De ingenieur als Computer-Programma-Operateur

Prof. Dr.Ir. F.T.M. Nieuwstadt

Een van de belangrijkste doelstellingen van de opleiding tot werktuigkundig ingenieur is het leren omgaan met het ontwerpproces. Vaak wordt hierop gewezen in intreeredes, maar juist ook in afscheidscolleges. In deze laatste categorie wordt meestal enigszins waarschuwend gesproken over de afnemende rol van de praktijk en de te sterke nadruk op de theorie. Als voorbeeld wordt dan de door wol geverfde constructeur ten tonele gevoerd die op basis van jarenlange ervaring en zonder enige universitaire opleiding succesvolle ontwerpen aflevert.

De meteoroloog als analogie

Een vergelijkbaar voorbeeld uit een ander vakgebied is misschien illustratief. Ik neem hiervoor de meteorologie. Iedereen heeft immers verstand van het weer en ik mag dus aannemen dat het voorbeeld zal aanspreken. Tot aan het eind van de zestiger jaren was de weersvoorspelling nog te beschouwen als het handwerk van een echte vakman. We kennen hem nog wel als de presentator die met behulp van een lippenstift en een landkaart ons op het televisiescherm het weer van de komende dagen voortoverde. Die weersvoorspelling op het scherm was het subjectieve produkt van de ervaring en het inzicht van die ene weerman. Het zal dan ook duidelijk zijn dat men een dergelijke status pas bereikte na een jarenlange praktijkervaring waarbij het al of niet hebben van een universitaire opleiding nauwelijks een rol speelde.

De computer


Deze situatie op het meteorologische front veranderde drastisch met de introductie van computers die in staat waren om op basis van een numerieke oplossing van de bewegingsvergelijkingen weerpatronen te berekenen. Deze meer fundamentele benadering van de weersvoorspelling heeft tot spectaculaire successen geleid. We zijn nu in staat om het weer tot 10 dagen vooruit te voorspellen met een nauwkeurigheid die een meteoroloog oude-stijl nooit bereikt zou hebben. Echter, de medaille had ook zijn keerzijde. De rol van de vakman met zijn jarenlange ervaring verminderde en dat leidde tot een slechtere kwaliteit van met name de korte-termijnverwachtingen, bijvoorbeeld zo'n 24-uur vooruit. Juist voor dit type verwachtingen waren het inzicht en het combinatievermogen van een ervaren meteoroloog in het voordeel ten opzichte van pure rekenkracht. Bovendien leerde de computer ons dat we niet veel verder zullen komen dan die 10-daagse weersvoorspelling. Er zijn blijkbaar grenzen aan onze mogelijkheden, zelfs als ze op fundamentele technieken gebaseerd zijn.

De constructeur

De analogie met het ontwerpproces moge duidelijk zijn. Ook hier is de constructeur die alleen steunend op jarenlange ervaring zijn werk doet, aan het verdwijnen. Onderzoek heeft geleid tot computerprogramma's waarmee een ontwerp kan worden ondersteund en uitgevoerd. Het zijn bijvoorbeeld de eindige-elementenpakketten voor sterkte-berekeningen, de programma's voor de berekeningen van vloeistofstromingen en pakketten voor het toepassen van materialen en voor het ontwerp van systemen. Laat ik hier de stromingspakketten, waarmee ik zelf het meest vertrouwd ben, eens uitlichten en aan een nadere beschouwing onderwerpen.

Computerprogramms's voor stromingen

Deze programma's beogen een numerieke oplossing van de bewegingsvergelijkingen te vinden in een willekeurige stromingsgeometrie. Gezien de hedendaagse beschikbaarheid van krachtige rekenfaciliteiten lijkt dit misschien op het eerste gezicht een eenvoudige taak. Niets is minder waar. Er zijn vele numerieke maar ook nog vele fysische problemen waarvoor binnen deze programma's een oplossing gezocht moet worden in de vorm van benaderingen of werkhypothesen. Het zijn juist deze benaderingen die in vele gevallen de kwaliteit van het uiteindelijke produkt bepalen. De interpretatie van de resultaten is dan verre van triviaal. Kortom de waarde van deze programma's is soms beperkt, ondanks het feit dat ze complexe stromingsgeometrieën kunnen analyseren die meestal ver buiten het analytische en ook het experimentele vermogen van een individueel vakman liggen. Ervaring kan in dat geval soms de doorslag geven. Echter een goed inzicht in de achtergronden en de benaderingen van deze programma's is essentieel voor een succesvol gebruik ervan. Dit laatste vraagt een goed inzicht in de grondslagen van deze programma's. De ingenieur moet geen kritiekloze computer- programma-operateur worden. Hij moet voorbereid worden op een kritische interpretatie van zijn computerprodukten.

Daarom is er mijnsinziens eerder meer dan minder behoefte aan fundamentalisering van de opleiding. Dit kan alleen gestalte krijgen als tegelijkertijd in het onderzoek aandacht wordt besteed aan de ontwikkeling van bovengenoemde computerprogramma's. Met name een verbetering van de grondslagen en de integratie van de diverse programma's zouden hierbij aandacht moeten krijgen. Hierop zal een belangrijk gedeelte van het onder- zoekpotentieel gericht moeten worden met als stimulerende bijwerking dat hiermee automatisch grensoverschrijdende samenwerking tussen verschillende vakgroepen wordt verkregen.

Nogmaals de meteorologie

De vergelijking met de meteorologie gaat ongetwijfeld ook in andere opzichten op. Er zijn toepassingen te verwachten waar de fundamentalisering van het ontwerpproces op korte termijn tot kwaliteitsverlies zal leiden ten opzichte van de meer op ervaring gebaseerde technieken. Dit zijn mijnsinziens de toepassingen waarop we ons onderzoek zouden moeten richten. Niettemin realiseer ik me dat in het ontwerpproces de ervaring nooit helemaal kan of zelfs mag worden uitgeschakeld. Het fenomeen van eindige voorspel- baarheid is niet specifiek voor de meteorologie. Het is universeel en heeft ongetwijfeld ook zijn consequenties voor de techniek. Ik verwacht dan ook dat met de computer de grenzen van de techniek beter verkend kunnen worden.

Management

Naast dit pleidooi voor integratie en fundamentalisering in de opleiding wil ik hier ook ingaan op de sterker wordende tendens om bedrijfs- kundige en organisatorische aspecten van de techniek een meer dominante rol te geven in de opleiding. Dit is met name het gevolg van de grote belangstelling bij afstudeerders maar ook bij aankomende studenten die een yuppie-achtige carrière als manager voor ogen staat. Hierbij wordt het eerst werkzaam zijn in een technische functie eerder als obstakel dan als een voorbereidende stap gezien. Misschien zijn de wat meer riante salaris-vooruit- zichten als manager hier debet aan? Het lijkt me daarom een interessant experiment om de vierjarige AIO-opleiding die nu voor onderzoekers geëist wordt, ook verplicht te stellen voor managers, uiteraard met dezelfde beloning.

Een industrie overleeft bij de gratie van de kwaliteit van haar produkten en het succes van haar innovaties. De basis hiervoor wordt weliswaar gelegd op de werkvloer maar de bedrijfsleiding moet de essentiële beslissingen nemen. Het vertrouwd zijn met de praktijk van het bedrijf maar ook het inzicht hebben in de grondslagen de techniek zijn noodzakelijke randvoorwaarden bij het nemen van de juiste beslissing. Dit kan mijnsinziens alleen gerealiseerd worden door, naast uiteraard een goede praktijkervaring, te kunnen bogen op een goede basisopleiding waarbij de organisatorische aspecten mijnsinziens secundair zijn.

Satellite-vision

Het argument dat al in de opleiding een helicopterview moet worden aangeleerd om toekomstige ingenieurs voor te bereiden op de vele facetten die bij een organisatorisch probleem een rol spelen, vind ik niet overtuigend. Een dergelijke motivering vormt ook de basis voor de studierichting Technische Bestuurskunde die in 1992 van start zal gaan. Met de schijn van een bijna Frans aandoend prestigeobject is deze opleiding in het leven geroepen om ingenieurs op te leiden die geconfronteerd zullen worden met bestuurlijke beslissingen over zeer gecompliceerde problemen die een groot aantal disciplines beslaan. Het hiervoor benodigde overzicht kan men dan ook beter aanduiden met satellite-vision.

Ook hier kunnen we een les leren uit de meteorologie waar satelliet-informatie al enkele tientallen jaren gebruikt wordt. Satellieten leveren ongetwijfeld mooie plaatjes die een globaal overzicht geven van de processen die zich in onze atmosfeer afspelen. Echter, deze informatie is kwalitatief en vaak niet voldoende als men een meer kwantitatieve uitspraak wil doen. Men kwam er namelijk vrij snel achter dat de gegevens van satellieten niet bruikbaar zijn tenzij er een ground truth gegeven is. Dat wil zeggen ergens op het aardoppervlak moeten er waarnemingen beschikbaar zijn waarmee de satellietgegevens als het ware geijkt kunnen worden.

Het beschikbaar zijn van een dergelijk ijkpunt is ook een leidraad bij het nemen van kwantitatieve beslissingen op bestuurlijk of organisatorisch niveau. Dit laat zich als volgt vertalen: de beslisser dient grondig bekend te zijn met tenminste één van de vakgebieden die bij de beslissing een rol spelen.

Conclusie

Mijn conclusie betreffende de opleiding voor de werktuig- kundig ingenieur voor de toekomst luidt dan ook dat er nadruk op die aspecten in de studie gelegd dient te worden waarbij sprake is van integratie van de diverse disciplines. Ten tweede is er een verdieping van de fundamentele kennis nodig met name geïnspireerd door de werktuigbouwkunde.

/* */