Systeemdenkers zijn ingenieurs van de toekomst

“Ingenieurs hebben vaak te veel haast om tot oplossingen te komen. We nemen te weinig te tijd om een probleem te doorgronden en de context echt goed te begrijpen”, stelt Jeroen Voeten, wetenschappelijk directeur van het High Tech Systems Center (HTSC) van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). Dat klinkt misschien paradoxaal: onze maatschappij staat voor grote uitdagingen, zoals de energietransitie. Het lijkt dan juist wenselijk dat ingenieurs haast maken met het vinden van oplossingen, maar de praktijk wijst uit dat het gecompliceerder is.

Wie snel naar een oplossing toewerkt, heeft vaak de verkeerde oplossing voor ogen, aldus Voeten. Het is dus essentieel om een probleem eerst goed te begrijpen, voordat je kijkt naar oplossingen. En het overzien van het geheel, dat is bij uitstek de taak van systeemingenieurs. Het gaat dan bijvoorbeeld over een compleet proces binnen een bedrijf of een compleet product. 

Een brug slaan

“Systeemingenieurs slaan de brug tussen de technologie en de gebruiker. Om de vertaalslag te maken naar een systeemontwerp, moet je kennis hebben van verschillende vakgebieden en de taal van de andere disciplines verstaan”, stelt Tom Castenmiller, Senior System Engineer bij ASML en fellow bij het HTSC. Die kennis doen ingenieurs nu op na jarenlange ervaring in het werkveld. “Een goede systeemingenieur kan omgaan met onzekerheden en vanuit zijn intuïtie handelen door dit te benoemen en objectiveren.  Voor ingenieurs in opleiding is daarom belangrijk de basisprincipes van ontwerpen te leren en te ervaren hoe onzekerheden in het ontwerpproces meespelen, bijvoorbeeld via een challenge-based learning project.”

Bijzondere kwaliteit

Systeemdenken is geen vaardigheid die je makkelijk kunt leren, vindt ook Pascal Etman, universitair hoofddocent Mechanical Engineering aan de TU/e. “Het is een instelling of een kwaliteit die niet bij iedereen in dezelfde mate aanwezig is. Het is goed dat studenten al kennismaken met deze manier van werken tijdens hun opleiding. Als het hen aanspreekt, kunnen ze hun loopbaan hier verder op inrichten.”

Pascal Etman ©Bart van Overbeeke

Ook na een opleiding is het belangrijk om te blijven leren en ontwikkelingen op het gebied van systeemdenken, ziet Ton Peijnenburg, CTO bij VDL Enabling Technologies Group en fellow bij het HTSC. “Als je afstudeert, ben je nog geen goede systeemdenker - en je wordt het ook niet vanzelf. Het is belangrijk om jezelf te blijven ontwikkelen op dit gebied.” Daarom is er in het programma NXTGEN Hightech een doorlopende leerlijn voor system engineering opgenomen.

Chipmachines

Chipmachines zijn een belangrijk voorbeeld van complexe systemen. “Ze moeten extreem nauwkeurig werken, de productiviteit moet ontzettend hoog zijn, en voor het maken van fouten is eigenlijk geen ruimte”, aldus Castenmiller. De TU/e behoort tot de wereldwijde top als het gaat om onderzoek in de halfgeleiderindustrie. Om voorop te blijven lopen wil de universiteit haar sleutelpositie de komende jaren versterken, onder andere door middel van het Future Chips Flagship. De universiteit draagt met onderzoek bij aan het oplossen van technologische uitdagingen in de halfgeleiderindustrie en leidt door middel van onderwijs nieuw talent op waar in de sector veel behoefte aan is.

Voeten: “In de toekomst hebben bedrijven in de chipindustrie, zoals ASML en NXP, elkaar nog harder nodig om de volgende generatie chips te ontwikkelen. Daarom is het belangrijk om systeemdenken in Nederland op de kaart te zetten.”

Castenmiller denkt nog een stap verder: “Uiteindelijk kunnen ook andere industrieën, die gebruik maken van ongeveer dezelfde kwaliteiten en vaardigheden, weer leren van de ervaringen die wij opdoen in de hightech sector. Zo kunnen we elkaars kennis beter benutten.”

Meer systeemingenieurs opleiden

Door de toenemende complexiteit van technologieën groeit de vraag naar systeemingenieurs. De TU/e onderzoekt mogelijkheden om meer en betere systeemingenieurs op te leiden. “Voorheen werd kennis vanuit een professor of mentor overgedragen aan een student. Die kennis was voornamelijk gericht op één specifiek vakgebied”, vertelt Voeten. Voor de toekomstige ontwerpers en ingenieurs wordt het steeds belangrijker om over disciplines heen te kunnen kijken. Daarom organiseerde het HTSC op 18 februari een symposium over system engineering en complexiteit in hightech equipment, samen met NXTGEN Hightech-programma vanuit het Nationaal Groeifonds.

© Bart van Overbeeke

Challenge-based learning

Om studenten meer te leren over systeemdenken en samen te werken in multidisciplinaire teams, zet de TU/e verschillende stappen. Challenge-based learning is daar een belangrijk onderdeel van. Studenten werken samen in een multidisciplinair team en krijgen een uitdaging – van de docent of vanuit het bedrijfsleven - waar zij een oplossing voor moeten vinden.

In dat kader heeft een groep studenten bijvoorbeeld gewerkt aan een open vraagstuk samen met DAF. Hoe maak je batterijen van elektrische trucks zo duurzaam mogelijk, op welke manier kun je ze een tweede leven geven en hoe haal je daar business uit? Die vraag stelde de vrachtwagenbouwer aan een groep studenten. Voeten: “Studenten krijgen geen kant-en-klaar plan voorgeschoteld om het probleem op te lossen, maar een open uitdaging. Dat helpt hen creatief te denken, samen te werken en met onzekerheden om te gaan.” Ook de dertig studententeams op de TU/e-campus werken veelal aan multidisciplinaire systeemuitdagingen en bouwen daarmee zeer waardevolle ervaring op. De teams richten zich bijvoorbeeld op het verduurzamen van mobiliteit of het bouwen van een circulair huis.

Eindhovens studententeam introduceert circulaire auto

Tot 75% van de materialen van de auto kunnen aan het einde van de levenscyclus worden hergebruikt, vier keer meer dan bij conventionele auto's.

Lees meer

Nieuwe methoden voor samenwerking

De TU/e onderzoekt hoe toekomstige systeemingenieurs beter kunnen samenwerken. “Eén persoon kan nooit het hele systeem overzien, dus beslissingen moeten worden verdeeld over meerdere mensen”, zegt Pascal Etman. “Maar beslissingen beïnvloeden elkaar, waardoor een integrale systeemoplossing nodig is. Formele modellen en methodieken uit fundamenteel onderzoek kunnen helpen zo’n beslissingsproces te verbeteren.”

Castenmiller: “Een goede aanpak helpt bij ingewikkelde problemen, maar bij complexe vraagstukken spelen onzekerheden een rol. We weten nu niet wat technologisch mogelijk is over drie jaar, maar moeten die onzekerheid toch meenemen in onze keuzes.” Daarom werken onderzoekers met verschillende scenario’s. Etman vult aan: “Zo verkennen we diverse mogelijkheden en passen we aan waar nodig. Dat is een specifieke manier van werken die voor veel studenten niet vanzelfsprekend is. Zij moeten hiermee leren om te gaan.”

Samenwerking belangrijk

Om goede systeemdenkers op te leiden, is een goede samenwerking tussen de universiteit en het bedrijfsleven belangrijk, zo ziet Peijnenburg. De TU/e is dankzij de Brainport-samenwerking al jaren verbonden met hightech bedrijven zoals ASML, NXP en Philips en recentelijk ook met hun toeleveranciers zoals VDL. “Wij zijn in de regio in staat om de complexiteit van de hightech systemen te doorgronden. We werken nauw met elkaar samen en hebben een vlotte manier van zaken doen. Iedereen is flexibel en denkt mee.”

Kennisinstellingen en bedrijven in de Brainportregio verstaan de kunst van het samenwerken. Dat is een goede voedingsbodem voor het verbeteren van systeemdenken. Zo ziet ook de wetenschappelijk directeur van het HTSC, Jeroen Voeten. “Zowel wetenschappers als mensen uit het bedrijfsleven voelen de urgentie om stappen te zetten op het gebied van systeemdenken. Maar het is niet makkelijk om hier invulling aan te geven. Een symposium helpt dan om elkaar te ontmoeten en beter grip te krijgen op het concept van complexiteit in hightech machineontwikkeling. Samen zoeken we naar de meest optimale scenario’s om ook in de toekomst succesvol te blijven in de regio."