Maand: februari 2018

Het toepassen van iteratieve lerende besturing kan de prestaties van bewegingssystemen enorm verbeteren. Vaak wel met een factor tien. De aanpak is echter fundamenteel anders dan die van bestaande feedback- en feedforwardtechnieken. Voor een juiste implementatie is een grondig begrip van de onderliggende leermechanismen vereist. De training Advanced feedforward & learning control biedt de tools waarmee regeltechnologen iteratief lerende regeltechnieken kunnen begrijpen en toepassen.

.
Foto: Tom Oomen, met het stuurmechanisme van een desktopprinter die, ondanks talloze beperkingen, een verbazingwekkend prestatieniveau heeft bereikt dankzij een iteratief lerende controller.

Regelexperts in de industrie kijken hier ook naar, zegt Tom Oomen, van de Control Systems Technology groep (TU Eindhoven). Hij laat ons het stuurmechanisme zien van een desktopprinter die door een laborant is omgebouwd tot een experimentele opstelling. Dit is een eenvoudige opstelling van ongeveer honderd euro, met veel wrijving en goedkope mechanica,’ zegt Oomen. Maar ondanks deze beperkingen kunnen we met iteratieve leersturing toch perfecte prestaties bereiken. De meetnauwkeurigheid van de printkop is 42 micrometer en met ons leermanagement blijven we binnen die grens.’ Hij kan zijn enthousiasme nauwelijks onderdrukken: ‘Dat is gewoon geweldig. Ook experts op het gebied van bewegingsbesturing vragen zich af hoe dit kan worden bereikt. Deelnemers aan de cursus Advanced feedforward control gaan ook met dezelfde printer aan de slag.’

De sectie Control Systems Technology van de Technische Universiteit Eindhoven , onder leiding van Maarten Steinbuch, heeft een lange traditie van samenwerking met hightechbedrijven. Onderzoekers werken samen met ASML, CCM, NXP, Océ, Philips Innovation Services en Philips Healthcare aan besturing door iteratieve lerende besturing. Het High Tech Systems Center (HTSC) speelt hierbij ook een rol. De hightech bedrijven implementeren en valideren de ontwikkelde algoritmen direct op hun systemen.

Oomen: ‘Ze willen allemaal echt iteratieve lerende besturing toepassen, want dat is de manier om de prestaties significant te verbeteren. Het ene bedrijf wil nanometer-nauwkeurigheid bereiken, het andere een hogere productiviteit of goedkope sensoren, actuatoren of mechanica inzetten. Want qua implementatie is lerende besturing heel goedkoop. De oplossing verschuift van dure meetinstrumenten en aandrijvingen naar software en slimme algoritmen. Ons uitgangspunt is dat meetgegevens heel goedkoop zijn en dat we volledig kunnen compenseren wat reproduceerbaar is in de meetgegevens.

Terug naar de basis. Iedereen in de regelwereld van de PID-regelaars kent terugkoppeling. Terugkoppeling genereert een corrigerende actie op basis van een servofout. Het is een correctie die na de fout wordt uitgevoerd. PID-regelaars zijn populair omdat het systeem zich in een ‘gesloten lus’ bevindt en dus ongevoelig is voor veranderingen. Een ander voordeel is dat ontwikkelaars heel intuïtief kunnen werken met behulp van vuistregels.

De prestaties van deze traditionele regelsystemen kunnen aanzienlijk worden verbeterd door feedforward technologie toe te voegen. Teruggekoppelde regeling is immers net zoiets als de staldeur dichtdoen als het kalf verdronken is: de corrigerende actie volgt op de fout. Met de feedforward methode anticipeert het systeem op toekomstige verstoringen. Als de baan onmiddellijk van tevoren bekend is, kan de regelaar deze kennis gebruiken om de volgfouten aanzienlijk te verminderen. Dat leidt meestal tot een tien keer betere prestatie,” zegt Tom Oomen. Het is dan ook niet verwonderlijk dat nu bijna iedereen feedforward gebruikt.

Maar daar kunnen we nog een schepje bovenop doen. Door gebruik te maken van het repetitieve karakter waarmee veel mechatronische systemen werken, kunnen regelsystemen leren van eerdere volgfouten. Het resultaat is weer een stap vooruit in prestaties. Oomen: “Vergeleken met traditionele gecombineerde feedback-feedforward ontwerpen kan de volgfout met een factor tien of meer worden verbeterd. Dit is het basisidee achter Iterative Learning Control (ILC), met herhalende bewegingen.

Ontwerptechnieken in de hightechindustrie

Leertechnieken staan centraal in de driedaagse training Advanced feedforward & learning control, waarvan Tom Oomen een van de trainers en cursusleiders is. ‘Op de eerste dag beginnen we met PID-regelaars en leren we de deelnemers waarom je maar beperkte prestaties kunt behalen. Feedforward maakt meer verschil, omdat je de gewenste taak aan je regelaar geeft en dus in de toekomst kijkt. Het idee van een lerende regeling is eenvoudig: elke keer dat je dezelfde taak uitvoert, weet je wat er in de toekomst zal gebeuren. Met een goede implementatie van lerende besturing kun je perfecte prestaties bereiken. Dat is ook wat mensen in mijn vakgebied zeggen: alles wat reproduceerbaar is, kan perfect worden gecompenseerd.

Foto: Tom Oomen, trainer en cursusleider van de training Advanced feedforward & learning control.

Iteratieve leercontrole zorgt ervoor dat de prestaties stap voor stap verbeteren. Bij elk experiment, elke cyclus, verzamelt het systeem meetgegevens die vervolgens door de lerende regelaar worden onderzocht: heb ik het nu beter gedaan? Als het perfect is, behoudt de regelaar het feedforward regelsignaal. Is er toch een fout, dan volgt er een kleine correctie om tot een nog beter feedforward regelsignaal te komen. Bij een goed ontwerp zie je na vijf iteraties een bijna perfecte prestatie.

De methoden die worden gebruikt in de training Advanced feedforward & learning control sluiten heel goed aan bij de ontwerptechnieken die al bekend zijn bij de Nederlandse hightechindustrie. Ze maken het mogelijk om bewegings- en leersystemen heel snel te laten convergeren. Oomen: ‘Dat is echt anders dan in de rest van de wereld. Je ziet veel academische technieken die honderden of duizenden iteraties nodig hebben om te convergeren.’

De unieke Eindhovense aanpak is gebaseerd op zeer nauwkeurige modellen voor mechatronische systemen. Oomen: ‘De basis hiervoor is in de jaren zeventig, tachtig en negentig gelegd in het Philips Natlab, bijvoorbeeld bij de ontwikkeling van de compact disc spelers.’ Zaken die daaruit voortvloeien, zoals frequentie-respons-functie-identificatie, loop-shaping van PID-regelaars en notch-filters, zijn nu terug te vinden in de basiscursus Motion Control Tuning. Oomen: ‘In de vervolgtraining, Advanced feedforward control, bouwen we de lerende regeltechniek vanaf het begin op vanuit dezelfde filosofie, zodat de deelnemers vanaf dag één zelf in staat zijn om een lerende regelaar te ontwerpen en te implementeren die na een paar iteraties een bijna perfecte prestatie geeft.’

Theorie
De tweede trainingsdag bevat veel theorie. Het doel is om deelnemers een compleet beeld te geven van wat er in de wereld beschikbaar is op het gebied van learning control. Oomen: ‘Surf op internet naar learning control en je vindt bergen informatie. Veel verschillende soorten wiskunde, meestal vanuit een sterk academisch perspectief. Nieuwsgierige technologen vragen zich automatisch af: Waarom passen we dit niet toe?’

Er is een wereld van verschil tussen de alternatieve wiskundige beschrijvingen en de technieken die op de eerste dag aan studenten worden gepresenteerd. Waarom dan al dat harde werken? ‘We willen studenten nadrukkelijk laten ervaren hoe alternatieve methoden wiskundig samenwerken’, zegt Oomen. ‘Dat is voor de meeste studenten inderdaad best lastig, omdat ze vaak hun onderliggende wiskundige kennis moeten opfrissen. Toch confronteren we ze ermee en slepen we ze bewust door de methoden heen, zodat ze die andere benaderingen begrijpen en in de praktijk kunnen brengen.’

In wereldwijde publicaties over regeltechnieken wordt altijd gesproken over optimale ontwerpalgoritmen. ‘Bijna iedereen in ons vakgebied is daarmee bezig’, zegt Oomen. ‘Dat is zeker in lijn met de criteria die zij stellen. Wij gaan er ook mee aan de slag. Deelnemers aan onze cursus ervaren veel parameters die relevant zijn. Onze ervaring is dat het ingewikkeld is om al die parameters te begrijpen en hoe ze de prestaties beïnvloeden. Door deze deelnemers het zelf te laten ervaren, doen ze alle kennis op die nodig is om te beoordelen wat specifieke algoritmen wel of niet kunnen, samen met hun respectieve voor- en nadelen. Dit geeft deelnemers het gevoel dat ze het hele gebied van iteratieve leercontrole kunnen overzien. Zeker als ze zich er verder in willen verdiepen.

Je zegt dat je deelnemers door de theorie en wiskunde heen moet slepen. Werkt dat altijd?
Dat werkt altijd. En als je dat eenmaal hebt gezien, kun je vrij goed het scala aan technieken zien dat beschikbaar is. Het gaat niet om het reproduceren van formules, deelnemers moeten weten wat erachter zit, wat de basisideeën zijn en hoe ze die kunnen gebruiken. Als ze dit deel van de cursus hebben gedaan, is de rest heel eenvoudig. Het is al heel wat dat ze Matlab-code in twee regels kunnen implementeren. Maar het belangrijkste is dat deelnemers de voor- en nadelen van specifieke technieken kunnen onderbouwen. Het is ook fijn om bruikbare kennis te hebben om mee te nemen naar dag drie, waar we recente ontwikkelingen onderzoeken en geautomatiseerde feedforward tuning gebruiken.

Hoeveel ervaring in regeltechniek hebben deelnemers nodig om de training Advanced feedforward control te kunnen volgen?
Mensen met ervaring in het ontwerpen van controllers en motion systemen komen automatisch in aanmerking voor deze training. Dit geldt voor de meeste mensen die in de regio Eindhoven terugkoppelingsregelaars ontwerpen. Ze weten hoe ze PID-regelaars moeten ontwerpen en ook wat state-space, loop-shaping en filtertechnieken zijn en hoe ze in het frequentiedomein moeten denken. Een beetje Matlab-kennis is ook erg handig.

‘De benodigde basiskennis is in feite de basistraining die te vinden is in de cursus Motion Control Tuning . De beschrijving geeft een duidelijk beeld van de verwachte voorkennis. Mensen kunnen daarom de conclusie trekken dat ze eerst de training Motion Control Tuning moeten volgen.’

Kunt u enkele voorbeelden geven van het type deelnemers aan de trainingssessies Advanced feedforward control?
Deelnemers variëren van jonge mensen die net uit de collegezalen komen tot motion control tuning experts die al twintig jaar in de industrie werken en dagelijks controllers ontwerpen. Bijvoorbeeld motion control experts van ASML, K&S, Nexperia Itec of Océ die nog niet bekend zijn met iteratieve lerende besturing. En ook technologen die in hun werk al geëxperimenteerd hebben met deze nieuwe techniek en er interesse in hebben. Onder hen zijn veel kleine bedrijven die iteratieve learning control willen toepassen. Na drie dagen krijgen ze een gevoel van wat het voor hun machine kan bieden en ook meteen een basisimplementatie zodat ze direct aan de slag kunnen op hun eigen machines.

Eerder, met betrekking tot het aantal iteraties, noemde je vijf cycli. Maakt het uit of het er een paar meer of minder zijn?
‘Het mooie van lerende algoritmen is dat ze zichzelf aanpassen als de situatie verandert. Als temperatuur een rol speelt, bijvoorbeeld vanwege een dag-nachtritme, is het fijn als het systeem zich binnen een paar iteraties aanpast. Als er bijvoorbeeld 100 iteraties van elk een uur nodig zijn, kan dit leiden tot productiestoringen.

Oomen geeft een ander extreem voorbeeld. In samenwerking met de onderzoekers van het Eindhovense onderzoeksinstituut Differ paste de motion control groep leertechnieken toe op kernfusie-experimenten voor de Tokamak-reactor (TCV) in Lausanne. Natuurkundigen vertrouwen traditioneel op complexe fysische modellen om deze fusieprocessen te simuleren. Er gaapt een grote kloof tussen het gebruik van gegevens en controletechnologie. Mijn collega Federico Felici heeft expertise in kernfusie, naast een achtergrond in iteratieve leercontroletechnologie. Vanuit zijn technische achtergrond stapt hij nu in die wereld.

In Tokamakreactorexperimenten komt het aan op plasmavorming door middel van de juiste actuatorsignalen. Zo’n schot duurt een paar seconden en is erg duur. Omdat er al een complexe computersimulator was ontwikkeld, konden we berekenen hoe we het signaal konden aanpassen om het beter te maken. Hiervoor koppelden we de simulator aan de meetgegevens van de experimenten. Het bleek dat we met onze iteratief lerende regeltechniek binnen een aantal iteraties een bijna perfect regelsignaal hadden. Dat heeft veel impact gehad in de kernfusiewereld.

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

Hoge temperaturen verlagen niet alleen de levensduur maar ook de prestaties van veel elektronica. Een slim, kosteneffectief thermisch ontwerp vertaalt zich in een commercieel voordeel. Je concurrentievoordeel wordt groter als je prestaties kunt leveren tegen lagere kosten of meer prestaties kunt bieden voor dezelfde prijs door betere koeling”, zegt Wendy Luiten, die de training Elektronicakoeling thermisch ontwerp verzorgt.

Hoge temperaturen beïnvloeden de prestaties van alles wat afhankelijk is van rekenkracht of geheugen. Het is ook een belangrijke factor voor de prestaties van beeldsensoren en energieomzetters, lampen en voedingen.
Een van de moeilijkheden bij thermisch ontwerp is dat belangrijke beslissingen vaak onopgemerkt blijven. Luiten: “Als je het goedkoop wilt doen, zijn veel kritieke koelonderdelen niet direct zichtbaar. Ze komen niet voor op je stuklijst. Dat maakt het lastig. Passieve luchtkoeling zonder ventilator is een goedkope koeloplossing die de voorkeur geniet, maar lucht staat niet op je stuklijst. Ook de open ruimtes voor de luchtstroom staan niet op de materiaallijst. Dus als een mechanisch ontwerper een open ruimte als luchtpad opneemt in het ontwerp, wordt deze standaard nergens geregistreerd als koelcomponent. Dat betekent dat er op een later moment in het ontwerpproces wijzigingen kunnen worden aangebracht die het oorspronkelijke koelconcept uitschakelen. Het staat gewoon niet in de documentatie, als je het er niet specifiek in zet.

Ontwerpt u geen tools om hier rekening mee te houden?
Nee, niet echt. Thermisch gedrag is het gecombineerde resultaat van elektronisch en mechanisch ontwerp en het effect van een verandering op de koelprestaties zal zichtbaar worden in CFD (Computational Fluid Dynamics) thermische simulaties die de input van beide combineren. Maar het is niet zichtbaar in stand-alone elektrische en mechanische ontwerptools. Vaak zie je bij productontwikkeling dat een thermische simulatie wordt uitgevoerd op basis van de definitieve mechanische CAD en elektronische lay-out EDA-bestanden, maar in wezen heb je dan het hardwareprototype vervangen door een CFD-simulatie, nadat de gedetailleerde mechanische en elektronische implementatie is voltooid. Als de thermische simulatie een probleem met de temperatuur laat zien, moet een deel van het mechanische of elektronische ontwerpproces opnieuw worden gedaan. Dat is natuurlijk een verspilling die je wilt voorkomen.

Hoe biedt uw training hier een handvat voor?
We leren niet alleen de fysica, maar ook een manier van werken. Al in de architectuurfase moet rekening worden gehouden met thermisch ontwerp en thermische risico’s moeten proactief worden aangepakt. Als je denkt dat het IC een koellichaam nodig heeft, stel dit dan aan de orde en vraag de lay-out om bevestigingsgaten voor het koellichaam aan te brengen. Wacht niet tot de volledige lay-out klaar is en je een test kunt doen. Als de lay-out net klaar is met een ingewikkeld bord met meerdere lagen en een deel ervan moet opnieuw worden gemaakt om de montagegaten voor het koellichaam aan te brengen, zullen mensen niet blij zijn. Dus als je denkt dat er een risico is, vraag dan om de gaten. Misschien zijn ze toch niet nodig, maar ongebruikte gaten in de printplaat zijn niet erg. Andersom brengt een veel groter projectrisico met zich mee: als je het koellichaam wel nodig hebt, maar de gaten zijn niet opgenomen, dan moet de lay-out opnieuw worden gedaan, en dat kan vertraging in de ontwikkelingstijd veroorzaken’. Met een goed thermisch ontwerp is veel mogelijk, maar je moet ervoor zorgen dat het thermische concept vanaf het begin van de ontwikkeling goed is om herontwerpen te voorkomen.’

Hoge temperaturen hebben een negatieve invloed op de levensduur en betrouwbaarheid van componenten. Daarom integreren sommige chipfabrikanten software voor temperatuurregeling in hun IC’s. Intel begon met het inbouwen van een thermische sensor in zijn P6-processors die ze eenvoudig uitschakelde als ze te warm werden. Intels Pentium 4, Xeon en Pentium M processors hadden een extra over-temperatuurbeveiliging die de kloksnelheid van het IC vertraagde als het te warm werd.

Maar temperatuurbeveiligingen hebben niet automatisch een positieve invloed op het thermische gedrag, geeft Luiten aan. Veel mensen denken dat het gebruik van een IC met temperatuurbeveiliging het thermische probleem oplost, maar dat is niet het geval. De beveiliging koelt het IC niet, maar verlaagt het energieverbruik door de prestaties te verlagen. Als het thermisch ontwerp van het product op systeemniveau zwak is, zal het component eerder en vaker heet worden en komen de eindprestaties op systeemniveau in gevaar.’

Luiten ondervond dit aan den lijve tijdens een recente consultancy-klus aan een beeldverwerkend apparaat. Zodra de videoprocessor te heet werd, ging het scherm op zwart. Het bleek een bedoelde eigenschap te zijn, geen bug. De videoprocessor had ingebouwd geheugen dat gevoelig was voor hoge temperaturen, dus de leverancier van de componenten had een temperatuurbeveiliging toegevoegd. Zodra de interne temperatuursensor een te hoge temperatuur waarnam, trad de thermische beveiliging in werking. Normaal gesproken zou dit geen probleem zijn geweest, maar in dit geval was het product ontwikkeld voor gebruik bij hogere temperaturen, dus het zwarte scherm was een onaangename verrassing.

Vanwege de temperatuurbescherming van deze componenten werd het thermische ontwerp van het product kritischer. Als de temperatuur van het IC te hoog werd, schakelde het uit. De bescherming leek dus slim om te doen op componentniveau, maar tegelijkertijd maakte het het thermisch ontwerp op systeemniveau kritischer. Uiteindelijk was een gedeeltelijk herontwerp nodig om ervoor te zorgen dat het product werkte zoals bedoeld.

Wat is het belangrijkste onderwerp in de training?
Thermische problemen oplossen en betere koeling ontwerpen. Warmte is een belangrijke prestatiebeperker in veel elektronische systemen, van computers tot verlichting. Op het moment dat je je product beter kunt koelen voor dezelfde prijs, vertaalt zich dat in betere prestaties voor dezelfde prijs en dat is een commercieel voordeel.

Waar werken de deelnemers?
We hebben mensen van alle niveaus in het systeemontwerp, van component tot module tot compleet systeem. Veel voormalige deelnemers werkten aan componenten, kleine elektronische producten en LED-toepassingen, maar we hebben ook mensen gehad die aan grote systemen werkten, zoals radarsystemen of koellichamen in grote voedingen en we hebben mensen gehad van leveranciers van koelcomponenten. Met de toename in auto-elektronica zien we ook meer mensen uit die sector komen.

Waarom melden mensen zich aan?
Een deel komt van mond-tot-mondreclame. Clemens Lasance en ik zijn allebei bekend in de internationale gemeenschap van elektronicakoeling en dat geldt ook voor deze thermische training. De training is in het Engels en trekt een internationaal publiek. We hebben mensen uit de Verenigde Staten gehad die gehoord hadden dat ze naar Eindhoven moesten om een echt goede thermische training te krijgen.’

Wat maakt de training speciaal?
Clemens en ik geven echt toepassingsgericht les in elektronicakoeling. De training omvat alle aspecten en is zeer praktijkgericht: we gaan van systeemarchitectuur op hoog niveau naar details op implementatieniveau, zoals lay-out en locaties en afmetingen van ventilatieopeningen. En dit wordt ondersteund met fysica en best practices.

Je leert niet zwemmen door alleen maar naar andere zwemmers te kijken. Ons doel is om de deelnemers naar huis te sturen met toepasbare vaardigheden, waaronder de praktische vaardigheid om basisberekeningen uit te voeren.

Ik wil dat mensen een gevoel voor dimensionering krijgen, een buikgevoel voor thermische schattingen. Als je dit vermogen hebt, kun je veel betere ontwerpbeslissingen nemen en zul je ook veel meer vertrouwen hebben in het uitvoeren van thermische simulaties omdat je beter weet wat er gebeurt.

Kun je je eigen casestudy meebrengen?
We vragen deelnemers altijd van tevoren of ze zelf een casus hebben om te delen. Als dat van toepassing is, bespreken we dat tijdens de training. Dat is leuk, want het leidt tot levendige discussies. Daarnaast hebben we een aantal standaardcases.’

Tijdens de training: specificaties thermisch leren interpreteren

Lasance en Luiten bespreken de fysica van elektronicakoeling, hoe u kunt profiteren van de best practice op het gebied van thermische werkwijzen en hoe u deze kunt implementeren tijdens de productontwikkelingsfasen. Dit verklaart ook waarom timemanagement en projectmanagement deel uitmaken van de cursus. We bespreken specificaties en de manier om ze ook thermisch te interpreteren. We hebben mensen van systeem-, subsysteem- en componentniveau – dit leidt tot interessante discussies over de interpretatie van specificaties. De laatste leeractiviteit van de cursus is een casestudy. We verdelen de groep in twee teams en besteden twee tot drie uur aan het kraken van een case. Dit is voor veel mensen een eyeopener omdat het de eerste keer is dat ze rekening houden met de factoren en specificaties op alle niveaus en voor het eerst zien hoe mechanische en elektronische overwegingen op elkaar inwerken in het thermische gedrag van component tot systeem.

Na afloop van de training…
‘Je hebt toepasbare vaardigheden over het inschatten van thermische effecten die je kunt gebruiken om in te schatten hoe je een product op de juiste manier kunt koelen. Veel deelnemers geven aan dat dit het unique selling point van onze training is. Zowel mensen die nieuw zijn in het vakgebied als ervaren thermische architecten en ontwerpers geven aan hoeveel ze hebben geleerd tijdens onze cursus en raden het aan hun collega’s aan. Bovendien vergroot de kennis het vertrouwen in je resultaten als je thermische simulaties uitvoert, omdat je beter weet wat je doet.

Welke mensen zijn aanwezig?
Deelnemers hebben meestal een hogere opleiding in een technisch vakgebied zoals elektrotechniek, werktuigbouwkunde, natuurkunde, optica of industrieel ontwerp. We zien vaak productontwikkelaars en architecten met een paar jaar ontwikkelingservaring in de thermische discipline stappen. In Europa hebben we geen hoger beroepsonderwijs of academische opleiding op dit gebied. De Verenigde Staten hebben wel universiteiten die cursussen over koeling van elektronica aanbieden, maar die hebben een meer academische benadering.

Werken jullie de cursus regelmatig bij?
Absoluut. Onlangs hebben we besloten om de training op te splitsen en je kunt kiezen om meer de diepte in te gaan met Clemens Lasance of om meer praktische oefeningen met mij te doen. Die verandering is goed ontvangen. Op dit moment werk ik aan Design for 6-sigma en thermisch ontwerp. In de thermische architectuurfase moet je al controleren hoe mechanica en elektronica samenwerken, de eisen aan het thermische gedrag identificeren en ontwerpen, optimaliseren en verifiëren hoe je dit voor elkaar krijgt. Dit is goed te combineren vanwege de systeemniveaubenadering in DfSS. En je kunt geweldige resultaten behalen in de ontwerp- en optimalisatiefase met de combinatie van computer CFD-simulaties en Design of Experiments.

Foto door: Bart van Overbeeke

Wendy Luiten begon haar carrière halverwege de jaren 80 als thermisch specialist bij het Philips Centrum voor Fabricagetechnieken, destijds net afgesplitst van het bekende Philips Research Laboratorium (Natlab). Eind jaren negentig droeg ze als thermisch architect bij aan het ontwikkelingsteam van de eerste flatscreentelevisies van Philips Consumer Electronics. Deze vroege plasmaschermen hadden ventilatoren aan boord, en het geluid van de ventilatoren werd niet op prijs gesteld, dus de uitdaging was om ze eruit te halen.’ Luiten schreef een paper over het thermische ontwerp van de eerste plasmatelevisie ter wereld zonder ventilatoren. Hiermee won ze de best paper award op de Semi-Therm conferentie.

Het koelen van elektronica in consumenten-tv’s werd aanvankelijk gezien als een tijdelijk verschijnsel. Managers gingen ervan uit dat bestaande warmteproblemen niet voor altijd zouden blijven bestaan. In werkelijkheid stelden productmanagers, zodra een generatie tv’s de warmteproblemen ontgroeid was, nieuwe eisen aan de ontwikkelingsteams, van plasma- naar LCD-schermen, de opkomst van HD-tv, LED-tv, 3D-tv en smart-tv.

Elke nieuwe generatie had zijn warmteproblemen’, zegt Luiten. Uiteindelijk werkte ze zestien jaar aan een tijdelijk probleem. Ze lacht erom. ‘Ik heb zestien jaar achter elkaar een tijdelijke, niet-structurele activiteit gedaan.’

Sinds 2000 geeft Luiten cursussen Koeling van elektronica. Hiervoor is ze de hele wereld over gereisd, onder andere naar China, Singapore, Taiwan, Korea, de Verenigde Staten en verschillende landen in Europa. Luiten heeft ook lesgegeven in Saoedi-Arabië, op een zomerschool in Turkije en vorig jaar presenteerde ze de pre-conference short course Fundamentals of thermal system design op de European Therminic conference.

Samen met Clemens Lasance geeft Luiten al vijftien jaar de workshop Thermisch ontwerp en koeling van elektronica. Deze specifieke training is opgesplitst in twee modules en wordt online en in Eindhoven gegeven, maar het tweetal presenteerde ook een pre-conference short course op de Semi-Therm conferentie in de Verenigde Staten. De combinatie van Luiten’s jarenlange ervaring in elektronische productontwikkeling en Lasance’s brede en diepe kennis van hun vakgebied werkt bijzonder goed. Hierdoor onderscheidt hun training zich duidelijk van andere beschikbare cursussen over de hele wereld.

Luiten is gepassioneerd door haar vak, omdat ze graag puzzels oplost. Het ontwerpen van de juiste koelarchitectuur voor een serie tv’s van een bepaalde generatie lijkt op puzzelen op hoog niveau. Samen met de elektrische en mechanische architect moet je zoveel mogelijk modellen afdekken met zo weinig mogelijk verschillende componenten. Je hebt een flexibele en schaalbare koelstrategie nodig om de productdiversiteit tegen aanvaardbare kosten te dekken.

Tegenwoordig is Luiten directeur van haar eigen bedrijf: Wendy Luiten consultancy. ‘Niet helemaal een originele naam, maar wel heel praktisch.’

Het juiste thermische ontwerp voor het internet der dingen

Thermische aspecten zijn slechts een deel van het totale probleem, maar Luiten verwacht dat het belang zal blijven toenemen. Elektronicakoeling is belangrijk in de energietransitie. Voor het omzetten van zonne- en windenergie naar het elektriciteitsnet is vermogenselektronica nodig en die heeft thermische beperkingen. Daarnaast staan de materialen die licht omzetten in elektriciteit en andersom ook bekend als temperatuurgevoelig. ‘De overgang naar elektrische en zelfrijdende auto’s is ook een hot item. Momenteel maakt elektronica 30 procent uit van de totale kosten voor een auto, en dat stijgt.

Luiten: “Automobielelektronica kan kritisch zijn voor de veiligheid, uitval door thermische of andere oorzaken is onaanvaardbaar.

Ondertussen is koeling in datacommunicatie een welbekend kostenprobleem: datacenterkoeling kan evenveel kosten als gegevensverwerking, en in telecom zal 5G naar verwachting ook een thermische uitdaging zijn. Ook voor het internet der dingen is het belangrijk om het thermische ontwerp goed te krijgen. In de toekomst zullen er overal sensoren zijn.

Partnerschap High Tech Instituut

De training Koeling van Elektronica is onderdeel van het T2Prof portfolio. T2Prof heeft de technische trainingen op het gebied van elektronica en optica voortgezet die oorspronkelijk zijn ontwikkeld door het Philips Centrum voor Technische Opleidingen. T2Prof brengt haar trainingen op de markt in exclusieve samenwerking met haar partner High Tech Institute. High Tech Institute richt zich op de marketing, verkoop en organisatie van deze cursussen.

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