De ware architect verstaat de kunst van het weglaten en weet waar hij dieper moet graven

Systeemarchitecten genieten een toenemende belangstelling in de hightechindustrie. Ze zorgen voor focus, overzicht en resultaat in complexe ontwikkeltrajecten. Dat betekent waarde voor klanten en euro’s voor de eigen business. We vragen aan Gerrit Muller, grondlegger van de Sysarch-trainingen bij High Tech Institute, wat de geheimen zijn van goede systeemarchitecten.

René Raaijmakers

Het beeld dat de meeste mensen van systeemarchitecten hebben, lijkt op dat van bouwkundig architecten. Ze verwachten dat deze professionals complexe machines of producten opdelen in onderdelen, daaraan eigenschappen geven en de interfaces ertussen definiëren.

Het komt dus neer op schetsen en tekenen. In de praktijk zijn die taken ook het meest zichtbaar. Bij gebouwen, maar ook in de technische industrie waar het schetsen zich uit in blokschema’s, cad-tekeningen of piping and instrumentation-diagrammen. Alle onderdelen staan erop en je ziet hoe de boel in elkaar zit.

Het klopt dat een architect een systeem of product inzichtelijk moet maken. Maar dat is slechts de basis en niet waar het in de kern om draait. ‘Als je de boel opknipt in stukjes, kijkt naar die stukjes en naar de verbindingen ertussen, dan heb je enkel een statisch beeld’, zegt Gerrit Muller, hoogleraar op de University of Southeast Norway in het Noorse Kongsberg en grondlegger van de Sysarch-trainingen bij High Tech Institute.

Natuurlijk, tekeningen zijn handig. ‘De interfaces zorgen ervoor dat we de onderdelen kunnen ontkoppelen. Ze zijn belangrijk en interfaces moet je goed definiëren, maar daarmee heb je nog steeds een verzameling onderdelen, een doos met parts.’

De ellende, legt Muller uit, komt als die onderdelen interacties met elkaar hebben. ‘Daar zit ook de waarde van het systeem. Want samen verzorgen ze de beoogde functie en samen doen ze dat goed genoeg, nauwkeurig genoeg, snel genoeg, betrouwbaar genoeg, veilig, een heleboel van dat soort benoembare kwaliteiten.’

Het gedrag en de kwaliteiten komen dus voort uit de onderdelen die met elkaar iets gaan doen. ‘Als systeemarchitect of systeemengineer ontwerp je om het gewenste gedrag en de gewenste eigenschappen te krijgen en je voorkomt dat je ongewenst gedrag en vervelende eigenschappen krijgt.’

Verre van triviaal

Maar de praktijk is dat die interactie zo complex is dat we niet alles kunnen voorzien en begrijpen. ‘Meteen het gewenste gedrag krijgen, is verre van triviaal. Een systeem ontwerpen zonder ongewenste eigenschappen is ook verre van gemakkelijk. In de integratiefase, als er onderdelen zijn gemaakt, zie je meestal pas dat je dingen niet had voorzien. Dat je niet de gewenste performance krijgt. Meestal loopt het anders dan je had gedacht.’

Hoe beter de systeemarchitect, hoe beter hij of zij kan inschatten of het ontwerp gaat werken?

‘Ja, maar ik wil nog een stap verder. Hij moet niet alleen inschatten, maar ook kunnen visualiseren en de boel communiceerbaar maken. Dat kan met platen en modellen. Doel is communiceren met vele stakeholders zoals ontwerpers, productmanagers, klanten, de baas en andere architecten. Een goede architect maakt het systeem expliciet en daarmee bespreekbaar en beredeneerbaar. Daarmee zorgt hij ervoor dat iedereen kan meedenken en zijn ideeën kan inbrengen. Bijvoorbeeld door vragen te stellen als: stel dat we dit of dat doen, wat gebeurt er dan? Daarmee kom je tot betere besluiten in het design of de specificatie. Deze communicatie optimaal maken in teams en bedrijven is de kernfunctie van de architect.’

Als voorbeeld herinnert Muller zich een beschrijving die Guido de Boer maakte toen die laatste nog voor ASML werkte. De Boer zette op papier welke weg een silicium plak aflegt door een waferstepper: via de wafer handler en wafer stage inclusief alle bewerkingen zoals verplaatsen, meten en belichten. De Boer noemde dat verhaal ‘Life of the wafer’.

‘Life of the wafer was een set van tekeningen waaraan je kon zien wat er gebeurde. Die hielp te begrijpen wat er met een wafer gebeurt, bij de uitlijning, het maken van de hoogtekaart en al dat soort dingen. Nadeel was dat iedereen probeerde om alles aan de hand daarvan te bespreken, juist omdat het zo’n handige plaat was.’

Dat laatste bleek niet effectief. ‘Voor het bespreken van een aerial image is het bijvoorbeeld handig om te weten wat er in het lichtpad van een stepper gebeurt: van lichtbron via illuminator, masker en lens tot op de fotolak. Zulke beschrijvingen van dynamische paden naast elkaar leveren wel weer heel veel inzicht op in hoe een systeem functioneert. Het levert begrip op en de mogelijkheid om het geheel te bespreken en erover na te denken. Om het dynamische gedrag te vatten heb je vaak een heel aantal complementaire platen nodig. Zo maak je het hele systeem bespreekbaar.’

Alles met als doel om meer grip te krijgen op het dynamisch gedrag?

‘Want er is oneindig veel dynamisch gedrag van een systeem en zijn omgeving. In die oneindige berg interacties wil je de context zichtbaar maken. Voor een architect is het dus de uitdaging om de gebeurtenissen met de meeste impact zichtbaar te maken. Dat betekent dat hij weet wat hij aan anderen kan overlaten of wat hij kan negeren, omdat het te weinig invloed zal hebben. Daar komt de ware architecten boven, iemand die weet waar hij dieper moet graven en tevens de kunst van het weglaten verstaat.’

Hoe werkt dat weglaten in de praktijk?

Muller legt uit dat dit een kunst is, omdat systeemarchitecten opereren in een omgeving met heel veel ruis. ‘Altijd oppert er wel een teamlid dat hij onvoldoende detail ziet. Een ander roept dat zijn onderdeel niet zichtbaar is. Maar zodra je te veel ziet, gaan details overheersen en verdwijnt de functie en toepassing naar de achtergrond. Je ziet niet meer hoe het werkt en wat het effect is.’

Details parkeren hoort bij grip krijgen op de complexiteit. De systeemarchitect is op de hoogte van de softwarestacks, printplaten en gekozen legeringen, hij kan er ook over in discussie met zijn software-engineers, elektronici en mechanici, maar hij mag zich er niet op blindstaren. Hij is genoodzaakt zich te richten op de meer abstracte niveaus daarboven.

Het eerste niveau is voor iedereen vrij herkenbaar, dat van de modules, units of subsystemen. ‘Hoe je het ook wilt noemen’, zegt Muller. ‘Het zijn de dingen die worden gemaakt en die passen ook goed in de denkwereld van technici. In bijvoorbeeld de lithografie zijn dat eenheden als een wafer stage, wafer handler of een lens.’

Daarboven komt een abstractielaag waarbij het meestal om de functionaliteit gaat. ‘Een wafer vlak leggen of verplaatsen.’ Op het niveau daarboven komen de kwaliteiten aan bod. ‘Een goede overlay, goede focusdiepte, snelheid, dat soort zaken.’

Daarna komt de laag waarop de kwaliteiten samenkomen in eigenschappen van de applicatie. ‘Dat zijn de zaken waar jouw klanten op zitten te wachten, zoals yield’, zegt Muller. ‘Dus je moet begrijpen welke rol die depth of focus heeft en welke focusdiepte precies essentieel is en welke afwijkingen een geproceste wafer mag hebben. Op dat niveau plaats je dus alles meer in de context.’

Muller zegt dat systeemarchitecten op al die niveaus in staat moeten zijn om te schakelen tussen meerdere gezichtspunten. ‘Gaat het in jouw product om snelheid of om nauwkeurigheid? Als het nauwkeurig én snel moet, welke nauwkeurigheid en welke snelheid dan? Ik kan wel iets razendsnel of supernauwkeurig maken, maar meestal wil je snelheid én nauwkeurigheid. Waar vind ik de sweet spot, daar gaat het om.’

Hoe herken je de potentiële systeemarchitect?

‘Tot mijn spijt moet ik zeggen dat ik er geen recept voor heb. Ik ken goede systeemarchitecten. Vaak zijn het eigenaardige figuren, met elk hun eigen kwaliteiten. Vaak zijn ze vanuit verschillende kanten het vak in gerold. In de eerste plaats zijn het van nature generalisten. Ze moeten de breedte niet schuwen, nooit bang zijn voor zaken die ze niet weten of die verder van ze af liggen. Ze moeten niet terugschrikken voor nieuwe dingen, daar moeten ze juist energie van krijgen.’

‘Een architect is iemand bij wie iedereen te rade gaat. Stel je een groot gebouw voor met een kamer waar collega’s altijd binnenlopen. Dan zit daar waarschijnlijk de systeemarchitect, ook al heeft hij misschien de functietitel niet. De interactie met hem of haar gaat van nature, want anderen ervaren dat deze persoon hen helpt.’

Heeft een bedrijf nog geen systeemarchitect, dan is zo iemand geknipt om die functie in te vullen?

‘Precies. Als je daar het profiel van de systeemarchitect naast legt, zoals we dat in de Sysarch-trainingen bij High Tech Institute hanteren, dan komt dat meestal aardig eroverheen. Aan de hoeken die er dan nog aan zitten, valt wel te vijlen. Maar systeemarchitecten zijn altijd aan het multitasken.’

Wat versta je precies onder multitasken?

‘Continu kunnen wisselen van invalshoeken of wat we view points noemen. Naar een probleem kijken vanuit verschillende invalshoeken. Dat kun je leren, het kan ook zijn dat mensen je daartoe prikkelen of dwingen. Dat multitasken is essentieel, maar kan erg vermoeiend zijn. Er zijn mensen die heel goed zijn in systeemdenken, maar die volledig ten onder gaan aan multitasken.’

Wat zijn de grootste uitdagingen voor mensen die net in de functie stappen?

‘Vaak zitten mensen nog te veel in het systeem. Je moet ze helpen om uit het systeem te komen: de wereld van klanten, de productlevenscyclus en de business. Ze moeten meer naar buiten en daar hebben ze dan een zetje voor nodig. Vaardigheden op het gebied van communicatie of soft skills zijn ook handig.’

De complexiteit van systemen neemt toe. Is daardoor de behoefte aan systeemarchitecten groter?

‘Je zou hopen dat de problemen van twintig jaar geleden zo goed bekend zijn dat we ze nu gestructureerder kunnen oplossen. Dan kan de hedendaagse architect zich namelijk focussen op de meer complexe problemen. Er is bijna geen systeem meer dat niet met andere systemen verbonden is. Er is bijna geen functie en geen eigenschap meer, die niet van meerdere systemen afhangt. Ik moet het systeem begrijpen waaraan ik werk, maar ook andere systemen inclusief de interactie en de mensen eromheen. Die complexiteit, die groei, dat is een fact of life.’

Je bent hoogleraar in Noorwegen en een dag in de week aan TNO Esi verbonden. Met wat voor vragen komen bedrijven bij jou?

‘Alle vragen die ook in de Sysarch-training zitten, komen bijna meteen aan bod. Wat is de rol van de architect in mijn organisatie? Hoe neem ik de lange termijn mee? Welke middelen heeft de architect om zijn werk te doen?’

‘Sommige bedrijven zeggen meteen: ik wil model based system engineering doen, MBSE. Dan ben ik altijd benieuwd naar hun echte vraag. Hebben ze een administratieve behoefte? Moeten ze voldoen aan de regels die de Amerikaanse FDA oplegt? Of hebben ze juist de behoefte om beter te onderzoeken of te communiceren? Je kunt modelleren om heel veel verschillende redenen.’

‘Heel veel bedrijven worstelen allemaal met de vraag: ik wil een platform maken, want ik heb product 1, 2 en 3 en daar zit een hoop synergie tussen, maar ze zijn toch allemaal verschillend. Of ik heb steeds projecten om verschillende productvarianten te maken. Platformen, standaardisatie, daar zijn vaak vragen over. Voor een architect is dat vaak balanceren, want door te standaardiseren kun je de boel rigide maken waardoor de waarde voor klanten vermindert.’

Is de kennis op het gebied van systeemarchitectuur te verpakken in hanteerbare brokken?

‘Daarmee kom je op de vraag: wat is kunnen en wat is de kunst? Wat kunnen we mensen aanbieden aan methoden en middelen en wat kun je als docent niet overdragen? Competente systeemarchitecten hebben een hele ontwikkeling doorgemaakt. Dat is een optelling van tijd en ervaring. Maar als je alleen lang iets hebt gedaan, dan ben je nog niet ontwikkeld. Er is doorleefde ervaring nodig. Het gaat om situaties herkennen én erover hebben nagedacht. Dat je weet waarom sommige dingen niet werken, omdat je het hebt ervaren en de volgende keer weet hoe je het in één keer goed kunt doen. Zo’n reflectiecyclus is eigenlijk essentieel voor een systeemarchitect om te leren en op een nuttig ervaringsniveau te komen.’

Meer weten over systeemarchitectuur en systeemengineering? Bezoek de Bits&Chips System Architecting Conference op 24 september 2020 bij Igluu in Eindhoven of bekijk de mogelijkheden voor de trainingen op dit gebied bij High Tech Institute).