zo snel mogelijk een proof of concept. Of in ieder geval een bevestiging dat je ideeën kloppen en dat je op de goede weg bent.”

In hoeverre moet de systeemarchitect, net als de productmanager, rechtstreeks met klanten praten?

“In hightech staat dat buiten kijf. Daar komen de productmanager en de systeemarchitect samen. Ze moeten wel. De eerste is meer gericht op de business, de tweede kijkt naar de technologie en of het haalbaar is. Het zijn twee kanten van dezelfde medaille. Deze samenwerking tussen de productmanager en de systeemarchitect wordt steeds gebruikelijker. Toch zie ik nog steeds systeemarchitecten die de noodzakelijke afstemming met de projectmanager of het operationeel management bagatelliseren. Je loopt dan het risico dat een oplossing die perfect aan de behoeften van de markt voldoet, uiteindelijk toch mislukt in de realisatiefase.”

Bij kleinere ontwikkelprojecten, met tien tot twintig ontwikkelaars, kan één persoon de rol van zowel projectmanager als systeemarchitect op zich nemen. Bij grotere projecten, met tientallen of honderden ontwikkelaars en enkele tientallen leveranciers, is het belangrijk om je op te splitsen. Engels heeft ervaring in beide rollen. “De projectmanager stelt harde deadlines en een systeemarchitect moet daarmee werken.”

“De projectmanager moet bepalen welke problemen de systeemarchitect nog moet oplossen en met wie. Samen bespreek je de ins en outs, weeg je de voor- en nadelen af, bepaal je de belangrijkste parameters en dan belt de projectmanager de systeemarchitect: eind volgende week nemen we een beslissing! Het draait allemaal om richting, het bedenken van een format waarbij deskundige mensen betrokken zijn om tot gekwantificeerde uitspraken te komen waarmee je echt een beoordeling kunt maken.”

Een systeemarchitect heeft een grote invloed op productontwikkeling, maar heeft vaak een minder zichtbare rol.

“Hij is een ervaren technicus, maar zijn waarde ligt vooral in zijn kijk op de business. Negenennegentig van de honderd keer kent de systeemarchitect de markt waarin zijn product of systeem gaat landen. Dat is nodig om de markt- en producteisen te vertalen naar de systeemeisen en vervolgens het ontwerp te schetsen.”

Er is heel wat ervaring voor nodig om dat niveau te bereiken. Tegelijkertijd merkt Engels op dat het concept van een systeemarchitect aan inflatie onderhevig is. “Tegenwoordig zijn er overal architecten. Een software architect is meestal een senior software ontwikkelaar, een requirements engineer of iemand die verantwoordelijk is voor engineering. Ik wil niets ten nadele van zo’n lead engineer zeggen. Toch is het verschil met de systeemarchitect dat de laatste de business moet kennen, moet begrijpen hoe waarde wordt gegenereerd en dus moet begrijpen waarom het binnen een bepaalde hoeveelheid tijd en geld moet gebeuren.”

“Dit is ook het geval in de bouw. Je architect vraagt je wat je met je toekomstige huis gaat doen en past zijn ontwerp daarop aan. Ga je veel koken of wil je vooral wijn drinken? Daarom doet Van den Brink het zo goed bij ASML. Hij gaat naar klanten toe en legt uit wat voor lithosystemen ze nodig hebben. Hij kent de markt als geen ander. Sterker nog, hij dicteert de markt. Dat betekent dat hij als geen ander de doelen en de timing van chipfabrikanten begrijpt, inclusief hoe hun productieprocessen eruit zien. Als ze het hebben over kritieke afmetingen en overlay, kan hij uitleggen dat zijn machine dat kan en ook onderbouwen waarom.”

Dit artikel is geschreven door René Raaijmakers, tech-redacteur van Bits&Chips.

Met de groeiende afhankelijkheid van software in een steeds meer high-tech wereld, is het belangrijker dan ooit om als software architect de kunst van software engineering onder de knie te krijgen. Trainers Robert Deckers en Bart Vanderbeke hebben het op zich genomen om van ontwikkelaars vakmannen te maken.

“Een collega vertelde me ooit over een van zijn voormalige projectmanagers die, toen hij zich realiseerde dat de schattingen niet klopten met zijn tijdlijn, ze gewoon doormidden hakte om ze passend te maken. Ik vind het ongehoord, niet alleen dat je zoiets doet als projectmanager, maar ook dat mensen dat soort gedrag vertonen. Je hoeft hem niet uit te schelden, maar je kunt wel je mond open doen. In plaats daarvan klaagt iedereen aan het eind van het project, als alles in het honderd is gelopen, over hoe hen dit is overkomen.”

Geïnspireerd door Google executive Fred Kofman en zijn boek “Conscious business“, roept Bart Vanderbeke software architecten op om te stoppen met het spelen van het slachtoffer. “Het is onaanvaardbaar en ongezond”, beweert hij. “Jij bent de vakman. Als iemand je zegt dat je iets in de helft van de tijd moet doen, of het ontwerp moet overslaan, of geen reviews moet doen, dan zeg je nee – constructief. Software-architecten zijn schaars, dus je zit in een comfortabele positie, zeker geen positie om jezelf te beschuldigen. Verschuil je niet achter ‘management’. Als software vakman, om een term van Kofman te gebruiken, ben je ‘onvoorwaardelijk verantwoordelijk’ voor alles wat je wel of niet doet.”

“Je moet onvoorwaardelijke verantwoordelijkheid nemen, wat letterlijk betekent dat je het vermogen moet hebben om te reageren – op een zinvolle manier,” zegt Bart Vanderbeke. Credit: Bart Vanderbeke

Bij NXP in Leuven leidt Vanderbeke een team van vijftien softwarearchitecten die werken aan 2,4 GHz radiotoepassingen voor persoonlijke gezondheid – denk aan gehoorapparaten, koptelefoons en oordopjes. “Kleine systemen met kleine softwarestacks,” merkt hij op. “Maar zelfs als je een codebase van 100k of 200k hebt, zoals wij, is software vakmanschap van het grootste belang. Het bouwen van de hardware duurt ongeveer een jaar, gevolgd door misschien vijf jaar softwareverbetering. Ik heb een serie lezingen ontwikkeld om mijn collega’s te helpen hun innerlijke vakman naar boven te halen.”

De niet-functionele

Als geestverwant wil Robert Deckers ook het vakmanschap in software vergroten, maar dan met een focus op softwarearchitectuur – “de moeilijkste truc van het vak”, zoals hij het noemt. “Het begint al met de vraag: wat is softwarearchitectuur? Er zijn honderden boeken te vinden die een antwoord proberen te geven. Hoewel sommige slecht zijn, verschrikkelijk zelfs, zijn de meeste zinvol, maar ze vertellen allemaal een ander verhaal.” Dit was een van de twee triggers die hem ertoe brachten in het onderwerp te duiken, zijn eigen visie te ontwikkelen, zijn eigen boek te schrijven en zijn inzichten aan anderen te schenken.

De tweede trigger was het besef dat er in traditionele methodologieën te veel aandacht is voor de functionele eisen, terwijl de niet-functionele eisen het moeilijkst te doorgronden zijn en daarom de meeste tijd in beslag nemen. “Lang geleden, toen ik OOTI-stagiair was aan de Technische Universiteit Eindhoven, was ik de softwarearchitect voor een kopieermachine”, herinnert Deckers zich. “Na twee maanden ontwerpen begon het afwijkende gedrag van het systeem de kop op te steken en realiseerde ik me dat we ook aan foutafhandeling moesten doen – hoewel het voor de hand lag voor iemand met 20 jaar ervaring, was het niet bij me opgekomen. Toen we klaar waren, bleek tot mijn grote verbazing maar liefst 85 procent van al onze code voor foutafhandeling te zijn, dus slechts 15 procent van onze inspanningen was gericht op de functionaliteit. Op dat moment ervoer ik voor het eerst dat de echte uitdaging, de echte complexiteit, in het niet-functionele zit.”

Na het OOTI-traineeship – de PDEng Software Technology, zoals het tegenwoordig heet – scherpte Deckers zijn inzichten aan bij verschillende bedrijven, waaronder Philips Research en Sogeti. Sinds 2013 runt hij Atom Free IT, waarbij hij organisaties en hun architecten begeleidt bij het creëren van architecturen, het opzetten van het architectuurproces en het verankeren ervan. De laatste vijf jaar combineert hij dit met een PhD-project aan de Vrije Universiteit Amsterdam, waarin hij onderzoek doet naar de cognitieve aspecten van systems engineering.

Kom voorbereid

Vanderbeke en Deckers zijn de nieuwste toevoegingen aan de software- en systeemportfolio van High Tech Institute. Beiden willen software architecten helpen beter te worden in hun werk – echte vakmensen worden. “Als software vakman weet je hoe je je werk moet organiseren en heb je de assertiviteit om geen compromissen te accepteren over de manier van werken. In plaats daarvan ga je voor het optimale, rekening houdend met de invloedsvariabelen en omstandigheden. Je doet geen dingen omdat iemand je zegt dat je ze moet doen, maar als je de noodzaak begrijpt, beslis je autonoom om ze te doen,” vat Vanderbeke de waarden samen die hij in zijn workshops wil overbrengen.

Robert Deckers benadrukt het belang van het focussen op de niet-functionele eigenschappen, oftewel de kwaliteitsattributen.

Op een constructieve manier nee leren zeggen is een belangrijk onderwerp in Vanderbeke’s lessen. “Dat vereist dat je goed voorbereid bent. Als je wordt gevraagd om een koers uit te zetten in een project, moet je een aantal opties paraat hebben, niet tot in de kleinste details, maar zodanig dat je ze kunt afwegen en een weloverwogen keuze kunt maken. Als iemand naar je toe stapt en zegt dat iets kan worden gedaan in de helft van de tijd die je hebt geschat en je hebt je feiten niet op een rijtje, dan kan hij wel eens gelijk hebben – je hebt geen manier om dat te zeggen. Als je weet waar je het over hebt, zal dat niet gebeuren. Je kunt een constructief gesprek voeren en je kunt worden uitgedaagd, zelfs overtuigd, maar je laat je niet wegblazen door ongefundeerde beweringen. Iemand vroeg me ooit of we dingen konden versnellen door kortere wegen te nemen, waarop ik antwoordde: ‘De enige kortere weg die je kunt nemen is beknibbelen op de specificaties’ – en dat was het einde van de discussie.”

“Je moet onvoorwaardelijke verantwoordelijkheid nemen, wat betekent dat je het vermogen moet hebben om te reageren – op een zinvolle manier,” vervolgt Vanderbeke. “In mijn workshops gebruik ik verschillende kleine voorbeelden uit mijn dagelijkse werk om mijn punt duidelijk te maken. Iemand die zijn verantwoordelijkheid ontloopt, zou bijvoorbeeld zeggen: ‘Ik heb mijn schatting gehalveerd omdat mijn projectmanager me dat opdroeg’, in tegenstelling tot iemand die zich verantwoordelijk houdt, een ‘speler’ in de termen van Fred Kofman, die zou zeggen: ‘Ik wilde ruzie met mijn projectmanager vermijden, dus gaf ik toe’. Op dezelfde manier zou een slachtoffer zeggen: “Ik maak schattingen omdat ons proces dat vereist”, terwijl een speler zou zeggen: “Ik wil bij het bedrijf blijven, dus ik gebruik het vastgestelde proces”. Door ze bewust te maken van deze kleine dingen, zijn mensen eerder geneigd hun gedrag te corrigeren.”

Een goede architectuur is correct, consistent en wordt gecommuniceerd. Krediet: Robert Deckers

Vis noch gevogelte

In zijn trainingen geeft Deckers zijn ideeën over goede architecturen. “De rol van architectuur is om een oplossingsaanpak te bieden voor de belangrijkste systeemeigenschappen die het moeilijkst te realiseren zijn. Als systeemarchitect moet je er altijd voor zorgen dat je naar een oplossing toewerkt, begeleiding biedt en tegemoet komt aan de behoeften van je stakeholders, terwijl je ook een oogje in het zeil houdt voor dingen die fout kunnen gaan als ze niet in de architectuur worden aangepakt. Als je dit niet doet, ben je waarschijnlijk geen architect. Ik wil ook dat software-architecten begrijpen dat een architectuur zakelijke waarde moet bieden en dat het haalbaar is om het systeem binnen de organisatie te bouwen. Je kunt alleen een effectieve architect zijn als je bereid bent om uit je technologische comfortzone te stappen.”

Volgens Deckers is een goede architectuur correct, consistent en gecommuniceerd. “Een systeem moet correct zijn in die zin dat het moet voldoen aan de belangen van de belanghebbenden en de technische omgeving. Het ontwikkelingsproces moet consistent zijn. Bij Philips in Brugge was ik er ooit getuige van hoe een softwarearchitect alle voorwaarden testte van alle functies die hij programmeerde, omdat hij wilde dat zijn code robuust was. Ondertussen gebruikte een collega in het hokje vlak naast hem pointers zonder iets te testen omdat hij wilde dat zijn code snel was. Gecombineerd in één systeem levert dat vis noch gevogelte op. Je moet duidelijk zijn over de belangrijkste eigenschappen – mijn advies: hang de top vijf aan de muur. Tot slot moet een architectuur zo worden beschreven dat je hem kunt bespreken met de verschillende belanghebbenden, wat betekent dat je verschillende views moet gebruiken voor verschillende aspecten.”

Deckers benadrukt het belang van het focussen op de niet-functionele eigenschappen, oftewel de kwaliteitsattributen. Hij erkent dat dit haaks lijkt te staan op het populaire Agile principe om zo snel mogelijk werkende software op te leveren. “Mensen vragen me vaak: hoe match je Agile en architectuur? Mijn antwoord aan hen: dat doe je niet. Het zijn twee verschillende denkwijzen. Bij architectuur gaat het erom dat je eerst kijkt voordat je springt, terwijl je bij Agile gewoon gaat en bijstuurt op basis van de feedback die je krijgt. Dat is prima voor sommige bedrijven, maar niet voor een kopieermachine of een medische scanner, waar aspecten als betrouwbaarheid en veiligheid van tevoren bekend zijn. De beste manier om Agile en architectuur op elkaar af te stemmen is door de regels om te buigen en de eerste paar sprints te wijden aan de belangrijkste aandachtspunten.”

Als je afdaalt in de managementtrechter, wordt de focus smaller en het risico op conflicten groter.

Betere beslissingen

Bij samenwerking is er altijd wrijving. Een software craftsman heeft daarom ook tools nodig om conflicten op te lossen. In zijn workshops presenteert Vanderbeke een managementtrechter die tegelijkertijd een omgekeerde conflictpiramide is. Het gaat van breed naar smal in drie niveaus: strategisch, tactisch en operationeel – van het wat naar het hoe. Als je afdaalt in de trechter, wordt de focus smaller en het risico op conflicten groter. Als er daadwerkelijk een conflict ontstaat, gaat u terug naar boven in de trechter om te proberen een gedeeld doel of principe te vinden om de zaken glad te strijken.

“Software-architecten die het oneens zijn over de manier waarop een probleem moet worden aangepakt, zitten vaak onderaan vast in hun eigen oplossing. Door hen op te pakken en de probleemcriteria te bespreken, komt er meestal een einde aan de impasse omdat ze het met elkaar eens zijn,” illustreert Vanderbeke. “Het is ook een zeer nuttig instrument in procesmanagement. Als je in een vergadering zit die nergens toe leidt, ga dan nog eens na waarom de vergadering überhaupt is opgezet en er zal zich bijna automatisch een uitweg aandienen.”

Met een gevulde gereedschapskist in de hand zijn software-ingenieurs goed uitgerust voor vakmanschap. Met Deckers besluit Vanderbeke: “Het zou geweldig zijn om ze betere beslissingen te zien nemen. Om ze autonomer te zien werken. En tegelijkertijd meer plezier te zien hebben in wat ze doen.”

Dit artikel is geschreven door Nieke Roos, tech-redacteur van Bits&Chips.