“Aslında akıllı üretimin değirmenlerde hayata geçirilmesi Endüstri 4.0’ın tüm unsurlarıyla sağlanmasıdır. İlk adım karar vermektir. Karar verdiğinizde pazar taleplerine daha hızlı cevap verebilmek, Toplam Ekipman Verimliliği’ni (OEE) artırmak ve enerji, hammadde, zaman gibi parametrelerde kayıpları azaltmak isteyip istemediğinize karar vermiş olacaksınız. Karar verdikten sonra dijital dönüşümle işe başlamalı. Ancak akıllı fabrikanın illa ‘karanlık fabrika’ olmadığını da unutmamalısınız. İnsanın halen bir rolü vardır.”

Dr. Ahmet Yalçınkaya Yönetim Koordinatörü Molino Makine San. ve Tic. A.Ş.

Akıllı üretim ve akıllı fabrika nedir? Literatürde “akıllı üretim” kavramıyla da belki daha yaygın şekilde “akıllı fabrika” kavramıyla da karşılaşılmaktadır. Bunlar için birçok tanım yapılmış. Hepsinin kökeninde bir zamanlar ABD ‘de yaygın olarak kullanılan “ileri imalat” kavramı yatmaktadır. Dolayısıyla akıllı üretimin anlaşılması aslında ileri üretimden akıllı üretime geçişin irdelenip anlaşılmasıdır.

Kimi uzmanlar tarafından “kendi kendini yöneten üretim şekli” 2. olarak kısaca özetlenen akıllı üretim için “bilgi teknolojileri ve birbirine bağlanmış veri ve bilgi kullanan bir dizi üretim uygulamalarıdır” tanımlaması da yapılmıştır.  Akıllı fabrika için tanımlar var ancak biz bunların ayrıntısına girmek yerine gerçek zamanda çalışarak öğrenen ve süreçleri otonom çalıştıran oldukça esnek sistem diyebiliriz.

Bu tür esnek sistemin kurulabilmesi ve kendi kendini yönetebilmesi için veri toplama, veri analizi, , kontrol gibi birçok otomasyon fonksiyonun aksamadan, hızlı ve zamanında yerine getirilmesi gerekir. Bunun karşılığı bilişim teknolojilerinin endüstriye uyarlanması olarak ifade edilen Endüstri 4.0 sanayi devriminde bulunabilmektedir.

ENDÜSTRİ 4.0 KAVRAMI VE GEREKSİNİMLER

Dördüncü sanayi devrimi Endüstri 4.0 için endüstride devrim özelliği atfedilmesi önceki yaklaşım ve uygulamalardan farklı bir görüntü arz etmesi, hatta daha çok sonuçları açısından büyük beklentilere imkan vermesindendir.

Endüstri 4.0 ‘da üretimin “akıllı” denebilecek bir özellik taşıdığı ve “siber-fiziksel” sistemlere dayandığı söylenebilir. Bu yönüyle önceki sanayi devrimlerinden ayrılmaktadır. Sanayi devrimlerinin tarihi gelişimini aşağıdaki Şekil 1 ‘de görebiliriz.

İlk olarak 2011 yılında Almanya tarafından ortaya atılan Endüstri 4.0 ‘ın otomasyon üzerine inşa edilen ve şirketleri ve dolayısıyla da ülkeleri küresel rekabette öne çıkaracak bir sanayi yönetim eğilimi olduğu söylenebilir.

Diğer yandan Endüstri 4.0 üretim sistemleri ve üretim kaynaklarının dikey ve yatay entegrasyonu ile karakterize edilmektedir.

Teknik anlamda Endüstri 4.0 ile amaçlanan internetin ve uygun donanımların kullanılmasıyla makineler arasında veri alışverişini sağlamak, hızlı şekilde bu verileri kullanarak iyileştirmeyi ve gelişmeyi mümkün kılmaktır. Daha kısa bir deyimle amaç kullanılabilir verinin artırılması ve karar vermenin iyileştirilebilmesidir.

Endüstri 4.0 uygulamalarının olumlu etkisi verimlilikte, ciroda ve işgücü niteliğinde artış, ayrıca yatırımlarda akıllı sistemlerin gereksinimlerine paralel artış şeklinde kendini göstermektedir. Almanya örneğinde bu belirgin olarak denenmiştir.

Uygulamaların gerçekleşebilmesi için bir dijital dönüşüm kaçınılmazdır. Dijital altyapı hazırlanmamışsa veri toplama, veri analizi, tam otomasyon ve dolayısıyla Endüstri 4.0 ‘ın hayata geçirilmesi mümkün olmaz. Çünkü yatay ve dikey entegrasyonlarda “Süreç Otomasyonu” ve “Sorun Tahmini” ile “Otomasyon” ve “Otonomizasyon” için analiz gerekmekte, analiz ise verisiz ya da geç gelen veriyle yapılamamaktadır.

Akıllı bir sistemin kurulabilmesi, yani Endüstri 4.0 uygulaması için bazı sistem tasarım prensiplerde titiz olunmalıdır. Bunlar aşağıdaki gibi özetlenebilir.

Bağlantı veya karşılıklı çalışabilirlik: Makine, insan, makine arasında. Nesnelerin interneti vasıtasıyla insanların ve akıllı fabrikaların birbirleriyle iletişimi sağlanmaktadır.

Şeffaflık: Sistemden toplanan büyük miktarda bilgi tüm sistem boyunca ulaşılabilirdir.

Yerinden veya özerk yönetim: Sistem siber fiziksel sistemler ile kendi kendine karar verir.

Teknik yardım: Sistem bir yandan insanlara destek olur, bir yandan da operatör sistemin “danışmanı” konumundadır. Yapay Zekanın (AI) ileri seviyede kullanıldığı fabrikalarda buna gerek kalmayabilir.

Modülerlik: Değişen bireysel gereklilikler için esnek adaptasyon bu şekilde sağlanmaktadır.

Endüstri 4.0 hızlı, doğru ve mümkün olduğu kadar fazla veriye ihtiyaç duyar. Bunun sağlanması siber fiziksel sistemlerle mümkün olacaktır. Siber fiziksel sistemler analiz ve hesap unsurlarıyla fiziksel bileşenler ve süreçleri entegre eden sistemler olarak tanımlanabilir.

Bazı kaynaklarda nesnelerin interneti (IoT) ile karıştırılsa da IoT, her tür makine ve cihazın internet aracılığıyla birbirine bağlanmasını ve veri toplanmasını sağlayan teknolojidir. Eğer uygulama endüstriyel ve bağlananlar sadece nesneler değil de nesne ve kontrolörler (PLC, DCS, PAC gibi) ise endüstriyel nesnelerin interneti (IIoT) söz konusu olmaktadır. Bu açıdan endüstriyel nesnelerin interneti siber fiziksel sistemlerin en önemli bileşeni olarak görülebilir.

İşletmelerde Endüstri 4.0 uygulamasını etkin halde sağlamak için “akıllı fabrikanın hiyerarşik mimarisi” kurulmalıdır. Burada fazla ayrıntıya girmeyip temel teknik altyapının hangi düzeylerde neleri içermesi gerektiği özetle Şekil 2 ‘de gösterilmiştir.

Endüstri 4.0 için tasarım prensipleri gibi, endüstriyel nesnelerin interneti (IIoT) nesne veya sistemlerinin aynı prensiplerle yani yerinde özerk, hızlı bağlanabilen, bilgiye ulaşılabilecek açık sistemli, gerçek zaman entegrasyonlu ve otonom davranışlı akıllı sistemi mümkün kılacak biçimde çalışmalıdır.

Değirmenlerde Endüstri 4.0 uygulanabilir mi?

Seri üretimin amaçlandığı durumlarda, gerekli bilişim altyapısının bulunması halinde Endüstri 4.0 uygulamaları anlam kazanmaktadır. Teknik olarak bu şartlarda akıllı üretim mümkündür.

Ancak, akıllı üretimin değirmenlerde de Endüstri 4.0 ile gerçekleştirilebilmesi için dikey ve yatay entegrasyonun sağlanması gerektiğini, hızlı veri akışı ve analizinin aksamadan sürekli olarak yapılabilmesinin çok önemli olduğunu belirtmekte fayda vardır.

Endüstri 4.0 yaklaşımını ortaya atan Almanya’da bile aradan geçen 8 yıla rağmen istenilen ölçüde akıllı üretimin pilot tesisler dışında tam gerçekleşmediği göz önünde bulundurulmalı.

Akıllı üretimle ilgili teknolojiyi ve unsurları her yönüyle dikkate aldığımızda akıllı kontrol, siber güvenlik, sanal gerçeklik (VR), artırılmış gerçeklik (AR), gerçek zamanda haberleşme ve veri, büyük veri, siber fiziksel sistemler (CPS), siber fiziksel üretim sistemleri (CPPS), nesnelerin interneti (IoT), servislerin veya hizmetlerin interneti (IoS), endüstriyel nesnelerin interneti (IIoT), ileri üretim, bulut bilişim ve bulut üretim, 3D yazıcı ve eklemeli üretim, akıllı sensörler, akıllı ürün ve parça, veri ve büyük veri analitiği, kestirimci analitik, veri görselleştirme, simülasyon, tahminleme, kurumsal kaynak planlaması (ERP), radyo frekansı ile tanımlama (RFID), makine öğrenmesi, tedarik zinciri yönetimi (SCM), imalat yürütme sistemi (MES), ürün yaşam döngü yönetimi (PLM), akıllı malzemeler, bilgisayar destekli tasarım ve üretim (CAD/CAM), istatiksel proses kontrol (SPC) gibi unsur ve kavramları görürüz 3. Bunların ne kadarı varsa akıllı üretim o derece mümkün olacaktır.

Değirmende veriyi toplayıp analiz edebilecek ve kontrol amacıyla kullanabilecek teknik altyapı kurulabildiği ölçüde akıllı üretim de mümkün olabilir.

Otomasyon düzeyi ne kadar ileriyse insanın üretime müdahalesi o kadar azalacaktır. Tam otomasyon ile otonom sistemlere geçiş, yapay zekanın (AI) devreye girmesiyle de insan unsurunun minimuma, hatta sıfıra yakın bir düzeye inmesi mümkündür.

Daha pratik bir yaklaşımla, üretimin ana unsurları olan makineler veri ile besleniyor mu ve makineler birbiri ile nasıl haberleşiyor ona dikkat edilmelidir.

Değirmenlerde üretimle sınırlı operasyon ana hatlarıyla ve süreç akışına göre hammadde depolama, mal alım ve temizleme, tavlama, öğütme, ürün depolama ve paketleme gibi kısımlardan oluşmaktadır.

Bunlardan örnek olarak öğütme bölümünü ele aldığımızda ana makinenin vals olduğunu görürüz. Günümüzde valsların çoğu motor yükü, vals topu sıcaklığı, rulman sıcaklığı, titreşim, top dönüş hızı, top konumu, triger kayışı sıcaklığı, danelik besleme rulosu dönüş hızı, hava basıncı, seviyeler gibi parametreler için sensörlerle donatılmıştır veya donatılabilir.

Sensörlerden alınan veriler merkezi bir kontrol sistemine gönderilir ve oradan gelecek geri beslemeyle gerekli düzeltmeler yapılabiliyorsa otomasyon sağlanıyor demektir. Bunun tüm birimler için sağlandığını ve bölümler arasında da veri alışverişi olduğunu düşündüğümüzde akıllı üretimin değirmenler için mümkün olduğunu kabul edebiliriz.

AKILLI ÜRETİMİN ÖNÜNDEKİ MUHTEMEL ENGELLER VE DEĞİRMENCİLİĞE ÖZEL RİSKLER

Engeller denince iki farklı yaklaşımı dikkate almak gerekir. Teknik ve idari anlamda bir soruna vurguyla “teknik altyapının olmaması, siber güvenlik sorununun varlığı, akıllı üretime yapılacak yatırım maliyetinin alınacak sonuca değmemesi” birincisine örnek verilebilir.

Korku ve beklentilere bağlı psikolojik kaygılarla ilgili olarak “geçiş sürecinin altından kalkamama korkusu, iş gücünün azalmasıyla birlikte gerekli yeni iş gücünün çok kalifiye olma zorunluluğu, üretimin esnekliği nedeniyle kontrol edememe endişesi” ise ikincisine örnek verilebilir.

Siber güvenlik konusuna özellikle değinmeliyiz çünkü somut bir kaygıyı içermektedir. Akıllı fabrika, bağlantılar ve IIoT nedeniyle siber tehlikelere maruz kalabilir, ancak bu engel olarak değil, sisteme güvenlik unsurunu dahil etmenin gerekliliği olarak düşünülmelidir.

Değirmencilik sektörüne özel olarak baktığımızda, otomasyon düzeyinin mevcut fabrikaların çoğunda Endüstri 4.0’a hazır olmadığı görülmektedir. Ayrıca, toz yalıtımının tam sağlanamamış olması diğer bir sorundur.

Son zamanlarda kurulan fabrikalarda her iki sorun azaltılmış olmakla birlikte bazı soru işaretleri vardır. Otomasyona rağmen üretim başına birim enerji maliyetinde beklenen oranda düşüşün olmaması, elektriğin farklı bölgelerde kesintiye uğraması gibi sorunlar tam olarak çözülmüş değil [8]. Ayrıca mevcut durumda sektör işgücü, akıllı fabrikaların gerektirdiği işgücü niteliğinde değildir.

Herşeye rağmen, yeni kurulacak değirmenlerin akıllı fabrika olarak kurulmasına bir engel yoktur. Kaliteli elektro-mekanik parkur ve yardımcı ünitelerle toz sorunu, hem elektrik tedarikçisiyle işbirliği yaparak hem de uygun elektrik-elektronik tedbir teknolojisi kullanarak elektrik sorunu çözülebilir. Mevcut değirmenlerde de teknik geliştirme ve dijital transformasyon ile akıllı fabrikaya geçiş mümkün olacaktır.

DEĞİRMENLERDE AKILLI ÜRETİM İÇİN YOL HARİTASI

Aslında akıllı üretimin değirmenlerde hayata geçirilmesi Endüstri 4.0‘ın tüm unsurlarıyla sağlanmasıdır. İlk adım karar vermektir. Karar verdiğinizde pazar taleplerine daha hızlı cevap verebilmek, Toplam Ekipman Verimliliğini (OEE) artırmak ve enerji, hammadde, zaman gibi parametrelerde kayıpları azaltmak isteyip istemediğinize karar vermiş olacaksınız.

Seri üretim yaptığınızdan dolayı geçişe ihtiyacınız olup olmadığını değerlendirmek için otomasyon sektöründen saygıdeğer yönetici Sn. Yavuz Çopur ‘un verdiği

A = U x P x R

formülünü ayrıca dikkate alabilirsiniz. Burada, A saat başına altın değer, U saat başına üretim miktarı, P ürün birim fiyatı ve R Pazar talep yüzdesi olarak alınmaktadır 5. A ne kadar yüksekse Endüstri 4.0‘a geçişinize o ölçüde ihtiyaç vardır.

Karar verdikten sonra dijital dönüşümle işe başlamalı ancak akıllı fabrikanın illa “karanlık fabrika” olmadığını da unutmamalısınız. İnsanın halen bir rolü vardır.

Dönüşüm şunlara dikkat edilmesi durumunda başarılı bir şekilde gerçekleşecektir : • Dönüşümü bir fırsat olarak görmek • Çalışanları yönlendirip hazırlama • Çevik davranma • Kullanıcı odaklı olma • Değişim yeteneği göstermek

Bunun başarılması bir yol haritasına başlayarak ihtiyacınız olanı ve eksiklerinizi belirleyip alt yapıyı hazır hale getirmek, çok iyi veri analizi yapacak düzeye gelmek ve bir anda topyekun olarak değil de ihtiyacınıza uygun kısmi bir çalışmayla işe başlayarak mümkün olacaktır.

Kaynakça 1 Bartevyan, L; Industry 4.0-Summary report, DLG-Expert report 5/2015: DLG e.V., Frankfurt am Main, 2015 2 Scherf, B; Flexible Schichtplanung in der wandlungsfähigen Fabrik, IT & Production, Juli/August 2015 3Mittal, S; Ahmad K, M; Romero, D; Wuest, T; Smart manufacturing: Characteristics, Technologies and enabling factors, Proc.IMechE Part B, Journal of Engineering Manufacture, Vol.233(5), 2019 4Kesayak, Burak: Endüstri Tarihine Kısa bir Yolculuk, www.endustri40.com , Erişim: 24.04.2020 5ST Otomasyon, “Veri işleme ve veri analitiğine konumlandık” Yavuz Çopur ile söyleşi, Nisan 2020. 6Kottig, U; Der lange Weg zur Smart Factory, IT & Production, Juli/August 2015 7Gültay, M.S; Un Fabrikalarında Endüstri 4.0 Kullanımı, Değirmenci Dergisi, Sayı 88, Nisan 2017 8Treacy, F; Making the Move to Industry 4.0, 8.4.2020, www.machinedesign.com, Erişim: 17.04.2020 9Rüssman, M; Lorenz, M; Gerbert, P; Waldner, M; Jusus, J; Engel, P; Harnisch, M; Industry 4.0, Boston Consulting Group, April 2015 10Sosa, G; New technologies come to the milling industry, Miller Magazine, No.123, March 2020 11Gezer, M; IoT ve IIoT nedir ve IIoT altyapısı nasıl oluşturulmalıdır?, www.trovarit.com , Erişim: 17.04.2020 12Hoske, M.T; Industrial Internet of Things, Industry 4.0, Control Engineering, June 2015 13Alfin, F; Artificial intelligent milling system, Miller Magazine, No.123, March 2020 14Neugebauer, T; Wie gelingt die Transformation, IT & Production, Juli/August 2015