HBO heeft flinke inhaalslag te maken

Embedded systemen zijn vaak cruciaal om nieuwe technologieën te kunnen toepassen. In deze systemen komen verschillende vakgebieden samen. De ontwikkelingen gaan zo snel, dat het niet vanzelfsprekend is dat het HBO voldoende in staat is, de noodzakelijke bijdrage te leveren. Het HBO bezit de neiging zich eenzijdig te concentreren op bedrijfsgerichte informatiesystemen. De elementen die de levenscyclus van software in een embedded systeem bepalen, zijn onderbelicht. Te weinig opleidingen richten zich op embedded systemen. De hoge eisen die bij embedded engineering aan vakinhoudelijke competenties worden gesteld, vormen een moeilijkheid. Technologie beoefenen veronderstelt hoge denkvaardigheden en een brede technische basis. Omgaan met multidisciplinariteit hoort daarbij. Technologie is immers geen pretpakket. Om een rol van betekenis te kunnen spelen is het de vraag of hogescholen voldoende professionals hebben met de noodzakelijke kennis en vaardigheden om jonge mensen goed op te leiden en om een bijdrage te kunnen leveren aan de verspreiding van kennis in de richting van bedrijven. Sterker nog: het is de vraag of deze professionals meer kennis hebben dan de bedrijven in hun omgeving. Afgaande op reacties uit het bedrijfsleven heeft het HBO een flinke inhaalslag te maken. Zorgen zijn er over de vakinhoudelijke kennis van afgestudeerden, hun vermogen problemen systematisch op te lossen en oplossingen kritisch te beoordelen. Het verschil in kennisniveau tussen bedrijfsleven en HBO is kleiner dan gewenst en te vaak weet het bedrijfsleven meer dan het HBO. In veel apparaten zien we een combinatie van mechanische en elektronische componenten met software. Tal van apparaten hebben een functionaliteit die zonder software niet gerealiseerd kan worden. Er treedt een sterke verwevenheid op van hard- en software. Kenmerkend voor embedded systemen is dat ze een sterke interactie hebben met de fysieke omgeving. Sensoren en (micro)actuatoren zijn daarbij onmisbaar en bezitten een eigen snelle ontwikkeling. De interactie van embedded systemen vereist realtimegedrag. Er moet niet alleen gewenste functionaliteit worden gerealiseerd, maar die moet ook op tijd worden geleverd. De complexiteit van embedded systemen ligt op verschillende terreinen: er komen verschillende disciplines bij elkaar. Binnen het ontwerp van een systeem kent elke discipline een eigen complexiteit. Bovendien moeten die disciplines goed op elkaar worden afgestemd om een optimale oplossing te bereiken. Door de miniaturisering van digitale componenten, zien we veel nieuwe slimme apparaten die onzichtbaar lijken en een eigen rol in de fysieke omgeving spelen. Onder de noemer Ambient Intelligence zien we de hele keten, van micro-elektronica, sensoren, mobiele communicatie, embedded systems, software engineering, adaptieve systemen, tot multimodale interfaces en usability, uitlopen op een nieuwe beleving van de leefomgeving. Voor de Nederlandse industrie liggen hier kansen en bedreigingen. Weet zij op die nieuwe ontwikkeling tijdig in te spelen met innovatieve ideeën en producten, dan zijn er overlevingskansen. Welke bijdrage kan het hoger beroepsonderwijs aan deze stormachtige ontwikkelingen leveren? Competenties Om geavanceerde apparaten te kunnen analyseren, ontwerpen, bouwen en valideren moeten studenten de basis van hun technische vak leren beheersen en over de grenzen van hun eigen specialisme heen leren kijken om te kunnen samenwerken met andere disciplines. Bij alle technische studies is wiskunde van belang, soms meer discrete wiskunde (informatica) en soms meer continue wiskunde (elektrotechniek, werktuigbouw, natuurkunde). Wiskunde is nog steeds een belangrijke gemeenschappelijke taal. Een goede mix van de basis van informatica (algoritmen, modellering, programmeerkunde, softwareontwikkeling, besturingssystemen en netwerken) en natuurkunde en techniek is nodig om geavanceerde technologie zinvol toe te kunnen passen. Het gaat dan ook niet om de basiskennis en vaardigheden op zich, maar om het kunnen beoordelen welke aanpak geschikt is om een nieuw probleem op te lossen en om het kunnen uitvoeren van deze aanpak. Daarbij wordt niet alleen op basis van een vak als kennisdomein geredeneerd, maar ook vanuit een systeem, met zijn functionaliteit als geheel. Systeemdenken wordt belangrijker. Studenten moeten leren werken met een architectuur en rekening leren houden met samenhangende elementen van een model. Afhankelijk van de studierichting wordt de basis verrijkt met specifieke elementen als wireless communicatie, radiotechnologie, herconfigureerbare digitale systemen, gedistribueerde algoritmen en systemen, human computer interaction, low power computing, sensorfusie, realtimebesturingssystemen, micro-elektro-mechanische systemen, regeltechniek, robotica, security, in-product-softwareontwikkeling, software en system engineering, validatietechnieken. Waar zitten manco’s? De basis is onvoldoende ontwikkeld. Traditioneel is veel onderwijs opgezet vanuit een vak, waarbij het denken in complete systemen is onderontwikkeld. In modern projectonderwijs is de diepgang niet altijd voldoende om te leren omgaan met complexiteit en om verschillende oplossingsmogelijkheden kritisch te onderzoeken. Een algemeen manco is het gebrek aan multidisciplinaire ervaring. Manco’s De geconstateerde mancos’van HBO-opleidingen hebben voor een deel te maken met de maatschappelijke positie van het HBO in de afgelopen twintig jaren. Het credo was ‘Hoger onderwijs voor velen’. De drempel om te gaan studeren is verlaagd. Toelatingseisen zijn afgezwakt. Opleidingen worden afgerekend op hun rendement: hoe meer studenten met een diploma de opleiding verlaten, hoe beter. Dan is het niet handig struikelvakken te hebben. En wiskunde was vaak een struikelvak. Opleidingen zijn door het afrekenen op rendement terecht hun programma kritisch gaan doorlichten. Maar er zijn ook onterecht elementen verdwenen die noodzakelijk zijn in de beroepspraktijk en die als basis dienen voor een leven lang leren. Het tekort aan ICT’ers eind jaren negentig heeft de tendens versterkt de opleiding voor velen haalbaar te maken. Ook is er druk op het niveau van het onderwijs vanwege de tegenvallende prestaties van het studiehuis. Terecht is er aandacht gevraagd voor samenwerkings- en communicatieve vaardigheden. We zien evenwel dat opleidingen op dit punt zijn doorgeschoten. Soms zonder het beoogde effect te bereiken, maar meestal wel ten koste van de vereiste beroepsvaardigheden. De internethype heeft opleidingen ertoe verleid de aandacht te verleggen van concepten die langer meegaan en waarde houden, naar technieken die maar korte tijd van belang zijn. Al met al is in veel gevallen de basis voor embedded engineering te smal geworden. Was er dan geen tegendruk vanuit de industrie? Die was er zeker wel. Denk aan de initiatieven van Bourgonjon bij Philips om embedded systemen onder de aandacht te brengen van de hogescholen en universiteiten in 1995. Ook uit de internethype zelf kwamen mobiele devices voort, die op zich embedded systemen zijn. Voor een deel is dit ondergesneeuwd onder het webgeweld en is het effect op de opleidingen gering geweest. Een negatief effect van de bezuinigingen in het HBO is de neiging de continue scholing van docenten te verwaarlozen. Technische opleidingen hebben het moeilijk. Geavanceerde onderwerpen raken buiten het gezichtsveld. Als docenten al niet voortdurend nieuwsgierig zijn en blijven leren, hoe kunnen we het dan van studenten verwachten? Kansen Een lichtpunt was de invoering van het HBO-opleidingsprofiel Technische Informatica (TI) in 1999. Intussen zijn er zestien opleidingen TI. Binnen deze opleidingen horen embedded systemen thuis. Een zorgpunt is het gebrek aan multidisciplinaire benadering. De focus ligt vooral op software engineering voor technische toepassingen. Waar men aan de slag gaat met embedded systemen zien we dat juist de kleine systemen studenten weer de mogelijkheid bieden hands-on-ervaring op te doen met complete en toch toegankelijke implementaties van basisconcepten. Het is een misvatting te denken dat opleidingen gemakkelijk moeten zijn. De masteropleiding Software Engineering van de School voor ICT (Amsterdam) stelt hoge eisen bij de toelating en tijdens de studie. Het effect is dat studenten gemotiveerd zijn de opleiding te volgen en al in het HBO beter gaan presteren om maar toegelaten te worden. De ervaring leert dat de vernieuwing niet uit het onderwijs alleen kan komen. Opleidingen zullen de handen ineen moeten slaan met bedrijven en universiteiten. Zo heeft Thales, het voormalige Hollandse Signaal, het mogelijk gemaakt specialisatiethema’s in te voeren bij Saxion Hogescholen. Een spin-off daarvan is het SPIon-project RTES van de Digitale Universiteit. We zien ook dat lectoraten vruchten afwerpen als er wordt samengewerkt met bedrijven en universiteiten (zie kader). Op het gebied van embedded systemen werken de lectoraten van Saxion Hogescholen en van de Hogeschool van Arnhem en Nijmegen samen met een coöperatie van dertien bedrijven, de Development Laboratories, kortweg DevLab (zie kader). Deze coöperatie is ontstaan uit de FHI, de federatie van technologiebranches. In het DevLab wordt gewerkt aan het verkennen van nieuwe technologie die binnen een termijn van vijf jaren relevant wordt voor de aangesloten bedrijven. In het DevLab treffen bedrijven, hogescholen en universiteiten elkaar. Het multidisciplinaire karakter van de projecten vereist dat men over de grenzen van het eigen vakgebied kijkt, terwijl een optimale beheersing van het eigen vak een voorwaarde blijft voor succes. De stappen die gezet zijn in de verbetering van opleidingen en de samenwerking met bedrijven, zijn nog maar het begin van wat nodig is. Hendriksen (wim.hendriksen@route67.nl) is als lector Embedded Systemen verbonden aan de Hogeschool Arnhem en Nijmegen. Henk van Leeuwen (h.vanleeuwen@saxion.nl) en Theo de Ridder (theo.de.ridder@planet.nl) zijn lectoren SoftwareEngineering voor Realtime en Embedded Systemen bij Saxion Hogescholen, Enschede. DevLab Development Laboratories is een coöperatie van twaalf Nederlandse MKB-bedrijven die wetenschappelijk en toegepast onderzoek doet op het gebied van embedded systemen. De leden van de coöperatie zetten allemaal 1 procent van hun loonsom in voor het gebruik van de kennis, licensies en vaardigheden die zijn opgedaan in de DevLab-projecten. Daarnaast zorgen Casimir- en Raak-regelingen voor extra fondsen. De DevLab-leden hebben zeven concrete onderzoeksvelden gedefinieerd, samen te vatten als een ontwikkelingsomgeving voor draadloze geïntegreerde energiezuinige sensorsystemen. Als carrier voor deze onderzoeksvelden zijn enkele projecten gedefinieerd waar alle onderzoeksvelden aan de orde komen. Het DevLab is gestart op 1 februari 2005 met acht HBO-studenten en wordt uitgebreid met vier promovendi. De promovendi zorgen voor de wetenschappelijke bijdragen aan de onderzoeksvelden voor de langere termijn. De HBO-afstudeerders zorgen voor snelle en doeltreffende disseminatie van kennis naar de coöperatieleden. DevLab is een uniek concept waarbij het MKB kennis haalt bij de universiteiten en hogescholen. Dit is knowledge pull in plaats van de traditionele knowledge push (voor meer informatie: herman.tuininga@sallandelectronics.nl). Voor de eerste twee DevLab-projecten is gekozen voor het concretiseren van futuristische productconcepten, niet direct gericht op de markt maar wel sprekend tot de verbeelding. In het Atalanta-project wordt een autonome mechatronische vlinder ontwikkeld. In het Dutch Clay-project gaat het om talloze elektronische korrels die samen als een ad-hocnetwerk ‘intelligent’ materiaal vormen. In beide projecten gaat het om een combinatie van disciplines die zo rijk is aan technologisch hoogwaardige deelaspecten dat er vele jaren spin-offs gegeneerd kunnen worden. Het is aan de deelnemende bedrijven zelf om dergelijke spin-offs te vertalen naar eigen product/marktcombinaties. Lectoraten HBO-instellingen kennen sinds enkele jaren het fenomeen lectoraten. Een lector met een kenniskring van docenten heeft de opdracht toegepast onderzoek uit te voeren. De doelen zijn kenniscirculatie met de regionale kleine en middelgrote ondernemingen en de professionalisering van HBO-docenten. Bij Océ is bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar de praktijk van software engineering voor de realtimesoftware van copiers en printers, waaruit een trainingsprogramma voor Océ-software-engineers is ontstaan. De lectoraten halen kennis van de school, universiteiten en het bedrijfsleven en passen die toe op andere vakgebieden. Denk aan zaken als autotechniek, toegepast in de bouwkunde. Onderzoeksgebieden zijn multidisciplinair requirementsmanagement, seniorenhuisvesting, bouw van prototypes en het industrieel toepassen van codegeneratie met behulp van regeltechnische gereedschappen. Eén van de projecten betreft een rollator met routeplanner, waarbij wordt samengewerkt met een domoticabedrijf, een woningbouwvereniging, een bedrijf met kennis op het gebied van radio en de provincie Gelderland. Intern zijn de afdelingen bouwkunde, technische informatica, industrieel product ontwerpen en computerkunde betrokken. Door deze werkwijze wordt het onderwijs op een hoger peil gebracht en tegelijkertijd wordt een netwerk van bedrijven in de regio voorzien van nieuwe producten voor nieuwe markten (voor informatie onder meer: www.han.nl/embeddedsystems).