Categorie: Interviews

Beginnend met ponskaarten in het begin van de jaren 1980, leerde Ger Cloudt waardevolle lessen over het ontwikkelen van goede software. De nieuwe trainer van het High Tech Institute deelt zijn inzichten over de wisselwerking tussen processen en vaardigheden, over het meten van softwarekwaliteit en over het stimuleren van een organisatiecultuur waarin engineers software van hoge kwaliteit kunnen leveren.

Ger Cloudt kwam voor het eerst in aanraking met programmeren door het gebruik van ponskaarten tijdens zijn studie elektronica aan de Fontys Hogeschool Venlo in het begin van de jaren tachtig. Na zijn afstuderen begon hij aan een carrière als digitaal elektronicus, waarbij hij zich zowel richtte op het ontwerpen van digitale schakelingen als op het ontwikkelen van software om microprocessoren aan te sturen. “Dit was in assembler en ik herinner me dat ik echt ongestructureerde spaghetti-code maakte,” herinnert Cloudt zich. “Dit maakte het natuurlijk buitengewoon moeilijk om problemen op te lossen en bugs te repareren, waardoor ik een harde les leerde dat er een betere manier moest zijn.”

Gelukkig werd Cloudt tijdens zijn tweede opdracht gekoppeld aan een ervaren mentor die hem leerde om te beginnen met gestructureerde pseudocode en deze vervolgens om te zetten in assembler. “Dit was de eerste keer dat ik ervoer dat structuur het maken van robuuste code kan vergemakkelijken en het debuggen makkelijker kan maken.” Deze ervaring leidde er uiteindelijk toe dat hij een paar jaar later overstapte naar softwareontwikkeling.

Proces versus vaardigheid

Cloudt ging bij Philips Medical Systems werken als softwareontwikkelaar en later als softwarearchitect, waar hij leerde hoe processen en vaardigheden elkaar aanvullen. “Om acties uit te voeren, heb je een bepaald vaardigheidsniveau nodig, terwijl om resultaten te bereiken, acties gestructureerd moeten worden door een proces. Het belang van proces of vaardigheid hangt echter af van het soort taak. Aan de ene kant zijn er taken zoals lopendebandwerk of het bouwen van Ikea-meubels die je hebt gekocht, waarvoor een strikt proces nodig is, maar minimale vaardigheidseisen. Aan de andere kant zijn er taken zoals het schilderen van de Mona Lisa, zoals Leonardo da Vinci deed, die minder afhankelijk zijn van processen maar een hoog vaardigheidsniveau vereisen dat slechts weinigen bezitten.”

In deze periode zag Cloudt een sterke nadruk op processen bij softwareontwikkeling. “Dit was de periode van de opkomst van het Capability Maturity Model, gericht op het verbeteren van softwareontwikkelingsprocessen. Maar zelfs met processen blijven vaardigheden essentieel. In het streven naar hoge CMM-niveaus is het onderwaarderen van vaardigheden een reëel gevaar.” Dit inzicht werd verder versterkt toen Cloudt overstapte naar managementfuncties bij Philips Medical Systems, waar hij leiding gaf aan teams van zestig mensen. “Het bereiken van een specifiek CMM-niveau wordt al snel een doel op zich, en zoals de Wet van Goodhart zegt: als een maatregel een doel wordt, is het geen goede maatregel meer. Ik ben er steeds meer van overtuigd geraakt dat het vaardigheidsniveau belangrijker is dan processen voor software engineers. Een proces kan het toepassen van je vaardigheden vergemakkelijken, maar met ontoereikende vaardigheden zal geen enkel proces helpen.”

Cloudt leerde vervolgens over het belang van transparantie. “In mijn eerste functie als kwaliteitsmanager moest ik een probleem oplossen waarbij twee verschillende softwarestacks moesten worden geïntegreerd. Het ene team ontwikkelde NFC-software, het andere werkte aan software voor een beveiligd element. Het integreren van beide bleek een uitdaging. Toen ik er dieper op in ging, ontdekte ik dat de teams hun software weliswaar testten, maar dat testfouten niet systematisch werden gemonitord. Dus maakten we dagelijks bijgewerkte dashboards met testresultaten en bespraken de ontwikkelaars dagelijks de uitkomsten. We deelden de dashboards zelfs met de klant. Natuurlijk zag alles er aanvankelijk rood uit, maar dit diende als een sterke stimulans voor de ontwikkelaars om zich te verbeteren. En zo slaagde het project.”

Leren door te delen

In zijn rol als software R&D manager bij Bosch begon Cloudt de behoefte te voelen om zijn inzichten over softwarekwaliteit te delen. Hij begon met het delen van artikelen op het interne sociale netwerk van het bedrijf en op Linkedin. “Ik kreeg veel positieve feedback, vooral van Bosch collega’s,” zegt hij. “Dus in 2020 besloot ik een boek te schrijven: ‘Wat is softwarekwaliteit? Deze ervaring was erg verrijkend, omdat het veel van mijn impliciete kennis expliciet maakte en ook hiaten in mijn kennis blootlegde.”

In een kwaliteitscommissie bij Bosch ontmoette Cloudt een jonge afgestudeerde met een masterdiploma in kwaliteitsmanagement. Toen hij vroeg of de afgestudeerde een cursus over softwarekwaliteit had gevolgd, was het antwoord negatief. “Dit was voor mij aanleiding om het Engineering Doctorate programma van de Technische Universiteit Eindhoven te benaderen, waar ze me uitnodigden om een gastcollege te geven. Uiteindelijk werd ik docent voor een cursus kwaliteitsmanagement.” Cloudt begon ook te spreken over softwarekwaliteit op evenementen, zoals een Bits&Chips-evenement in 2021 en hij lanceert momenteel twee trainingsprogramma’s bij het High Tech Institute, een voor ingenieurs en een voor managers. Zijn huidige functie is softwarekwaliteitsmanager voor de ontwikkeling van het Digital Application Platform bij ASML.

Softwarekwaliteit meten

Softwarekwaliteit als zodanig is niet meetbaar, stelt Cloudt, vanwege de diversiteit van het concept. “Je kunt een aantal specifieke aspecten van softwarekwaliteit meten, die bekend staan als ‘gemodelleerde kwaliteit’. Deze omvatten cyclomatische complexiteit van code, afhankelijkheden, codedekking, aantal regels en open bugs. Zulke metrieken zijn nuttig, maar iedereen die er doelen op stelt moet op zijn hoede zijn voor de Wet van Goodhart.”

Een essentieel onderdeel van kwaliteit blijft onmeetbaar: transcendente kwaliteit. Om dit te illustreren vergelijkt Cloudt het met het beoordelen van een schilderij. “Je kunt de dikte van de verf en de afmetingen van het doek meten, maar je kunt de schoonheid van het schilderij niet meten. Hetzelfde geldt voor softwarekwaliteit: je kunt de codedekking van je unit tests meten, maar dat bepaalt nog niet of de tests goed zijn. Daar heb je een expert opinion voor nodig, ondersteund door de gemodelleerde kwaliteit die je meet.”

Als mensen aan softwarekwaliteit denken, noemen ze vaak aspecten als modulariteit, schone code en bruikbaarheid. Dit zijn voorbeelden van ontwerpkwaliteit (bijvoorbeeld modulariteit, onderhoudbaarheid en scheiding van zorgen), codekwaliteit (bijvoorbeeld schone code, overdraagbaarheid en unit tests) en productkwaliteit (bijvoorbeeld bruikbaarheid, veiligheid en betrouwbaarheid). Volgens Cloudt vereisen deze drie soorten kwaliteit echter een element dat vaak over het hoofd wordt gezien: organisatorische kwaliteit. “Dit type kwaliteit bepaalt of je organisatie in staat is om software van hoge kwaliteit te bouwen. Aspecten als software vakmanschap, volwassen processen, samenwerking en cultuur zijn van vitaal belang voor organisatorische kwaliteit. Onderschat cultuur nooit. Een organisatie moet een omgeving koesteren waarin software engineers kunnen gedijen en uitstekende ontwerp-, code- en productkwaliteit kunnen leveren.”

Bedoeld en geïmplementeerd ontwerp

Er zijn verschillende bekende best practices voor het ontwikkelen van software van hoge kwaliteit, waaronder testgedreven ontwikkeling (TDD) en pair programming, naast statische codeanalyse. Cloudt voegt daar iets aan toe dat minder gebruikelijk is: statische ontwerpanalyse. “Veel mensen realiseren zich niet dat er een verschil is tussen het beoogde ontwerp en het geïmplementeerde ontwerp van software. Software-architecten documenteren hun beoogde ontwerp in UML-modellen. Er is echter vaak een kloof tussen dit beoogde ontwerp en de implementatie ervan in code. Het is een best practice om dit gat klein te houden. Tools kunnen controleren op consistentie tussen je code en UML-modellen en waarschuwen als er discrepanties ontstaan.”

Deze kloof tussen het beoogde en het uitgevoerde ontwerp ontstaat vaak onder tijdsdruk, bijvoorbeeld vanwege deadlines van projecten. “In zulke gevallen neem je een kortere weg door een oplossing te ‘hacken’ waarmee je de deadline haalt, met minder nadruk op kwaliteit,” legt Cloudt uit. “Dit is een bewuste keuze om technische schuld te introduceren vanwege tijdsdruk. Hoewel dit misschien de enige directe oplossing is, is het cruciaal om deze technische schuld later aan te pakken. Nadat de release is opgeleverd, moet je tijd vrijmaken om een goede oplossing van hoge kwaliteit te ontwikkelen. Helaas gebeurt dit niet vaak. Managers moeten de noodzaak inzien om ontwikkelaars de tijd te geven om dit gat en deze technische schuld te verkleinen om toekomstige problemen te voorkomen. Door hun beslissingen dragen managers in belangrijke mate bij aan de kwaliteit van de organisatie en hebben ze een directe invloed op de kwaliteit van software.”

Dit artikel is geschreven door Koen Vervloesem, freelancer voor Bits&Chips.

Nu AI-technologieën worden ingebed in softwareontwikkelingsprocessen vanwege hun productiviteitswinst, worden ontwikkelaars geconfronteerd met complexe beveiligingsuitdagingen. Ga mee met Balázs Kiss en verken de essentiële beveiligingspraktijken en herinneringstechnieken die nodig zijn om AI verantwoord en effectief te gebruiken.

Het gebruik van kunstmatige intelligentie (AI) bij de ontwikkeling van software is de afgelopen jaren toegenomen. Zoals met elke technologische vooruitgang, brengt dit ook implicaties voor de beveiliging met zich mee. Balázs Kiss, product development lead bij de Hongaarse aanbieder van opleidingen Cydrill Software Security, had de beveiliging van machine learning al onder de loep genomen vóór de wijdverspreide aandacht voor generatieve AI. “Terwijl iedereen het tegenwoordig heeft over grote taalmodellen, lag de focus in 2020 voornamelijk op machine learning, waarbij de meeste gebruikers wetenschappers op R&D-afdelingen waren.”

Toen Kiss de stand van de techniek onderzocht, ontdekte hij dat veel fundamentele concepten uit de softwarebeveiligingswereld werden genegeerd. “Aspecten zoals inputvalidatie, toegangscontrole, beveiliging van de toeleveringsketen en het voorkomen van overmatig gebruik van bronnen zijn belangrijk voor elk softwareproject, inclusief machine learning. Dus toen ik me realiseerde dat mensen zich niet aan deze praktijken hielden in hun AI-systemen, heb ik gekeken naar mogelijke aanvallen op deze systemen. Het resultaat is dat ik er niet van overtuigd ben dat machine learning veilig genoeg is om te gebruiken zonder menselijk toezicht. AI-onderzoeker Nicholas Carlini van Google Deepmind vergeleek de huidige staat van ML-beveiliging zelfs met de begindagen van cryptografie vóór Claude Shannon, zonder sterke algoritmen ondersteund door een rigoureuze wiskundige basis.”

Met de toename in populariteit van grote taalmodellen merkte Kiss dat dezelfde fundamentele beveiligingsproblemen weer opdoken. “Zelfs dezelfde namen doken op in onderzoekspapers. Carlini was bijvoorbeeld betrokken bij het ontwerpen van een aanval om automatisch jailbreaks te genereren voor elke LLM – een afspiegeling van aanvallen van tegenstanders die al een decennium worden gebruikt tegen computervisiemodellen.”

Gefabriceerde afhankelijkheden

Wanneer ontwikkelaars momenteel een LLM gebruiken om code te genereren, moeten ze onthouden dat ze in wezen een geavanceerde autoaanvulfunctie gebruiken. “De uitvoer zal lijken op code waarop het is getraind, en ziet er heel overtuigend uit. Dat is echter geen garantie voor correctheid. Wanneer een LLM bijvoorbeeld code genereert die een bibliotheek bevat, verzint het vaak een valse naam omdat het een woord is dat logisch is in die context. Cybercriminelen maken nu bibliotheken met deze fictieve namen, sluiten malware in en uploaden deze naar populaire code-repositories. Dus als je deze gegenereerde code gebruikt zonder het te verifiëren, kan je software onbedoeld malware uitvoeren.”

In de VS heeft het National Institute of Standards and Technology (NIST) zeven essentiële bouwstenen van verantwoorde AI geschetst: validiteit en betrouwbaarheid, veiligheid, beveiliging en veerkracht, controleerbaarheid en transparantie, uitlegbaarheid en interpreteerbaarheid, privacy en eerlijkheid met beperking van schadelijke vooroordelen. “De aanval met gefabriceerde bibliotheken is een voorbeeld waarbij veiligheid en veerkracht in het gedrang komen, maar de andere bouwstenen zijn net zo belangrijk voor betrouwbare en verantwoorde AI. Validiteit en betrouwbaarheid’ betekent bijvoorbeeld dat resultaten consistent correct moeten zijn: de ene keer een correct resultaat krijgen en de volgende keer dat je de LLM vraagt om dezelfde taak uit te voeren, is niet betrouwbaar.”

Wat bias betreft, dit wordt vaak begrepen in andere domeinen, zoals grote taalmodellen die stereotype veronderstellingen over beroepen van mannen en vrouwen uitdrukken. Een dataset met code kan echter ook bias vertonen, legt Kiss uit. “Als een LLM alleen is getraind op open-source code van Github, kan het bevooroordeeld zijn ten opzichte van code die dezelfde bibliotheken gebruikt als de code waarop het is getraind, of code met Engelse documentatie. Dit beïnvloedt het type code dat de LLM genereert en zijn prestaties op taken die worden uitgevoerd op code die afwijkt van wat hij heeft gezien in zijn trainingsset, waardoor hij het mogelijk slechter doet wanneer hij interfaced met een aangepaste closed-source API.”

Balasz Kiss
Credits: Egressy Orsi Foto

Effectief vragen stellen

Volgens Kiss zijn veel best practices voor het verantwoord gebruik van AI in softwareontwikkeling niet nieuw. “Valideer gebruikersinvoer in je code, controleer bibliotheken van derden die je gebruikt, controleer op kwetsbaarheden – dit is allemaal algemeen bekend in het beveiligingsdomein. Er zijn veel tools beschikbaar om te helpen bij deze taken.” Je kunt zelfs AI gebruiken om AI-gegenereerde code te verifiëren, stelt Kiss voor. “Voer de gegenereerde code terug naar het systeem en vraag het om kritiek. Zijn er problemen met deze code? Hoe zouden die opgelost kunnen worden?” De resultaten van deze aanpak kunnen heel goed zijn, stelt Kiss, en hoe preciezer je vragen zijn, hoe beter de prestaties van de LLM. “Vraag niet alleen of de gegenereerde code veilig is. Als je je bewust bent van het soort kwetsbaarheden dat je kunt verwachten, zoals cross-site scripting kwetsbaarheden in webapplicaties, specificeer deze dan in je vragen.”

Er zijn veel best practices in opkomst voor het maken van effectieve prompts, oftewel de vragen die je voorlegt aan de LLM. One-shot of few-shot prompting, waarbij je één of enkele voorbeelden van de verwachte uitvoer aan de LLM geeft, is volgens Kiss een krachtige techniek om betrouwbaardere resultaten te verkrijgen. “Als je code op dit moment bijvoorbeeld XML-bestanden verwerkt en je wilt overschakelen op JSON, dan kun je simpelweg vragen om de code te transformeren om JSON te verwerken. De gegenereerde code zal echter veel beter zijn door een voorbeeld van je gegevens in XML-formaat toe te voegen naast dezelfde gegevens in JSON-formaat en te vragen om code om gegevens in plaats daarvan in JSON te verwerken.”

Een andere nuttige promptingtechniek is chain-of-thought prompting – een LLM opdragen om zijn redeneerproces voor het verkrijgen van een antwoord te laten zien, waardoor het resultaat wordt verbeterd. Kiss heeft deze en andere promptingtechnieken, naast belangrijke valkuilen, samengebracht in een eendaagse training over verantwoorde AI in softwareontwikkeling aan het High Tech Institute. “Zo zijn unit tests die door een LLM worden gegenereerd vaak nogal repetitief en dus niet zo nuttig. Maar de juiste prompts kunnen ze verbeteren, en je kunt ook aan testgedreven ontwikkeling doen door zelf de unit tests te schrijven en de LLM te vragen de bijbehorende code te genereren. Deze methode kan heel effectief zijn.”

Hier blijven

Met al deze voorzorgsmaatregelen kun je je afvragen of de grote belofte van AI-codegeneratie, verhoogde productiviteit van ontwikkelaars, nog steeds geldt. “Een recent onderzoek op basis van gerandomiseerde gecontroleerde onderzoeken bevestigt dat het gebruik van generatieve AI de productiviteit van ontwikkelaars met 26 procent verhoogt,” merkt Kiss op, met nog grotere voordelen voor minder ervaren ontwikkelaars. Toch waarschuwt hij dat dit een valkuil kan zijn voor jonge ontwikkelaars. “Met de huidige stand van generatieve AI is het mogelijk om code te schrijven zonder verstand te hebben van programmeren. Prominent AI-onderzoeker Andrej Karpathy merkte zelfs op: ‘De populairste nieuwe programmeertaal is Engels’. Maar als je de gegenereerde code niet begrijpt, hoe wil je die dan onderhouden? Dit leidt tot technische schuld. We weten nog niet welk effect het langdurige gebruik van deze tools zal hebben op onderhoudbaarheid en robuustheid.”

Hoewel het gebruik van AI bij de ontwikkeling van software een aantal problemen met zich meebrengt, is het volgens Kiss ongetwijfeld een blijvertje. “Ook al lijkt het vandaag op een zeepbel of een hype, er zijn aantoonbare voordelen en de technologie zal breder geaccepteerd worden. Veel tools die we vandaag zien, zullen worden verbeterd en zelfs worden ingebouwd in geïntegreerde ontwikkelomgevingen. Microsoft integreert zijn Copilot al strak in zijn Visual Studio producten, en ze zijn niet de enige. Menselijk toezicht zal echter altijd nodig blijven; uiteindelijk is AI slechts een hulpmiddel, net als elk ander hulpmiddel dat ontwikkelaars gebruiken. En LLM’s hebben inherente beperkingen, zoals hun neiging om te ‘hallucineren’ – verzinsels te creëren. Zo werken ze nu eenmaal vanwege hun probabilistische aard en gebruikers moeten zich hier altijd van bewust zijn als ze ze gebruiken.”

Dit artikel is geschreven door Koen Vervloesem, freelancer voor Bits&Chips.

 

Jack Leijssen vindt het trainen vooral leuk omdat deelnemers aan zijn workshop “Signaalintegriteit” de problemen uit zijn wereld herkennen. Hij wil mensen vooral anders laten denken omdat elektromagnetische verschijnselen vaak tegen de intuïtie ingaan.

De wieg van Jack Leijssen stond letterlijk op de High Tech Campus – hij werd geboren op een van de boerderijen op het land waar in de jaren zestig het Natlab ontstond en zich na 2000 een omgeving voor open innovatie ontwikkelde. Leijssen werkte zijn hele leven bij Philips, net als zijn ouders. “Mijn moeder maakte als meisje de PL86 televisielampen, mijn vader werkte bij het Natlab. Ze ontmoetten elkaar buiten Philips en trouwden in 1956. Een jaar later werd ik geboren, dus ik kan met recht zeggen dat ik uit een Philipsnest kom,” zegt hij lachend.

Leijssen is een doorgewinterde technicus die ook is opgeleid binnen de Nederlandse multinational. Na de lagere technische school (LTS) werd hij tijdens zijn werk in het Natlab verder opgeleid aan de bedrijfsschool. Na zijn militaire dienst volgde hij de MTS en HTS, wederom bij Philips, en volgde daar een didactische opleiding. “Philips bleef de rode draad in mijn carrière: Ik werkte in de bedrijfswerkplaatsen, de productieafdelingen, de meetkamer en elektronica reparaties.”

Heel slim

Na 23 jaar bij het Natlab maakte Leijssen in 1998 de overstap naar de elektronica-afdeling van Philips CFT. Hij ontwierp onder andere apparatuur voor het meten van interferentie (jitter). Ook werd hij door Philips uitgezonden om anderhalf jaar bij Bang & Olufsen te werken. Het Deense bedrijf inspireerde hem echt. Hij maakte deel uit van het team dat de HDR1 ontwikkelde, een recorder voor analoge tv met een harde schijf van 80 GB. “Je kon hem in de winkel kopen. Je kon hem uit elkaar halen en ik kon de onderdelen aanwijzen die mijn gedachten bevatten.”

Bang & Olufsen onderscheidde zich van Philips met een totaal andere marktbenadering. Zijn baas op het gebied van hardwareontwikkeling, Pelle Nissen, vertrouwde hem ooit toe dat het bij B&O allemaal niet zo goedkoop hoefde te zijn; het ging om kwaliteit. Toen Leijssen zei dat Bang & Olufsen zich volgens hem onderscheidde door productontwerp, vertelde Nissen hem dat het verschil tussen B&O en Philips niets te maken had met ontwerp. “Dat is wat iedereen denkt,” zei hij. “Philips maakt kostengeoptimaliseerde consumentenelektronica. Dat doet Sony ook. Wij bij Bang & Olufsen niet. Wij willen voldoen aan de verwachtingen van onze klanten.” “Nou,” antwoordde Leijssen, “dat willen we bij Philips ook, maar de verwachtingen van onze klanten liggen misschien wat lager, net als onze prijskaartjes.”

Leijssen ontdekte al snel dat Bang & Olufsen niet alleen een designervaring verkocht. “Ze stelden extreme eisen aan EMC-immuniteit en emissie. Het moest 20 dB beter zijn dan de toenmalige strengste norm. Toen ik dit in 2003 aan het EMC-competentiecentrum van CFT meldde, lachten ze alleen maar vol ongeloof. De algemene opinie was dat het ze nooit zou lukken. Maar het is ze gelukt. En het opmerkelijke is dat ze dat deden zonder connectoren van industriekwaliteit. Het is heel slim om een signaal-ruisverhouding van 100 dB in het audiopad te bereiken met alleen SCART.”

Jack Leijssen is een elektronicaliefhebber. Thuis is hij meestal te vinden in zijn hobbykamer.

Warme gevoelens

In Leijsen’s ervaring was elektronica altijd het lievelingetje van de Philips gemeenschap. De honderd medewerkers tellende groep Professional Electronics van CFT bijvoorbeeld, waar hij 23 jaar werkte, werd opgericht tijdens de beruchte grootschalige reorganisatie met de codenaam Centurion. “Elektronici werden in alle productdivisies ontslagen. Ze waren echter te goed om te ontslaan, dus werden ze overgeplaatst naar CFT. Wat de topmanagers daarvan vonden, weet ik niet, maar veel managers moeten zich gerealiseerd hebben dat die capaciteiten gered moesten worden.”

De vele reorganisaties bij Philips gingen aan Leijssen voorbij zonder dat het hem moeite kostte. “Ik ben uit mezelf van het Natlab naar CFT gegaan, maar daarna heb ik op wel vijf of zes verschillende afdelingen gewerkt. Het overkwam me allemaal. Opeens werkte ik bij een ander bedrijfsonderdeel. Ik opende ’s ochtends mijn mailbox om te ontdekken dat ik een andere baas had.”

Veel collega’s waren boos over de veranderingen, maar Leijssen niet. “Zo ben ik nu eenmaal. Ik ben van de technologie en als ik eerlijk ben, interesseert al het andere me niet zo. Ik zag de Philips-organisatie worstelen, maar ik wist dat de technologie waar ik aan werkte duurzaam was. De dingen die ik leuk vond, bleken altijd nuttig en nodig te zijn. Dat is een constante geweest in mijn leven en mijn hele Philips-carrière. Mijn warme gevoelens voor Philips hebben ook nooit geleden onder alle veranderingen en haperingen. Toen ik twee jaar geleden met pensioen ging, wist ik dat Philips Healthcare mij zou blijven aannemen. Ik heb het er nog steeds erg naar mijn zin.”

Vaste trainer

Bij Philips CFT ontwikkelde Leijssen ook zijn vaardigheden als trainer. Het begon allemaal met problemen bij Philips Semiconductors in San Jose. De IC-ontwerpers daar hadden een chip ontwikkeld die EMC-problemen gaf op printplaten bij klanten. Een oude afdelingsmanager die was gepromoveerd naar Noord-Amerika kwam op het idee om Leijssen te vragen de problemen op te lossen. “Ik kende hem van een digitaal cassetteproject waar ik tien jaar eerder aan had gewerkt.”

“De ontwerpers hadden een goed ontwerp geleverd, maar ze hadden er geen rekening mee gehouden dat klanten de chip op goedkope printplaten wilden monteren in een goedkoop productieproces,” herinnert Leijssen zich. “Ze hadden alle problemen uit de chip geduwd, naar de periferie. Daardoor was de printplaat bijna niet meer te maken. Klanten willen echter een chip in een eenvoudig referentieontwerp, zodat ze snel kunnen aantonen dat ze voldoen aan alle EMC- en regelgevingseisen. Ze willen geen hoofdpijn; ze willen een goedkope printplaat in een goedkope plastic doos.”

Leijssen kwam met een oplossing op de printplaat zonder dat er een nieuw chipontwerp nodig was en werd prompt gevraagd om Philips-medewerkers in de VS te trainen. “Het aanvankelijke voorstel was dat ik er tien keer per jaar drie weken zou zijn, maar dat heb ik terug kunnen brengen naar vijf keer.” Hij zette een EMC-cursus op en gaf les aan mensen bij zowel Semiconductors (later NXP) als CFT (opgegaan in Philips Healthcare en ASML). Hij werd een vaste trainer bij Philips Centre for Technical Training en later High Tech Institute, waar zijn cursus nu bekend staat als “Signaalintegriteit van een PCB-workshop“.

Leijssen is een fervent radioknutselaar. Voor zijn zelfgemaakte langegolf middengolfzender hangt een gigantische antenne over zijn tuin, die kan worden afgestemd met deze eveneens zelfgemaakte tuner.

Beslissingen op systeemniveau

“Ik vind het trainen vooral leuk omdat de mensen in mijn klas begrijpen waar ik het over heb,” zegt Leijssen. “Ze komen uit een wereld met problemen zoals ik die ook had. Als ik over mijn ervaringen praat, merk ik dat ze een en al oor zijn.”

De training trekt een zeer brede groep deelnemers, niet alleen IC-ontwerpers maar ook PCB layout ontwerpers en systeemarchitecten. Vooral de PCB-ontwerpers hebben behoefte aan vuistregels, merkt Leijssen op. “Zij hebben een ander perspectief. We hebben een gastdocent in onze workshop die hun wereld beter kent dan ik. Het gaat bijvoorbeeld om de juiste keuze van componenten en of je die op één of meerdere printplaten moet zetten.”

Leijssen vindt het vooral leuk om les te geven aan mensen die beslissingen op systeemniveau moeten nemen. “In een goedkoop ontwerp moet alles overzichtelijk bij elkaar op één print zitten. Helaas betekent dat ook dat de ruisklasse over de hele linie hetzelfde is. Als je er een 16-bits analoog-digitaalomzetter op zet, doet die het misschien maar met 10 bits omdat hij dezelfde driedimensionale elektromagnetische omgeving gebruikt. In dat geval is het goedkoper om een 10-bits ADC te gebruiken. Een 16-bits resultaat betekent immers niet dat je die kwaliteit krijgt. 16 bit betekent een signaal-ruisverhouding van 96 dB. Dat krijg je niet gratis; daar moet je moeite voor doen. Daar moet je voor betalen.”

Vrij nutteloos

Signaaloverdracht op printplaten veranderde aanzienlijk onder invloed van CMOS-chiptechnologie. “CMOS-apparaten werden steeds sneller, waardoor de flanken van de signalen die een printplaatbaan doorkruisen steeds steiler werden. Het frequentiespectrum dat nodig is voor zo’n rand werd ook steeds breder. We hebben het over gigahertzen.”

In die wereld ‘ziet’ een sein een printspoor niet langer als een condensator die moet worden opgeladen. “We hebben nu te maken met transmissielijnen, waarover seinen als treinen rijden. Die signalen hebben een flank die langs de printbaan beweegt. De retourstroom zit onder de flank. Het sein ‘ziet’ niet de hele capaciteit van de printbaan, alleen een klein stukje van ongeveer de lengte van de rand. Tel daarbij op dat je meerdere flanken in een printspoor kunt hebben. Op een transmissielijn is dat allemaal in beweging, aan het reizen. Dat is een van de dingen die ik behandel in mijn workshop. Je kunt het vergelijken met optische signalen, maar dan met ongeveer de halve lichtsnelheid.”

Met zijn trainingen wil Leijssen mensen anders laten denken. “Best engineering practices zijn in mijn wereld vrij nutteloos”, stelt hij. “Veel elektromagnetische verschijnselen staan haaks op wat je intuïtie je vertelt. Mensen denken dat ze condensatoren opladen, maar in feite stuit zo’n reizend signaal op een printbaan op allerlei obstakels. Een capaciteit hier, een andere capaciteit daar. Ook ondervindt het signaal enige zelfinductie. Een capaciteitsmeter meet misschien een capaciteit van 100 picofarad op een printspoor, maar een signaal ziet dat niet zo. Het ziet gedistribueerde capaciteit en gedistribueerde zelfinductie. Je mobiele telefoon, alle geheugens, ze werken nu allemaal met transmissielijnen.”

Dit artikel is geschreven door René Raaijmakers, techredacteur van Bits&Chips.

Rust, met zijn garantie op geheugenveiligheid, markeert zijn plaats als veelbelovende programmeertaal. Als je je afvraagt of je tijd moet investeren in Rust, dan heeft computerprogrammeerenthousiasteling Kris van Rens een zeer gerichte training voor je bij High Tech Institute.

Rust, een opkomende programmeertaal, begint de aandacht te trekken van veel bedrijven vanwege de belofte van gegarandeerde geheugenveiligheid. Natuurlijk zijn er al eerder nieuwe programmeertalen geweest en de keuze om een nieuwe taal te adopteren is altijd een belangrijke beslissing. Als je je afvraagt of Rust een nuttige toevoeging zou kunnen zijn aan je softwareontwikkeling, dan heeft computerprogrammeerenthousiasteling Kris van Rens een training voor je voorbereid, “Exploring Rust,” georganiseerd door High Tech Institute.

Van Rens vergelijkt de geheugenveiligheid van Rust met vangrails: “Het voorkomt dat software engineers zichzelf in de voet schieten. In wezen ruil je vrijheid voor gegarandeerde veiligheid en voorspelbaar gedrag.” Tegelijkertijd beschouwt hij de expressieve syntaxis van Rust als een van de sterke punten, waardoor het een aantrekkelijke taal is om mee te werken. Een derde voordeel dat hij benadrukt is de compiler: “Het is een geweldige programmeerpartner, die uitstekende foutmeldingen geeft. Hij geeft ook vaak suggesties voor oplossingen, waardoor hij je letterlijk ‘begeleidt’ terwijl je bezig bent.”

Productieklaar

Omdat Rust een relatief jonge programmeertaal is, is het natuurlijk de vraag of het klaar is voor productie. Volgens Van Rens hangt het antwoord af van het toepassingsdomein, maar over het algemeen zou hij met een volmondig ja antwoorden. “Sterker nog, veel gerenommeerde hightech software engineering bedrijven gebruiken Rust in productie, bijvoorbeeld bij applicatie-, cloud- en webontwikkeling.”

In meer beperkte gebieden zoals embedded ontwikkeling is volledige ondersteuning niet altijd gegarandeerd, deels omdat dit afhangt van de ondersteuning door de fabrikant van het embedded apparaat. Domeinen zoals automotive en luchtvaart die software certificeringstrajecten vereisen kunnen op dit moment ook een uitdaging vormen met Rust. Van Rens geeft echter aan dat “het Duitse bedrijf Ferrous Systems al een Rust-toolchain biedt die klaar is voor gebruik in omgevingen die een ISO 26262-certificering voor de auto-industrie vereisen. Er wordt gewerkt aan andere vereiste niveaus. Het is gewoon een kwestie van tijd.”

Verschillende concepten

Van Rens vindt Rust niet moeilijker te leren dan geavanceerd C of C++. “Ja, C is misschien een kleine taal, maar het onder de knie krijgen van C of C++ kost vele jaren van geconcentreerd werk en discipline. Misschien is de leercurve voor Rust in het begin steiler omdat de taal op zich groter is, maar op de lange termijn maakt dat geen verschil. Ik kom vaak software engineering bedrijven tegen die artikelen publiceren over hun succesvolle adoptie van Rust, waarin ze uitleggen dat de taal niet bijzonder moeilijk was om te leren.”

Een deel van de steile leercurve van Rust komt door een aantal unieke concepten die niet voorkomen in traditionele programmeertalen als C en C++. In zijn training richt Van Rens zich op deze elementen en verwacht hij dat de deelnemers software engineers zijn met ervaring in systeemontwikkeling. “Hierdoor kan ik Rust introduceren op een geavanceerd, diepgaand niveau. Mijn doel is niet om Rust-experts af te leveren, maar om deelnemers een uitgebreid begrip te geven van wat de taal anders maakt. Dit helpt hen te bepalen of ze hun tijd in Rust moeten investeren en vergemakkelijkt een succesvolle adoptie van de taal als ze besluiten het te proberen.”

Door de gerichte aanpak is de “Exploring Rust” training verspreid over slechts twee halve dagen, binnen een tijdsbestek van twee weken. “Ik spring meteen in op een hoog niveau en behandel de belangrijkste onderwerpen diepgaand. Ik besteed ongeveer 30 procent van de tijd aan hands-on oefeningen. Voor degenen die nog dieper willen gaan, zijn er een paar grotere huiswerkoefeningen.”

Dit artikel is geschreven door Koen Vervloesem, freelancer voor Bits&Chips.

C++ is in de loop der tijd sterk geëvolueerd. Software engineers die nog steeds gebruik maken van verouderde paradigma’s van de programmeertaal realiseren zich de mogelijkheden niet ten volle. In zijn training “C++ fundamentals” bij High Tech Institute introduceert computerprogrammeur Kris van Rens C++20, inclusief onderwerpen als templates en ranges.

In de loop der jaren zijn er veel programmeertalen voorgesteld als alternatieven voor C++. Toch heeft dit C++ niet minder relevant gemaakt, benadrukt computerprogrammeerenthousiast Kris van Rens. “Er zijn miljoenen regels C++-code in productie en een aanzienlijk aantal engineers in de industrie is opgeleid in de populaire programmeertaal.”

Een van de uitdagingen van het beheersen van C++ is de enorme omvang van de taal, merkt Van Rens op. “C++ is een oude taal en is behoorlijk omvangrijk en relatief complex geworden door de veelheid aan nieuwe functies die de taal in de loop der tijd heeft gekregen. Als gevolg daarvan hebben veel C++ ontwikkelaars hun kennis van de taal in fragmenten opgebouwd, zonder een duidelijk, alomvattend overzicht.”

Deze uitgebreide kijk op de programmeertaal wil Van Rens bieden in zijn 4-daagse training “C++ fundamentals”, georganiseerd door High Tech Institute. In deze training introduceert hij de fundamenten van het moderne C++ aan software engineers van alle niveaus, of het nu hun eerste contact met de programmeertaal is of dat ze hun kennis van oudere C++ versies willen updaten.

Een levende taal

Omdat C++ en de bijbehorende tooling in de loop der tijd veel zijn veranderd, is het gemakkelijk om vast te komen zitten in het leren van verouderde paradigma’s. Van Rens waarschuwt: “Veel boeken en online bronnen onderwijzen nog steeds oudere versies van C++, waardoor u beperkt wordt in het volledig benutten van het potentieel van de taal.” C++ als taal is nog steeds springlevend, met nieuwe versies die elke drie jaar verschijnen en grote feature-updates die minstens elke zes jaar verschijnen. “Het is aan software engineers en hun werkgevers om op de hoogte te blijven van de veranderingen in de taal en te profiteren van de nieuwe functies,” vindt Van Rens.

Van Rens behandelt C++20 in zijn training, inclusief krachtige onderwerpen als templates en ranges. “Deze C++-versie uit 2020 wordt volledig ondersteund door de meeste nieuwste toolchains, en in industriële productieomgevingen is de adoptie ervan relatief nieuw. Misschien kunnen sommige deelnemers aan de training C++20 niet direct in hun omgeving toepassen. Ze zullen echter wel in staat zijn om de potentiële verbeteringen en veranderingen te identificeren die C++20 zal brengen in hun code. Op deze manier kunnen ze hopelijk bijdragen aan een toekomstige migratie naar nieuwere C++ versies in hun bedrijf. Tijdens de training benadruk ik ook de functies van C++20 die in eerdere versies van de taal ontbraken.”

De training “C++ fundamentals” beslaat in totaal vier dagen, verdeeld over twee blokken van twee volle dagen, met een week pauze ertussen. “Ik behandel de basiselementen van de taal in de eerste twee dagen, gevolgd door een meer diepgaande duik tijdens de volgende dagen. De focus ligt op het opbouwen van een solide basiskennis van C++, en op weten waar bronnen te vinden zijn voor verdere professionele ontwikkeling in C++,” vat Van Rens de training samen. Hij besteedt ongeveer de helft van de training aan klassikale oefeningen, allemaal afgeleid van zijn praktische ervaring als doorgewinterde C++ software engineer. Voor degenen die nog dieper willen graven, zijn er een paar grotere huiswerkoefeningen.

Veiligheid en beveiliging van software

Een nieuw thema op het gebied van programmeertalen is de verschuiving naar strengere regelgeving rond softwareveiligheid en -beveiliging. Dit zal elk gebied van softwareontwikkeling beïnvloeden, benadrukt Van Rens. “Software engineers zullen waarschijnlijk meer garanties moeten geven over veiligheid en beveiliging.” De twee belangrijkste benaderingen hiervoor zijn het gebruik van een geheugenveilige programmeertaal zoals Rust of het gebruik van een taal met garbage collection om handmatig geheugenbeheer te elimineren.

Hoewel C++ geen strikt veilige programmeertaal is, bevestigt Van Rens dat C++-code nog steeds zijn plaats heeft in het applicatielandschap. “Misschien zal C++ in de verre toekomst evolueren om aan strenge veiligheidseisen te voldoen, maar nu nog niet. Met de juiste discipline, richtlijnen en tools kan het werken met C++ echter grotendeels veilig zijn. Dit komt zonder harde garanties, maar het kan ‘veilig genoeg’ zijn voor uw doeleinden.”

Dit artikel is geschreven door Koen Vervloesem, freelancer voor Bits&Chips.

In zijn workshop over projectleiderschap wil Wilhelm Claussen deelnemers in staat stellen na te denken over hun rol als projectleider en hen ondersteunen bij het creëren van momenten waarop ze hun teams en belanghebbenden op één lijn brengen met het projectdoel. Dit alles met een focus op het succesvol maken van projecten en om van het werk als projectmanager een lonend persoonlijk ontwikkelingstraject te maken.

Op een bepaald moment in zijn carrière beleefde Wilhelm Claussen een cruciaal moment toen hij voor een Duits bedrijf in Amerika aan een project werkte. Hoewel hij zich hield aan de richtlijnen die waren opgesteld door het hoofdkantoor van het bedrijf, stuitte hij bij het managen van zijn mensen op onverwachte uitdagingen als gevolg van lokale bijzonderheden die onoverkomelijker waren dan de technische taak zelf. Dit leidde uiteindelijk tot een epische mislukking van het project, maar leverde hem een diepgaande leerervaring op.

Deze tegenslag was de vonk voor wat hij nu beschouwt als zijn projectmanagementstijl, die hij nu met succes onderwijst in zijn cursussen aan het High Tech Institute. Op basis van zijn 26 jaar ervaring in projectleiderschap gelooft hij dat er, naast de verschillende scholen voor projectmanagement, een aantal universele principes en methoden zijn die goede projectleiders zouden moeten beheersen. Hij merkte op dat zulke individuen van onschatbare waarde zijn voor organisaties, omdat ze kunnen navigeren in een snel veranderende en verspreide omgeving.

“Veel projectmanagers moeten tegenwoordig internationaal en in een multipolaire omgeving werken waar de spelregels snel veranderen. Hier proactief mee omgaan is de sleutel tot succes. Anders zullen zelfs goede technische ideeën nooit een succesvol product worden door slecht leiderschap.”

U maakt een duidelijk onderscheid tussen projectmanagement en projectleiderschap, waarom is dat?

“Dit onderscheid is voor mij in de loop der tijd uitgekristalliseerd:

Voor mij gaat projectleiderschap over hoe je projectleden en belanghebbenden begeleidt om de belangrijke dingen te doen met de juiste timing. En het gaat over de persoon die als baken in het project fungeert en richting en begeleiding geeft. Dat maakt projectleiderschap iets heel persoonlijks.

“Projectmanagement daarentegen is de opeenvolging van acties die het plan voor uitvoering creëren. Het wordt gedekt door een beheersbare set hulpmiddelen voor een bepaalde projectomgeving en is in feite het gereedschap van de projectmanager.

“Ik wil de ervaring die ik heb opgedaan als projectleider doorgeven. Dit betekent dat ik wil dat mensen zelfbewust worden, dat ze begrijpen waar ze staan in hun project en dat ik ze help begrijpen hoe ze hun omgeving kunnen beïnvloeden. Dat is waar leiderschap om draait, impactvolle momenten creëren en daarop inspelen.”

Betekent dit dat je projectmanagementworkshop geen projectmanagementcursus is?

“Ja – en nee!

Ten eerste bieden veel instellingen cursussen projectmanagement aan. Ze leggen stap voor stap volgens het door hen gekozen model (bijv. Agile, Waterval, V-Model… noem maar op) uit wat je moet doen en hoe voor verschillende soorten projecten. En natuurlijk kijken we ook naar de basiselementen van projectmanagement, want die vormen onze werkomgeving door en door.

Tot zover -Ja, je leert de belangrijkste projectmanagementelementen kennen.

Maar daarnaast zullen we ook kijken naar het leiderschapsaspect en hoe om te gaan met onzekerheid en vluchtige omgevingen. Met andere woorden, de vraag hoe te plannen voor het onbekende.

Hoe structureer ik bijvoorbeeld een technologisch ontwikkelingsproject waarbij ik KAN NIET weten wat het juiste pad naar het resultaat is? Hoe voorkom ik dat alle andere deelprojecten worden weggevaagd door één chaotisch deelproject?

Hoe kun je in volatiele omgevingen begrijpen welk onderdeel als volgende moet worden gedaan en hoe kun je daar vaart achter zetten?

Mijn passie is om mensen te leren deze uitdaging aan te gaan in een zeer technische integratiegedreven omgeving. Dus in leveringen waar het einddoel van het project alleen kan worden bereikt als ALLE deelleveringen samenwerken, zoals in de automobiel-, halfgeleider- of speciale machinebouw.

Voor mij betekent dit dat het leuk is om op de witte golven te rijden in plaats van constant te verdrinken en water in te slikken.

In dit opzicht – nee, het is geen normale projectmanagementcursus!

Wat was de belangrijkste ervaring waardoor je de relevantie van leiderschap in je eigen carrière bent gaan promoten?

“In mijn eerste projecten voelde ik me vaak een slachtoffer in mijn rol als projectmanager, gevangen in de taken en planningen die door anderen waren opgesteld zonder dat ik zelf duidelijke oplossingen kon vinden. Dus sloot ik me aan bij andere projectmanagers die klaagden over schaarse middelen, ontoereikende budgetten en een gebrek aan hulpmiddelen. Een triest pad dat naar een doodlopende weg leidde.

Op een dag begreep ik dat ik risico’s en onzekerheden op mijn pad moest accepteren. Een deel van mijn leiderschapsfilosofie werd het beheren van deze risico’s, ze accepteren en omgaan met onzekerheid. In wezen vereiste dit de bereidheid om “onbekende onbekenden” proactief om te zetten in identificeerbare risico’s die ik kon beheren en controleren. Zo zou ik het vandaag de dag willen uitdrukken.”

De term “leiderschap” is een modewoord geworden, waarom gebruik je het?

“Ik ben het eens met deze opmerking, maar ik gebruik hem omdat ik geen betere term heb.

Om hier wat verder op in te gaan: projectleiderschap gaat verder dan louter methoden of manipulatieve tactieken. Het is geworteld in de overtuigingskracht van een consistent en holistisch karakter. Mijn doel hier is om het individu aan te moedigen om na te denken en de essentie van een leider te begrijpen door naar binnen te kijken in plaats van naar buiten.

Je moet niet alleen je eigen team managen, je moet ook voldoen aan de verwachtingen van de klant!

“Bovenal betekent leiderschap het managen van de stakeholders die overal aanwezig zijn. Ik zal deelnemers begeleiden bij het identificeren van deze stakeholders en het begrijpen van hun vaak onuitgesproken verwachtingen. Dit inzicht is cruciaal voor het effectief managen van al deze stakeholders: klanten, leveranciers, technische experts en projectleden. Het doel is om constructief met hen samen te werken en hen mee te nemen op de reis naar een gemeenschappelijk doel.

Dus het draait weer allemaal om communicatie?

Dat is het niet helemaal. Het begint met een solide basis van projectmanagementtools en ervaring. Maar wat een projectleider echt onderscheidt, is zijn of haar vermogen om culturele, taalkundige en organisatorische barrières te overwinnen om succesvolle projectresultaten te behalen. Dit vereist de ontwikkeling van een unieke persoonlijke stijl.

Projectmanagement betekent alles op de radar hebben. Projectmanagement is de kunst van het prioriteiten stellen. Het is de kunst om weg te laten “wat je niet hoeft te doen”.

Welke invloed hebben deze culturele verschillen?

“Ik heb lang in Azië, Duitsland, de VS, Oost-Europa en Nederland gewerkt. Mensen in de verschillende culturen dragen hun zorgen, hun conflicten, maar ook hun ongeloof en hun meningsverschillen op veel verschillende manieren met zich mee door de verschillende niveaus van de organisaties. Dit is normaal en kan nuttig zijn voor de voortgang van het project.

Een goede projectmanager kan hiermee omgaan door deze uitdagingen te herkennen voordat ze een probleem worden. En je moet naar deze signalen kunnen luisteren en je managementstijl kunnen aanpassen aan deze verschillende culturele aspecten.

Even ter herinnering: in de meeste andere culturen dan de Nederlandse of Duitse zijn onenigheid en vrijblijvendheid stil.

Wat zijn andere typische hindernissen?

“Verschillende ervaringsniveaus en persoonlijkheden spelen een cruciale rol. Je moet je aanpassen en begrijpen met wat voor soort mensen je te maken hebt. Want alle mensen geven de voorkeur aan communicatie die hun eigen taal spreekt. Het gaat niet alleen om woordenschat en woorden, maar ook om gevoelens, metaforen en culturele of persoonlijke overtuigingen. Een projectleider moet zijn boodschap dus vertalen naar de verschillende talen van zijn ontvangers in het project.

“Optimaal reageren op collega’s zonder je eigen persoonlijkheid te verliezen, zonder volledig opportunistisch te worden, dat is de taak van een goede projectleider.

Natuurlijk zal dit zich in de loop van de tijd ontwikkelen. Maar het goede nieuws is dat er bepaalde vragen, ideeën en concepten zijn die je kunt oefenen. Ze zullen je enorm helpen om de volgende stap te zetten.

Wat heeft de toekomst in petto voor projectmanagement als je kijkt naar de nieuwe mogelijkheden van AI?

Ik wil deze vraag in drie delen behandelen.

Ten eerste bieden de huidige projectmanagementsystemen voor herhaalde leveringen, die we “projecten” noemen, al een hoge mate van automatisering voor routinetaken. Deze trend zal zich de komende jaren waarschijnlijk voortzetten en de replicatie van complexe projecten vergemakkelijken, zoals Snowden opmerkt. Projectmanagers moeten hun strategieën en projectontwerpen aanpassen aan de programmeringslogica van deze systemen.

Ten tweede zullen originele projecten – unieke en onvoorspelbare projecten – nog steeds menselijk leiderschap vereisen vanwege de onzekere impact van kunstmatige intelligentie (AI) op projectmanagement. Hoewel AI in toenemende mate routinetaken zal afhandelen, is menselijk toezicht cruciaal voor originele projecten.

Het derde aspect is het meest fascinerend: als we het over leiderschap hebben, gaat het in essentie over interactie van mens tot mens. Met de komst van echte kunstmatige intelligentie staan we voor de uitdaging om deze te integreren in leiderschapsrollen binnen projecten. Dit betekent dat taken, projectstructuren en prioriteiten worden gedefinieerd door intelligente machines en gezamenlijk worden uitgevoerd binnen het projectteam.

Maar omdat kunstmatige intelligentie werkt op basis van regelgebaseerde modellen, zal de menselijke leiderschapsfunctie verschuiven van directe taakinstructie naar het definiëren van eerlijke en effectieve regels. Dit betekent dat de verantwoordelijkheid voor samenwerkend en efficiënt projectteamwerk bij de projectmanager blijft liggen, zelfs als de hulpmiddelen en methoden veranderen.

Wat is vandaag de dag essentieel in leiderschap?

Leiderschap, zoals ik het definieer, is alomtegenwoordig in ons dagelijks leven omdat het vereist dat de leider het doel begrijpt en weet hoe hij moet communiceren om anderen te motiveren om bij te dragen. We werken in zeer gespecialiseerde organisaties, dus het maakt niet uit of je een technicus, ingenieur of groepsleider bent. Ik verwacht dat elke materiedeskundige in staat en bereid is om de organisatie te leiden in die aspecten die tot zijn vakgebied behoren.

Leiderschap in onze huidige werkomgeving gaat altijd over het bevestigen van individuele doelen die nodig zijn om het algemene resultaat te bereiken. Dit omvat ook het beïnvloeden van anderen om te begrijpen wat wij willen en vice versa, zodat wij begrijpen wat zij willen. Dat is waar leiderschap over gaat op alle niveaus, de klok rond.”

Dit artikel is geschreven door René Raaijmakers, tech editor van High-Tech Systems.

Het is makkelijker dan ooit om complexe berekeningen en ontwerpsimulaties uit te voeren. Toch komt het uiteindelijk allemaal neer op hoe een ontwerp zal werken buiten het lab, in een echt product, in een echte omgeving, volgens Wendy Luiten. Daarom geeft ze een nieuwe cursus Toegepaste statistiek voor R&D aan het High Tech Institute. Statistiek wordt vaak te weinig toegepast en dat is jammer, want het kan echt bijdragen aan succes.

Toen Wendy Luiten leerde programmeren, gebruikte ze ponskaarten die in gigantische computers werden ingevoerd. Tegenwoordig kan ze de meest complexe berekeningen en ontwerpsimulaties uitvoeren met een druk op de knop van haar laptop.

Tijdens Luiten’s carrière was ze getuige van een ongekende toename in rekenkracht. Nadat ze in 1984 afstudeerde aan de Universiteit Twente, begon ze aan een indrukwekkende carrière als thermisch expert en als Six Sigma Master Black Belt bij Philips. Tegenwoordig werkt ze als consultant.

Die diepgaande ervaring gaf haar een betere kijk op statistiek en computergebruik dan de meeste ingenieurs. Nieuwe software biedt geweldige mogelijkheden voor het maken van ontwerpsimulaties en Digital Twins. Maar het ogenschijnlijke gemak van deze nieuwe methoden doet gemakkelijk vergeten dat een simulatie niet de werkelijkheid is. Een simulatiemodel moet gevalideerd worden om er zeker van te zijn dat het de werkelijkheid in voldoende mate weergeeft. Bovendien beschrijven simulaties een ideale wereld, zonder willekeurige variatie. In de echte wereld kan willekeurige variatie een product onbetrouwbaar en teleurstellend voor eindklanten maken.

Sommige mensen herhalen niet, maar gaan af op één meting”, zegt ze. ‘Op basis daarvan beslissen ze of het ontwerp goed is of niet. Dat is riskant. Je weet niet hoe goed de meting is, je hebt geen idee van de meetfout, je weet niet hoe representatief het prototype is, je weet niet hoe representatief de use case is.’

“Toegepaste statistiek is als autorijden, je hoeft de werking van de motor niet te kennen om van A naar B te gaan,” Wendy Luiten

Mensen zijn vaak erg optimistisch over hun meetfout. Ik heb gevallen gezien waarbij mensen dachten dat hun meetfout in de tienden van een graad zat, maar bij een herhalingsmeting bleek het verschil 10 graden C te zijn. Dus als je herhalingsmeting zo’n groot verschil laat zien, kun je echt niet zeker zijn van hoe goed het product presteert en moet je dieper graven naar de hoofdoorzaak van dit verschil.

Daarom start Luiten haar nieuwe training Toegepaste statistiek voor R&D aan het High-Tech Institute met meetstatistiek. In deze cursus gaat ze dieper in op de belangrijkste statistische vaardigheden die hun waarde hebben bewezen in haar 30+ jaar R&D-ervaring in de industrie. Eerst moet je zien hoe goed je metingen zijn’, legt ze uit. Vervolgens moet je de steekproefgrootte kunnen schatten, het aantal metingen dat je nodig hebt om een bepaald effect met voldoende waarschijnlijkheid aan te tonen. Zodra je de uitvoerprestaties nauwkeurig en met voldoende precisie kunt meten, kun je verschillende ontwerpconfiguraties onderzoeken en de beste configuratie kiezen. Tot slot onderzoek je het uitgangsgemiddelde en de variatie, wat uiteindelijk de manier is waarop je tot een succesvol ontwerp komt.

Willekeurige meetfout

Luiten merkt op dat ingenieurs zich vaak al bewust zijn van de systematische meetfout. Systematische fouten zijn een bekend fenomeen”, zegt ze. Je kunt een gouden monster meten en de resultaten corrigeren, dat is een de facto kalibratie van je meting. Dat is bekend en onderdeel van veel labcursussen in het hoger onderwijs.

De meeste mensen houden echter geen rekening met de toevallige fout of gebruiken blindelings een standaardwaarde van 1, 5 of 10%. Maar in werkelijkheid hangt de toevallige fout af van het meetinstrument en ook van wie de metingen uitvoert. De statistische methode om de toevallige fout te achterhalen is meestal geen onderdeel van een labcursus, dus dit komt minder vaak voor. Maar de eerste keer dat zo’n test wordt gedaan, zijn de resultaten vaak verrassend.

Luiten noemt een aantal gevallen waar ze zelf mee te maken heeft gehad. Ik heb gevallen gezien waarin mensen ervan overtuigd waren dat ze bijna geen toevallige fout hadden omdat ze een hele dure geautomatiseerde meetmachine hadden. Maar het bleek dat de operators de monsters op een andere manier maakten en dat veroorzaakte een grote toevallige fout. In een ander geval claimden verschillende ontwikkelingslaboratoria allemaal een meetfout van 5% – maar toen ze dezelfde apparaten in een round robin test maten, was er een verschil van een factor 2, vanwege verschillen in de meetopstelling die irrelevant werden geacht. Ik heb gezien dat schijnbare fluctuaties in productkwaliteit konden worden gekoppeld aan de operator die de metingen uitvoerde. In alle gevallen waren mensen er absoluut van overtuigd dat ze een verwaarloosbare toevallige fout in de metingen hadden, en deze resultaten waren totaal onverwacht. Maar je kent je toevallige fout en de oorzaak van de toevallige fout alleen als je er een statistische test voor doet.

“Welk ontwerp is beter? Ontwerp C heeft de voorkeur – Ook al heeft B een hogere gemiddelde prestatie, C heeft het laagste uitvalpercentage omdat het consistent presteert,” Wendy Luiten

Herhalingen van metingen

De willekeurige meetfout is vooral belangrijk als het gaat om de zogenaamde statistische power – de kans dat je een bepaald effect meet als het aanwezig is. Als het effect dat je wilt meten ongeveer even groot is als je meetfout en je herhaalt je meting twee keer, dan is de kans dat je dat effect bewijst kleiner dan 10%. Dus als een verandering in het ontwerp je een 5C lagere temperatuur oplevert, en je willekeurige meetfout is 5C, dan zul je dat in 1 op de 10 metingen zien, en gemiddeld 9 op de 10 keer zijn de resultaten niet doorslaggevend, zelfs als je de meting in tweevoud doet. Als je het vermogen wilt verbeteren, moet je of de meetfout verlagen, of meer herhalingen doen. Soms zien mensen herhalingsmetingen als verspilde moeite, maar daar is Luiten het niet mee eens. De echte verspilling is het uitvoeren van experimenten met te weinig power, waarbij je alle moeite doet om een experiment op te zetten en uit te voeren – om er vervolgens achter te komen dat het resultaat geen uitsluitsel geeft.

Verschillende ontwerpopties testen

Naast meetfouten en het schatten van de steekproefgrootte is een belangrijk onderdeel van de cursus het testen van verschillende ontwerpen. Je kunt dat in hardware doen, maar dat is misschien niet de meest effectieve optie. Tegenwoordig kun je veel virtueel testen”, zegt Luiten. Voordat je een prototype maakt, kun je al experimenteren met je ontwerpen met behulp van computersimulaties. De input kan variëren van materialen en afmetingen tot stroom- en besturingssoftware. Je kunt bijvoorbeeld het effect van verschillende materialen of afmetingen modelleren, of het gebruik van een andere mechanische lay-out, of verschillende instellingen in een besturingsalgoritme. In elk product moeten veel keuzes worden gemaakt, zowel op het niveau van de architectuur als in de implementatie. Het is belangrijk om uit te zoeken welke inputs het belangrijkst zijn en hoe deze inputs de prestaties bepalen, want je wilt je in een later stadium niet realiseren dat een eerdere beslissing verkeerd was. Een ’trial-and-error’-aanpak is vaak te duur in tijd en geld. De statistische benadering bestaat uit het opzetten van een reeks experimenten op een speciale manier, waarbij meerdere inputs tegelijkertijd worden gevarieerd en niet afzonderlijke experimenten worden vergeleken, maar groepen experimenten om het effect van een enkele input of interacties tussen twee inputs te achterhalen. Dit is een zeer krachtige aanpak, vooral in combinatie met computersimulaties, maar voor een klein aantal ingangen kun je dit ook in hardware doen. Als je de experimenten in hardware uitvoert, bepaalt de berekende steekproefgrootte uit de eerdere stadia het aantal herhalingen voor de verschillende experimenten. Als de experimenten virtueel worden uitgevoerd, door middel van computersimulaties, wordt de steekproefgrootte gebruikt voor de validatie-experimenten voor het computermodel.

De beste keuze maken

Het volgende gereedschap in de statistische gereedschapsgordel is optimalisatie of het maken van de beste keuze. Als je eenmaal hebt ontdekt wat de belangrijkste invoerparameters zijn en hoe deze zich verhouden tot de prestaties, kun je op basis van gegevens beslissen welke ontwerpconfiguratie het beste bij je doel past. Vaak zijn er meerdere outputs om te overwegen, bijvoorbeeld als je een hoge sterkte wilt maar tegelijkertijd een laag gewicht. Multiple Response Optimization is een bekend hulpmiddel hiervoor.

Het effect van inputvariatie

Als je eenmaal weet wat de impact van een input is, is het ook belangrijk om naar de variatie ervan te kijken, en wat voor variatie deze weer veroorzaakt in de prestaties’, vervolgt Luiten. Dit is ook iets waar mensen minder bekend mee zijn, maar als je eenmaal weet hoe het moet, is het niet zo moeilijk en belangrijk. Om een ontwerp tot een succes te maken, is het niet alleen belangrijk om piekprestaties te leveren, maar ook om die prestaties consistent te leveren. Met behulp van statistische simulaties kun je een statistisch model maken om het gemiddelde en de variatie van je uitvoer te koppelen aan de statistische verdeling van je invoer.

Soms zeggen mensen dat dit geen zin heeft omdat ze de variatie in de inputs niet kennen. Maar als een input belangrijk is, is het riskant om geen rekening te houden met de variatie als het gaat om consistente productkwaliteit. Als het statistische model laat zien dat de input belangrijk is, heb je een goede reden om met de leverancier te bespreken wat de verdeling is en hoeveel variatie deze heeft. Dit is gebruikelijk in de auto-industrie, zij hebben zelfs formele procedures die niet alleen exacte eisen stellen aan het gemiddelde, maar ook aan de standaardafwijking van componenten en subassemblages.

Navigeren door de oplossingsruimte

Statistische methoden helpen met andere woorden om door alle mogelijke configuraties te navigeren die samen de oplossingsruimte vormen. Luiten zegt: “Je bereikt je optimale prestatie niet zomaar per toeval. Als je twee ingangen hebt die hoog of laag kunnen zijn, blijven er vier mogelijkheden over. Maar als je iets ontwerpt met vijf ingangen, blijven er 32 mogelijke configuraties over. En veel moderne ontwerpen hebben meer ingangen dan dat. En dan hebben we het nog niet eens over alle mogelijke toleranties en alle verschillende gebruikersgevallen. Zonder een structurele, op statistiek gebaseerde aanpak is de kans klein dat je optimale consistente prestaties vindt.

Auto’s rijden

De onderdelen van Luiten’s cursus hangen nauw met elkaar samen, het is een keten van tools. Als je bijvoorbeeld resultaten wilt valideren, dan heb je ook meetstatistieken nodig die je vertellen wat je toevallige fout is. Dit laat op zijn beurt zien hoe groot je steekproef moet zijn, zodat de experimentele opzet correct is. Pas dan kun je beslissen of je je validatie kunt vertrouwen”, zegt Luiten.

Luiten kiest voor een praktische benadering. Voor haar is statistiek een toegepaste vaardigheid, een middel om een doel te bereiken. Statistiek wordt op de universiteit heel theoretisch onderwezen’, zegt Luiten. Ik zag dit bij mijn eigen studie en ik zag het bij de studie van mijn kinderen. Het wordt onderwezen op een manier die in mijn werk maar beperkt praktisch bruikbaar was. Ik vergelijk het met autorijden: Je hoeft niet precies te weten hoe de motor werkt om van A naar B te rijden. Het doel van de opleiding is niet om een statistisch expert te worden, maar om je doel te kunnen bereiken met statistiek.’ En wiskundige hulpmiddelen zoals excel en statistieksoftware maken de toepassing tegenwoordig veel toegankelijker.

Master zwarte band Six Sigma

Luiten is een Master Black Belt in Design for Six Sigma, en haar carrière heeft haar een diep inzicht in en een rijke ervaring met de toepassing van statistiek in innovatieprocessen opgeleverd. Mijn ervaring is dat veel ingenieurs leren door te doen, en dat is logisch. Je kunt niet leren zwemmen door naar de Olympische Spelen te kijken, je moet zelf het water in, al is het maar om te leren drijven. Dus hebben we praktijkoefeningen, in excel of in een speciale statistiektool.’ Voor Luiten is statistiek een hulpmiddel voor algemeen gebruik, en vertrouwdheid met de technieken en hulpmiddelen die ze in haar cursus noemt, is essentieel voor ingenieurs die op verschillende gebieden werken, van technische experts tot ontwerpers en teamleiders tot systeemarchitecten.

Dit is een algemene cursus voor mensen in innovatie, die producten ontwikkelen en onderzoek doen. Als je output meet in continue numerieke parameters, maakt het niet uit in welk technisch veld je zit. Ik heb deze technieken gebruikt in thermische toepassingen, maar elk vakgebied kan ze gebruiken, van mechanica en elektronica tot optica en zelfs software, dit is wiskunde. Je kunt zelf beslissen waar je het voor gebruikt. ‘

Dit artikel is geschreven door Tom Cassauwers, freelancer voor High-Tech Systems.

Bij het ontwerpen van een mechatronisch systeem krijgt de bediening vaak de meeste aandacht. Maar de lagering is net zo bepalend voor de nauwkeurigheid en het gedrag van het systeem. Hans van de Rijdt en Marc Vermeulen ontwikkelen daarom een nieuwe training voor Mechatronica Academie die gepland staat bij High Tech Institute in maart 2024: ‘Bearing principles for precision motion‘.

In de machinebouw is er een ruime keuze aan lagers, van glij-, rol- en luchtlagers tot hydraulische, elastische en magnetische lagers. Keuzestress ligt dus op de loer. Dat heeft echter niet verhinderd dat lagertechnologie de laatste decennia wat onderbelicht is geraakt in de hightechwereld.

Marc Vermeulen, werkzaam als principal mechanical system architect bij ASML, heeft hier wel een verklaring voor. “In de mechatronica hebben we het vaak over de actuated direction, waarbij je met een aandrijving en een meetsysteem een bepaalde nauwkeurigheid moet bereiken.”

De richting loodrecht op de aangedreven richting is echter net zo belangrijk. “Dan heb je het over de vrijheidsgraden die je niet bedient. Die moet je dus beperken en hoe doe je dat? Want dat bepaalt uiteindelijk voor een groot deel de nauwkeurigheid en het gedrag van het hele systeem. De lagers zijn daar inderdaad belangrijk voor.”

Ten minste drie fouten

In zijn werk als zelfstandig adviseur in de hightech industrie komt Hans van de Rijdt regelmatig tegen dat bepaalde lagerprincipes over het hoofd worden gezien of dat valkuilen niet worden vermeden. Samen met Vermeulen ontwikkelde hij de training Bearing Solutions die binnenkort van start gaat bij High Tech Institute. Van de Rijdt: “Het gebeurde onlangs tijdens een review van een groot project, waaraan 140 mensen werkten. Dan zou je verwachten dat er genoeg zijn die iets van lagers weten. Toch zag ik minstens drie fouten in de toepassing van lagers.”

Het was een ontwerp waarbij het lager een heel kleine hoekbeweging maakt. “Dat lager kan vastlopen omdat het smeermiddel niet goed verdeeld is. Daar was geen rekening mee gehouden. Ook was er een verkeerde kogelkooi gebruikt, waardoor het vereiste aantal slagen niet gehaald zou worden. Lagerleveranciers vertellen je dat soort dingen vaak niet. Als je belt, krijg je de verkoper die het ook niet weet en het is heel moeilijk om contact te krijgen met de monteur.”

Hans van de Rijdt (links) en Marc Vermeulen (rechts).

Van prestaties en levensduur tot geluidsoverlast en levertijd

Bij de keuze voor een bepaald lagertype spelen veel factoren een rol. In de eerste plaats de prestaties – denk aan nauwkeurigheid, snelheid en versnelling – en de levensduur, die negatief beïnvloed kan worden door wrijving en slijtage. Een luchtlager scoort hoog op beide, maar minder op de kosten. Een luchttoevoer moet bijvoorbeeld worden geïntegreerd in het systeemontwerp.

Afhankelijk van de toepassing kunnen andere factoren een rol spelen. Een goed voorbeeld is het welzijn van de patiënt. Dat is bijvoorbeeld het geval bij CT-scanners, waarbij een gelagerde röntgenbuis in een cirkelvormig portaal rond de patiënt draait. Bij Philips was zo’n scanner altijd uitgerust met een rollager, herinnert Van de Rijdt zich, maar op een gegeven moment zijn ze overgestapt op een groot luchtlager. “Dat was omwille van de prestaties, maar vooral om de geluidsoverlast van het lager te verminderen.”

Bij grove toepassingen kan de keuze van het lager ook cruciaal zijn. Van de Rijdt vertelt over een grote offshore kraan met een ringlager van 8 meter doorsnede. “De doorlooptijd voor het maken van dat grote ringlager was anderhalf jaar, omdat het natuurlijk niet op voorraad was in de fabriek. Daarom keken ze naar een glijlager als alternatief, dat veel gunstiger zou zijn qua doorlooptijd. Ik heb er toen een complete studie van gemaakt. Uiteindelijk viel dat alternatief af omdat het stick-slip gedrag van het glijlager met zo’n grote diameter een te grote impact had op de bediening door de kraanmachinist.”

Ingesleten patronen en nieuwe competenties

Naast een rationele onderbouwing heeft de keuze voor lagers vaak ook te maken met ingesleten patronen, zegt Vermeulen. Plaatsingsmachines gebruiken bijvoorbeeld uit kostenoverwegingen rollagers en geen luchtlagers. In lithografiemachines worden daarentegen geen rollagers gebruikt, omdat smering en slijtage vervuiling kunnen veroorzaken. “Niet geschikt in een halfgeleiderfabriek; dat is een soort dogma voor veel fabrikanten.” De vraag of luchtlagers uit kostenoverwegingen nog vervangen kunnen worden door rollagers komt echter regelmatig terug.

Van de Rijdt werd er onlangs weer mee geconfronteerd. “Ik kon gewoon teruggrijpen op mijn rapport van twaalf jaar geleden. Voor sommige toepassingen zijn de prestaties van kogellagers voldoende en dan is de toepassing ervan kosteneffectiever. Ik heb gewoon getest waar mensen bang voor waren. Je kunt de vervuiling netjes onder controle houden door ervoor te zorgen dat de lagers in een downflow onder de wafer zitten.”

Ondertussen gaat het wel vooruit, ziet Vermeulen bij ASML. “Allerlei tests met smeermiddelen en metingen van stijfheid en wrijving zijn nu aan de gang voor bijvoorbeeld rollagers. We hadden natuurlijk al de competenties voor luchtlagers, magneetlagers en ook elastische lagers (bladveergeleidingen zijn een populaire lageroplossing voor podia met korte slagen, omdat ze nauwkeurig, spelingvrij en wrijvingsloos zijn, red.). Nu wordt er dus ook een bepaalde competentie opgebouwd voor rollagers.”

Vermijd overdimensionering

Dat brede scala aan competenties is belangrijk, zegt Vermeulen. “Bladveergeleiders zijn voor ons een beetje vanzelfsprekend geworden. Je kunt ze uit één stuk maken, monolithisch, met draadvonkmachines. Op een gegeven moment kun je niet meer stoppen met het toevoegen van complexiteit en kosten. Better safe than sorry’ wordt dan het motto, ‘laten we het zo doen, dan weten we zeker dat het goed is’. Maar je moet ook rekening houden met het kostenaspect; dat wordt steeds belangrijker.”

Van de Rijdt is het daarmee eens: “Als iets nanometer-nauwkeurig moet zijn, dan zijn monolithisch en draadvonkmachines voldoende. Zodra je buiten dat bereik komt en alleen nog maar over micrometers praat, hoeft het niet meer monolithisch te zijn. Ik heb bijvoorbeeld focusmodules ontworpen voor verschillende toepassingen, met exact dezelfde specificaties. Er was een factor tien prijsverschil, puur door het gekozen ontwerp voor de geleider.” Vermeulen: “Het begint dus met de aannames waarop je een apparaat ontwerpt. Hetzelfde geldt voor de lagers. Overdimensioneren en dat voorkomen zou hier een rode draad moeten zijn.” Zo kan meer aandacht voor lagers leiden tot minder complexiteit en kosten.

Oplossingen en toepassingen

De nieuwe training heet Bearing principles for precision motion. Dat is een bewuste keuze, zegt Hans van de Rijdt. “Het gaat over oplossingen voor concrete lagerproblemen, over toepassingen van verschillende soorten lagers. We duiken niet heel diep in bijvoorbeeld de tribologische aspecten, maar het gaat veel meer over wanneer je welk type kunt gebruiken en waar je rekening mee moet houden. Het beste is om er uit eigen ervaring over te vertellen.”

Marc Vermeulen geeft inzicht in de werking van een lager. “Veel mensen weten bijvoorbeeld niet dat je een luchtlager kunt trekken als je het voorspant. Dus bijvoorbeeld de fundamentele vraag wat een lager stijfheid geeft, komt aan bod. Maar we gaan het inderdaad niet hebben over de differentiaalvergelijkingen die de bewegingen in een lager beschrijven.”

Want daar ligt het probleem in de praktijk meestal niet, voegt Van de Rijdt toe. “Veel mensen zijn analytisch heel sterk, maar ze moeten een ontwerp hebben om berekeningen over te maken. Ik merk vaak, niet alleen bij lagers maar in de hele systeemomvang, dat ontwerpers en architecten moeite hebben om de eerste regels van een ontwerp op papier te zetten. Als je een eerste schatting wilt maken voor een lager om te bepalen of het de vereiste prestaties en levensduur kan halen, moet je er eerst een ontwerp voor maken. Het doorlopen van die iteraties is iets waar ik mensen mee wil helpen.”

De training is bedoeld voor ontwerpers en architecten die in hun ontwerpen regelmatig een lagertype moeten kiezen. Ze moeten dan een afweging maken en de toepassing van het gekozen lager optimaliseren. Dit is ook waar regeltechniek om de hoek komt kijken, bijvoorbeeld bij magnetische lagers. Denk maar aan de ‘vliegende tapijten’ in de ASML machines die een wafer continu razendsnel moeten positioneren. Vermeulen “Die moeten inderdaad zorgvuldig gecontroleerd worden, maar dat is niet de scope van onze opleiding; die is niet bedoeld voor regeltechnici.” Wel zullen er wat “basisberekeningen” worden gemaakt om de bandbreedte en stijfheid van de besturing te bepalen, voegt Van de Rijdt toe. “We willen de ontwerper en de systeemarchitect hier inzicht in geven.”

Architecten Vermeulen en Van de Rijdt vormen docentenduo

Hans van de Rijdt en Marc Vermeulen studeerden allebei Werktuigbouwkunde in Eindhoven, respectievelijk aan de Hogeschool en de Technische Universiteit (TUE). Ze deden allebei een opdracht die aansloot bij de Nederlandse school van ontwerpprincipes voor precieze beweging en positionering. Ze waren collega’s bij het roemruchte Philips CFT en werkten samen bij ASML aan waferstadia, Van de Rijdt op tijdelijke basis en Vermeulen in loondienst. Dit jaar zijn ze op verzoek van de Mechatronica Academie samen een training lagertechniek gaan ontwikkelen. Vanaf volgend jaar gaan ze die opleiding verzorgen, samen met ASML-medewerker en TUE deeltijdhoogleraar Hans Vermeulen (inderdaad, de broer van).

Van de Rijdt werkte lange tijd voor Philips CFT en is nu vijftien jaar als zelfstandig professional actief voor de bekende spelers in de Nederlandse hightech, van Philips en ASML tot Nexperia. Hij vervulde rollen als design engineer, lead design engineer, groepsleider en afdelingsleider. “Uiteindelijk heb ik besloten dat engineering het meest de moeite waard is om te doen en dat de rol van systeemarchitect bij mij past.” In 2019 ontving hij de Rien Koster award van DSPE (Dutch Society for Precision Engineering) voor zijn prestaties als ontwikkelaar van multidisciplinaire, eenvoudige concepten voor complexe hightech systemen die goed scoren op maakbaarheid en kosten.

Vermeulen promoveerde aan de TUE op het ontwerp van een 3D-coördinatenmeetmachine, die later werd gecommercialiseerd door Zeiss. Daarna ging hij naar Philips CFT. Hij wilde eerst voor verschillende klanten en toepassingen werken voordat hij zich op ASML richtte vanwege zijn fascinatie voor de werking van lithografiemachines. In 2007 trad hij in dienst bij het bedrijf in Veldhoven als architect voor modules van DUV-systemen. Onlangs werd hij de mechanische architect voor het systeem dat tindruppels onder hoge druk levert voor het genereren van EUV-licht.

Zijn eerste leservaring deed Van de Rijdt 25 jaar geleden op, toen de vooraanstaande bedrijven in het vakgebied begonnen met een masterclass Mechatronica. “Ik heb daar toen een boekje voor geschreven, Constructeursweetjes (Dingen die een ontwerper moet weten). Dingen die ik in mijn eerste tien jaar werk had meegemaakt en die je normaal gesproken niet op school leert, maar die voor een ontwerper wel heel handig zijn om te weten. Bijvoorbeeld waar je rekening mee moet houden met betrekking tot toleranties bij het frezen? Of wat je kunt verwachten als je een materiaal gaat lassen. Dus niet de ontwerpprincipes, maar vooral praktische aspecten met betrekking tot maakbaarheid. Ik heb dat onderwezen in de masterclass en lagers was een van de modules die daarin aan bod kwam.”

Vermeulen heeft ook een lange geschiedenis als docent, bij TUE en Philips, met name op het gebied van ontwerpprincipes. “En ik draag al een aantal jaren bij aan de architectentraining binnen ASML. Als systeemarchitect moet je sowieso een soort leraar zijn. Betrek je mensen bij het maken van keuzes en leg deze zo uit dat ze het begrijpen.” Sinds kort werkt hij ook mee aan de trainingen Mechatronica Systeemontwerp en Ontwerpprincipes voor Precisietechniek van Mechatronica Academie. Bearing principles for precision motion is de eerste die hij zelf ontwikkelt, samen met Van de Rijdt. “Onze eerdere samenwerkingen waren altijd leuk; we vullen elkaar goed aan.”

Dit artikel is geschreven door Hans van Eerden, freelancer voor High-Tech Systems.

Bij nieuwe ontwikkelingen passen ingenieurs vaak bewezen ontwerpen toe, al dan niet met kleine aanpassingen. Waarom slagen ze er dan nog steeds niet in om oplossingen te leveren waar klanten om vragen? Meestal is communicatie het grootste struikelblok. High Tech Institute trainer Eric Burgers legt uit hoe SysML helpt om ontwerpideeën voor complexe systemen succesvol te communiceren. Eric Burgers geeft de cursus Inleiding tot SysML en Systeemmodellering met SysML.

In een ideale situatie begint een project met perfecte requirements: ondubbelzinnig, specifiek en precies, en precies genoeg om het op te lossen probleem te beschrijven, met voldoende ruimte voor creativiteit en innovatie. De ontwerpen die aan deze eisen voldoen zijn compleet, specificeren decompositie, gedrag en samenwerking volledig en zijn 100 procent consistent en testbaar in alle opzichten. Uiteindelijk wordt een systeem opgeleverd dat voldoet aan de eisen en het beoogde gebruik.

In een nachtmerrieversie vertrekt een project van inconsistente of tegenstrijdige eisen, met zinnen als “het systeem zal … vergemakkelijken” of “bijdragen aan …”. De systeemgrens is moeilijk te definiëren. Het geheel wordt ontleed in vage componenten, zoals (categorieën van) apparaten of zelfs willekeurige groepen van “dingen”. Gewenst gedrag, indien gespecificeerd, lijkt los te staan van het ontwerp of is feitelijk onvolledig en laat veel ruimte voor interpretatie. In de ultieme nachtmerrieversie van een project wordt een systeem gebouwd dat niet gebaseerd is op het werkelijke ontwerp. Defecten worden gerepareerd door notitie op notitie te stapelen, waardoor het ontwerpdossier een absolute puinhoop wordt. Pas als alles in de juiste volgorde is gelezen, kan het werkelijke ontwerp worden afgeleid.

Boehm’s tweede wet van engineering: tijdens een softwareproject worden de kosten voor het vinden en oplossen van bugs hoger naarmate de tijd verstrijkt.

De meeste projecten zijn geen complete nachtmerries, maar ze zijn ook niet ideaal. Ontwerpen voldoen niet altijd aan alle vereisten en kunnen inconsistenties, weglatingen of andere defecten bevatten. Deze defecten zijn een potentiële bron van faalkosten: defecten die tijdens de analyse van de vereisten of het ontwerp worden geïntroduceerd, worden duurder om te herstellen naarmate ze later worden opgelost. En dat terwijl ze voorkomen hadden kunnen worden.

Dit roept een conflictpunt op: ontwerpen zijn bedoeld om het risico op het bouwen van verkeerde of defecte systemen te beperken, maar toch worden er in projecten heel vaak ontwerpen gemaakt die de eisen van de klant niet weerspiegelen, waardoor het hele doel van een ontwerp teniet wordt gedaan. Hoe komt dit en wat kan hieraan worden gedaan?

Bottom-up benadering

Projecten zijn er in alle soorten en maten en lossen eenvoudige tot uitdagende problemen op. Relatief eenvoudige, kleine projecten zijn niet al te moeilijk om te voltooien. De kans op mislukking neemt toe naarmate een project complexer wordt. De complexiteit van een project is gerelateerd aan de complexiteit (in termen van grootte of moeilijkheidsgraad) van het product dat gemaakt wordt en de grootte van de organisatie die het maakt.

Grote(re) projecten zijn vaak georganiseerd in discipline-specifieke ontwikkelgroepen. Deze groepen bespreken hun interfaces wel met elkaar, maar er is meestal geen overkoepelende aanpak om te beschrijven hoe alle componenten geïntegreerd moeten worden tot één werkend geheel. Soms lijkt het er zelfs op dat interfaces ad hoc worden gecreëerd.

Dit heeft alle kenmerken van een bottom-up benadering, waarbij discipline-specifieke onderdelen eerst worden ontworpen en geproduceerd en vervolgens samengevoegd in de hoop een werkend product te krijgen. Zo’n aanpak kan werken voor minder ingewikkelde projecten waar ingenieurs het hele product met al zijn details kunnen begrijpen. Wanneer onderdelen elkaar echter kunnen beïnvloeden door hun gedrag of eigenschappen, kan het moeilijk zijn om in te schatten hoe het geheel zich zal gedragen, vooral als de bouwstenen uit verschillende disciplines komen.

De risico’s van toenemende complexiteit

Tekeningen

Een manier om met grote, complexe projecten om te gaan is het creëren van uitgebreide documentatie om ontwerpideeën te verspreiden onder alle betrokken ingenieurs. In technische vakgebieden zoals werktuigbouwkunde, software engineering, industriële automatisering en civiele techniek zijn er vaak gestandaardiseerde manieren om dit te doen. In de praktijk wordt documentatie aangevuld met tekeningen gemaakt in populaire tools zoals Powerpoint of Visio (Windows) of Omnigraffle (Mac OS). Daarnaast wordt Excel gebruikt om grote hoeveelheden informatie uit te wisselen.

Bij multidisciplinaire projecten neemt het gebruik van aanvullende tekeningen en andere projectspecifieke hulpmiddelen toe om de kloof tussen de disciplines te overbruggen. In principe is hier niets mis mee; de overdracht van ontwerpideeën en informatie tussen disciplines is hard nodig. Zonder het overbruggen van de interdisciplinaire kloven zal een project op ernstige integratieproblemen stuiten. Projectspecifiek” betekent echter ook steeds opnieuw het wiel uitvinden, vooral wanneer het werk wordt gedaan door consortia die van project tot project wisselen.

Een ander probleem met deze tekeningen is dat er geen algemene overeenstemming is over wat ze moeten voorstellen. Bovendien is er geen garantie dat ze volledig en consistent zijn. Als gevolg daarvan is er een reëel risico dat de tekeningen, hoewel duidelijk voor de auteur, verkeerd geïnterpreteerd kunnen worden door de lezers, wat op zijn beurt leidt tot defecten in het product die pas in een later stadium van het project ontdekt worden.

Heel vaak worden deze manier van werken en de bijbehorende integratieproblemen gewoon geaccepteerd. Naarmate het project de voltooiingsdatum nadert, worden de problemen opgelost door rework of patching, of ze worden gewoon in het project gelaten als “toekomstig werk”. Een alternatieve aanpak is om de communicatie van ontwerpideeën te standaardiseren op project- of zelfs bedrijfsbasis. Dit heeft als nadeel dat de conventies ‘lokaal’ zijn voor het project dat wordt uitgevoerd – elke deelnemer zal ze moeten leren.

Het is zinvoller om een industriestandaard te adopteren, inclusief ondersteunende tools. Dan hoeven de conventies maar één keer geleerd te worden om vele keren toegepast te worden, ongeacht het project of de organisatie. Des te beter als de standaard het mogelijk maakt om documenten en tekeningen te vervangen door één enkele bron van waarheid die altijd up-to-date is.

Modelleringstaal

De complexiteit van projecten, of technologie in het algemeen, neemt alleen maar toe. Denk aan het verschil tussen de eerste telefoons en de smartphones van vandaag. Of vergelijk de eerste auto’s met de voertuigen die vandaag de dag op de weg rijden. Hoewel de hoofdfunctie hetzelfde is gebleven (communiceren, rijden), worden de systemen van tegenwoordig steeds meer geïntegreerd in een groter geheel om gebruikers extra diensten te bieden die niet door de systemen zelf geleverd kunnen worden. Deze trend is geïdentificeerd en beschreven in vele bronnen, waaronder de visiedocumenten van Incose – Visie 2025 en meer recentelijk Visie 2035.

Om de toenemende mate van integratie het hoofd te bieden, stimuleert Incose de overgang naar model-based systems engineering (MBSE). Hierbij worden modellen gebruikt om complexe systemen te ontwerpen en te verifiëren. Een van de eerste stappen in de richting van MBSE is de adoptie van een taal die geschikt is om dergelijke modellen te bouwen. SysML is zo’n taal.

Met SysML kunnen verschillende soorten systemen en hun gedrag worden gerepresenteerd, evenals hun interacties met de omgeving.

De Systems Modeling Language (SysML) is een universele modelleertaal die is ontworpen om ingenieurs te helpen bij het ontwikkelen en documenteren van complexe systemen met een groot aantal componenten. De taal wordt veel gebruikt in industrieën zoals luchtvaart, auto-industrie, infrastructuur en defensie. De grafische notatie maakt het mogelijk om verschillende soorten systemen en hun gedrag te representeren, evenals hun interacties met de omgeving. Dit stelt ingenieurs in staat om hun ideeën effectief en efficiënt te communiceren en ervoor te zorgen dat alle betrokkenen in het ontwikkelproces hetzelfde begrip hebben van het te bouwen product. Omdat de taal niet discipline-specifiek is, kunnen systemen op een overkoepelend niveau worden beschreven.

De vier pijlers van SysML

1. Structuur: een systeem kan worden onderverdeeld in kleinere onderdelen, die onderling interfaces hebben.
2. Gedrag: drie soorten gedrag – flow-gebaseerd, event-gebaseerd en message-gebaseerd – kunnen worden gespecificeerd en aan elkaar gerelateerd.
3. Vereisten: systeemvereisten en hun tests kunnen worden gedefinieerd.
4. Parametrie: als een systeem eenmaal beschreven is, kan het ook gesimuleerd worden.

Verhoogde precisie

Bij het gebruik van SysML is het eerste wat opvalt dat de ontwerpen nauwkeuriger zijn en dus extra werk vergen. Die precisie zorgt er echter ook voor dat alle betrokkenen de ontwerpen op dezelfde manier kunnen interpreteren als de auteur en dat defecten en omissies veel gemakkelijker te identificeren en te voorkomen zijn. Omdat het bijna onmogelijk is om een inconsistent ontwerp te maken, worden faalkosten vermeden. Als deze kosten hoger zijn dan de initiële investering, is er een business case voor het gebruik van SysML.

Het implementeren van SysML kan overkomen als een ontmoedigende taak. Op het eerste gezicht kan het een behoorlijke uitdaging lijken om een compleet complex systeem om te vormen tot een model dat geschikt is voor analyse en simulatie. In de praktijk verloopt de overgang vaak stapsgewijs en passen organisaties geleidelijk steeds meer SysML toe om ontwerpen te beschrijven. Langzaam maar zeker worden documenten vervangen door modellen of worden ze weergaven op het model, totdat er op de hogere volwassenheidsniveaus helemaal geen documenten meer zijn omdat alle informatie is ingekapseld in modellen.

Omdat SysML een uitgebreide taal is, kost het tijd om alle details onder de knie te krijgen. Een goede training zal de adoptie aanzienlijk versnellen. Engineers zullen zeker ook moeten wennen aan de grotere precisie waarmee ontwerpen vanaf het begin worden gemaakt. Als SysML eenmaal succesvol is ingevoerd, zal het de communicatie en kwaliteit van ontwerpen verbeteren.

Voor specificaties met veel geometrische informatie, zoals vaak wordt gemaakt in de civiele techniek, is SysML minder effectief. De taal leent zich vooral goed voor cyberfysische, software-intensieve systemen. Een goed voorbeeld is een infrastructuurproject in Amsterdam-Zuid, waar de ontwerpen werden gemaakt door de leverancier en beoordeeld door de overnemende partij. Hier resulteerde het gebruik van SysML in een aanzienlijke verhoging van de ontwikkelsnelheid, waarbij het aantal gevonden defecten aanzienlijk lager was dan gemiddeld. Ook elders bewijst SysML dat het nachtmerries kan voorkomen en projecten dichter bij het ideaal kan brengen.

Dit artikel is geschreven door Nieke Roos, techredacteur voor Bits&Chips.

Pieter Nuij, technoloog en trainer van de opleiding‘Experimentele technieken in de mechatronica‘ bij High Tech Institute, is een warm pleitbezorger van kennisoverdracht binnen en tussen bedrijven. ‘Het Nederlandse hightech ecosysteem is ermee groot geworden.’

Na een carrière van meer dan veertig jaar probeert Pieter Nuij “stap voor stap met pensioen te gaan”. Hij bouwt zijn activiteiten als machine-dynamica consultant geleidelijk af, onder de bedrijfsnaam Madycon. Maar hij kan nog steeds niet stoppen met lesgeven.

De rol van docent is de rode draad in zijn carrière, die hem na zijn studie werktuigbouwkunde aan de TU Eindhoven langs verschillende organisaties voerde.

Open kennisoverdracht levend houden

Twee dingen houden hem bezig. “Bij het Philips CFT (Center for Manufacturing Techniques) leerden we: als je een vraag hebt, pak je de telefoon en zoek je een collega die hem kan beantwoorden. Als dat niet werkt, verzin je zelf iets. De persoon die je belt profiteert van dezelfde gewoonte. Mijn generatie heeft duidelijk deze mentaliteit van wederkerigheid. Ik denk dat dat de kern is van het succes van het Eindhovense open ontwikkelmodel.”

Nuij vraagt zich af of toekomstige generaties ook zullen vasthouden aan kennisuitwisseling. Hij put hoop uit organisaties als de MSKE (Mechatronics Systems Knowledge Exchange), waar ingenieurs van verschillende bedrijven vertrouwelijk maar open met elkaar praten over hun technische uitdagingen. Een ander voorbeeld is de Contactgroep Mechatronica, waar het meer gaat om langetermijnbeleid en visie voor het Nederlandse mechatronicalandschap. “Toen ik MSKE verliet, werd mijn verhaal over het belang van kennisoverdracht breed herkend en ondersteund.”

Steeds meer specialiteiten

Uiteindelijk kan de regio Eindhoven alleen voorop blijven lopen in de hightechwereld dankzij kennis, benadrukt Nuij. Hij wijst op een trend waar veel bedrijven nog geen raad mee weten. “Het aantal technische specialismen in de industrie blijft groeien. Denk aan reinheid, vermoeiing, geavanceerde fabricage zoals 3D-printen met verschillende materialen, en computational fluid dynamics voor het voorspellen van warmte en stroming in systemen. Hier komt bijvoorbeeld ook akoestiek bij kijken. Stromingen in koelkanalen moeten bijvoorbeeld ultrastil zijn. De kleinste verstoring is al te veel.”

Trainer Pieter Nuij.

Rol voor CFT 2.0 of ASML?

Hoe kunnen bedrijven al die specialismen voor zichzelf veiligstellen, is Nuij’s tweede hoofdbreker. “Je kunt denken aan een netwerk van zelfstandige specialisten die ingehuurd kunnen worden. Maar daarvoor zie ik nog te weinig topspecialisten beschikbaar. Een alternatief zijn bedrijven die hun specialismen in de markt aanbieden.”

Dit brengt Nuij terug bij het Eindhovense open ontwikkelmodel. “Een reden om het niet te doen is dat je niet wilt dat specialisten van concurrenten in je eigen keuken kijken. Maar we moeten ons realiseren dat de echte concurrenten in het Verre Oosten zitten. Als we hier voorop willen blijven lopen, moeten we meer samenwerken in ontwikkeling in specialiteiten en daarvoor wederzijds vertrouwen creëren.”

Nuij kan zich voorstellen dat ASML hierin het voortouw neemt. “Plat gezegd hebben ze het meest te verliezen en zijn ze het meest afhankelijk van toeleveranciers op dit gebied. ASML is het enige bedrijf dat wel alle specialismen bezet heeft, maar als ze blijven groeien zullen ze nog meer specialisten nodig hebben.” Het sturen van die specialisten naar de bedrijven in het ecosysteem van ASML blijft lastig, wil Nuij maar zeggen.

Systeemarchitect wordt communicator

Als het aantal specialismen blijft groeien, wat betekent dat dan voor de systeemarchitect, die immers van alles (een beetje) moet weten om de samenhang in het systeemontwerp te bewaken? “De systeemarchitect moet inderdaad steeds meer borden tegelijk in de lucht houden, er voldoende specifiek over kunnen nadenken en tegelijkertijd afstand houden; die balans is best moeilijk. Er zullen altijd mensen zijn met de nodige breedte, maar ik betwijfel of het er genoeg zijn.”

De huidige perceptie is nog steeds dat de systeemarchitect de hele systeemarchitectuur kan invullen. Nuij gelooft daar niet meer in. “Het komt veel meer aan op teamwork en breakdowns in de architectenrol. Iemand met goede interpersoonlijke vaardigheden moet dan het team bij elkaar houden en de communicatie goed laten stromen: zorgen dat mensen elkaar respecteren, dingen van elkaar accepteren en vragen durven stellen.”

Philips nalatenschap goed geplaatst

Wat in ieder geval helpt is dat – voor kennisoverdracht en verdieping van specialismen – de erfenis van Philips bewaard is gebleven. Nuij doelt op het Philips Centrum voor Technische Opleidingen (CTT), dat in 2011 ophield te bestaan. De CTT-cursussen kwamen terecht bij opleidingsinstituten zoals High Tech Institute en haar inhoudelijke partners. Hij geeft daar nog steeds de cursus‘Experimentele technieken in mechatronica‘ (ETM) van Mechatronica Academie. “Die heb ik ruim 25 jaar geleden opgezet bij CFT en later overgedragen aan CTT.”

Hij begon zelfs al eerder als docent. “Toen ik in 1985 bij Philips begon met het masteren van optische schijven, was ik als vakdisciplineleider mechanica ook verantwoordelijk voor de kennisoverdracht. Daarna heb ik vier jaar bij Brüel & Kjaer in Denemarken gewerkt, specifiek voor kennisoverdracht in sales support. Later werkte ik bij CFT in de mechatronicagroep, onder Maarten Steinbuch. Toen hij hoogleraar werd aan de TU, ben ik met hem meegegaan. Ik gaf onder andere het college signaalanalyse en genoot van alle jonge jongens die de techniek in wilden. Toen verschoof de focus van onderwijs om goede ingenieurs voort te brengen naar onderzoek om hoge citatie index scores te halen en vertrok ik naar de NTS.”

Nuij wilde graag weer in de industrie werken en bij de NTS kon hij zich ook uitleven in kennisontwikkeling en -overdracht. “Vaak in een meester-gezin situatie.” Toen hij om persoonlijke redenen meer flexibiliteit en vrijheid in zijn werk nodig had, begon hij voor zichzelf als specialist machinedynamica. “Ook in die rol ben ik me steeds meer gaan richten op kennisoverdracht.”

Enthousiast over meester-gezel

Zo bleef lesgeven Nuij aantrekken. “Vooral omdat ik steeds meer voorbeelden uit eigen ervaring kan geven. Daardoor is de lesstof veel beter te begrijpen. Het blijft leuk om het kwartje te zien vallen bij studenten en cursisten.”

Hij werkt het liefst in een meester-gezin situatie. “Het echte vakmanschap wordt niet aangeleerd op de universiteit; dat moet in de praktijk gebeuren. Dat is erg arbeidsintensief en de eerste uren van de leerling zijn niet productief. Maar op de lange termijn scheelt het juist veel in de productontwikkeling, omdat specialisten met kennis van zaken problemen op tijd oplossen.”

Als consultant in machinedynamica houdt Nuij zich dan ook aan het meester-gezel principe. “Ik doe al heel lang opdrachten voor het in kaart brengen en analyseren van trillingen in machines. Bij een bedrijf vraag ik altijd naar een jonge vent die op dat gebied aan de slag wil. Ik laat ze ‘on the job’ zien hoe en waarom je het doet. Ik krijg ook aanvragen voor cursussen. Dan kan ik mooi verwijzen naar mijn cursus experimentele technieken en andere cursussen die een brug slaan naar besturingstechniek.”

Overdracht van klepel naar klok

De sleutel tot Nuij’s specialisme is de overdrachtsfunctie. “Als je een actie uitvoert op een systeem, welke respons komt er dan uit? Neem een kerkklok. Welk verschil in toonhoogte, klankkleur en nagalmtijd hoor je als je dit systeem op een andere manier prikkelt met de klepel? Of de camera die je in je handen houdt. Hoe harder je rilt bij het afdrukken, hoe vager de foto. Als je op een andere manier rilt, wordt de foto op een andere manier wazig. Je beschrijft dit alles met de overdrachtsfunctie; deze helpt je om de nieuwe uitvoer te voorspellen wanneer je een andere invoer hebt. Als ik naast een elektronenmicroscoop ga staan die een miljoen keer vergroot, zul je onscherpte in het beeld zien. De overdrachtsfunctie beschrijft dan hoe de akoestische koppeling zich vertaalt in het beeld.”

De ETM-training aan het High Tech Institute draait om het experimenteel bepalen van de overdrachtsfunctie. “We beschrijven dat, volgens de Eindhovense traditie, in het frequentiedomein (hoe vaak gebeurt iets?). In principe bevat de functie dezelfde informatie als in het tijdsdomein (wanneer gebeurt er iets?), maar het wordt op een andere manier gepresenteerd, wat andere inzichten geeft.” Wiskundig wordt hiervoor de Fouriertransformatie gebruikt. De cursus gaat hier dieper op in, omdat er veel fouten mee worden gemaakt.

Natuurlijk is er ook experimentele vaardigheid nodig: sensoren verstandig kiezen, de kwaliteit van een meting kunnen beoordelen en mogelijke fouten in de opstelling herkennen. “De regeltechnicus achter de computer moet ook kennis hebben van wat er experimenteel fout kan gaan, van een verkeerd ingestelde ingangsgevoeligheid tot een overbelasting ergens in het systeem.”

Dit artikel is geschreven door Hans van Eerden, tech editor voor High-Tech Systems.