Wetenschap helpt een handje bij efficiënte productontwikkeling

De snel groeiende markt voor Internet of Things-toepassingen, waarin korte ontwikkelcycli noodzakelijk zijn, stelt elektronicaproducenten voor nieuwe uitdagingen. Met een wetenschappelijke, voorspellende benadering is het productontwikkelingstraject sneller en goedkoper te maken, stelt Geert Willems van imec.

Door: Dimitri Reijerman

Willems is in het dagelijks leven verantwoordelijk voor het center for Electronics Design & Manufacturing (cEDM) van imec. Het cEDM richt zich op het fysische realisatie van elektronica, zegt Willems: “Ik noem het wel eens de “mechanica van de elektronica”. Een hoofdthema daarin is Design-for-eXcellence waarbij de X slaat op zaken als maakbaarheid, kwaliteit, test, betrouwbaarheid, kost, noem maar op. Alles behalve de elektronische functionaliteit. Op een hoger systeemniveau werken we ook rond de productontwikkelingsmethoden voor slimme systemen waarin de elektronica het brein vormt.”

Bij de ontwikkeling van hedendaagse elektronica is snelheid bij het naar de markt brengen van apparaten noodzaak geworden: “In de ‘Smart Product’-wereld gaat alles snel. Nieuwe markten, nieuwe technologie, nieuwe componenten, nieuwe applicaties, enzovoorts. Het is nieuw maar ook variabel en erg dynamisch wat toepassing, performantie en functionaliteit betreft”, zegt Willems.

Dit dynamische aspect van IoT-technologie botst met de ‘oude’ manier van productontwikkeling: “De traditionele manier van productontwikkeling is doorgaans gebaseerd op ervaring, zowel wat de ontwerpregels als de validatietesten betreft. Per definitie heeft echter niemand ervaring met nieuwe technologieën en componenten. Wanneer je wacht tot die ervaring is opgedaan door anderen, dan heb je de boot gemist. Daarenboven volgt de traditionele aanpak voornamelijk het ontwerpen/testen/bijsturen-scenario. Dit is kostbaar en tijdrovend. We hebben dus iets beters nodig.”

Een andere manier van productontwikkeling

Daarvoor stelt Willems een werkwijze voor die hij beschrijft met de titel ‘Predictive New Product Introduction for Smart Products’. Eenvoudig gezegd is deze methodologie meer gericht op een wetenschappelijke benadering van het ontwikkelproces, want de wetenschap met al haar natuurwetten is in de ogen van Willems het beste wat we hebben naast een kristallen bol: “We moeten de eigenschappen van het product in ontwikkeling kunnen voorspellen zonder dat we het ook effectief bouwen en testen. Heel belangrijk is ook om de risico’s op het vlak van kosten, kwaliteit en betrouwbaarheid goed in te schatten. Dit kunnen we doen door meer gebruik te maken van de natuurkundige principes (de wetenschap) waarop we modellen baseren waarmee we het product kunnen simuleren i.p.v. bouwen en testen.

Dit New Product Introduction-model past onder andere Design-for-Excellence toe in de vroege stappen van een productontwerp, evenals virtual prototyping door middel van simulatiesoftware. In de latere stappen is nog meer winst te behalen, zegt Willems: “We dienen ook wat ‘huiswerk’ te maken waarbij we de capability van technologieën kwalificeren buiten het productontwikkelingstraject zodat we in dit traject niet voor verrassingen, grote vertragingen en extra kosten komen te staan. Alle testen vervangen is geen realistische optie, maar belangrijke verbeteringen zijn wel haalbaar. Dit kan door testen – in het bijzonder langdurige productbetrouwbaarheidstesten – te vervangen door simulaties en door testen vooral te concentreren in het technologie-kwalificatie ‘huiswerk’. Hierdoor dienen er minder testen te gebeuren en kunnen testresultaten veelvuldig gebruikt worden voor elk nieuw product, gebaseerd op een bepaalde gekwalificeerde technologieklasse in plaats van de testen per product te moeten herhalen.“

Het cEDM van Imec helpt in de praktijk elektronicabedrijven die deze nieuwe benadering wil toepassen: “Wij bieden ondersteuning bij de productontwikkeling waarbij we bijvoorbeeld op basis van Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) en simulatie de risico’s op falen in tests bij de klant gaan inschatten. Zo kunnen tijdig maatregelen worden getroffen of aanpassingen gemaakt aan het ontwerp, nog voor de stap naar prototypebouw en validatietest wordt gezet. Dit voorkomt aanzienlijke extra kosten, vertragingen en reputatieschade bij de klant wanneer failing zou optreden.”

Tijdens het Design Automation & Embedded Systems Event zal Geert Willems onder de titel Predictive New Product Introduction for Smart Products een lezing geven. Deze zal op 7 november om 10:00 uur in Mechelen plaatsvinden. U kunt zich gratis aanmelden via deze link.