DİJİTAL DÖNÜŞÜM İLE BİRLİKTE ÜRETİM AKILLANIYOR!

Manufacturing Smarts - Alan S. Brown

Çeviri: Taşkın Ege Taşpınar

Modern iletişim teknolojileri sayesinde, nesnelerin birlikteliği ve haberleşmesi yani birbirinden bağımsız makinaların birlikte çalışması artık mümkün. Bu teknoloji, Endüstri 4.0 ve dijital üretim, siber fiziksel sistemler ve akıllı fabrikalar gibi bir çok isimle anıldı. Bu sistem, akıllı yazılımlar ile makinaların, başka makinalar ve insanlarla otonom olarak hem fabrika hem de bulut sistemi içinde etkileşimini ifade ediyor. Yaygın tartışmalara ve bunun yanı sıra bu sistemin destekçilerine göre, bu dönüşüm tıpkı 1. Sanayi Devrimi’nde olduğu gibi- ciddi toplumsal değişimlere neden olacak. Beyin ve kas gücünün birleşimi, buhar, elektrik ve otomasyonun başlangıcındaki kadar büyük bir devrim yaratacak.

Mühendislik Mesleğini Nasıl Etkileyecek?

» Bu gelişim bazı gerçekçi ve şaşırtıcı değişikliklere de öncülük edebilir. Geleceğin veri güdümlü fabrikalarında, mühendisler sahada sorun çıkaran parçaların tespitini ve tasarımlardaki değişikliklerin giderlerini anlık “feedback”ler ile öğrenecekler. Böylelikle mevcut tasarımı geliştirebilecek ve üretim sürecini değiştirebilecekler.

» Fabrikadaki üretim makinaları ve lojistik araçlar, görev verme ve güzergâh işleri için otonom olarak birbiriyle iletişim kuracak ve beklenmedik bir sorun oluştuğunda yeni bir rota belirleyebilecek. Bulut tabanlı yapay zekâ, performansı en uygun hale getirmek için kullanılan parçaları ve işlemleri daimi olarak mukayese edecek. Bu sayede belki bir gün girişimciler ve mühendisler tamamıyla sanal fabrikalar kurabilir. Bu görüş, internetin ilk çıktığında yarattığı öncülük kadar inanılmaz ve belki de düşündüğümüzden daha yakın bir sürede gerçekleşecek.

Dijital İkizlere Doğru

İnternetin gelişimi masaüstü bilgisayarlar ve kurumsal ağların hazır olması sayesinde ilerledi. Şimdi benzer şekilde veri güdümlü üretim debuna benzer bir şekilde birçok önemli teknoloji (CFD, DMS, CPS, CAD/CAM, IoT, PLC, MES) sayesinde gelişmek üzere. Bu birbirinden soyut sistemler farklı veriler toplamakta. Veri tek bir bağımsız programla sürekli olarak akmakta ve yazılım paketleri tek bir sağlayıcıdan gelen verilerle dolmakta. Mühendislik tasarım programlarını düşünün. Çoğu bilgisayar destekli tasarım programı özel dosya formatlarına sahip ve CAD sistemleri ile farklı sağlayıcılara kolaylıkla bilgi paylaşıyor. Ayrıca simülasyon programlarına ve bilgisayar destekli üretim sistemlerine bilgi transferi yapıyor. Ancak ne yazık ki veri paylaşımı konusu şu an için kusursuz olmaktan çok uzak. Dosyalar CAD sistemlerinden farklı sağlayıcılarla paylaşıldığında, mühendisler hala tasarım üzerindeki eksileri ya da yanlış konumlanmış yerleri düzeltmek zorundalar. Bunun nedeni CAD sistemlerinin verilerin sadece bazılarını paylaşması. Örneğin, parçayı verimli şekilde işlemeye yarayan önemli malzeme özelliklerini saklıyorlar ancak tasarım değişikliğinin, parçanın performansını nasıl etkileyeceğini anlayamıyor ya da analiz programlarını kullanmadan parçayı işleme zamanı bulamıyorlar. GE Global Research’e bağlı Brilliant Factory’nin dijital üretim değişikliklerini yöneten imalat şefi Stephan Biller “Tüm bunlar veri güdümlü üretimde ‘tak ve üret dünyası’ için CAD veri paylaşımını çok karmaşık hale getiriyor.” diyor. Biller kısaca şöyle özetliyor; ‘’Biz ürünleri CAD’de değiştirebilmeyi ve bu değişiklikleri otomatik olarak ürün ve fabrika simülasyonuna yaymak istiyoruz. Bu yöntemle tasarım değişiklik maliyeti, zaman ve malzeme hakkında anında geri dönüşler alacağız.”

Biller ayrıca fabrika yazılımını alt basamaklardaki tedarikçi zinciri ve üst basamaklardaki müşteri servis bilgileriyle bağlamak istiyor. Türbinlerin ve satılan diğer birçok ürün için performans garantisi veren GE için bu gerçekten önemli. GE tasarım geliştirmeye yardım etmesi ve bakım zamanı gelen ürünleri önceden belirlemek için dijital ikizi kullanmak istiyor. "Parçaları kimin yaptığını görebilir, çalışma şartlarının performansı nasıl etkilediğini anlayabilir ve ürünü geliştiririz. Ayrıca aynı veriler hizmetlerimiz için talepleri yönetmemize de yardımcı olabilir’’ diyor Biller. Bu verilerin çoğu zaten üretim yürütme sistemlerinde (MES), ürün yaşam döngüsü (PLM) yazılımları ve kurumsal kaynak planlaması (ERP) sistemlerinde mevcut. Biller’in aktarmaya çalıştığı problem bu sistemlerin genellikle iyi şekilde bütünleşmiş olmaması. Onun hedefi bu bilgileri birbirine bağlamak. Bu yolla saha çalışması geri dönüşleri ile tasarımcılar, imalatçılar ve teknisyenler arasında nadiren paylaşılan verileri toplayabilir.

Nesnelerin İnterneti

Yazılımlar daha iyi iletişim kurdukça her yerde bulunan sensörler veri havuzuna daha fazla bilgi ekliyor. Endüstriyel nesnelerin interneti, bazıları -dağıtılmış zekâya- sahip ucuz sensörler ve kontrol elemanlarıyla tetikleniyor. ABB, Emerson, GE, Honeywell, Mitsubishi, Siemens gibi birçok şirket hâlihazırda bu işi yapan kendi sistemlerini satıyor ancak programları kişiye özel ve masraflı. Siemens PLM Software’da dijital girişim proje lideri olan Alastair Orchard yükselişte olan trende karşı çıkmıyor. “Nesnelerin internetini sahiplenmek zorundayız” diyor ve şöyle devam ediyor; “Müşterilerimizi pahalı ve hantal yöntemler ile üretim yapmaları için zorlayamayız. IoT’nin (nesnelerin interneti) veriyi hızlı, basit ve ucuz şekilde elde etmesini sürdürmek istiyoruz.” Şirket birleşmeleri, satın alımlar ve küreselleşme Siemens gibi şirketlere farklı sağlayıcıların yazılım ve donanımlarını tek bir sistemde nasıl toplayacağını öğretti.

Dijital üretim uzmanı Lihui Wang diyor ki; “IoT’u mümkün kılacak ucuz sensörlerin hızla yaygınlaşması için hazırlar mı? Bu aygıtlar inanılmaz miktarda veri üretecek. Fabrikaların daha iyi çalışması için makina öğrenim algoritmaları daha fazla veriyi analiz ederken makinaların birbirleriyle daha akıcı etkileşim kurması inanılmaz miktarlarda veri üretimine neden olacak. Bütünleşik veri akıntısı kendi meydan okumasını oluşturuyor. Farklı türlerdeki verinin birleşmesinin zorluğunu çoğu kişinin idrak ettiğini düşünmüyorum. Sadece dijitlerden bahsediyor olsak bile, yüksek hacim, hız ve çeşitli ölçümlerle başa çıkmak zorundayız. Ve bazıları analiz etmeyi zor hale getiren konuşma, fotoğraf ve çizim gibi yapısız verilerden oluşuyor.” Bununla beraber Bosch Rexroth’un otomasyon sistem mühendisi Buerger’a göre daha fazla sensör eklemek ve etkileştirmek, üstünde durmamız gereken bir konu. IoT (nesnelerin interneti) yaygınlaştıkça, makinalar çevrelerine otonom olarak adapte olmak ve üretimi akıcı bir halde tutmak için birlikte çalışacaklar. Ayrıca benzer makinalar, dünyanın diğer yerlerindeki fabrikalarda bulunan verileri kullanarak öğrenme de yapabilecekler -tabii bunun için bulut sistemine güvenmek zorundalar.

Bulutun İçine Doğru

Alman imalatçılar, Sovyetler Birliği’nin çöküşünün ardından gelen fırsatı çok zaman geçmeden yakaladılar. Ucuz iş gücü avantajını kullanmak için doğu Avrupa ülkelerine fabrika kurmaya başladılar. Bu firmalar tasarım ve ticari sırlarını saklamak için sadık çalışanlarına her zaman güvendiler. Bu bilgilerin sıkı bir şekilde kontrolünü sağlayıp idame ettirmek için, bu bilgileri merkezileştirilmiş veri havuzlarında depolamaya başladılar. Yerel mühendislere sadece ihtiyaçları olan belgelere erişim izni verdiler ve dijital kütüphanenin diğer kısımlarına ulaşmalarını yasakladılar. Günümüzde veri güdümlü üretim yapan üreticiler hala fikri mülkiyetlerini saklamak istiyorlar fakat bunun yanında da üretim bölümünü idare etmek için merkezi verileri kullanmak da istiyorlar. En yeni güvenlik iyileştirmelerini ve en yeni bilgi teknoloji ekipmanlarını içeren merkezileştirilmiş bulut tabanlı yazılım bunu gerçekleştirmek için oldukça iyi bir çözüm.

Veri Merkezli Üretim

Penn State Behrend’de profesör olmadan önce, 20 yıl üretimde çalışmış olan Ihab Ragai bu konu hakkında şunları diyor: “Büyük veri merkezleri oldukça etkili ve düşük maliyetliler. Şirketler kendi bünyelerinde bulunan veri merkezleri masrafları olmaksızın veri güdümlü üretim yapabilirler.” Bunun başka bir avantajı da birçok fabrikanın benzer ekipmanlarına ait verileri tek bir yerde toplayabilmesi. Şirketlerin kalite testlerinin analizinde ya da yeni modeller keşfetmelerinde kullanılabilir ve bu da üretimin daha etkili olmasına olanak sağlar. Ragai’ye göre; eğer bunu yaparlarsa parçaların kullanım ömürlerini öngörebilecek ve ekipmanlarının daha hızlı ya da uç sınırlarda çalışmasının kullanım ömrünü nasıl etkileyeceği konusunda yardım alabilecekleri bir veri tabanları olacak. Gerçi şu an fabrikalar bulut sistemine tamamen güvenemiyor. Regai, deniz altında bulunan internet kablolarının koptuğu Mısır’daki bir basınçlı döküm imalathanesini ziyaret ettiğini hatırlatıyor. İnternet bağlantısını düzeltmeleri 3 gün sürmüş: “Şimdi hayal edin; bu üretim hanede yapılan dökümlerin hepsinin çizimleri ana bir şirketten geliyor. Uydu bağlantısıyla iletişim kurmasalar fabrikayı durdurup ciddi zarar yaşayacaklardı.”

En Büyük Engel Güvenlik

Sweden’s Royal Institute of Technology’den Wang’a göre bulutun en büyük engeli güvenlik. Eğer fabrika mühendisleri kendilerini bulut tabanlı kontrol yazılımında güvende hissetmezlerse çizimleri almayı sonlandırır ya da her ihtimale karşı dosya yedeklemelerini indirirler. Bu tür davranışlar güvenlik sorununa neden oluyor. Wang çözümler mümkün diye de ekliyor: “On yıl önce insanlar çevrimiçi bankacılık riskli diye düşünürken şimdi herkes kullanır duruma geldi. Aynı teknoloji bulut tabanlı üretimde özel verilerin korunmasına da uygulanabilir. Ama yine de şirketler yüzde yüz güvenliğin olmadığını anlamalılar. Biraz riski kabul etmek zorundalar. Bu riskten kaçınmak için çekirdek yazılımlarını fabrika içinde devam ettirebilirler.”

Kiralık Fabrikalar

Şüphesiz veri güdümlü üretim teknolojisi inşa ediliyor. Fırsatları kaçırmamak için engellere takılmamalıyız. Bu yüzden Bosch Rexroth, GE ve Siemens gibi şirketler verinin nasıl fark yarattığını göstermek için fabrikalar inşa etmeli. Örneğin Siemens, bir Ortaçağ Alman şehri olan Amberg’de PLC’ler kullanarak otomatik endüstriyel makinaların bulunduğu bazı fabrikalar inşa etti. Amberg fabrikalarının performansı çok etkileyici, 6000 müşterinin herhangi birine sadece 24 saat içinde geri dönüş yapabiliyorlar ve bu 12 milyon PLC’den yalnızca 121’inde ( yüzde 0,001) arıza oluştu. Bunun altında yatan neden ise Siemens’in veri ve simülasyon modellerini fabrikasında kullanma biçimi. Müşteri bir kez Siemens’ten PLC sipariş ettiğinde Amberg Elektronik Fabrikası’ndaki bilgisayar sistemi PLC için özel bir üretim kodu atıyor ve PLC’nin yapması gereken manuel ve otomatik işlemleri tanımlayıp sanal bir modelini yaratıyor. Eğer ürünler benzer parçalar ile birlikte gruplandırılabilirse alınan sipariş, diğer siparişlerle sistem tarafından daha hızlı işlemler için karşılaştırılıyor. Boş olan makinaların zamanlaması planlanıyor ve bir çalışma alanında bulunan otomatik taşıyıcılar başka bir alana iletiliyor.

Veri Güdümlü Fabrikalar Gelişecek

Tüm iletişim insan müdahalesi olmaksızın makinaların arasında gerçekleşiyor. Sadece bir sorun oluşursa insanlara bilgilendirme yapılıyor. Amberg’te her gün akıllı otomasyon ve aracılar arasında 50 milyon iletişimin gerçekleşmekte olduğunu da belirtelim. Gelecekte veri güdümlü iletişim fabrikaları, daha uyarlanabilir ve daha otonom hale getirilecek. Tıpkı App’ler -yani mobil uygulamalar- ve internet iletişiminin akıllı telefonların gelişimini desteklemesi gibi, veri güdümlü fabrikalar da yeni yollarla gelişecek. University of Bath’te tasarım mühendisliği profesörü olan Dirk Schaefer’in geleceğe yönelik düşüncesi, birbirleriyle sıkı şekilde bağlanmış fabrikaların, hizmet olarak makine zamanını satabilecek olmaları. Firmaların talebi karşılamak için daha fazla veri çıktısına ihtiyacı olacak. Nihayetinde küresel üretim ağları ortaya çıkacak ve şirketler ve hatta bireyler tıpkı araba ya da otel kiralama gibi çevrimiçi olarak makine zamanı kiralayabilecek. Bu çığır açan buluşlar ve icatlar için tümüyle yeni bir yöntem olacak. Günümüzde bireysel fabrikalar her gün 50 milyon dijital iletişim yapıyor. Bu iletişimlerin neye öncülük edeceğini kim bilebilir?

ASME-Mechanical Engineering Magazine’den çevrilmiştir.