Categorie: Interviews

Experts van TNO en trainers van T2prof leggen de laatste hand aan de vernieuwde opleidingen ‘Toegepaste optica’ die in februari van start gaan in Delft en Eindhoven. De focus verschuift. De harde wiskunde neemt af en maakt plaats voor demo’s en praktijkexperimenten.

De cursus‘Toegepaste optica‘ van T2prof is afkomstig van het Philips Centrum voor Technische Opleidingen. High Tech Institute lanceert de cursus in een exclusieve samenwerking met T2prof. De eerste editie dateert uit 2003. Kort daarvoor had ASML bij Philips CTT aangegeven behoefte te hebben aan een cursus om elektronici, werktuigbouwkundigen en chemici een beter begrip te geven van de optische R&D-wereld waarin zij moeten opereren.

Het idee achter het verzoek van ASML was om Babylonische spraakverwarring binnen onderzoeksprojecten te voorkomen. Als niet-optische ingenieurs meer zouden weten over lenzen, reflectie, breking, collimatoren, lasers en dergelijke, zouden ze effectiever kunnen samenwerken met optische specialisten binnen het bedrijf. Dit maakt deel uit van een groeiende trend in de hightechwereld. Bedrijven halen hun innovatieve kracht steeds minder uit individuen en steeds meer uit multidisciplinaire teams. Als mensen in staat zijn om efficiënter samen te werken, komt dat de ontwikkeling en innovatiekracht weer ten goede.

Experts van TNO en trainers van T2prof zijn de afgelopen maanden bezig geweest met het updaten van de training om de inhoud meer in lijn te brengen met de laatste technologische ontwikkelingen. De meeste moeilijke wiskunde is verdwenen. Hierdoor is er ruimte gekomen voor meer praktische zaken zoals optische systemen, aberratiecorrectie en de interactie tussen licht en materie. De training wordt zowel in Eindhoven als in Delft (TNO) gegeven.

Ook voor de TNO-opleiding in Delft geldt een nieuw rooster. In Eindhoven is de opleiding verspreid over zestien middagsessies voor een periode van acht maanden. In Delft worden dat acht middag- en avondsessies, verspreid over zestien weken. De opleiding staat bekend als uitdagend, maar werd de afgelopen jaren door de deelnemers gemiddeld met meer dan een 8 op een schaal van 10 gewaardeerd.

De cursus ‘Toegepaste optica’ in Delft wordt op verzoek georganiseerd (acht sessies, zowel ’s middags als ’s avonds). Ook staat de inschrijving open voor de cursus ‘Toegepaste optica’, die twee keer per jaar start in Eindhoven (vijftien middagen).

Historische bagage

Er zijn normaal gesproken twee soorten cursisten, zegt Jean Schleipen, die al vier jaar een van de drie trainers is van de cursus ‘Toegepaste Optica’. De ene helft maakt zich de inhoud gemakkelijk eigen en gaat meteen aan de slag met de wiskunde en het huiswerk. Zij willen het vak onder de knie krijgen. Anderen hebben meer behoefte aan een totaalbeeld. Denk aan marketingmensen die het genoeg vinden om ongeveer op de hoogte te zijn van alle optische gebieden. Mijn doel is om, naast het overdragen van kennis, alle deelnemers te boeien en enthousiasmeren voor ons mooie en belangrijke vakgebied.

Om de inhoud te laten beklijven en in een bredere context te plaatsen, vindt Schleipen het essentieel om studenten zowel historische bagage als diepere achtergrondinformatie mee te geven. We kunnen niet-optische ingenieurs niet alle formules en wiskundige achtergrond leren. Maar het is wel nuttig als ze weten waar deze berekeningen vandaan komen. Als ze weten dat Ampère, Coulomb en Faraday in de achttiende en negentiende eeuw ontdekkingen deden op het gebied van elektriciteit en magnetisme en dat er daarna een geniale natuurkundige kwam, James Maxwell, een natuurkundige die in staat was om elektromagnetische krachten wiskundig te beschrijven. En dat toen deze natuurkundige aan het goochelen was met zijn formules, alle stukjes van de puzzel op hun plaats vielen en er een nieuwe natuurkundige constante uitviel die sterk leek op de lichtsnelheid zoals die toen gemeten werd. Hij voelde dat er een verband moest zijn. De vergelijkingen van Maxwell vormen nog steeds de basis van de moderne optica.

Aan het einde van de negentiende eeuw, vervolgt Schleipen, ontdekte Hertz het foto-elektrisch effect, gevolgd door de opkomst van de kwantummechanica aan het begin van de twintigste eeuw.’ Nieuwe inzichten ontdekten dat deeltjes, zoals elektronen, beschreven konden worden als massa en als golf. Omgekeerd kon licht zich zowel als golf als deeltje gedragen. Studenten vertellen me dat ze dit soort kennis waarderen.

Schleipen wil ook achtergrondinformatie geven bij het uitleggen van optisch-fysische verschijnselen. Als je een lens gebruikt om een laserstraal scherp te stellen, dan heeft de spot een eindige breedte. Maar waarom? Dan kun je aangeven dat het komt door diffractie en/of lichtbreking. Maar ik wil ook dat leerlingen de oorzaak van dit verschijnsel begrijpen. Dat het bij het golfkarakter van licht hoort. Ik ben er vast van overtuigd dat dit helpt om begrip te creëren.’

In de nieuwe training, ontwikkeld in samenwerking met TNO, heeft Schleipen meer ruimte gemaakt voor demo’s. Zijn ervaring is dat kleine demonstraties heel verhelderend kunnen zijn. ‘In een eenvoudige praktische demo laat ik studenten de afstand tussen de tracks van een cd, dvd of Blu-ray disc bepalen. We schijnen met een laser op een dvd, de studenten meten de hoeken van de gebroken stralen, gewoon met een meetlint. En jeetje: echt tot op minder dan een tiende micrometer nauwkeurig!’ Hij lacht.”Zo’n test duurt tien minuten, iedereen is wakker en kan door naar de volgende module.”

Tijdens de cursus komen ook interessante natuurverschijnselen aan bod. ‘Waarom zien we een regenboog, waarom zijn het er soms twee en waarom zijn de kleuren van deze twee bogen omgekeerd?’

Een stabiele discipline

In ons land kan optische technologie zich verheugen op hernieuwde aandacht. Zo publiceerde de topsector High Tech Systemen & Materialen afgelopen juli de Nationale Agenda Fotonica en werden in 2018 forse subsidies voor fotonische chips toegekend. Schleipen reageert echter vrij neutraal op de vraag of we te maken hebben met een renaissance van zijn vakgebied. We spelen het spel zeker mee, maar op het gebied van optica zijn we een klein land, bijvoorbeeld in vergelijking met Duitsland. Natuurlijk hebben we ASML en Signify en enkele tientallen kleine en middelgrote bedrijven die het heel goed doen op het gebied van fotonica, maar zeker geen honderden, zoals bij onze oosterburen.’

Met deze uitspraak wil Schleipen optica niet bagatelliseren. Het is vooral een heel stabiel vakgebied omdat het een basis biedt voor een zeer breed scala aan onderwerpen met veel toepassingsgebieden. Je vindt optische technologie in metrologie, sensoren, inspectie, veiligheid, datacommunicatie, beeldvorming, in de auto-industrie en in de biomedische en biowetenschappen.’

De nieuwe cursus speelt ook in op recente ontwikkelingen op het gebied van optische verschijnselen en instrumentatie. Om een voorbeeld te geven: Imec in Leuven ontwikkelde enkele jaren geleden een nieuwe cmos-beeldsensor waarin een groot aantal minuscule spectrale filters geïntegreerd zijn. Deze compacte en potentieel goedkope hyperspectrale sensoren hebben nu hun weg gevonden naar een hele reeks nieuwe toepassingen in de gezondheidszorg.

Het optische vakgebied is zelfs zo breed dat niet alle deelgebieden in zestien modules van drie uur behandeld kunnen worden. We zouden gemakkelijk nog vier modules kunnen toevoegen, maar we moeten ergens stoppen. We behandelen geen life sciences en biomedische technologie, maar de basisprincipes komen voldoende aan bod. En bovenal: studenten ervaren de stof nu zelf doordat ze fysiek aan de knoppen kunnen draaien tijdens de wekelijkse practica. Na de cursus zijn de deelnemers voldoende toegerust, in alle teams waar de discussies over optica de diepte ingaan. En thuis kunnen ze haarfijn uitleggen waar de kleuren van een regenboog vandaan komen.’

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

Huub Janssen van Janssen Precision Engineering is een van de voormalige boegbeelden van de opleiding Design Principles for Precision Engineering. Zijn ambitie was om kennis te verspreiden in de geest van Wim van der Hoek.

Een lang gekoesterde wens van Huub Janssen van Janssen Precision Engineering is in vervulling gegaan: hij deelde zijn kennis op dezelfde manier als zijn mentor Wim van der Hoek dat deed.

Janssen vindt Van der Hoek ‘ontzagwekkend’. Begin jaren tachtig was hij op zoek naar een niche om zijn laatste universiteitsjaren aan de Technische Universiteit Eindhoven in door te brengen en stuitte op een vakman die vooral in de fijnmechanica werkte. “Wim nodigde me uit op zijn maandelijkse ochtenden. Daar legde hij een groot vel papier op tafel en krabbelde allerlei problemen op. Die bespraken we dan met een handjevol studenten die elk hun eigen afstudeeropdracht hadden en twee tot drie uur lang spraken we over vooruitgang en technische problemen.

Huub Janssen is het nieuwe boegbeeld van de training Design Principles for Precision Engineering.

De nadruk lag vooral op de inhoud, de technische aanpak, het concept en hoe het in de praktijk wordt gebracht. Iedereen bood gratis oplossingen aan. Een afgestudeerde legde zijn probleem neer en dan sprongen er vijf of zes mannen op om het op verschillende manieren op te lossen. Het was een soort spel. Die stimulans van Wim sprak me erg aan. Ik voelde me er als een vis in het water. Vanzelfsprekend voelde ik me er thuis.’

In de jaren ’80 werkte Janssen bij ASML, maakte productieapparatuur voor LCD’s bij Philips in Heerlen en startte daarna een ingenieursbureau voor precisie-instrumentatie. Onderwijs heeft hem altijd aangetrokken, maar de laatste decennia heeft het ondernemerschap prioriteit gekregen. Net als Van der Hoek heb ik het altijd leuk gevonden om met jonge mensen over technische problemen te praten. Dat doe ik ook bij het coachen van mijn medewerkers”, zegt Janssen.

Nu medewerkers een deel van zijn taken hebben overgenomen, gaan zijn gedachten automatisch uit naar kennisoverdracht. Toen Jan van Eijk en Adrian Rankers van de Mechatronica Academie, partner van High Tech Institute, hoefde Janssen geen twee keer na te denken.

Limburgse vlaai

We praten in de ruimte die Huub Janssen vernoemde naar zijn grote inspirator, Wim van der Hoek. Onder het genot van Limburgse vlaai en koffie brengt de fijnmechanisch ondernemer een onderwerp ter sprake dat ingenieurs vaak in gesprek brengen: de passie die hij in zijn jeugd al had voor techniek.

In de nieuwe vergaderruimte van Janssen Precision Engineering, volledig omgeven door glas. Huub Janssen vernoemde de ruimte naar zijn mentor.

Tijdens zijn middelbare schooltijd fotografeerde Janssen vogels. Zijn uitdaging was om ze in vlucht vast te leggen. Hij wilde niet de hele dag achter de camera zitten, dus bedacht hij een oplossing. In een nestkastje stelde hij een Praktica op – de spiegelreflexcamera die nog min of meer binnen zijn budget paste – en zette een sluitermechanisme met lichtstraal en fotodetector in elkaar. Alles werd zo geregeld dat de sluiter van de Praktica precies sloot op het moment dat de vogel door de lichtbundel vloog. Een elektrische solenoïde activeerde de zelfontspanner. Niet met een gewone motor, want het moest bam! Klaar.’

Zijn ondernemersgeest kreeg hij van huis uit mee. Zijn ouders hadden een fruitbedrijf en zijn vader bouwde vaak zelf machines, zoals een machine om appels te sorteren. Tijdens zijn laatste jaren aan de universiteit bedacht Huub een meetweegschaal die het makkelijker maakte om fruitbakjes met een bepaald gewicht te vullen. Geen gewone weegschaal, want daarmee moest je heen en weer rekenen en dat wilde Janssen voorkomen. ‘Zo’n weegschaal kon je kopen voor drieduizend gulden, maar dat was toen veel geld. Ik wilde iets waarmee je in één keer kon zien of je er een paar appels bij moest doen of af moest halen. Over dat soort dingen dacht ik altijd na.’

Hij loste het op met bladveren, elektronica en een optische sensor. Er zaten allerlei ontwerpprincipes van Van der Hoek in,” lacht hij, verwijzend naar de professor wiens maandagochtendbijeenkomsten hij in die tijd bijwoonde.

Tijdens zijn laatste studiejaren ontwikkelde Janssen een instrument dat slijtage in vullingen en kiezen in kaart kon brengen. Interferometrie en optica waren een deel van de oplossing. Ik moest positioneren in zes vrijheidsgraden binnen fracties van een micrometer en kon helemaal losgaan met nieuwe ideeën. Bovendien had ik ook een echte klant, dus het moest uiteindelijk wel werken.’

Huub Janssen met de piëzoknop, een onderdeel waarop hij patent heeft; een revolutionair concept op basis van piëzo-elementen en een roterende massa, waarmee stappen van 5 nanometer kunnen worden gemaakt.

Na zijn afstuderen in de jaren tachtig werkte Janssen bij ASML aan de eerste PAS2500 waferstepper. Ik had veel geleerd van Van der Hoek, maar bij ASML heb ik kunnen zien waar het mis kan gaan. Bij Van der Hoek leer je iets statisch bepaald te ontwerpen. Je krijgt bijvoorbeeld stabiliteit met drie steunpunten. Maar niet iedereen is blij met een tafel met drie poten. Bij ASML heb ik geleerd te begrijpen wanneer je specifieke ontwerpprincipes moet toepassen en wanneer niet.’

Voor de PAS2500 hadden ze in eerste instantie een nieuwe interferometer ontwikkeld om de positie van het podium te meten in de richtingen x en y. ‘We hebben dit helemaal volgens de Van der Hoek ontwerpprincipes gedaan, met elastische elementen en zo. Er was geen hysterisis, maar alles bleef trillen. Daar leerde ik dat je de ontwerpprincipes van Van der Hoek niet altijd in elke situatie kunt toepassen. Je moet weten wanneer wel en wanneer niet,” legt Janssen uit.

Na ASML ging hij werken bij Philips in Heerlen, waar hij productieapparatuur voor LCD’s ontwikkelde. Een paar jaar later begon hij zijn eigen ingenieursbureau. ‘Tijdens mijn laatste universiteitsjaren werkte ik ook voor een echte klant met een echt technisch probleem, inclusief de vraag naar hardware. Dat was gewoon mijn ding.’

In 2010 ontving Huub Janssen de Rien Koster prijs als erkenning voor het hoge niveau waarop hij in zijn bedrijf Janssen Precision Engineering (JPE) precisietechnologie beoefent. Naast de grote hoeveelheid geavanceerd werk voor klanten, benadrukte de jury ook Janssens aandacht voor het coachen en opleiden van zijn medewerkers. JPE heeft inmiddels dertig patenten op zijn uitvindingen.

Binnen JPE begon Janssen meer dan tien jaar geleden met het verzamelen en documenteren van technische principes en oplossingen. In eerste instantie voor zijn medewerkers, maar ook voor de buitenwereld. Als Janssen of zijn collega’s zich ergens in verdiepen of een technische oplossing moeten bedenken, leggen ze dat vast. ‘We moeten altijd weer iets uitzoeken of opzoeken. Hoe ging die technische berekening ook alweer? Ik dacht: laten we het een keer goed doen, dan hebben medewerkers er de volgende keer als ze het nodig hebben ook wat aan. Ik begon de zaken te documenteren op één A4-tje. ‘Alles is onderverdeeld in categorieën zoals ‘engineering fundamentals,’ ‘construction fundamentals,’‘dynamics and control’ en‘construction design & examples.’

Je moet er tijd in investeren, “maar dan heb je ook wat,” zegt Janssen. Het technische probleem, alle formules die er toe doen, moeten allemaal op dat A4-tje passen. Dat betekent alleen de essentiële informatie. Inmiddels zijn dat in totaal zo’n vijftig A4-tjes. Janssen vond dat de informatie ook marketingwaarde had en begon ze te publiceren. Zo ontstond het precisiepunt, een pagina op de website van Janssen Precision waar alles toegankelijk is. ‘Zelfs een professor van MIT mailde me om te vragen of hij de kennis mocht gebruiken in zijn colleges.’ Janssen bundelde de A4-hoesjes ook in een handig boekje onder het motto van Albert Einstein ‘onthoud nooit iets wat je kunt opzoeken.’ Hij krijgt regelmatig bestellingen van scholen, concurrenten en klanten.

Onder het motto van Albert Einstein ‘onthoud nooit iets wat je kunt opzoeken’, heeft Huub Janssen precisiegevallen gedocumenteerd. Elk geval past op een A4-tje. De kennis is beschikbaar op Precisiepunt op zijn website, en is ook verkrijgbaar in gedrukte vorm.

Het is moeilijk te zeggen of de inspanningen ook extra business opleveren. ‘Wel zien we dat geïnteresseerden na het lezen van onze precisielink kijken naar onze kernactiviteiten in hightech engineering en naar onze producten.’

Hij ging in op het verzoek van Van Eijk en Rankers om boegbeeld te worden van de training Ontwerpprincipes voor precisietechniek, omdat onderwijs hem altijd heeft aangesproken. Veel van de kennis en ervaring in de opleiding Design principles komt voort uit het gedachtegoed van Wim van der Hoek. Net als Van der Hoek heb ik het altijd leuk gevonden om met jonge mensen over technische problemen te praten. Dat doe ik ook bij het coachen van mijn medewerkers,’ zegt Janssen.

Voor oud-studenten en -collega’s kan Van der Hoek geen voet verkeerd zetten. Toen ze hem op een feest ter ere van zijn 80e verjaardag de hemel in prezen, reageerde de emeritus hoogleraar: ‘Ik word op een beschamende manier de hemel in geprezen.’

Maar na enig nadenken weet Janssen toch een punt van kritiek op te graven. ‘Hij praatte graag. Hij praatte vrij snel, waardoor het voor beginnende universitaire studenten, die het vak nog onder de knie moesten krijgen, best lastig was om alles te volgen. Je moest echt goed opletten, want er kwam in die paar uur veel informatie op je af vliegen.’

Van der Hoek praatte graag, gaf snel aan welke kant het op moest, en hij had ook wat te zeggen. Hij kwam snel met zijn eigen ideeën over de weg die oplossingen moesten inslaan, en dat was vaak verbazingwekkend.’

Dertig jaar geleden was positionering op een micrometer iets van een andere planeet.

Wat was er zo bijzonder aan de aanpak van Van der Hoek?

Het heeft te maken met het veld. Dertig jaar geleden was positionering op een micrometer iets van een andere planeet. Het is een gebied waar je niet zomaar normale functionele elementen zoals lagers en tandwielen kunt toepassen. Zelfs op dit moment is het voor veel partijen nog onontgonnen terrein. Wereldwijd. Tot het vijfde jaar op de universiteit leerden we alleen wat andere aankomende ingenieurs leerden: tandwielen, aandrijfassen, v-snaren enzovoort. Maar als je gaat positioneren op een micrometer of een fractie daarvan, dan kun je die componenten niet zomaar gebruiken. Dan krijg je heel andere oplossingsrichtingen en worden zaken als reproduceerbaarheid en het vermijden van speling belangrijk.

Je wilt de design principles training vormgeven in de geest van Van der Hoek. Wat bedoel je daarmee?

We hebben het over ontwerpprincipes voor precisietechniek. Dat is de wereld van complexe machines en instrumenten voor de chipindustrie, astronomie en ruimtevaart. Om nauwkeuriger dan een micrometer te positioneren, kun je niet simpelweg standaard functionele elementen zoals lagers gebruiken. Dan kom je bij elastische elementen, geen wrijving en dat soort dingen. Daarna wordt het spannend, omdat je heel dicht bij de natuurkunde komt.

Janssen: ‘Ik kan me nog herinneren dat Van der Hoek zijn studenten vroeg om in gedachten in een kogellager te kruipen.’

Fabrikanten moeten erkennen dat ze geen standaardonderdelen uit een catalogus kunnen kopen. Ze moeten iets verder denken, alle problemen analyseren die zich kunnen voordoen. Dan moet je je dingen in je hoofd voorstellen, ‘gedachte-experimenten’ doen: waar kan het misgaan? Als je dat ziet, is de weg naar de oplossing dichtbij. ‘Ik kan me nog herinneren dat Van der Hoek zijn studenten vroeg om in gedachten in een kogellager te kruipen, om zich de buitenring en binnenring voor te stellen met alle kogels ertussen. We moesten ons zo klein maken dat we tussen die ronddraaiende kogels zaten. Dan zie je dat de kogel aan de ene kant tegen de ring zit en aan de andere kant ruimte heeft om te spelen. Vervolgens zie je dat een kogel niet helemaal rond is, hij heeft inkepingen en draait niet goed. Als het een deukje van een micrometer is, betekent dat een micrometer fout. Je hoeft niet veel ervaring te hebben, maar je hebt wel veel verbeeldingskracht nodig om gedachte-experimenten te kunnen doen.

Wat is specifiek aan jouw bijdrage aan de training?

De manier waarop oplossingen tot stand komen is belangrijk. Ik heb niet veel met formules. Natuurlijk zijn ze nodig, maar rekenen is de laatste tien procent van het werk. Ontwerpers moeten vooral gevoel krijgen voor de details. Waar moeten ze op letten? Hoe lossen ze zaken op? Je moet eerst weten waar het mis kan gaan en dan een goede conceptuele richting bedenken. Ik wil vooral intuïtie bijbrengen. Rekentechnieken komen daarna wel.

Daarom wil ik casestudies introduceren. Van der Hoek deed dat in zijn Des Duivels prentenboek waarin hij mislukte projecten publiceerde. ‘Deelnemers gaan dus alleen en in groepjes aan de slag. Daarna houden we een grote groepsdiscussie. Ik wil geen lezing, ik heb liever interactie.’

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

Herman Roebbers is een advanced expert bij Capgemini Engineering en werkt al sinds halverwege de jaren tachtig aan embedded systemen en parallelle verwerking. Hij is ook extern adviseur van de EEMBC-werkgroepen Ulpmark, Iotmark en Securemark, en ultra-low power trainer in de workshop“Ultra-low power for the Internet of Things”.

In het streven naar batterijloos IoT is het belangrijk om zo efficiënt mogelijk met energie om te gaan. Aan de hand van een encryptiebibliotheek laat Herman Roebbers zien hoe alleen al kleine aanpassingen aan de tooling en chipinstellingen een enorme impact kunnen hebben op het verbruik.

Hoe kan ik het energieverbruik van mijn IoT-systeem verlagen naar ultralaag vermogen? Deze vraag wordt steeds relevanter nu we steeds hogere verwachtingen hebben van IoT-apparaten. Uiteindelijk is het doel dat systemen zo weinig energie nodig hebben, dat ze het kunnen oogsten uit hun omgeving en geen batterijen meer nodig hebben.

Om dit te bereiken moeten we in twee richtingen werken: de opbrengst van de oogst verhogen en het verbruik verlagen. Aan de eerste wordt gewerkt: nieuwe materialen en methoden om zonnecellen te maken en na te bewerken zorgen voor steeds hogere opbrengsten. Er wordt ook vooruitgang geboekt op het gebied van RF-energieoogst. De Delftse startup Nowi heeft bijvoorbeeld speciale chips gemaakt die hier heel goed in zijn. Verder wordt er veel onderzoek gedaan naar nieuwe materialen om temperatuurverschillen efficiënter om te zetten in energie. Ook wordt er hard gewerkt aan steeds efficiëntere converters die de geoogste energie omzetten in benodigde spanning(en) en zorgen voor efficiënte energieopslag, bijvoorbeeld in oplaadbare batterijen of supercondensatoren.

Een casestudy voor ultralaag vermogen

Een eerder artikel van Bits&Chips gaf een overzicht van alle aspecten die belangrijk zijn om energie te besparen: van chipsubstraat, transistorselectie, processorarchitectuur en de printplaat tot driver, OS, codeertools en coderingsstijlen tot de toepassing. Inmiddels is de tabel iets uitgebreid.

Een recent geval illustreert het effect van verschillende mechanismen op het energieverbruik. EEMBC heeft net een benchmark uitgebracht om de energie te bepalen die nodig is voor verschillende typische tls (transport layer security) operaties. Tls maakt deel uit van een https-implementatie en is als zodanig essentieel voor het opzetten van een veilige verbinding. De benchmark is overgezet naar een evaluatiebord dat cryptografie ondersteunt via de Arm Mbedtls bibliotheek.

We kunnen dat proces gebruiken om te laten zien wat elke optimalisatiestap oplevert. Hiervoor voeren we elke keer eerst een nulmeting uit. Het benchmarkkader gebruikt een energiemonitor van Stmicroelectronics en een Arduino Uno. De Arduino wordt gebruikt als uart-interface naar het geteste apparaat (dut, figuur 1).

Afbeelding 1: De opstelling voor het meten van stroomverbruik

We gebruiken ook de ontwikkelomgeving Atollic Truestudio 9.0.1 voor STM32, die een eigen versie van de GCC-compiler gebruikt, en de software Stm32cubemx, die (initialisatie)code voor randapparatuur kan genereren en zo de configuratie aanzienlijk vereenvoudigt.

Stap 1: Kijk naar de compilerinstellingen

Als we een nulmeting doen met een niet-geoptimaliseerde versie (instelling -O0) op 80 MHz (hoogste snelheid) en 3,0 volt, resulteert dit in een Securemark-score van 505. Als we de optimizer-instelling veranderen in -O1, maakt dit een enorm verschil: we gaan naar 1336! De optimizer instellingen voor -Og en -O2 maken niet veel verschil, maar als we naar -O3 of -Ofast gaan, gaat het nog beter: 1490.

Dit laat zien wat je kunt bereiken met alleen de compilerinstellingen. De ideale instellingen kunnen echter per functie verschillen. In ons geval is er bijvoorbeeld geen verschil tussen -O3 en -Ofast, maar dat is niet altijd het geval. Het kan dus lonen om de instellingen per functie of per bestand apart te kiezen.

Met de compilerinstellingen -O2, -O3 en -Ofast kunnen programmeerfouten optreden die niet optreden met andere instellingen. Timing kan veranderen en het is noodzakelijk om variabelen die in meerdere contexten worden gebruikt (bijv. normale en interrupt-context) als vluchtig te kwalificeren om problemen te voorkomen.

Stap 2: Kijk naar de pll

Microcontrollers hebben tegenwoordig zeer uitgebreide instellingen voor allerlei kloksignalen op de chip. Een van die instellingen betreft de frequentie vermenigvuldiger (pll). Deze kan worden gebruikt om een lage frequentie te vermenigvuldigen en te delen om allerlei andere kloksnelheden te maken.

In ons geval is de frequentie van de interne oscillator 16 MHz. Om daar 80 MHz van te maken, kunnen we het helaas niet simpelweg met vijf vermenigvuldigen. We hebben de keuze uit twee instellingen: de eerste is om te delen door 1, te vermenigvuldigen met 10 en dan te delen door 2. De tweede optie is om te delen door 2, te vermenigvuldigen met 20 en dan weer te delen door 2.

Dat geeft verschillende scores: 1462 tegen 1490. Het resultaat is in beide gevallen 80 MHz, maar de tweede methode is twee procent zuiniger. Hoe lager de klokfrequenties, hoe minder energie je verliest, en hoe eerder je de klokfrequentie verdeelt, hoe beter.

Als je genoeg tijd tot je beschikking hebt, kun je de processor ook zonder pll gebruiken, want dat is eigenlijk best een energievreter. Met de ingebouwde oscillator kunnen we een maximale frequentie van 48 MHz genereren, wat resulteert in een 4 procent hogere score. Het nadeel is dat het wat langer duurt: 80/48 = 1,66 keer langer om precies te zijn.

Het Nucleo L4A6ZG-ontwikkelbord van STMicroelectronics biedt veel hulpmiddelen om het energieverbruik te optimaliseren.

Stap 3: Schakel onnodige klokken uit

Nu we een paar dingen hebben onderzocht, kunnen we een instelling kiezen en van daaruit verder optimaliseren. We beginnen vrij conservatief: -O1 en een frequentie van 80 MHz via onze tweede pll-instelling. Dit brengt onze Securemark-score op 1336.

De volgende stap is het uitschakelen van alle overbodige klokken. In ons geval kunnen de klok naar de uart en alle i/o-poorten uitgeschakeld worden. Dit bespaart tussen de 2,5 en 2,9 mW en geeft een score van 1448. Dit kost 1448/1336 = 1,08 keer minder energie (8 procent winst).

Stap 4: De memcpy-functie optimaliseren

Tijdens het uitvoeren van cryptografische functies wordt de functie memcpy regelmatig gebruikt. Kiezen voor een geoptimaliseerde versie levert vijf procent winst op in het geval van GCC. De IAR compiler levert al een geoptimaliseerde versie. Hierdoor kunnen we onze score verhogen naar 1524. Winst: 5 procent.

Stap 5: Draai de duimschroeven vast

Nu kunnen we kijken of we het ook kunnen doen met een lage klokfrequentie. Daarmee zouden we de kernspanning kunnen verlagen. Voor onze mcu moet deze kernspanning 1,2 V zijn voor frequenties boven 26 MHz. Voor de eenvoud nemen we 24 MHz, een standaardfrequentie in het menu van de msi-oscillator, waarbij de pll uit kan blijven – nog eens 4 procent winst: 1588.

We kunnen ook testen of we de optimalisaties van de compiler veilig wat agressiever kunnen instellen. Als we -O2 gaan instellen, komen we op een score van 1691 – nog eens 6,4 procent winst.

Stap 6: Spanningen verlagen

We hebben de klokfrequentie al voorbereid om een lager kernvoltage toe te staan. Nu gaan we het daadwerkelijk instellen. Het resultaat is prachtig: 2021, bijna 20 procent winst!

De voedingsspanning kan ook iets lager zijn. We zijn begonnen met 3,0 V, maar als we naar 2,4 V gaan, geeft dat weer een verbetering van 26 procent. We kunnen zelfs nog verder gaan naar 1,8 V als dat nodig is. Dat hebben we hier niet gedaan, maar als we extrapoleren, kunnen we een verdere besparing van een derde verwachten.

Conclusie

Met een paar eenvoudige maatregelen kan het energieverbruik al drastisch worden teruggebracht tot ultralaag vermogen. In onze casestudy is een factor vijf tot zeven gemakkelijk haalbaar in vergelijking met een niet-geoptimaliseerde versie.

Ik heb me hier echter beperkt tot gereedschap en spaaninstellingen. Met aanvullende maatregelen op andere gebieden kunnen tientallen procenten extra verbetering worden bereikt. Een embedded systeem zonder batterijen ligt dus binnen handbereik.

Dit artikel is gepubliceerd door Bits&Chips.

Design Principles is een van de meest gerenommeerde opleidingen van de Mechatronica Academie en het High Tech Instituut. Onze ‘mechatronicamannen’ Jan van Eijk en Adrian Rankers hebben de opleiding vernieuwd en Huub Janssen gevraagd de rol van cursusleider op zich te nemen. De opleiding blijft stevig verankerd in de fundamenten die zijn gelegd door de gerenommeerde professor Wim van der Hoek. De grootste veranderingen zijn de toevoeging van nieuwe topspecialisten en nieuwe focuspunten. De opleiding heet nu Design Principles for Precision Engineering.

Het is behoorlijk riskant om een van de meest gerenommeerde trainingen in de Nederlandse hightechwereld opnieuw te ontwerpen. Toch hadden we geen andere optie. Piet van Rens, die lange tijd het gezicht van de cursus was, wilde zijn werk als bouwkundig trainer aanzienlijk inperken. Hij heeft veel plezier in de projecten die hij voor ASML doet, maar zijn agenda is gewoon te vol.

Piet van Rens was jarenlang het gezicht van de Design Principles training. Hij gaat door als trainer maar is niet langer cursusleider.

Van Eijk en Rankers moesten dus op zoek naar opvolgers. Zij grepen deze situatie aan om de opleiding zelf opnieuw vorm te geven. Sinds ongeveer een jaar is de opleiding in handen van een sterk team van specialisten uit de Nederlandse precisiewereld. Naast Van Rens is een handvol topexperts gevonden om de cursisten onder te dompelen in vertrouwde fundamentele kennis en inzichten, maar ook in relevante aanvullingen op het vakgebied. Tot de nieuwe gezichten behoren Huub Janssen van Janssen Precision Engineering in Maastricht, Chris Werner en Roger Hamelinck van Entechna Engineering in Eindhoven, de hoogleraar precisietechniek van de Universiteit Twente, Dannis Brouwer en Kees Verbaan van de NTS. Het debuut van Van Eijk en Rankers in juni 2018 was een succes. Daarna was het nieuwe trainingsprogramma volgeboekt en kreeg het een gemiddeld cijfer van 8,4.

De kennis en ervaring voor de training Ontwerpprincipes komt voort uit het gedachtegoed van Wim van der Hoek, de vermaarde hoogleraar precisietechnologie, waaraan de Nederlandse hightech veel van zijn ontwerpprincipes en kennis te danken heeft. Van der Hoek bedacht in de jaren zestig en zeventig een aantal essentiële ontwerpprincipes, zoals de beroemde gatscharnieren, waarmee machinebouwers nanometerprecisie konden bereiken.

Daarnaast verwierf Van der Hoek grote bekendheid door mislukte ontwerpen te verzamelen en op te nemen in hoofdstuk 13 van zijn beruchte Des Duivels prentenboek. Hij stelde dat je het beste leert door fouten te maken. De makkelijkste en goedkoopste training is door die fouten te leren kennen. Dit naslagwerk werd zo bekend dat het voor iemand een eer werd om zijn ontwerp en verbeteringen eraan toegevoegd te krijgen,” zegt Piet van Rens.

De opvolgers van Van der Hoek, professoren Rien Koster en Herman Soemers, verrijken die basis. De ontwerpprincipeopleiding nieuwe stijl borduurt voort op de erfenis die we in Nederland al tientallen jaren hebben, namelijk goed ontwerpen met behulp van de juiste ontwerpprincipes’, zegt cursusleider Adrian Rankers van Mechatronics Academy, de partner die verantwoordelijk is voor de mechatronicaopleiding van het High Tech Institute.

Huub Janssen is het nieuwe boegbeeld van de Design Principles training. Net als Piet van Rens komt hij uit de denkschool van professor Wim van der Hoek. De precisie-ingenieur eerde zijn mentor door de nieuwe vergader- en demoruimte bij Janssen Precision Engineering te vernoemen naar degene die hem had geïnspireerd, Wim van der Hoek.

De vernieuwde training bevat talloze nieuwe elementen. Er is bijvoorbeeld meer aandacht voor demping en voor geavanceerde elastische elementen die een wat grotere slag hebben. Elastische elementen zijn vaak beperkt in hun bewegingsbereik, maar er zijn concepten beschikbaar die een grotere slag hebben. Dit is een van de onderzoeksonderwerpen van professor Dannis Brouwer van de Universiteit Twente, die een dag training geeft over buigmechanismen.

Brouwer houdt zich ook bezig met energiecompensatie en zwaartekrachtcompensatietechnieken (denk aan de keukenkastjes die je verticaal kunt openen en sluiten en die in elke positie kunnen blijven staan terwijl ze gemakkelijk op en neer bewegen).’Dat omvat ook het balanceren van massaachtige zaken,’ zegt Adrian Rankers. Zoals in een complex robotsysteem waarbij je de reactiekrachten op de vloer probeert weg te werken door een ander lichaam tegelijkertijd de juiste bewegingen te laten maken die de krachten precies compenseren. Dat kan ingewikkeld zijn, dus hebben we het energiecompensatie genoemd. Maar je kunt het ook energiebalanceren noemen.

Rankers benadrukt dat de ‘mechatronische context’ in de hele opleiding terugkomt. ‘Enerzijds stelt het extra eisen aan de mechanica, anderzijds biedt het ook alternatieve oplossingsruimte. Als je vroeger een positioneersysteem moest maken, deed je dat met een nokkenaandrijving en een aandrijfketting tot aan het element dat je goed moest positioneren. In die ketting kwam je allerlei wrijving en speling tegen – allemaal heel vervelend. Maar in een mechatronisch bewegingssysteem heb je sensoren op je payload. Die vertellen je precies wat de positie of positiefout is. In principe hoef je je geen zorgen te maken als er een beetje wrijving of speling tussen zit, want je hebt de informatie en je kunt meteen compenseren. Door dit soort trends verschuift de onderwerpkeuze voor de training Design Principles, hoewel het nog steeds waar is dat je met rammelende mechanica nooit een hoogwaardige systeemoplossing krijgt,’ benadrukt Rankers. ‘In de minder belangrijke onderwerpen hebben we wat ruimte gemaakt voor nieuwe onderwerpen.’

‘We hebben hier een lange geschiedenis van goed ontwerpen volgens de juiste ontwerpprincipes’, zegt Adrian Rankers, directeur van de Mechatronica Academie. ‘Wim van der Hoek is daarmee begonnen, Rien Koster en Herman Soemers zetten dat voort.’

Cursusleider Huub Janssen heeft zich ten doel gesteld de cursus ontwerpprincipes in de geest van Van der Hoek vorm te geven. ‘We hebben het over ontwerpprincipes voor precisietechniek. Dat is de wereld van complexe machines en instrumenten voor de chipindustrie, astronomie en ruimtevaart. Om nauwkeuriger te positioneren dan een micrometer kun je niet volstaan met standaard functionele elementen zoals lagers. Dan kom je bij elastische elementen, geen wrijving en dat soort dingen. Daarna wordt het spannend, omdat je heel dicht bij de natuurkunde komt.

Janssen zegt dat fabrikanten moeten erkennen dat ze geen standaardonderdelen uit een catalogus kunnen kopen. Ze moeten iets verder denken, alle problemen analyseren die zich kunnen voordoen. Dan moet je je dingen in je hoofd voorstellen, ‘gedachte-experimenten’ doen: waar kan het misgaan? Als je dat kunt zien, is de weg naar de oplossing dichtbij.

Tijdens zijn deeltijdhoogleraarschap vroeg Van der Hoek zijn studenten om gedachte-experimenten te doen. Janssen: ‘Ik kan me nog herinneren dat Van der Hoek zijn studenten vroeg om in gedachten in een kogellager te kruipen, om zich de buitenste ring en de binnenste ring voor te stellen met alle balletjes ertussen. We moesten ons zo klein maken dat we tussen die draaiende balletjes zaten. Dan zie je dat de bal aan de ene kant tegen de ring zit en aan de andere kant ruimte heeft om te spelen. Vervolgens zie je dat een bal niet helemaal rond is, hij heeft inkepingen en draait niet goed. Je hoeft niet veel ervaring te hebben, maar wel veel fantasie.’

Het is geen toeval dat Janssen de training wil verrijken met ervaringen en oefeningen. De manier waarop oplossingen tot stand komen is belangrijk. Ik heb niet veel met formules. Natuurlijk zijn ze nodig, maar rekenen is de laatste tien procent van het werk. Ontwerpers moeten vooral gevoel krijgen voor de details. Waar moeten ze op letten? Hoe lossen ze zaken op? Je moet eerst weten waar het mis kan gaan en dan een goede conceptuele richting bedenken. Ik wil vooral intuïtie bijbrengen. Rekentechnieken komen daarna wel.

Hij gebruikt vooral casestudies, net als Van der Hoek in zijn Des Duivels prentenboek. ‘Deelnemers gaan dus alleen en in groepjes aan de slag. Daarna houden we een grote groepsdiscussie. Ik wil geen lezing, ik heb liever interactie.’

Oefeningen, interactie en het werken met praktijkcases zijn onderscheidende factoren in de structurele opleiding die de Mechatronica Academie en het High Tech Instituut op de markt brengen. Bij andere organisaties is de training ook beschikbaar als driedaagse variant.

Piet van Rens heeft ook ervaring als trainer voor deze driedaagse variant. Hij wil benadrukken dat deelnemers aan de korte variant echt iets missen. ‘Sommige klanten eisen van medewerkers die door de uitzendbureaus worden uitgezonden dat ze een training ontwerpprincipes volgen. Dat betekent dat sommige ingenieursbureaus dan kiezen op kostenbasis of voor een avondvariant.’

Van Rens vindt dit niet zo’n verstandige keuze. Praktische oefeningen zijn het meest waardevolle onderdeel van de Design Principles training. Ze zorgen ervoor dat de inhoud echt doordringt en de deelnemers het ook echt begrijpen en toepassen in hun werk. Dit praktijkelement is precies wat in de verkorte versie sneuvelt. “De driedaagse en avondtrainingen zijn niet slecht, maar ze beknibbelen op de inhoud. Dit effect merk je meer als je leert na een normale werkdag, ’s avonds zijn mensen moe. Als je alleen hoorcolleges geeft, dan is het resultaat echt minder effectief,” stelt Van Rens.

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

Je kunt van het schrijven van goede softwarebeveiliging een goede gewoonte maken. Iets waar je nauwelijks bij stilstaat, zoals tandenpoetsen of je veiligheidsgordel omdoen. High Tech Institute werkt samen met de specialisten van het Hongaarse Cydrill om je te leren hoe.
‘We leren ontwikkelaars hoe ze niet moeten coderen’. László Drajkó brengt zijn gesprekspartners graag in verwarring met deze gewaagde uitspraak. Toch is dat waar de softwarebeveiligingscursussen van zijn bedrijf, Cydrill, om draaien: programmeurs de professionele discipline bijbrengen om zwakke plekken in hun software te voorkomen.

Misschien is ‘discipline’ een te sterk woord. Drajkó denkt dat het meer te vergelijken is met het omdoen van je veiligheidsgordel. Je merkt niet meer dat je hem omdoet. Op dezelfde manier kun je jezelf de goede gewoonte aanleren om goede softwarebeveiliging te schrijven. En dan vermijd je automatisch valkuilen, zonder erbij na te denken. We leren mensen om instinctief goede codeergewoonten te gebruiken.’ Veilig coderen kost niet meer tijd, zegt Drajkó. Het kost tijd om te leren hoe het moet, maar als je het eenmaal onder de knie hebt, is er geen verschil meer.

Mensen leren veilige code te schrijven is een arbeidsintensieve onderneming. Overal ter wereld vinden voortdurend inbraken plaats, waardoor kwetsbaarheden aan het licht komen. Er is een behoorlijk team voor nodig om al die informatie bij te houden en als casestudy’s in het trainingsmateriaal te verwerken. Een onafhankelijke docent zou per lesuur vier uur bezig zijn om op de hoogte te blijven en nieuw materiaal op te nemen,” schat Drajkó.

Daarom werkt High Tech Institute samen met Cydrill, een specialist die zich volledig richt op het trainen van mensen in het schrijven van veilige code. Het Hongaarse bedrijf richt zich met name op beveiliging voor embedded systemen.

We verkopen geen pijnstillers en pleisters, maar bouwen een immuunsysteem dat extreem veerkrachtig is,” zeggen Ernõ Jeges (links) en László Drajkó (rechts), die afgelopen zomer de High Tech Campus in Eindhoven bezochten.

De Commodore 64 en de ZX Spectrum

Cydrill is gevestigd in de Hongaarse hoofdstad Boedapest. In de jaren tachtig had de jonge László Drajkó toegang tot computers, hoewel die toegang binnen de Russische invloedssfeer zeer beperkt was. Zijn eerste kennismaking kwam toen hij twaalf was. Wetenschap was niet-politiek. Het onderwijssysteem was zeer theoretisch, maar behoorlijk goed. Achter het IJzeren Gordijn moesten we vertrouwen op onze hersenen en hadden we weinig andere middelen.’

Drajkó en zijn medestudenten schreven hun code op papier. We draaiden het in ons hoofd. We controleerden op codeerfouten die nooit waren geïmplementeerd. We maakten onze correcties ook op papier. Want toen we eindelijk toegang hadden tot een machine, wilden we die foutloze programma’s voeren. We hadden nauwelijks geld of computers.

Halverwege de jaren tachtig mochten de Hongaarse programmeurs naar Duitsland en Oostenrijk reizen, waar ze Commodore 64’s en ZX Spectrums konden kopen. De generatie voor ons moest miljoenen dollars neertellen voor een computer, maar wij konden opeens voor vijfhonderd dollar een thuiscomputer kopen. De pc had een grote invloed op onze leeftijdsgroep.

Halverwege de jaren tachtig studeerde Drajkó computerwetenschappen in Hongarije. Het IJzeren Gordijn viel toen hij nog studeerde, wat een enorme impact op hem had. Dankzij een beurs van de Europese Economische Gemeenschap kon hij naar de Technische Universiteit Delft. Het resultaat was een cultuurschok. Zijn eerste maanden in Nederland dompelden hem onder in ’totale miscommunicatie’.

Hoewel hij Engels sprak, begreep Drajkó de vragen van zijn adviseurs niet. Niet qua taal, maar qua concept. De onderwijsaanpak was heel anders. Ze vroegen dingen als: “László, aan welk probleem zou je willen werken? En dan zei ik: “Nee, nee, ik heb geen problemen. Vertel me gewoon welke code je wilt dat ik schrijf en ik zal er het beste algoritme voor vinden’. Maar toen zeiden ze dingen als: “Hoe zou je de wereld ten goede willen veranderen? En ik dacht: ‘Ik ben op de kunstacademie beland!”.

Toen ik in Delft ging studeren, dacht ik dat ik op de kunstacademie terecht zou komen’ – László Drajkó over de cultuurschok die hij ervoer als Hongaarse universiteitsstudent in Nederland.

Novell, Compaq en Microsoft

Na vijfentwintig jaar voor internationale bedrijven als Novell, Compaq en Microsoft te hebben gewerkt, besloot Drajkó te investeren in een opleidingsbedrijf. Hij wilde delen wat hij wist en zocht naar een geschikte niche. Die vond hij in beveiliging. ‘Ik vroeg mezelf wat er mis ging en een van de antwoorden was cyberbeveiliging.’

Enige tijd geleden kwam Drajkó twee bekende gezichten tegen, Zoltán Hornák en Ernõ Jeges. Alle drie studeerden ze aan de Technische Universiteit van Boedapest, maar Hornák en Jeges kennen elkaar al sinds 1990. Dat jaar namen de Hongaar en de Serviër het tegen elkaar op in de tweede Internationale Olympiade voor Informatica in Minsk. Een paar jaar later besloot Jeges om informatica te gaan studeren in Boedapest.

Hornák en Jeges raakten snel bevriend en tijdens hun promotieonderzoek voerden ze tests uit voor Nokia, waarbij ze inbraken in mobiele telefoons en netwerksystemen. De vraag was zo groot dat ze hun PhD’s in de steek lieten en in opdracht systemen gingen hacken. White hat hacking was toen nog onbekend terrein”, zegt Jeges. Er waren maar heel weinig bedrijven die het deden. Nokia had heel veel opdrachten en we realiseerden ons dat we meer leerden tijdens het werk dan aan de universiteit.

De opdrachten voor penetratietesten (pentesting) stroomden binnen bij hun bedrijf, Search Lab: het tweetal werd ingehuurd om in te breken in netwerkhardware, set-top boxes en meer. De meeste doelsystemen waren embedded. Niet veel beveiligingsbedrijven richten zich daarop, omdat je het systeem op chipniveau moet begrijpen. De meeste pentestingbedrijven richten zich op websites en webservices, maar wij zijn expliciet gespecialiseerd in embedded.

De crisis van 2008 heeft Search Lab hard getroffen. In diezelfde periode schakelde de mobiele telefoonindustrie volledig over op de Iphone en Android platformen. Hornák en Jeges verloren het grootste deel van hun omzet van klanten met wie ze een lange geschiedenis hadden.

Hun gedeelde focus op beveiliging zorgde voor de klik met Drajkó. Het aantal incidenten groeit exponentieel, terwijl het bewustzijn minimaal is,” legt hij uit. Slechts een handjevol bedrijven doet er iets aan. Iedereen is druk bezig met het patchen van fouten, maar dat pakt het probleem niet aan. Educatie is de gouden kans om een crisis in softwarebeveiliging te voorkomen. Ons standpunt is dat we geen pijnstillers en pleisters verkopen, maar een immuunsysteem opbouwen dat extreem veerkrachtig is.

Het doel van Ernõ Jeges is niet om mensen te leren hacken, maar om ze paranoïde te maken.

Paranoia inboezemen

In 2018 richtten Drajkó en Jeges Cydrill op, het bedrijf dat zich richt op trainingen. De beveiligingsindustrie is voortdurend in beweging en om bij te blijven biedt Cydrill naast de traditionele klassikale trainingen ook online trainingen aan. Voor een bescheiden jaarlijks bedrag kunnen deelnemers hun kennis aanscherpen met behulp van een digitaal gamification platform. De online aanpak maakt het ook gemakkelijk om de resultaten bij te houden. We meten ons succes aan de manier waarop klanten onze expertise vertalen naar codeergewoonten”, zegt Drajkó.

De behoefte aan inherent veilige code is groot, maar niet alle ontwikkelaars zijn enthousiast over beveiligingscursussen. Als je ontwikkelaars vraagt om een cursus te kiezen uit negentien verschillende opties, zal beveiliging waarschijnlijk onderaan staan. Het klinkt erg voorschrijvend. Een nieuw platform, nieuwe taal of nieuwe architectuur spreekt hen veel meer aan.

De softwarebeveiligingscursussen van Cydrill leren ontwikkelaars niet hoe ze moeten hacken. Er zijn genoeg cursussen die dat doen, zegt Drajkó. Veel van zijn klanten in de VS hebben daar ervaring mee. Maar ze zijn erdoor afgeschrikt, omdat de cursusontwerpers het niet konden relateren aan hun dagelijkse werk.

Drajkó is van mening dat het leren van hacktechnieken om hacks te voorkomen tijdverspilling is. Het maakt niet uit of het ethisch hacken is of hacken met kwade bedoelingen. Want in termen van technologie is er geen verschil; het is een kwestie van moraliteit.

Drajkó vindt dat ontwikkelaars goed moeten weten wat hacken precies is. Daarom pakken we het aan. Deelnemers moeten ook begrijpen dat hackers oneindig veel tijd en middelen hebben. Ze maken gebruik van bots en computers van derden. In het embedded domein groeit dat gebruik hand in hand met het Internet of Things.

Daarom beginnen de cursussen van Cydrill altijd met een kijkje in het hoofd van de hacker. We laten ze bijvoorbeeld zien dat een buffer overflow een probleem kan zijn,’ zegt Jeges. Dat iemand op die manier de controle kan overnemen en dat het niet langer jouw programma is dat draait.

Het doel van Jeges is niet om mensen te leren hacken, maar om ze paranoïde te maken. De eerste dag gaan de deelnemers met een ongemakkelijk gevoel naar huis. Ze realiseren zich dat ze in het verleden fouten hebben gemaakt. Dat gevoel is belangrijk. Het heeft een impact die we niet kunnen bereiken met online training. Na die ervaring zijn deelnemers een en al oor, merkt Jeges glimlachend op. Emotioneel en intellectueel.

Dat maakt de klas rijp voor het behandelen van best practices. We laten ze het verschil zien tussen goedbedoelde pogingen om code hack-proof te maken en daadwerkelijke best practices”, zegt Jeges. Ze kunnen de nieuwe technieken en vaardigheden die ze leren de volgende dag al toepassen.

Casestudies zijn een belangrijk onderdeel van deze best practices. We gebruiken elk incident dat wereldnieuws is geweest”, legt Jeges uit.

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

Softwareontwikkeling richt zich vaak volledig op het invullen van functionaliteit; er is geen tijd voor zaken als onderhoudbaarheid, architectuur en performance. Terwijl het niet moeilijk hoeft te zijn, zegt softwaretrainer Onno van Roosmalen, maar er zijn misverstanden over Agile, architectuur, UML, objectgeoriënteerd programmeren en testgestuurd ontwikkelen.

Modelleren? Dat doen we niet. Ontwerppatronen? Die slaan we over. Omdat we agile werken. Onno van Roosmalen hoort het regelmatig: Agile als excuus of zelfs voorwendsel om softwarearchitectuur niet serieus te nemen. Als trainer op het gebied van softwareontwikkeling ziet hij dat er veel misverstanden zijn rond de onderwerpen die met niet-functionele eisen te maken hebben: architectuur, interfaces, performance, modellering, onderhoudbaarheid, noem maar op.

Misverstanden die eenvoudig te verklaren zijn omdat ze te maken hebben met het ongrijpbare begrip ‘softwarekwaliteit’. “Kwaliteit is voor veel mensen niet zichtbaar,” zegt Van Roosmalen. “Als het werkt, dan werkt het en managers, klanten en gebruikers denken dat het zo goed als klaar is. Het wordt heel moeilijk om te beargumenteren waarom je iets extra’s moet doen. Ontwikkelaars krijgen daar in de praktijk wel duidelijk rendement van.”

Veel van deze misverstanden over softwarekwaliteit leven ook onder de ontwikkelaars zelf. Populaire softwaretechnieken, zoals testgestuurde ontwikkeling, dragen hier volgens hem niet aan bij: “Test-driven development richt zich volledig op functionaliteit. Aspecten die typisch gekoppeld zijn aan architectuur, zoals prestaties, herbruikbaarheid, uitbreidbaarheid en software-evolutie, zijn erg moeilijk te testen. Net als race conditions en deadlocks.”

“Er is ook het idee dat architectuur iets abstracts is dat van tevoren bedacht moet worden, waardoor de richting van het project in een keurslijf wordt gedwongen – een big bang architectuur die in één keer goed moet zijn. Maar dat kan niet; vaak weet je niet wat er komen gaat,” legt Van Roosmalen uit. “Natuurlijk is het goed om een idee te hebben van hoe je het wilt inrichten. Maar soms zie je dat projecten zich al voorbereiden op bepaalde toevoegingen. Dan denk ik vaak: ja, en komen die er dan echt?”

Bovendien verstoft de onderliggende theorie na verloop van tijd. Dat merkt hij bijvoorbeeld goed in zijn basistraining over Emergent Object-Oriented Design in the Age of AI (OOAD). Hij komt deelnemers tegen met bijvoorbeeld een elektrotechnische achtergrond, maar ook mensen met een IT-diploma. “Toch zie je dat veel van hen problemen procedureel ontleden in plaats van objectgeoriënteerd”, zegt Van Roosmalen. “Dat sluipt erin als mensen onder druk software maken, terwijl je eigenlijk opvallend betere software kunt maken als je de richtlijnen goed toepast.”

Zo werkt het niet in C#’.

Zelf heeft Van Roosmalen een heel andere achtergrond: hij studeerde natuurkunde in Nijmegen en promoveerde aan het Kernfysische Versneller Instituut in Groningen. Daarna maakte hij de sprong naar Amerika voor een postdocpositie aan het California Institute of Technology.

Het keerpunt kwam in 1987. Van Roosmalen en zijn vrouw wilden eigenlijk terug naar Nederland, maar banen in de natuurkunde lagen niet voor het oprapen. Toen er een functie in de technische informatica vrijkwam aan de Technische Universiteit Eindhoven, besloot Van Roosmalen deze kans te grijpen; zijn werk op het gebied van de computationele natuurkunde had zijn interesse voor software en computers gewekt.

Bovendien merkte Van Roosmalen dat hij graag les gaf. Voor zijn terugkeer naar Nederland gaf hij al drie jaar les op Yale en toen begin jaren negentig objectgeoriënteerde technieken opkwamen, begon hij met trainingen voor bedrijven. Na de millenniumwisseling besloot hij zijn dienstverband bij de TUE af te bouwen om zich uiteindelijk volledig te kunnen richten op het geven van trainingen. Hij werkt nog steeds voor de Universiteit Eindhoven, die hem inhuurt voor de PDEng-opleiding Software Technology.

Daarom geeft Van Roosmalen ook trainingen aan ontwikkelaars die al een paar jaar bij een bedrijf in dienst zijn. Een groot verschil met starters, merkt hij: hoe langer ontwikkelaars achter het toetsenbord zitten, hoe ontvankelijker ze over het algemeen worden voor geavanceerde software engineering concepten. “Je begint op een andere manier naar dingen te kijken en ik denk dat je dingen meer in context kunt zien. Het blijft iets beter hangen.”

“In de meeste objectgeoriënteerde programmeertalen hebben objecten van dezelfde klasse bijvoorbeeld direct toegang tot elkaars privéattributen. Mensen weten dat vaak helemaal niet. Dan proberen ze het en blijkt het waar te zijn. Ze zeggen dan vaak zoiets als: ‘Maar zo is het niet in C#.’ En dan blijkt het daar weer precies hetzelfde te zijn,” geeft Van Roosmalen als voorbeeld. “Het lijkt elementair, maar er zitten belangrijke ideeën achter, en daar praten de meeste ontwikkelaars graag nog eens over. De meeste trainingen gaan over het proces en zo, en niet over de technische dingen.”

Verdedigend

“Het is precies deze kennis van objectoriëntatie die de basis vormt voor een groot deel van de architectuur in een typische applicatie. Hierdoor krijg je automatisch te maken met belangrijke software-eigenschappen als information hiding en encapsulation, oftewel het idee dat je informatie lokaliseert en niet door het hele systeem gooit. In de praktijk zie je regelmatig dat een team één component voorziet van extra functionaliteit en dat vervolgens het hele systeem als dominostenen begint om te vallen. Dat maakt het problematisch om iets toe te voegen. In veel webapplicaties zie je dat dat idee een beetje doorgeslagen is,” zegt Van Roosmalen.

En dan, nadenken over het verbergen van informatie gaat hand in hand met de manier waarop componenten met elkaar communiceren: de interface of API. “Hiermee kun je de gedetailleerde vorm van je objecten verbergen en ervoor zorgen dat er geen implementatiedetails uitlekken. Zo zorg je ervoor dat de clientcode alleen kan doen wat er op dat moment gevraagd wordt, niet meer en niet minder,” legt Van Roosmalen uit.

Het idee hierachter is dat de evolutie van componenten op deze manier ontkoppeld kan worden. Als een nieuwe versie van een component blijft doen wat het vroeger deed via een interface, dan hoeft de software die erop gebouwd is niet onmiddellijk aangepast te worden. Een ontwikkelteam dat tegen het component programmeert, kan de nieuwe versie veilig gebruiken zonder bang te zijn dat er tijdens het proces iets zal omvallen. Wanneer inkapseling en interfaces in orde zijn, wordt er bijna automatisch een onderhoudbare, schaalbare architectuur gecreëerd die kan meegroeien met de applicatie.

Dit vereist echter dat teams een defensieve houding aannemen bij het ontwerpen van hun interfaces. “Je moet niet alles aanbieden wat andere teams vragen. Hoe meer je aanbiedt, hoe meer onbedoelde toepassingen er zijn. Dit vergroot de kans dat dingen omvallen bij een nieuwe versie. Je kunt een interface later altijd nog uitbreiden, maar downsizen is een stuk lastiger,” zegt Van Roosmalen.

“Ik heb daar een hele leuke workshop voor, die ik met de TUE-stagiairs doe. Verschillende teams krijgen de opdracht om een component met een interface te ontwikkelen. Daarna moeten ze daar een functionele uitbreiding op maken – onverwacht natuurlijk; dat hou ik geheim. Vervolgens moeten ze proberen testgevallen te maken voor elkaars componenten die werken tegen de eerste variant, maar niet meer tegen de tweede. Dit zijn echte eye-openers, want vaak zijn zulke tests in een mum van tijd gemaakt.

Trukendoos

Ontwikkelaars hoeven het wiel niet elke keer opnieuw uit te vinden. Voor veel problemen zijn in de loop der jaren best practices opgesteld in de vorm van patronen. “Je kunt bijvoorbeeld je architectuur in lagen indelen: dat is een architectuurpatroon. Om die lagen te structureren, gebruik je verschillende design-patronen.”

Van Roosmalen geeft een training die volledig aan dit onderwerp is gewijd: Design Patterns en Emergent Architecture. Dat is natuurlijk heel breed, maar het idee erachter is vooral om te laten zien dat je die trukendoos hebt. “Eigenlijk is dat een van mijn favoriete trainingen, omdat je het echt hebt over het ontwerpen van software en omdat je er allerlei praktische problemen mee kunt aanpakken. Er komen ook heel andere technische aspecten bij kijken, zoals toestandsmachines met mogelijke deadlocks.”

Van Roosmalen geeft samen met een oud-collega van de TUE ook een vervolgcursus over een ander architectuurthema: real-time gedrag. Typisch heb je het dan over problemen met systemen die meerdere gelijktijdige taken moeten uitvoeren onderhevig aan timing-eisen. Tegenwoordig kun je met de meeste moderne programmeertalen concurrency programmeren, en dat geeft aanleiding tot heel bijzondere problemen zoals race conditions en deadlocks.

Ook hier gaat het in de basis al mis, merkt Van Roosmalen op: “Veel mensen die realtime problemen hebben, gebruiken een besturingssysteem als Microsoft Windows. Nou, dat is geen real-time besturingssysteem. Het bevat wel veel dingen zoals realtime prioriteiten enzovoort. Maar er ontbreken veel andere dingen die ook nodig zijn voor real-time gedrag. Dan moet je een beetje op je hoofd gaan staan om het goed te krijgen.”

“In realtime systemen heb je bijvoorbeeld het probleem van prioriteitsomkering, waarbij een taak met lage prioriteit een bron claimt zodat taken met hogere prioriteit er geen gebruik van kunnen maken. Er zijn mechanismen om dit tot een minimum te beperken en die moeten in het besturingssysteem zitten.”

Verkoper-lock-in

Van Roosmalen geeft ook een basistraining rond SysML, een variant van UML voor systems engineering. Systeemengineers modelleren veel, maar toch wordt SysML in de praktijk maar mondjesmaat gebruikt. Daar is een reden voor: “Voor systems engineering worden veel commercieel beschikbare tools gebruikt, zoals Matlab en Simulink. Deze leveren geen gestandaardiseerde modellen. Dat is ook helemaal niet wat tool vendors willen, want dan zouden ze business kunnen verliezen. Ze spelen in op vendor lock-in.”

Maar met SysML kun je deze modellen toch met elkaar integreren en een overkoepelend model van je systeem maken. De OMG, de standaardisatiegroep achter SysML, heeft geprobeerd deze modelleertechnieken zo te combineren dat het geheel alles omvat en tegelijkertijd methodologisch verantwoord is. “Dat is aardig gelukt, maar het maakt de modelleringstalen wel ontzettend groot.”

Wat Van Roosmalen betreft zouden softwareontwikkelaars het modelleren ook wat serieuzer moeten nemen. Tijdens zijn cursussen maakt hij zelf veel gebruik van UML – deels omdat een training te kort is om uitgebreid te gaan programmeren, hoewel er wel programma’s worden aangeleverd als proof of concept. Maar ook omdat het goede aanknopingspunten biedt om te redeneren over de klassenstructuur en na te denken over de architectuur.

“Wat UML betreft: de meeste softwareontwikkelaars hebben het wel eens gezien, maar de drempel om er echt mee aan de slag te gaan is vrij hoog. Het maken van een goed model vergt echt een investering voordat het loont,” beaamt Van Roosmalen. Daarnaast missen softwareontwikkelaars ook een beetje de discipline die systeemontwikkelaars wel hebben, merkt hij op.

Maar dat is weer een symptoom van het feit dat kwaliteit in software moeilijk te zien is en zich pas op de lange termijn laat voelen, terwijl dat bij systems engineering natuurlijk anders is. “Voor programmeurs is het daarom belangrijk om kwaliteit op de kaart te zetten. En in tegenstelling tot wat soms gedacht wordt, kan Agile daarbij helpen,” zegt Van Roosmalen: “In het Agile Manifesto staat gewoon dat je aandacht moet besteden aan softwarekwaliteit. Daar staan hele zinnige dingen in, maar je moet wel in de praktijk brengen wat er gepredikt wordt.”

Dit artikel is geschreven door Pieter Edelman, tech-redacteur van Bits&Chips.

Jasper Nuyens stond aan de wieg van Embedded Linux en ontwikkelde in 2005 de eerste Embedded Linux training ter wereld in samenwerking met Mind in Leuven (nu Essensium). High Tech Institute biedt de training in Embedded Linux al een aantal jaar exclusief aan in Nederland. De Belgische Linux-pionier vertelt ons de ins en outs van zijn vijfdaagse cursus.

Jasper Nuyens, oprichter van Linux België en Embedded Linux-trainer bij High Tech Institute.

Net toen Jasper Nuyens midden jaren negentig diep in Linux dook, was er een initiatief om de voetafdruk van het systeem te verkleinen. Dit ‘Linux Router Project’ was een poging om een complete Linux-gebaseerde router te draaien vanaf een floppy disk van 1,4 megabyte. Nuyens: “Dit werd gedaan om oude PC’s met een aantal netwerkkaarten te gebruiken als server of router. Het was een grote uitdaging waarbij de Linux kernel compilatie een zeer belangrijke rol speelde. De trucjes die we uit de kast moesten halen om dit te laten werken waren eigenlijk een begin van embedded Linux: een klein systeem waar je veel applicaties aan kunt toevoegen.’ Het project leeft voort in huidige routerprojecten zoals OpenWRT en DD-WRT.

Door zijn ruime ervaring schakelen organisaties Nuyens’ hulp in ‘als er echt moeilijke problemen zijn’. Dat zorgt ervoor dat hij zich kan verdiepen in heel bijzondere gevallen. Nuyens: ‘Dat maakt het werk heel interessant. Het zorgt er ook voor dat onze opleiding up-to-date blijft.’

Nuyens past zijn trainingen altijd aan op de laatste ontwikkelingen. ‘We hebben nu zo’n honderd edities gehad, terwijl we aan versie 65 van de cursus zitten.’ Als voorbeeld noemt hij het embedded build-systeem Buildroot en OpenEmbedded / Yocto dat in het nieuwe millennium beschikbaar kwam. ‘Ook dat nemen we mee in onze training. We passen het materiaal altijd aan op recente ontwikkelingen.’

De grootste Embedded Linux problemen belanden op Jasper Nuyens bureau.

Wat maakt embedded Linux training zo succesvol?
‘Met Linux heb je de broncode van alle componenten, van de bootloader, kernel tot de tienduizenden applicaties die beschikbaar zijn in de gebruikersruimte. Je kunt alles gebruiken en hebt veel keuzes. Dit betekent dat je door de bomen het bos moet leren zien. Er zijn veel mogelijkheden. Veel applicaties gedragen zich een beetje anders, maar je kunt ze verfijnen. Dat is eigenlijk de kern van onze cursus: mensen helpen hun weg te vinden en de beste keuzes te maken.

Je kunt ook alles zelf leren op internet.
‘Natuurlijk is het niet echt raketwetenschap. Je kunt online afzonderlijke onderwerpen leren. De embedded Linux cursus brengt echter alles samen en biedt het hele plaatje, vanaf de basis. Zelfs mensen die zich al langere tijd verdiepen in Embedded Linux zien niet altijd hoe alles in elkaar steekt of hoe elk van de verschillende componenten op elkaar inwerkt. De training geeft je een jumpstart, een duwtje in de rug in de embedded Linux wereld.

Linux is geen realtime besturingssysteem. In hoeverre speelt dit een rol bij de keuze voor dit OS voor embedded systemen?
‘Als mensen Embedded Linux gaan gebruiken, denken ze meestal dat real-time een belangrijke vereiste is voor hun systeem. Ze werken vaak met microcontrollers met een lage kloksnelheid. De timingbeperkingen kunnen dan real-time gedrag opleggen. In feite hebben ze het echter vaak niet nodig. De huidige Systems On Chip draaien Linux soms met een gigahertz of meer. Daardoor is real-time gebruik van Linux in de praktijk zelden nodig.”
“Er zijn ook verschillende niveaus waarmee je real-time kunt werken op Linux. Daar gaan we in onze training op in. Met de standaard Linux kernel heb je zachte real-time mogelijkheden. Maar je kunt van Linux ook een hard realtime besturingssysteem maken en er zijn ook tussenvormen. De studenten leren deze keuzes te maken afhankelijk van hun behoeften.

In hoeverre gaan jullie in op de juridische aspecten van Open Source?
‘We geven geen juridische training, maar we maken wel duidelijk wat elk van de verschillende Open Source licenties inhoudt en wat de gevolgen ervan zijn, inclusief het patenteren van software en hardware en handelsmerkkwesties. Veel softwareontwikkelaars weten niet genoeg over de gevolgen van hun keuze voor Open Source. Ze moeten hun management hierover goed kunnen informeren en over de weinige eisen die Open Source licenties stellen.”
“Sommigen zijn zo enthousiast over het Open Source verhaal dat ze er niets negatiefs over willen zeggen. Maar bedrijven die open source software gebruiken en implementeren moeten precies weten wat ze moeten doen. Ze moeten ook objectieve informatie hebben over de verplichtingen en risico’s.’

Deelnemers moeten bij voorkeur ervaring hebben met Linux en C-programmeren, maar is dat essentieel?
‘Dat klopt. Het is leuk om het te hebben. We ontvangen twee soorten studenten. We hebben degenen die veel ervaring hebben met embedded, maar beperkte Linux-kennis hebben. En we hebben degenen met Linux-ervaring, zelfs met veel Embedded Linux-ervaring, die hun kennis willen verdiepen.’
‘Er is een heel groot verschil in niveau tussen beide profielen. De eerste groep heeft nauwelijks ervaring op de commandoregel. Dat is een grote stap voor hen. Op hun laptop hebben ze een Linux ‘command prompt’ en op het embedded board hebben ze ook ‘command prompt’. Die kunnen ze niet door elkaar halen. Als je embedded board opstart in bootmodus, in de bootloader, dan is dat een andere prompt waar je verschillende soorten commando’s kunt typen. Hetzelfde gebeurt: je kunt ze niet door elkaar halen.”
“Mensen uit de embedded wereld zonder Linux-ervaring vinden het meestal lastiger. We merken dat beide groepen elkaar helpen. We beginnen de cursus met informatie die vrij basaal is voor mensen die al met Linux gewerkt hebben. Het biedt echter de nodige diepgang om nieuwe dingen te ontdekken, zodat de meer ervaren embedded Linux mensen zich niet gaan vervelen. Het is een kwestie van balanceren, maar de groep is klein genoeg om daar goed mee om te gaan en vragen van elke deelnemer te beantwoorden.

Acht deelnemers is het maximum aantal.
Ja, acht is ons magische getal, zoals we gaandeweg hebben ontdekt. Want tijdens de training stelt iedereen vragen vanuit zijn eigen perspectief. De losse eindjes die ze niet meteen aan hun bestaande kennis kunnen koppelen. Daarom hebben we een zekere mate van interactiviteit nodig. Studenten programmeren hun platform tijdens de training en er zijn meer vooruitstrevende optionele oefeningen voor degenen die sneller zijn. Het werkt goed als ze meteen hun vragen kunnen stellen en ik er meteen naar kan kijken.”
“Linux heeft ook een erg steile leercurve. In het begin moet je veel informatie verwerken. We willen iedereen vooruit helpen om echt een vliegende start te maken.’

Is dat altijd mogelijk?
‘We doen het eigenlijk best goed op dat gebied. De interne werking van de Linux kernel is het moeilijkste deel. Dat gaat niet over hoe de programma’s op de kernel werken, maar over de kernel intern. Dat is een moeilijk onderdeel voor mensen die het materiaal al moeilijk vinden. Het voegt een extra laag complexiteit toe. Als we merken dat de hele groep trager is, besteden we er minder tijd aan.”
‘We bieden ook een aparte cursus voor kernelontwikkeling. Mensen die device drivers moeten bouwen, kunnen na deze training de cursus kernelontwikkeling volgen. Het eerst volgen van de Embedded Linux cursus is een vereiste, tenzij mensen al minstens 5 jaar met Linux werken.’

Welke mensen zijn eigenlijk te vroeg?
‘Degenen die alleen maar met microcontrollers hebben gewerkt en weinig kennis hebben van Linux. We zorgen ervoor dat ze op de commandoregel kunnen werken, dat ze hun bord kunnen upgraden naar een nieuwe softwareversie die ze volledig zelf hebben gecompileerd en dat ze kunnen booten vanaf het netwerk, met het netwerkbestandssysteem als rootbestandssysteem, enzovoort. Dat lukt zonder voorkennis door ze een aantal oefeningen te laten doen, maar alle deelnemers zijn hiermee geholpen als ze – vooraf – hebben leren werken met de Linux commandoregel.

Zullen meer ervaren mensen aan hun trekken komen?
‘Absoluut. Mensen met ervaring in Linux of embedded Linux zullen zich niet vervelen. Hoe meer ze van tevoren weten, hoe meer ze eruit zullen halen. We geven zoveel diepgaande informatie en achtergrondinformatie dat ze altijd bijleren. We gaan breed en heel diep.

In zijn Embedded Linux training gaan deelnemers aan de slag met een Beaglebone Black platform.

Dit is een print met een Sitara systeem op chip van Texas Instruments. Deze Amerikaanse chipfabrikant heeft de non-profit BeagleBone Foundation opgericht om Linux-ondersteuning te bieden voor deze platforms. Het is in de eerste plaats een showcase voor het Sitara-platform,” zegt Nuyens. Maar het geeft ontwikkelaars ook een praktische stap vooruit. Iedereen kan gratis met de technologie spelen. Het hele BeagleBone ontwerp, de complete PCB layout met al zijn varianten kan volledig hergebruikt worden door de klanten. Door kleine wijzigingen aan te brengen in het referentieontwerp kun je de uitrol van nieuwe producten versnellen door mogelijk veel lang werk aan de softwarekant te verminderen.’

Indien gewenst heeft Nuyens ook andere borden voor de cursus beschikbaar. Het is mogelijk om de training uit te voeren op het i.MX 6 platform van Freescale (tegenwoordig NXP). ‘Dit is ook een populair platform in de Linux-wereld. De i.MX6 familie heeft single, double en quad core varianten. De laatste zijn krachtiger voor multimediatoepassingen.’ Andere varianten waarop de embedded Linux training kan plaatsvinden zijn het ZedBoard van Avnet en het AVR32 platform van Atmel. Training op deze platforms door Nuyens vindt meestal plaats op specifieke verzoeken, meestal in-house op klantlocaties.

Lees ook het interview met Jasper Nuyens in Bits&Chips.

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

De hightechindustrie is opwindend en dynamisch. Maar als je het gevoel hebt dat je altijd achter de feiten aanloopt, dat je werk nooit af is en je je stress van het werk nog steeds mee naar huis neemt, dan is het hoog tijd om je manier van werken te veranderen. Frank Rood weet als ervaren systeemarchitect en technisch manager precies tegen welke obstakels je aan kunt lopen en hoe je die kunt overwinnen binnen timemanagement. Hij put ook rijkelijk uit eigen ervaring. Ik heb geleerd om te gaan met alle valkuilen die er zijn’.

Frank Rood (1968) kent timemanagement en de hightechwereld door en door. Na mijn studie werktuigbouwkunde, met als specialisatie precisietechniek, een opleiding die tegenwoordig onder mechatronica valt, ben ik mijn hele leven bezig geweest met multidisciplinaire elektronica en software. De eerste tien jaar van mijn carrière was ik betrokken bij productontwikkeling binnen de halfgeleiderindustrie, waaronder de ontwikkeling van machines en medische instrumenten. Na mijn tijd als systeemarchitect en technisch projectmanager werd ik manager van een mechanische afdeling. Later werd die functie steeds meer multidisciplinair, met combinaties tussen hardware, software en procestechnologie.

Kies wat je graag doet

Als manager begon Rood in 2000 met een onmogelijke opdracht. Naast het managen van een afdeling met meer dan vijftig medewerkers, zette hij zijn werk als ontwerper voort. Dit resulteerde in een enorme tijdsdruk, met de bijbehorende stress en slecht timemanagement. Om deze twee rollen te kunnen combineren, ben ik me gaan verdiepen in timemanagement. Toen ontdekte ik tools en middelen om slimmer met mijn beschikbare tijd om te gaan. Die vaardigheden heb ik meteen ingezet. Uiteindelijk lukte het me om zowel het project goed af te ronden als leiding te geven aan de afdeling. Dankzij de vaardigheden die ik heb geleerd. Ik vond het onderwerp zo leuk, dat ik mijn kennis deelde met collega’s en met de mensen aan wie ik leiding gaf.

Mijn laatste rol als R & D directeur bij Besi was inhoudelijk heel interessant, maar ik hield niet van de bijbehorende politiek aan de top van de organisatie. Ik realiseerde me dat ik veel gelukkiger thuiskwam na een dag waarin ik mensen had getraind of gecoacht hoe ze beter met hun werktijd om konden gaan. Daarom ben ik in 2013 fulltime begonnen met mijn eigen coachingsbedrijf. Nu heb ik de vrijheid om opdrachten te kiezen die ik leuk vind, waar ik energie van krijg en die echt waarde hebben voor anderen. Daarbij richt ik me vooral op de technische sector. Op dit moment werk ik bijvoorbeeld samen met een Zweeds bedrijf op het gebied van modulaire architectuur. Daarbij heb ik deels een adviserende rol en deels een rol als organisatiecoach om hun bedrijf en product modulairder te maken en vooral om ze op een andere manier te leren werken.

Overbodig overleg

Rood heeft zijn kennis en ervaring op het gebied van timemanagement nu omgezet in een training die specifiek gericht is op productontwikkelaars in de hightechwereld. Cursisten leren de vaardigheden waarmee ze de dingen die ze zelf belangrijk vinden ook echt voor elkaar krijgen. Ik sta al 25 jaar op de werkvloer van bedrijven die producten ontwikkelen en in die tijd heb ik bedrijven gezien waar het echt fantastisch gaat en de mooiste dingen worden gemaakt. Er zijn ook bedrijven geweest die compleet mislukt zijn, bedrijven waar ongelooflijk intelligente, mooie, slimme, creatieve mensen niet tot hun recht kwamen. En dat doet me echt pijn. Omdat die mislukkingen gebeuren bij bedrijven die slecht georganiseerd zijn of door allerlei externe factoren, en omdat mensen moeten werken in omstandigheden waarin er te veel verstoringen zijn. En die verstoringen zijn totaal onnodig.

Door een overkill aan overleg en afleiding door mail, apps of andere communicatiemiddelen hebben mensen niet meer de ruimte, de tijd of de rust om creatief te werken. Tijdens zijn training bespreekt Frank deze problemen met de deelnemers en vertelt hij hoe ze ze kunnen oplossen.

Rood verwijst naar lawaaierige kantoortuinen, een overkill aan overleg en afleiding door mail, apps of andere communicatiemiddelen. Dit soort afleiding neemt toe. Mensen hebben niet langer de ruimte, de tijd of de rust om creatief werk te doen. En zonder dat gaat het fantastische potentieel van al die briljante mensen verloren. Want creativiteit gedijt alleen als er echte rust en tijd is om producten te creëren. Als mensen in een stressvolle situatie zitten, werkt de prefrontale cortex niet meer, krijgen ze geen nieuwe ideeën. En als je elke tien minuten gestoord wordt, kun je nooit diep in je hersenen gaan. Dan kun je niet schrijven en geen software ontwerpen of coderen. Daarom coach ik deze mensen en deze bedrijven zodat al hun ontwikkelaars in de juiste omgevingen zitten en de vaardigheden hebben waarmee ze echt hun werk kunnen doen.

Professionals hebben vaak moeite met de spanning tussen hun eigenlijke werk en de hoge intensiteit van hun werkomgeving. Ze zijn meer bezig met dagelijkse zaken of hun e-mail dan met hun eigenlijke taak. Of ze vinden het moeilijk om nee te zeggen tegen een verzoek van een collega. Het gaat erom al die externe impulsen op de juiste manier te managen, zodat je jezelf bezig kunt houden met datgene waarvoor je bent aangenomen. Als je dat niet goed managet, krijg je stress en als het echt misgaat, een burn-out. Je hebt vaardigheden nodig waarmee je jezelf kunt afschermen zonder een kluizenaar te worden.’

Het delen van ervaringen over hoge werkdruk is een belangrijk onderdeel van de training in timemanagement.

“Nee zeggen is bijvoorbeeld bijzonder moeilijk omdat men gelooft dat de relatie met een collega onder een ‘nee’ zal lijden of dat het dan moeilijker wordt om de collega om een gunst te vragen. Maar die overtuigingen blijken meestal niet te kloppen. Gebruik niet te veel woorden om nee te zeggen, wees duidelijk in je boodschap. Het begint allemaal met duidelijk zijn voor jezelf over wat je eigen doelen zijn, wat je echt wilt doen. Zodra je dat weet, kun je veel gemakkelijker omgaan met impulsen uit je omgeving.’

Frank Rood is fanatiek met timemanagement omdat hij supergevoelig is voor stress en zich verantwoordelijk voelt. Vooral perfectionisten en mensen die moeilijk nee kunnen zeggen zijn gevoelig om overspannen te raken of zelfs een burn-out te krijgen. Ik vertoon alle kenmerken van een gemiddelde trainee en daarom begrijp ik de technici die naar deze trainingen komen zo goed. Ik ken hun werk, ik begrijp hun werkomstandigheden en ik heb met vallen en opstaan geleerd om ermee om te gaan. In korte tijd kan ik ze al die dingen leren.’

Monotasking en omgaan met onderbrekingen

De training van Rood begint met een hele dag uitleg over de theorie achter timemanagement, waarbij cursisten ook met elkaar kunnen oefenen. De theoretische basis is heel begrijpelijk, het probleem zit hem in het daadwerkelijk in praktijk brengen. Daarom kijken we de eerste dag naar wat er eigenlijk fout gaat, waar het probleem ligt en wat mensen willen bereiken. Het stellen van doelen is cruciaal. Als je je doel hebt vastgesteld, kun je keuzes maken en bepalen welke dingen prioriteit hebben en welke overbodig zijn omdat ze niet bijdragen aan je doel. Vervolgens kijken we naar de hulpmiddelen en naar de timemanagementmatrix. Met deze matrix kun je bepalen wat belangrijk en urgent is en hoe je je taken daarop kunt sorteren. We gaan in op mono-tasking, het voordeel van maar één ding tegelijk doen en dat ook afmaken. En hoe om te gaan met onderbrekingen. Vervolgens maken we een plan zodat mensen echt weten wat ze de volgende dag anders gaan doen op het werk. En ze krijgen een hulpmiddel om zich aan hun voornemens te houden: een buddy uit de groep of een collega die helpt met het oefenen in de methode gedurende de weken daarna. Want alles is erop gericht om mensen direct aan de slag te laten gaan met wat ze hebben geleerd. Ik bel ze gedurende de week om te horen hoe het gaat.

Het kwadrant met taken en onderbrekingen gerangschikt in volgorde van belangrijkheid en urgentie, is een eenvoudig hulpmiddel om prioriteiten te stellen in je beschikbare tijd.

Na drie weken is er een extra bijeenkomst van een halve dag, waarin de trainees vertellen wat wel en niet gelukt is. Deze feedbackdag vormt de basis voor het succes van de training. Omdat de cursisten weten dat ze op de feedbackdag verantwoording moeten afleggen, gaan ze ook echt aan de slag. Tegen de tijd dat we elkaar weer zien, hebben ze ruim een maand gewerkt met nieuwe dagelijkse gewoontes en het structureel veranderen van hun gedrag. Ze maken bijvoorbeeld elke ochtend een to-do lijst of zetten e-mailnotificaties permanent uit. Sommigen vragen me of ik ze vier of zes weken na de training nog eens wil bellen, ter versterking. Of ze spreken af om met hun buddy af te spreken.

Drie weken later komen de deelnemers terug voor nog een halve dag training. Deze halve dag is de basis voor succes, omdat de deelnemers zich verantwoordelijk voelen voor hun toewijding. Tegen de tijd dat we elkaar weer zien, hebben ze een maand gehad waarin ze hun dagelijkse gewoonten en structurele gedrag hebben veranderd”, zegt docent Frank Rood.

Een bewuste keuze

Ook mensen die op weg zijn naar een burn-out, een burn-out hebben of er net van herstellen, hebben baat bij Rood’s training. Niet in de laatste plaats omdat hij zelf ook een burn-out heeft gehad. In die periode was hij manager op een afdeling waar na een reorganisatie minder mensen precies evenveel werk moesten doen. Ik heb me rot gevoeld over die reorganisatie, waarbij ik een aantal mensen heb moeten wegsturen. Iedereen was toen overbelast en uit verantwoordelijkheidsgevoel voor mijn medewerkers probeerde ik ze uiteindelijk te redden door hun werk deels over te nemen. Dat ging lang goed, want ik was sterk en natuurlijk goed in timemanagement. Mijn privé-omgeving gaf wel alarmsignalen. Mijn partner vroeg bijvoorbeeld of alles in orde was, ik merkte dat ik zo moe was en slecht sliep en allerlei kwaaltjes kreeg. Maar ik negeerde de signalen, want in zo’n stressmodus zit je vol adrenaline en dan zie je niet dat het misgaat.’

Rood stortte in op vakantie. ‘Letterlijk. Ik viel neer en kon niet meer opstaan. Het was best schokkend voor iemand die nogal een controlfreak is, om helemaal over de rooie te gaan. Bovendien voelde ik me ontzettend schuldig: Ik had eindelijk tijd om met mijn familie door te brengen en nu lag ik alleen maar in mijn tent op mijn eigen …. Gelukkig was ik na een paar dagen weer op de been.’

Na die vakantie gooide Rood het roer drastisch om. Sindsdien loop ik twee keer per week hard en dat doe ik nog steeds. Ik ging veel rustiger aan doen en liet dingen makkelijker van me afglijden, ik hoefde niet meer alle verantwoordelijkheid op me te nemen. Ik koos dus heel bewust voor mijn gezondheid en mijn gezin. En daarna ging ik vrij snel weer aan het werk, ook al ging ik van bijna zestig uur naar veertig uur per week. En ik nam tussendoor een dag vrij. Dat hielp.’

Rood noemt het verlies van controle en een lichaam dat het overneemt typerend voor een burn-out. ‘Je lichaam begrijpt dat je hoofd het niet meer aankan en trapt gewoon op de rem. De kunst is om die symptomen de volgende keer te herkennen voordat je lichaam het overneemt.’

Hij vindt zichzelf in dit opzicht de grootste vijand. ‘Waarom ben ik zo fanatiek bezig met timemanagement? Ik ben super stressgevoelig, voel me erg verantwoordelijk, ben perfectionistisch en relatiegericht en kan moeilijk nee zeggen. Ik vertoon dus alle kenmerken van de gemiddelde stagiair en heb alle valkuilen in me. Daarom begrijp ik de technici die naar deze training komen zo goed. Ik ken hun werk, ik begrijp hun werkomstandigheden en ik heb met vallen en opstaan geleerd met ze om te gaan. Dus al deze dingen kunnen ze tijdens de training in korte tijd leren.

Frank Rood; ‘Mislukkingen komen voort uit een slechte organisatie, verschillende externe feiten en het feit dat mensen te maken hebben met te veel verstoringen. Die verstoringen zijn niet nodig.

Naast deze vaardigheidstraining begeleidt Rood als coach mensen op individuele basis. Daarbij gaat hij dieper in op diepliggende thema’s en overtuigingen die belemmeringen in het werk vormen. ‘Daarnaast besteed ik ook aandacht aan voeding en beweging. Bij mensen die midden in een burn-out of crisis zitten, kijken we eerst naar praktische maatregelen: hoe krijg je meer slaap? Hoe zorg je goed voor jezelf? Wat voor soort beweging doe je? En wat kun je op je werk doen? Pas als dat werkt, werken we aan je overtuigingen. Uiteindelijk is de vraag: heb je aan het eind van je leven gedaan wat je wilde doen? Zodat je op je sterfbed niet denkt: had ik maar meer tijd besteed aan mijn relatie, of had ik mijn kinderen maar meer gezien of had ik die reis maar gemaakt. Want dan is het te laat. Mijn grootste wens is dat mensen niet in die situatie terechtkomen. En dat ze kunnen concluderen dat ze de dingen hebben gedaan die ze wilden doen, dingen die zin geven aan hun bestaan.

Dit artikel is geschreven door Mathilde van Hulzen, tech editor van High-Tech Systemen.

Mechatronica Systeemontwerp deel 1 en deel 2 behoren tot de populairste trainingen in de hightechindustrie. De cursussen zijn ontstaan bij Philips CFT, waar systeemontwikkeling in de jaren tachtig steeds complexer werd. Rien Koster zag dat de oplossing lag in een betere samenwerking tussen disciplines. Voormalig CFT-lid Jan van Eijk legt uit waarom het goed is voor topspecialisten om regelmatig om te gaan en te praten met collega’s uit andere disciplines.

Het is 1986 als Rien Koster – een van de peetvaders van de Nederlandse mechatronica – bij Philips een ambitieus project start. Zijn idee is om alle vooraanstaande specialisten uit de mechanica, elektronica, besturingstechniek, software en meettechniek uit hun heiligdom te halen en samen te laten werken aan een mechatronisch systeem. Ze dopen het project Fast and Accurate 86 (FA86). Het plan lijkt een garantie voor succes, maar in de praktijk vechten de sterspelers met elkaar. Stuk voor stuk vinden ze dat ze de leiding moeten nemen.

Koster vervolgt. En tot slot levert FA86 de Famm robot, een twee-armig systeem met grote direct drive motoren zoals je die ook in onderzeeërs vindt. De Famm (fast and accurate manipulator module) is zo sterk en snel dat andere robots erbij verbleken. Helaas is de oplossing te duur voor de industrie.

Technisch gezien was de Famm-robot een geweldige prestatie, een fantastisch voorbeeld van wat je kunt bereiken als je alle topspecialisten laat samenwerken”, zegt Jan van Eijk. Van Eijk was jarenlang het mechatronica boegbeeld bij Philips. In 2010 richtte hij samen met voormalig CFT-collega’s Adrian Rankers en Maarten Steinbuch de Mechatronica Academie op, de partner van het High Tech Institute die verantwoordelijk is voor alle mechatronicaopleidingen.

Volgens Van Eijk heeft het FA86-project vooral laten zien hoe moeilijk het is om de verschillende disciplines op een gelijkwaardige basis bij elkaar te brengen. Een werktuigbouwkundige kan met een waanzinnig mooi en uitvoerbaar ontwerp komen, zonder te beseffen dat zijn ontwerp in de praktijk nooit zal werken. De taal die zijn collega uit de regeltechniek gebruikt om dat uit te leggen – met zijn decibellen en Bode-diagrammen – is voor de monteur een raadsel. ‘

Er is vaak een gebrek aan wederzijds respect tussen de verschillende technische disciplines, zegt Jan van Eijk. De mechatronicagoeroe pleit ervoor om specialisten op te leiden en ze tegelijkertijd te leren efficiënt te communiceren met collega’s uit verwante vakgebieden. Ze kunnen niet alles tot in detail beheersen, maar ze moeten wel een beetje van alles begrijpen, vooral de discipline-specifieke taal.

Koster laat vaak een grafiek zien waarin alle specialisten worden afgebeeld als een Dirac-functie, herinnert Van Eijk zich. ‘Ze zijn heel goed in één ding, maar hun kennis is niet breed’, legt Van Eijk uit. Hun managers en directeuren bleken breed te zijn, met niet zoveel hoogte. Gemiddeld waren ze ongeveer even intelligent. We zochten specialisten die iets breder georiënteerd waren, zodat ze met experts uit andere vakgebieden konden praten.’

Philips CFT startte een tiendaagse training om de muren tussen de vakgebieden neer te halen. Tijdens de training kwamen alle relevante disciplines aan bod en leerden de deelnemers wat hun collega’s bezighield. Docenten vertelden over hun eigen expertise, zodat de cursisten gewend raakten aan het jargon. Het doel was om het respect voor elkaars vakgebied te vergroten, zegt Van Eijk. En hun nieuwsgierigheid naar de ander wekken. Als iemand van een andere afdeling vraagt waarom zij het op deze manier doen en niet op die manier, moet dat geen vijandige reactie opleveren. Dat gebeurde in het verleden vaak wel.

Alle nieuwe medewerkers op de mechatronica-afdelingen van Philips kregen de training. ‘Vaak trokken we de PhD’s eerst aan stukken’, lacht Van Eijk. Ze dachten dat ze geweldig waren en wij lieten ze zien wat ze nog niet wisten. We wilden nog steeds geweldige specialisten met de beste wetenschappelijke, nieuwste kennis, maar ze moesten wel met hun collega’s kunnen praten. Anders had het geen zin.’

Demystificatie

De opleiding mechatronica was een groot succes bij Philips en bestaat nu dertig jaar en wordt sinds 2010 verzorgd vanuit de Mechatronica Academie. Mechatronics Academy biedt de opleiding aan onder de naam Mechatronics System Design (afgekort ‘Metron’) via het High Tech Institute. Omdat het voor veel deelnemers lastig is om twee weken weg te zijn van het werk, is de tiendaagse cursus opgedeeld in twee sessies van elk een week (deel 1 en deel 2).

Over het nut van de cursus Mechatronica Systeemontwerp is Van Eijk heel duidelijk: ‘Je doet er een week over. Dat is ruwweg twee procent van wat je in een jaar doet. En het maakt je tien procent effectiever. Dat is een onderbuikgevoel, maar ik heb de afgelopen dertig jaar gezien hoe het mensen verandert, hoe het de relatie met collega’s in een multidisciplinaire omgeving beïnvloedt. Mensen kunnen anders communiceren.

Mechatronica Systeemontwerp gaat over de demystificatie van alle disciplines. Als ik een professor vraag naar zijn vak, heeft hij al snel de neiging om te vertellen over de nieuwste ontwikkelingen. Dat gebeurt in een taal die voor hem gesneden koek is, maar voor mij totaal onbegrijpelijk’, zegt Van Eijk. ‘Tijdens de training bespreken we een fictieve case over een printerconcept van Océ. De trainees merken dan dat ze met een aantal simpele middelbare school sommen al heel veel kunnen zeggen over de wensen die Océ op tafel heeft gelegd.’

Jan van Eijk: ‘De training kost je een week en maakt je tien procent effectiever.’

De docenten van alle disciplines bespreken wat er precies nodig is om onderlinge communicatie tussen de specialisten mogelijk te maken. We zullen niet om een aantal basistools heen kunnen”, zegt Van Eijk. ‘Een Bode-diagram bijvoorbeeld. Veel mensen hebben dat wel eens gezien, maar bijna nooit in de praktijk gebruikt. Aan de hand van zo’n diagram kan een besturingstechnicus een werktuigbouwkundige duidelijk uitleggen met welk probleem hij worstelt. Als ze samen een oplossing willen vinden, moet het dus deel uitmaken van hun gemeenschappelijke taal.’

Wat betreft de basisprincipes van de cursus is er de afgelopen dertig jaar weinig veranderd. Wel zijn er technische vakken bijgekomen, zoals thermisch ontwerp en metrologie. Is er meer aandacht voor software, een vakgebied dat steeds belangrijker wordt in de mechatronica? Tja,’ antwoordt Van Eijk bedachtzaam, ‘dat ligt wat genuanceerder. Ja, het wordt belangrijker omdat de hoeveelheid software die gebruikt wordt en de inspanning die dat vergt steeds groter worden. Maar als we naar functionaliteit kijken, ligt dat anders. Voor hightech mechatronica heb je functioneel gezien maar een beperkte hoeveelheid software nodig. Natuurlijk moet het goed georganiseerd zijn, op de achtergrond, met event handling, foutmeldingen, gebruikersinterfaces, noem maar op. Maar de bijdrage van de functionele software is hooguit een paar procent van de software als geheel.

Beheers je beroep

Bij ‘Mechatronica systeemontwerp’ draait het dus om de samenwerking tussen de verschillende disciplines. Komt dit niet altijd terug in de curricula van de universiteiten? Samenwerken over de grenzen van de universitaire afdelingen heen gebeurt nog vrij incidenteel’, zegt Van Eijk. ‘Het gaat vreselijk goed in de definitiefase en als besloten wordt wie hoeveel geld krijgt voor welke promovendus. Daarna duikt iedereen in zijn eigen schuttersputje om in volmaakt, splendid isolation zijn eigen rol te vervullen. Het High Tech Systems Centre is een stap in de goede richting. Misschien zullen er mensen opstaan die meer geneigd zijn om samen te werken.

De opleiding heeft een sterke industriële achtergrond. Onlangs was er een student die me vertelde dat hij ook een mechatronicacursus aan de universiteit had gevolgd en daarom misschien dingen zou horen die hij al lang wist,’ zegt Van Eijk. Dat risico is niet zo groot. Bij een universitaire opleiding besteedt de docent veel aandacht aan zijn eigen vakgebied en de wetenschappelijke diepgang daarvan. Bij ons komen alleen docenten uit het bedrijfsleven. Wij vertellen hoe het in de praktijk werkt. En er is een aanzienlijk verschil in nadruk. Op de universiteit leren studenten misschien meer over hoe ze moeten rekenen op een elektronisch netwerk en berekeningen maken over mechanica. Je leert een paar vaardigheden die heel nuttig kunnen zijn, maar je kunt geen goede discussie voeren met een andere specialist. Mijn overtuiging is dat we geweldige werktuigbouwkundigen, elektronici en regeltechnici moeten opleiden en hen moeten laten samenwerken om geweldige machines te bouwen.

Van Eijk is dan ook zeer kritisch over het mechatronica-onderwijs dat door een aantal hbo-opleidingen wordt aangeboden. Wij willen niets te maken hebben met iemand die half elektronisch en half mechanisch is. Die doet geen van beide disciplines goed. Iemand die de helft van twee vakken kent of, erger nog, een zesde van zes vakken, daar ben ik niet blij mee. Als je een echt goede mechatronicus wilt opleiden, heb je vijf jaar nodig voor elk vak apart. Alles bij elkaar duurt het dus zo’n veertig jaar en kan hij met pensioen. Dat is niet goed. In plaats daarvan moeten we ze leren om iets samen met meerdere mensen te doen. Dat is de uitdaging. En dat leer je niet met een formele mechatronica-opleiding.

Het grootste gevaar is dat als je die opleiding hebt gedaan, je denkt dat je alles kunt. Je hebt veel gezien, maar je spreekt geen enkele taal echt goed. Je kunt niet echt in je eentje een compleet mechatronisch systeem van de grond krijgen’, zegt Van Eijk, die benadrukt dat zo’n mechatronica-opleiding best goede mensen kan aantrekken, maar dat het iedereen verstandiger lijkt om eerst opgeleid te worden in zijn eigen vakgebied. In een bedrijf zal een afgestudeerde mechatronicus eerst gevraagd worden om expertise te ontwikkelen op één gebied. De bagage die hij met zich meedraagt zal op de lange termijn waarschijnlijk zijn vruchten afwerpen, maar eerst moet hij meer kennis opdoen in mechanica of elektronica. Pas dan kan hij een waardevolle rol spelen in een mechatronische omgeving.

Dit artikel is een bewerking van het interview van Jan van Eijk door Alexander Pil dat eerder verscheen in Mechatronica & Machinebouw.

Dit artikel is geschreven door Alexander Pil, technisch redacteur van High-Tech Systemen.

Ben je moe van eindeloze discussies en ineffectieve vergaderingen? Of loop je helemaal vast in het ontwikkelproces door gebrek aan nieuwe ideeën? In de hightech wereld is creativiteit ook een belangrijke vaardigheid voor technisch ontwerpers, ontwikkelaars, testers, automatiseringsspecialisten en ingenieurs. Het mooie is dat iedereen creatief is. Trainer Rex Bierlaagh helpt technische experts om uit hun gebruikelijke denkpatronen te stappen en echt moeilijke taken en problemen effectief en efficiënt op te lossen. Creatieve innovatie kun je leren.

We leven aan het begin van de vierde industriële revolutie. Een periode waarin technologieën uit verschillende disciplines samenkomen en waarin de grenzen tussen de fysieke, digitale en biologische wereld vervagen. Deze 4.0 Industrie kan niet bestaan zonder 4.0 professionals, professionals die over drie tot vijf jaar nog steeds belangrijke spelers in de markt zijn of in ieder geval kunnen omgaan met de laatste veranderingen in de industrie. Om dit mogelijk te maken is het nodig dat werknemers over drie belangrijke vaardigheden beschikken: complexe problemen kunnen oplossen, kritisch kunnen denken en creatief zijn (onderzoeksresultaten van het World Economic Forum). Creatief denken speelt dus een belangrijke rol.

Rex Bierlaagh is eigenaar van de innovatieleverancier TWNQL en geeft de training Creatief denken (1 of 2 dagen) bij High Tech Institute, in samenwerking met Technical Training for Professionals(T2Prof). Bierlaagh is gecertificeerd trainer voor de De Bono methoden: Lateraal denken & Zes denkhoeden.

Volgens trainer Rex Bierlaagh is creativiteit de vaardigheid van de 21e eeuw. Problemen en projecten worden steeds ingewikkelder, maar de manier waarop we ze aanpakken blijft star en niet zo effectief. Als volwassenen zitten we vast in geijkte denkpatronen. Grote bedrijven worstelen daarom met de vraag hoe ze hun medewerkers kunnen betrekken bij verandering, hoe ze hen goed kunnen laten samenwerken, ook grensoverschrijdend, en hoe deze medewerkers met nieuwe ideeën kunnen komen. In kleine organisaties die snel groeien, zijn er regelmatig hoogoplopende, repetitieve discussies die afleiden van het eigenlijke doel. Andere bedrijven hebben het gevoel vast te zitten in het innovatieproces of draaien rond en rond in cirkels.

Het goede nieuws is dat creatief denken en innovatie aangeleerd kunnen worden. Alle kinderen denken creatief, maar thuis en in het onderwijs wordt mensen geleerd dat er maar één oplossing is voor een probleem. In werkelijkheid zijn er natuurlijk meerdere manieren om tot een oplossing te komen. Je komt tot deze alternatieven door verbanden te leggen tussen dingen die op het eerste gezicht niets met elkaar te maken hebben, door vrije associaties te maken. Creativiteit is een vaardigheid die iedereen bezit, of ze het nu geloven of niet. Het maakt iemand wendbaarder en veerkrachtiger.

Cursussen voor creatief denken

Bierlaagh brengt in de training Creatief denken mensen terug naar hun oorspronkelijke manier van denken. Creatief denken kan ook lateraal denken genoemd worden, een denkmethode ontwikkeld door Edward de Bono. Bierlaagh is gecertificeerd trainer voor de methode van De Bono. Als mensen tijdens de cursus herkennen wat creativiteit is, wat ermee gedaan wordt en wat ze er zelf mee kunnen, dan krijgen ze letterlijk een twinkeling in hun ogen. Je ziet ze denken: wat is dit gaaf, hier krijg ik energie van. Na de tweedaagse cursus zijn ze in het bezit van de tools waarmee ze op elk moment op creatieve ideeën kunnen komen. Bijvoorbeeld tijdens brainstormsessies, als ze een nieuw product willen ontwikkelen of een werk-/productieproces willen verbeteren.

Er zijn twee varianten van de cursus Creatief denken: een korte cursus van één dag en een langere cursus van twee dagen. De eerste dag behandelt creativiteit, de effecten ervan en twee denktechnieken die creativiteit stimuleren. Op de tweede dag komen twee extra denktechnieken aan bod en leren cursisten hoe ze het denkproces kunnen voltooien: ideeën clusteren, kiezen en tot een oplossing komen. ‘Na de tweede dag ben je in staat om brainstormsessies op een effectieve en efficiënte manier te begeleiden en productief deel te nemen.’ Bierlaagh houdt het graag praktisch. ‘We gaan dingen oefenen en ervaren. Mensen denken vaak dat we gaan zingen of dansen, omdat ze dat als creativiteit zien. Maar het gaat om het leren van nieuwe manieren van denken. Veel mensen, vooral technici, geven in het begin aan dat ze niet erg creatief zijn. Maar gaandeweg komen ze erachter dat dit helemaal niet waar is en dat het heel leuk is om op deze nieuwe manieren te leren denken, ook als onderdeel van een groep. En dat het helemaal geen spanning oplevert, integendeel, het werkt juist motiverend. ‘

Cursussen voor creatieve samenwerking

Creativiteit is ook de oplossing voor een dagelijks terugkerend probleem waar veel technici mee worstelen: inefficiënte en ineffectieve vergaderingen en teambijeenkomsten. Bij gewone vergaderingen reageren mensen op elkaar zonder precies te weten wat de ander bedoelt,’ zegt Bierlaagh. ‘Daardoor duurt elk overleg langer dan je zou willen en bereik je zelden het resultaat dat je had voorzien.’

In de cursus Effectieve Communicatie voor efficiënte en creatieve samenwerking leren studenten hoe ze creatief kunnen samenwerken door gebruik te maken van De Bono’s Zes Denkhoeden. Elke hoed heeft een andere kleur en staat voor een specifieke manier van denken. Door de ‘hoeden’ in een vaste volgorde te gebruiken, kunnen complexe problemen snel worden ontrafeld. Wat volgt, is een werkbare oplossing. Individuen die de zes denkhoeden gebruiken tijdens een vergadering, nemen niet allemaal een andere positie in; ze denken op hetzelfde moment op dezelfde manier.

Analytische mensen, zoals technici, maken graag gebruik van informatie; ze zijn dus van nature geneigd om de witte hoed op te zetten. De witte pet staat voor feiten en vormt het uitgangspunt voor deze manier van creatief samenwerken. De blauwe pet, die gebruikt wordt om het denkproces te sturen (de voorzitter/leider), en de rode pet, die staat voor gevoelens, ingevingen en intuïties, zijn minder vanzelfsprekend voor technici. Maar deze manieren van denken zijn vaak net zo belangrijk als de eerder genoemde. Door samen in korte tijd een aantal denkwijzen te doorlopen, kom je snel tot de juiste conclusie. We noemen dit ook wel parallel denken. In het begin voelt dit voor veel mensen kunstmatig en a-logisch, maar als je deze methode een paar keer hebt toegepast en ook aan de ontvangende kant hebt gestaan, wil je niets anders meer. Omdat je zo snel tot de kern komt in samenwerking met anderen. Technici die deze cursus hebben gevolgd zijn ook erg enthousiast als ze merken dat ze door deze methode toe te passen meer vrije tijd hebben, omdat ze sneller kunnen handelen. Dat schept weer ruimte voor meer creativiteit.

Een eendaagse training is voldoende om de inhoud van Effectieve communicatie voor efficiënte & creatieve samenwerking te behandelen. In de ochtend wordt de theorie behandeld en in de middag passen de cursisten het geleerde toe in praktijksituaties. ‘Deze methode zorgt ervoor dat de kwaliteit van je beslissingen veel sneller toeneemt.’

Dit artikel is geschreven door Mathilde van Hulzen, tech editor van High-Tech Systemen.