Ondanks betere technologie verslechtert betrouwbaarheid systemen

Met een gestage toename van wereldwijde terugroepacties, breed uitgemeten boetes voor autofabrikanten en de recente Boeing-fiasco’s is het duidelijk dat betrouwbaarheid een groot probleem is. Volgens de wereldberoemde reliability-expert Michael Pecht wordt het zelfs steeds erger. Hij stelt dat bedrijven deze problemen volledig over zichzelf hebben afgeroepen en ze ook volledig hadden kunnen vermijden – tenminste, als ze betrouwbaarheid eindelijk eens serieus nemen.

Collin Arocho
2 juli

‘Mike. Kerel. Kom op. Kun je alsjeblieft je verhaal intrekken? Want weet je, wellicht lukt het ons om wat budget vrij te maken voor je toekomstige onderzoek.’ Zo luidde het aanbod van een cto van een van de grote spelers in de markt van pcb-productie. Helaas voor hem had Michael Pecht net een rapport gepubliceerd over een defecte automotive-motorregelaar die de pcb’s van dat bedrijf gebruikte. Pecht citeert de cto nogmaals: ‘Bovendien kopen we in bij meer dan twintig materiaalleveranciers die op hun beurt weer bij vele – vooral Chinese – bedrijven inkopen. En we kennen niet al hun toeleveranciers of houden ze niet in de gaten.’

Wat was het probleem voor deze cto? De holle glasvezels die tijdens de productie werden gebruikt, veroorzaakten lekstromen en kortsluitingen. In sommige gevallen liepen de stroom en temperatuur hoog genoeg op om brand te veroorzaken. Uiteraard wilde hij de potentiële schade van het rapport indammen, zelfs als hij geld moest ophoesten om het te laten verdwijnen.

Reliability-expert Michael Pecht: ‘Bedrijven verzuimen voortdurend om toezicht te houden op alle leveranciers in hun toeleverketen. Dat heeft geleid tot een aantal zeer dure mislukkingen.’

Tot grote ontsteltenis van de cto was Pecht echter niet geïnteresseerd in zijn geld – dit ging over ethiek en een passie voor zijn werk. ‘Bedankt voor het aanbod, maar nee. Sterker nog: ik ga publiceren wat u zojuist zei.’ En dat is precies wat Pecht deed. ‘Ik ben er vrij zeker van dat ze nu nog steeds veel van de verouderde normen en handboeken gebruiken. Het is wel duidelijk dat ze weinig afweten van betrouwbaarheid’, glimlacht hij.

Faalfactorfysica

Voor een wereldberoemde expert op het gebied van systeembetrouwbaarheid zoals professor Michael Pecht is dit soort discussies heel normaal. Pecht is de oprichter en directeur van het Centre for Advanced Life Cycle Engineering (Calce) aan de Universiteit van Maryland. Calce werd opgericht in 1985 en was de eerste academische onderzoeksfaciliteit in de wereld met een Iso 9001-certificering, de internationale norm voor kwaliteitsmanagementsystemen. Tegenwoordig geldt Calce als een van de grondleggers van de physics of failure-benadering van betrouwbaarheidstechnieken. Het biedt zijn klanten – meer dan honderdvijftig van ’s werelds grootste technologiebedrijven – versnelde tests, selectie en beheer van elektronische onderdelen, evenals supplychainmanagement. Inmiddels is het centrum uitgegroeid tot meer dan honderd medewerkers en studenten, en genereert het een omzet van zes miljoen dollar.

In zijn werk heeft Pecht vele reliability-ingenieurs over de hele wereld beïnvloed. ‘Mike Pecht heeft het tempo bepaald op het gebied van prognostics and health monitoring van elektronische apparaten en systemen’, zegt Willem van Driel, verantwoordelijk voor de betrouwbaarheid van vastestofverlichting bij Signify en hoogleraar betrouwbaarheid aan de TU Delft. ‘Zonder hem zou PHM niet bestaan.’

Clemens Lasance, voormalig hoofdwetenschapper bij Philips, herinnert zich: ‘Toen ik in 1984 startte met elektronicakoeling binnen Philips CFT, was het al snel duidelijk dat ons doel niet zou zijn om temperaturen te berekenen, meten of voorspellen, maar om ze te koppelen aan betrouwbaarheid, veiligheid en prestaties. Ik maakte kennis met de publicaties van Pecht en ging naar Calce.’ Later werd Philips een ondersteunend lid en werd Calce’s faalfactorfysica de basisaanpak van CFT’s Reliability Group. ‘Kort gezegd heeft de manier van denken van Pecht grote invloed gehad op de manier waarop Philips betrouwbaarheidsproblemen aanpakt’, aldus Lasance.

Vanwege zijn bijdragen en expertise in de wereld van betrouwbare hightech systemen was Pecht begin mei de keynotespreker op het seminar ‘Trends and challenges in reliability’ in Eindhoven. Daar maakte hij tijd voor een interview met Mechatronica&Machinebouw.

In je verhaal over de holle glasvezels benadruk je hoe complex de toeleverketen kan zijn en hoe markten mondialer worden. Hoe beïnvloedt cultuur de betrouwbaarheid van systemen?

‘Culturele verschillen spelen een grote rol op het gebied van betrouwbaarheid. Een ander perspectief op zaken als betrouwbaarheid, veiligheid en aansprakelijkheid kan de grenzen echt doen vervagen. Op sommige plaatsen in de wereld is de verkoop van namaakgoederen een geaccepteerde en zeer lucratieve business. Ook al is de wereld meer geglobaliseerd, het gebrek aan internationale normen voor producten is een groot probleem. Landen als China of India kunnen hun eigen normen opstellen, waardoor toeleverketens steeds complexer worden. We zien dat bedrijven voortdurend verzuimen om toezicht te houden op deze leveranciers en daardoor zijn er zeer dure mislukkingen geweest. Het is voor een bedrijf nog nooit zo belangrijk geweest om zijn leveranciers in het oog te houden. Hoeveel kosten je ook denkt te kunnen besparen, ze wegen nooit op tegen de potentiële boetes.’

‘Betrouwbaarheidsproblemen zijn vaak het gevolg van de roekeloze reacties van topmensen op claims van de concurrentie’, stelt Pecht.

Wat is de trend die u in betrouwbaarheid ziet? Wordt het beter naarmate de technologie vordert?

‘Nee, precies het tegenovergestelde zelfs. In termen van betrouwbaarheid wordt het steeds erger. Kijk maar naar de aanhoudende groei in terugroepacties en controverses rond zelfs de bekendste bedrijven ter wereld – die in sommige gevallen hebben geleid tot boetes in de miljarden.’

‘Decennialang waren er verschillende beoordelingen van elektronische componenten, variërend van lucht- en ruimtevaart en automobiel tot computer- of consumentenklasse. In die tijd stond het leger bekend als de wereldleider in elektronica en werden hun producten streng getest onder de meest extreme omstandigheden. Pas als het onderdeel bestand was tegen die tests, ontving het de stempel van militaire kwaliteit – de hoogst mogelijke beoordeling.’

‘Tegenwoordig hoef je je Iphone of Samsung maar aan te zetten en je ziet waar de geavanceerde technologie echt is. Dit klinkt geweldig, maar het kan ook problematisch zijn. De bedrijven die voorheen militaire en ruimtevaartcomponenten maakten, besloten daarmee te stoppen omdat het gewoon te duur was. Consumentenproducten hoeven immers niet zo streng getest hoeven te worden. En de defensiemarkt ontdekte plotseling dat het enorme verouderingsproblemen had; sommige onderdelen zijn gewoon niet meer te koop.’

Lapmiddelen

Een van de eerste onderwerpen waarover Pecht begint in zijn lezingen over systeembetrouwbaarheid, is het belang van een ethiektraining. Voor hem zou dit een belangrijk onderdeel moeten zijn van het onderwijs, zowel op universiteiten als op de werkplek. ‘Ik denk dat ethiek meer prioriteit verdient, vooral bij bedrijven. Als er een probleem is, vooral een probleem dat ernstige gevolgen kan hebben, moeten werknemers niet alleen hun baas kunnen aanspreken, maar misschien ook anderen. Ze moeten absoluut opleiding in die richting hebben gehad.’

Met meer dan drie decennia ervaring op het gebied van elektronica en systeembetrouwbaarheid heeft Pecht een uniek perspectief gekregen op de manier waarop betrouwbaarheidsproblemen bij verschillende bedrijven ontstaan. Deze zijn in zijn ogen vaak het gevolg van de roekeloze reacties van topmensen binnen een bedrijf op claims van de concurrentie. Je hoort dan maar al te vaak: ‘We hebben X nodig omdat onze concurrenten Y doen en we achteropraken’ of ‘We moeten dit probleem oplossen en het moet volgende week klaar zijn’. Helemaal erg is: ‘Los dit probleem op, koste wat kost.’

‘De immense druk van bovenaf is het echte probleem. Engineers denken dan soms: ‘Ik kan het technisch niet oplossen, dus ik moet het op een andere manier doen.’ Dit is waar we vaak een soort fraude zien gebeuren. Bijvoorbeeld snelle wijzigingen in de software en het toepassen van lapmiddelen, in plaats van dat de onderliggende problemen echt worden aangepakt. Het creëert een situatie waar inkopers extra op hun tellen moeten passen. En dat is het precies: we moeten oppassen.’

Schrijft u deze fraudegevallen toe aan kostenbesparingen en de race naar de markt?

‘Dat is niet de enige reden, maar ja, in veel gevallen wel. Een goed voorbeeld is de huidige situatie met de Boeing 737 Max. Het lijkt allemaal te zijn begonnen met de aankondiging van Airbus dat het een nieuw motorontwerp had ontwikkeld dat efficiënter was en een veel beter brandstofverbruik bood. Om dalende verkoopcijfers te voorkomen, maakte Boeing vrijwel tegelijk bekend dat het ook dezelfde richting op zou gaan en een soortgelijk motormanagement zou gaan gebruiken.’

De problemen bij de ontwikkeling van de Boeing 737 Max stapelden zich op en de beslissingen werden steeds dubieuzer. Foto: Clemens Vasters

Helaas voor Boeing was zijn ‘nieuwe’ vliegtuig een aangepaste versie van de 737-100, een forenzenvliegtuig uit de late jaren 60 dat fundamenteel anders is ontworpen dan het toestel van rivaal Airbus. Dat van Boeing is speciaal ontwikkeld om lager op zijn wielen te staan zodat opvouwbare trappen de grond kunnen bereiken, waardoor in- en uitstappen efficiënter wordt. De low-to-ground-motor die Airbus gebruikt, paste daarom niet goed onder de vleugel van de 737, wat betekende dat de plaatsing van de turbine moest worden aangepast.

‘De nieuwe motorpositie bracht het hele systeem uit balans en verstoorde de hele aerodynamica van het vliegtuig. Als een snelle oplossing voor dit zelf veroorzaakte probleem besloot Boeing nieuwe software te implementeren. Maar die software moest vertrouwen op een sensor die geen redundantie had. En om dit gebrek te verhelpen, stelde Boeing simpelweg: de piloot lost het wel op.’

‘Je kunt zien hoe het probleem helemaal uit de hand liep. De problemen stapelden zich op en de beslissingen die werden genomen, werden steeds dubieuzer. Er was absoluut geen focus op betrouwbaarheid of testen; het was gewoon een race naar de markt, zelfs toen er extreem kritieke zaken op het pad kwamen.’

Dit is extra pijnlijk omdat Boeing kostenbesparende acties heeft doorgevoerd om de aandeelhouderswaarde te vergroten. Hoewel de luchtvaartgigant streeft naar een productietoename, heeft het zijn personeelsbestand sinds 2015 met ongeveer zeven procent ingeperkt. Die reorganisatie omvat onder meer een halvering van het Flight Crew Operations-team, dat direct verantwoordelijk is voor de interactie tussen de piloot en de software en systeemcontroles van het vliegtuig – precies het probleem dat waarschijnlijk de oorzaak is van de noodlottige vluchten van Ethiopian Airlines en Lion Air.’

Winstbejag lijkt de drijvende kracht achter veel van uw voorbeelden van productfalen. Sommige kosten het bedrijf miljarden. Wat is dan het voordeel om deze problemen stil te houden of om snelle oplossingen toe te passen, als het nog steeds tot dergelijke straffen leidt?

‘Ik weet het niet precies, maar het lijkt erop dat deze bedrijven denken dat ze ermee wegkomen. Vergeet niet dat deze bedrijven slim zijn en snel veranderingen kunnen doorvoeren. Ik vermoed dat ze denken dat mensen het niet zullen merken als ze een softwarewijziging aanbrengen om een probleem aan te pakken. Twintig jaar geleden was dat misschien zo, maar tegenwoordig echt niet meer. Er is altijd wel iemand die iets geks doet zodra er een nieuw apparaat uitkomt. Of het nu gaat om de ‘buigproef’ van een nieuwe telefoon, nieuwe elektronica in magnetrons en mixers stoppen of erop inslaan met hamers – klanten gaan tot het uiterste om de grenzen van de hedendaagse technologie op te zoeken. Consumenten zijn tegenwoordig ook meer technisch onderlegd en meer bereid om in de systemen en processen te duiken. Daarom denk ik dat er een grotere kans is dan ooit dat betrouwbaarheidsproblemen uiteindelijk toch aan het licht komen.’

Het emissiebedrog bij Volkswagen werd ontdekt door derden, niet door de autofabrikant zelf en niet door de overheid.

Een voorbeeld dat Pecht vaak aanhaalt, is het Volkswagen-emissieschandaal. Het Duitse bedrijf, toch een van de grootste en meest gerespecteerde autofabrikant ter wereld, bleek bijna veertig keer meer NOX toe te laten dan het beweerde. Met speciale software kon de computer in de auto bepalen wanneer het voertuig werd getest, om dan de emissie zo te reduceren dat deze voldeed aan de vereisten van de Environmental Protection Agency. Natuurlijk ontkende Volkswagen de beschuldigingen, maar uiteindelijk werd het gestraft met een boete van 2,4 miljard dollar. ‘Het waren derden die het bedrog ontdekten, niet Volkswagen en niet de overheid.

Als bedrijven serieus werk willen maken van testen en betrouwbaarheid, wat is dan de juiste balans? Ze kunnen niet oneindig door blijven testen.

‘Een goeie vraag, maar er is geen uniform antwoord. Ik denk dat je moet beginnen met het inhuren van een of meerdere consultants om een gedegen return on investment-analyse te doen. Hiermee kun je die belangrijke beslissing nemen. Er is geen vuistregel voor het aantal ingenieurs of het percentage van het budget dat nodig is. Het echte antwoord op deze vraag is dat je eerst je faalrisico moet bepalen en wat de gevolgen zouden kunnen zijn. Als je fietsonderdelen maakt, is het totaal anders dan voor medische toepassingen.’

Het lijkt nogal moeilijk om te bepalen hoeveel geld je bespaart via betrouwbaarheid. In software- of hardwaretests kun je een directe relatie leggen met het aantal gevonden bugs. Hoe doe je dat met betrouwbaarheid?

‘Dat klopt precies, het is moeilijk. Volgens mij moet een goede betrouwbaarheidsexpert kunnen uitleggen wat het voordeel van zijn werk gaat zijn. Op de een of andere manier moet hij in staat zijn om de boodschap over te brengen dat als de betrouwbaarheid wordt verwaarloosd, de kans groot is dat de schade kan oplopen tot miljoenen of zelfs miljarden dollars.’

‘Ik moedig niemand aan om dit vakgebied in te gaan. Het kan heel ondankbaar zijn en niemand houdt echt van je. Je zult merken dat je zeer regelmatig zegt: ‘Laten we nog even wachten, want we moeten nog meer analyseren of testen.’ Dat kan zeer uitdagend zijn. Je moet zeer stressbestendig zijn.’

Waar ziet u de toekomst voor ingenieurs op het gebied van systeembetrouwbaarheid?

‘Ik hoop een aanhoudende groei te zien van de faalfactorfysica-aanpak voor het werkelijk bepalen en begrijpen van de faalmechanismen in een systeem. We zijn de afgelopen jaren begonnen met bedrijven als Dell om individuele componentsoorten te analyseren en te begrijpen hoe ze werken en waardoor ze falen. We hebben een conferentie opgezet over prognostics and systems health management. Verder hebben we kunstmatige intelligentie in onze producten geïmplementeerd om ze in staat te stellen problemen te voorspellen. Dat is een sleutel tot toekomstige productbetrouwbaarheid en veiligheid.’

‘Het is misschien makkelijker om hierover na te denken in termen van mensen. Elke persoon is anders, ieder met zijn eigen dieet, gewoonten en activiteiten. Wat we zouden willen, is bij iedereen een dokter op de schouder zetten. Zo krijg je een volledige analyse van het gezondheidssysteem van het individu en hoe die samenhangt met zijn omgeving. Dan kun je pas echt begrijpen hoe een systeem werkt, een diepgaand profiel ontwikkelen, afwijkend gedrag waarnemen, storingen voorkomen en onderhoud voorspellen als dat nodig is.’