Endüstri 4.0 son dönemin gözde kavramlarından birisi olarak teknoloji firmalarının, üniversitelerin ve sanayi şirketlerinin gündeminde yer alıyor. Bu konuda çok fazla sayı ve çeşitlilikte pazarlama iletişim malzemesinin medyada paylaşıma sunulduğunu gözlüyoruz. Bu konuyu yeni bir fırsat olarak gören değişik kesimler Endüstri 4.0 ile ilgili toplantı, konferans, eğitim türünde etkinlikler düzenleme çabası içindeler. Tüm bunların Endüstri 4.0’ın gerçek muhatabı olan kişi ve kuruluşlarda beklenen farkındalığı, aydınlanmayı ve kavramsal gelişimi sağladığı konusunda emin değilim. Bu nedenle Endüstri 4.0 kapsamını –fazlaca teknik ayrıntılara girmeden– özetleyen bir yazının yararlı olacağı kanaatindeyim.
Önce Endüstri 4.0’a ilişkin bazı tanımlar vererek başlayalım. Endüstri 4.0; bilişim ve iletişim alanlarındaki gelişmeler, otomasyon, sensör (veri toplama) ve paylaşma ile üretim teknolojilerindeki yeni yaklaşımları birbirine eklemlenmiş bir bütünsellik ile ele alan bir kavramı ifade ediyor. Endüstri 4.0; çağdaş teknolojilerle değer zincirinin yeni türden bütünleşmesi anlamına gelir. Bu bütünleşme içinde gerçek ve sanal sistemler bilişim, Nesnelerin İnterneti ile çoğalıp çeşitlenen İnternet servisleri önemli bir yer tutar. Endüstri 4.0; bilişim, iletişim, İnternet, sensör, otomasyon, yapay zekâ ve robotik teknolojilerinin üretim süreçlerini yoğun biçimde etkilemesi ve dönüştürmesi ile ortaya çıkan yeni bir durumdur.
Farklı ülkeler Endüstri 4.0 olgusuna farklı biçimlerde yaklaşıyorlar. “Endüstri 4.0” ismi Almanya’nın kamusal bir programla sanayiyi dönüştürme ve yenileştirme isteğinden kaynaklanıyor. Benzer bir yaklaşımı bu süreci “İnternet+” olarak isimlendiren Çin’de de görüyoruz. ABD’de ise dönüşüm ihtiyacı ve süreci “Endüstriyel İnternet (Nesnelerin Endüstriyel İnterneti)” şeklinde isimlendirilip büyük teknoloji ve sanayi şirketlerinin desteği ile yönetiliyor. Bazı teknolojik dönüşüm plan ve programları konuyu sadece sanayi sektörleri ve işletmeler açısından ele alırken ABD gibi kimi ülkelerde ise sosyal yaşamı da içine alacak şekilde bir gelişim öngörülüyor. Kavram karmaşasına düşmemek için “Endüstri 4.0” teriminin genel hatlarıyla yukarıda özetlenen farklı vizyon ve yorumları ifade ettiğini kabul edebiliriz.
Nesne
Endüstri 4.0 vizyonunun anahtarı “nesne” sözcüğüdür. Türk Dil Kurumu Sözlüğü nesne sözcüğünü “Belli bir ağırlığı ve hacmi, rengi olan her türlü cansız varlık, şey, obje” olarak tanımlıyor. Endüstri 4.0 bağlamında ise nesne, içinde gömülü olarak bilişim-iletişim donanımı ve yazılımı bulundurabilen (bulundurma ihtimali ve potansiyeli olabilen) her türlü varlık olarak tanımlanır. Dolayısıyla Endüstri 4.0 (veya Nesnelerin İnterneti) nesnesi duruma göre bir sistem, cihaz, araç, aksesuar veya herhangi bir fiziksel şey olabilir. Bazı örnekler saymak istersek; bir bilgisayar, telefon, gözlük, saat, baret, üretim tezgâhı, taşıt, otobüs durağı, AVM’nin girişi kapısı, evdeki ısıtma sistemi, elektrik duyu vb. bu tanıma uyan nesne olarak kabul edilebilir.
Endüstri 4.0 nesnesine gömülü olarak barındırdığı bilişim-iletişim donanımı ve yazılımı nedeniyle “akıllı ve bağlantılı (iletişebilir) nesne” adı verilir. Nesnenin akıllı olarak nitelenmesi içindeki bilişim donanım ve yazılımı sayesinde –sınırlı ölçüde de olsa– bazı kararları verebilmesi ve uygulayabilmesidir. Bunu gömülü olarak içerdiği bilişim donanım ve yazılımının gerçekleştirdiği “yapay zekâ” uygulamaları ile başarır.
Yapay zekâ, makineler tarafından sergilenen zekâ türüdür. Yapay zekâ, bir bilgisayarın veya bilgisayar denetimli bir makinenin çeşitli faaliyetleri zeki canlılara benzer şekilde yerine getirme yeteneğidir. Yapay zekâ alanındaki çalışmalar genelde insanın düşünme yöntemlerini analiz ederek bunların benzeri yapay yönergeleri geliştirmeye yönelik olarak gerçekleştirilir.
Endüstri 4.0 veya Nesnelerin İnterneti’nin ana çekirdeğini oluşturan akıllı ve bağlantılı nesne, yapay zekâ özelliğini gerçekleştirmek için gömülü bilişim donanımı ve yazılımından yararlanır. Bilgisayar elektroniği ile yazılım geliştirme ürünlerinin fiyatlarındaki düşüşler nesneye gömülü uygulamaların yaratılmasını olumlu yönde etkiliyor. Özellikle tek parça karttan oluşan Arduino, Raspberry Pi, Intel Galileo vb. gibi mikro bilgisayarlar akıllı nesne geliştirmek –en azından bu tür bir nesnenin prototipini yapmak– için ihtiyaç duyulan teknolojik zemini hazırlıyor. Bu cihazlara giriş/çıkış uçları ve kapıları aracılığı ile ses, görüntü, iletişim veya veri toplama gibi değişik amaçlara uygun ek elektronik parçalar bağlamak mümkün oluyor. Giderek küçülen fiziksel boyutları nedeniyle bu tür elektronik donanım herhangi bir nesneye gömülü olarak uyarlanabiliyor.
Sensör
Akıllı ve bağlantılı nesnelerin iletişim özelliğinden söz etmeden önce sensör konusuna değinmek uygun olur. Canlıların çevrelerinde olup bitenleri duyu organlarıyla hissetmesine benzer biçimde, makineler de sıcaklık, basınç, hız, nem, hareket, titreşim vb. gibi değerleri kendi üzerlerindeki sensörler aracılığıyla algılarlar. Teknik olarak söylendiğinde sensör; ısı, ışık, nem, ses, basınç, kuvvet, elektrik, uzaklık, ivme ve pH gibi fiziksel veya kimyasal büyüklükleri elektrik sinyallerine çeviren düzeneklere verilen genel isimdir.
Gömülü bilişim donanım ve yazılımına sahip olan akıllı nesneler, kendi ve çevresel durumlarını tespit etmek için kendileriyle ilişkilendirilmiş sensörler aracılığı ile elde ettikleri ölçüm verilerinden yararlanır. Böylece akıllı nesne, sensör(ler)den kendisine gelen verilere dayalı olarak bazı kararlar üretme ve oluşan durumu ilgili noktalara iletme veya gerekli bazı eylemleri yerine getirme imkânına sahip olur. Verilere dayalı olarak kendi başına karar üretip buna göre eyleme geçebilen fiziksel varlıklara “otonom nesne” adı verilir.
İletişim ve Bağlantılılık
Akıllı ve bağlantılı nesne, sensörler aracılığı ile elde ettiği verilerin veya bunlara bağlı olarak ürettiği enformasyonun tümünü kendisi kullanmaz. Başka yerlerde (başka sistem, cihaz veya kişiler tarafından) kullanılması gereken verileri iletişim donanım ve protokollerini kullanarak ilgili noktalara iletir. Verilerin veya enformasyonun iletildiği nokta bir başka akıllı nesne (sistem veya cihaz), bir mobil cihaz taşıyan insan operatör veya verilerin kaydedileceği “bulut bilişim” deposu olabilir. Bulut bilişim ortamına kaydedilen veriler gerçek zamanlı olarak ya da daha sonraki bir zamanda “analitikler” adı verilen analiz yazılımları tarafından incelenir veya ilgili kişilerin (örneğin yöneticilerin) yorumlaması için yazılı ve/veya görsel rapora dönüştürülür.
Akıllı ve bağlantılı nesneler genel olarak kablosuz şekilde iletişim kurar. Bu amaçla kablosuz bağlantı donanım ve protokollerinden yararlanırlar. Hangi donanım veya protokolün kullanılacağı sorusu iletilecek veri hacmi, haberleşme sıklığı, iletim hızı ve alıcının uzaklığı gibi kriterlere bağlı olarak cevaplanır. Örneğin akıllı ve bağlantılı, sürücüsüz taşıtlar için 4G/5G gibi yüksek hız ve kaliteye sahip bir bağlantı biçimi gerekirken, akıllı ev veya akıllı tarım uygulamaları için biraz daha düşük özellikli bağlantılar tercih edilebilir. Hangi iletişim standardının kabul edileceği, tümüyle teknolojik uygulamanın ihtiyaçları ile ilgilidir.
Akıllı ve bağlantılı nesnelerin iletişim amacıyla kullandığı çok sayıda kablosuz teknoloji ve standart var. Bunlar arasında Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi, NFC, Hücresel G3/G4/G5, LPWA, LTE, uydu gibi bazılarını sayabiliriz. Kablosuz bağlantı aracılığı ile çok uzak mesafelere ulaşmak ‘henüz kolay ve ucuz olmadığından’ akıllı ve bağlantılı nesneler ilk aşamada makul uzaklıkta bulunan “ağ geçidi” ismi verilen bir bağlantı cihazına erişir, bu cihaz aracılığı ile İnternet ağına bağlanırlar. Nitelikli bir ağ geçidinin birden fazla sayıda kablosuz bağlantı biçimini (standardını) destekliyor olması istenir.
Önümüzdeki on yıl içinde akıllı ve bağlantılı nesne sayısının 50 milyarı aşacağı yönünde tahminler var. Aynı çerçevede bir akıllı evde onlarca, çok da büyük olmayan bir fabrikada yüzlerce akıllı ve bağlantılı nesne (sistem, cihaz, makine, hatta ürün) bulunacak. Bu nesneler kendileri ile ilişkilendirilmiş sensörlerden elde ettikleri verilerle kendi durumlarını tespit edecek; üzerinde gömülü bilgisayar yazılımı sayesinde bazı kararlar üreterek eylemlerde bulunacaklar. Nesnelerin elde ettikleri verilerin bir kısmı ayrıca işlenmek üzere “bulut bilişim” depolarına gönderilerek kaydedilecek. Gene bulut bilişim ortamında yer alan analiz yazılımları çok farklı kaynaklardan yoğun biçimde gelen bu verileri gerçek zamanlı veya çevrim dışı şekilde işleyerek bazı sonuçlar çıkarılması için raporlayacak. Örneğin bir fabrika ortamında bulunan akıllı ve bağlantılı bir makine kendi çalışması ile ilgili verileri bulutta depolayabilir; bu verilerin işlenmesi ile elde edilen enformasyondan fabrika yöneticileri daha etkili ve verimli çalışma şartları ve performans oluşturmak üzere yararlanabilir. Bu verilere erişim yetkisi verilen makine üreticisi bulutta yer alan verileri analiz ederek makine tasarımını daha iyi hale getirebilir, makinenin geliştirilmiş yeni sürümlerini tasarlayabilir.
Büyük Veri ve Analitikler
Akıllı fabrika ortamını düşünelim. Aynı anda yüzlerce, belki de binlerce farklı yapı ve özellikteki sensörden elde veriler akıllı ve bağlantılı nesneler tarafından bulut bilişim depolarına iletilmektedir. Gelen bilgilerin bulut ortamında veri yığınları oluşturduğunu düşünebiliriz. Bu yığınların bir hububat deposuna benzemekle birlikte buğday, arpa, yulaf ve çavdar gibi farklı ürünlerden karışık biçimde oluştuğunu hayal edebiliriz. Farklı kaynaklardan gelen ve karışık biçimde depolanmak durumunda kalan bu veri yığınlarına “Büyük Veri” adı verilir. Büyük Veri yığınları, karışık ve karmaşık yapıları nedeniyle geleneksel veri tabanı ve dosya sistemlerinden farklıdır. Bu yığınların analiz edilmesi, ayıklanması ve işlenmesi amacıyla “Analitikler” adı verilen özel yazılımlar kullanılır. Büyük Veri ve Analitikler, Endüstri 4.0 çatısını oluşturan ana teknolojilerden birisi olarak kabul edilir.
Büyük Veri; İnternet sunucu bilgisayarlarının günlük (bağlantı) kayıtları, İnternet istatistikleri, sosyal medya içerikleri, bloglar, (sıcaklık, basınç, nem, hareket vb. gibi) farklı özelliklere sahip sensörlerden gelen ölçümler, GSM operatörlerinden elde edilen arama kayıtları gibi büyük miktardaki verilerden oluşuyor. Büyük Veri, doğru seçilmiş analiz yöntemleri ile yorumlandığında kuruluşların stratejik kararlarını sağlam biçimde almalarına, risklerini daha iyi yönetmelerine ve inovasyon fırsatı yaratmalarına imkân sağlıyor. Geleneksel veri tabanı ve dosyalama sistemleri hızlı ve yoğun biçimde büyüyen veri yığınlarını depolamakta yeterli değildir. Bu yetersizlik hem verinin çok büyük hacmi ve düzensiz yapısı hem de veriye aynı anda çoklu erişim açısından oluşur. Bu nedenle Büyük Veri’yi depolamak, analiz etmek ve işlemek için geleneksel veri tabanı ve dosyalama sistemlerine oranla farklı yaklaşımlar kullanılır.
Bulut Bilişim
Geleneksel bilgisayar kullanımında işletilen yazılım ve ilgili veriler yararlanılmakta olan bilgisayarın üzerinde kayıtlıdır. Örneğin kullanıcı kişi kendi bilgisayarında kayıtlı olan bir ofis yazılımını işletir, ürettiği dokümanı gene aynı bilgisayar (örneğin bu cihazın sabit diskine) kaydeder. Tekrar aynı programa ve dokümana erişmek istediğinde aynı bilgisayarı kullanmak durumundadır. İnternet’in bilişim dünyasına getirdiği imkânlar sayesinde söz konusu yazılım ve doküman İnternet ortamında yer alan sunucu bilgisayarlara kayıtlı halde bulunur. İnternet’e bağlanarak söz konusu programa ve dokümana erişme imkânımız olur. İnternet erişimi olan herhangi bir bilgisayar (örneğin bir akıllı telefon, tablet veya taşınabilir bilgisayar) bu tür kullanım için uygundur. Endüstri 4.0’ın ana teknolojilerinden biri olan “Bulut bilişim” bu örnekteki duruma benzer şekilde işler.
“Bulut bilişim”; bilgisayarlar ve diğer benzeri cihazlar için istendiği zaman kullanılabilen ve kullanıcılar arasında paylaşılan bilgisayar kaynakları sağlayan, İnternet tabanlı bilişim hizmetlerine verilen genel isimdir. Bulut bilişim; temel kaynaktaki (örneğin İnternet sunucularındaki) yazılım ve bilgilerin paylaşımı sağlanarak ağ üzerinden kullanılmasıdır.
Bulut bilişim hizmeti veren kuruluşların varlığı nedeniyle işletmelerin bilişim alanında yatırım yapma ihtiyaçları azalır. Bunun yerine bulut bilişim platformuna İnternet ortamından erişerek yazılımlarını işletir ve verilerini bu platformdaki sunucular üzerine kaydederler. Bulut bilişim firmaları uzmanlık becerilerine bağlı olarak yazılım ve veri depolama, bunlara erişme, yedekleme ve güvenlik gibi hizmetleri sunarken, bu hizmetin bedelini “kullandığın kadar öde” yaklaşımı ile alırlar. Endüstri 4.0 açısından bulut bilişimin önemi Büyük Veri yığınlarının ve analitiklerin (analiz yazılımlarının) bulut ortamına kaydedilip saklanması ve analiz programları aracılığı ile işlenmesidir.
Nesnelerin İnterneti ve Endüstriyel İnternet
Nesnelerin İnterneti (Nİ); fiziksel dünyadaki nesnelerin, bunların içinde gömülü halde veya yanında bulunan sensörlerin kablosuz ve kablolu bağlantılar aracılığı ile İnternet’e bağlanmalarına imkân veren bir sistemi ifade eder. İngilizce teknoloji dilinde bu kavram için “Internet of Things (IoT)” terimi kullanılıyor. Bazı yayınlarda “Her Şeyin İnterneti” anlamına gelen “Internet of Everything (IoE)” teriminin kullanıldığını da izliyoruz. Sensörler, Nesnelerin İnterneti ağında yer alan nesnelerin veri toplama cihazlarıdır.
Nesneler ve sensörler; iletişim kurmak için RFID, NFC, Wi-Fi, Bluetooth ve Zigbee vb. yerel ağ bağlantı türlerinden birini kullanır. İnternet çıkışı ağ geçidi türünde cihazlarla sağlanır. Diğer yandan gene nesneler ve sensörler geniş alan ağlarına erişimde GSM, GPRS, 3G/4G/5G ve LTE gibi teknolojilerden yararlanır. Özetlersek; Nesnelerin İnterneti fiziksel cihazların, makinelerin, taşıtların, binaların ve çeşitli elektronik ve/veya mekanik donanım ile yazılım içeren nesnelerin veri toplamak, dağıtmak ve iletişim kurmak için oluşturduğu ağ sistemidir.
Yakın geçmişte Nesnelerin İnterneti uygulaması olarak kabul edilebilecek örnekler endüstriyel cihazların bir ağa bağlanması şeklinde oldu. Bundan sonraki Nesnelerin İnterneti uygulamalarının sadece sınai cihazlarla sınırlı kalmayıp günlük yaşamda yer alan tüm nesnelere doğru genişleyeceğini söyleyebiliriz. Bunlar arasında vanalar, aktüatörler, kontrol panelleri, tezgâhlar, motorlar, türbinler, taşıtlar, giyilebilir cihazlar, dijital sağlık aygıtları, evde kullanılan hizmet sistemleri gibi çok çeşitli unsurlar yer alacak. Böylece iletişim yaşamın her alanını ve nesnesini ilgilendiren bir fonksiyon haline dönüşecek; enformasyon daha akışkan hale gelirken akışın kendisi de hızlanacak.
Nesnelerin İnterneti’nin getirdiği yeniliklerden bir başkası yaşam ve çalışma alanlarının her noktasında veri toplanmasına imkân sağlamasıdır. Ağda yer alan fiziksel nesneler kendi bünyelerinde bir ya da daha fazla sensör barındırarak ortamdan veri toplayacak ve ağ üzerinden bunları başka nesnelerle paylaşacaktır. Bu bağlamda akıllı telefon, tablet, taşınabilir bilgisayar, kontrol paneli veya (gözlük, baret, tulum vb. gibi) giyilebilir teknolojik cihazlar sayesinde yönetici ve çalışanların da Nesnelerin İnterneti’nde yer alan bileşenler olacağını söyleyebiliriz. Ağda yer alan sensörler miktar, konum, titreşim, hareket, hız, sıcaklık, basınç, nem vb. gibi durumları izleyerek elde ettikleri sayısal sonuçları gerekli noktalara iletecek.
Gene ağ içinde yer alan donanım ve yapay zekâlı yazılımla geliştirilmiş akıllı sistemler kendilerine akan verileri anlama, bilgi verilmesi gereken diğer sistemlere aktarma ve imkân varsa verilerden çözümlenen sonuçlara göre gerekli eylemi gerçekleştirme performansı gösterecek. Sonuçta sensörler sayesinde işletmenin bilişim sistemleri, yöneticileri ve çalışanları doğru kararları vermek ve doğru eylemlerde bulunmak için ihtiyaç duydukları enformasyonu elde etmiş olacak.
Nesnelerin İnterneti; sanayi sektörlerine ve sınai işletmelere odaklı olarak ele alındığında “Nesnelerin Endüstriyel İnterneti (Industrial Internet of Things, IIoT)” veya kısaca “Endüstriyel İnternet” adını alıyor. Almanya’da Endüstri 4.0 olarak anılan vizyon ve süreç ABD’de büyük sanayi şirketlerinin bir araya gelişi ile Endüstriyel İnternet olarak isimlendiriliyor. Endüstriyel İnternet; karmaşık makineleri nitelikli yazılım uygulamaları ve sensörler ile bütünleştiren, böylece verileri analiz ederek verimliliği artırmayı ve operasyonel maliyetlerle yararsız kaynak tüketimini azaltmayı hedefleyen bir sistemdir. Bu tanım; akıllı makineler, ileri düzeyli analitikler ve yeni iş gücü olmak üzere üç ana destek noktası üzerinde yükselir.
Siber Güvenlik
Ev, iş veya dış mekân olmak üzere herhangi bir ortamdaki neredeyse tüm nesnelerin (sistemlerin, cihazların, araçların) İnternet’e bağlantılı hale gelmesi yeni türden bir bilişsel mahremiyet ve güvenlik problemini gündeme getiriyor. Bireylerin veya kuruluşların açıkça paylaşmayı istemeyecekleri enformasyon kolayca erişilebilen ağlar üzerinde nasıl korunacak? Bireylerin veya işletmelerin enformasyon ağlarına yetkisiz ve hukuksuz erişimler nasıl engellenecek? Kötü niyetli kişilerin ev, iş veya dış mekânlarda yer alan akıllı ve bağlantılı nesnelere zarar vermeleri nasıl önlenecek? Endüstri 4.0 bağlamında bilişsel mahremiyet ve güvenlik nasıl sağlanacak? Bu soruların cevabı “siber güvenlik” başlığı altında yer almaktadır.
Siber güvenlik; enformasyonun izinsiz ve yetkisiz kullanımı, açıklanması, yok edilmesi, değiştirilmesi, enformasyona zarar verilmesine yönelik erişimleri engelleme ile enformasyonun korunması işlemlerini içerir. Siber güvenlik; genel olarak enformasyonun yetkisiz kullanımı karşı korunması anlamına gelen gizlilik; enformasyonun eksiksiz, tam, tutarlı ve doğru olması anlamına gelen bütünlük ve enformasyona ihtiyaç duyulduğunda erişilmesi anlamına gelen kullanılabilirlik gibi başlıklar altında ele alınır.
Siber güvenlik ihtiyacı iki ayrı aşama halinde çözülür. Öncelikle; akıllı ve bağlantılı nesne kendi mahremiyetini ve güvenliğini sağlamakla sorumludur. Bu gereklilik söz konusu nesnenin tasarımcısı ve geliştiricisi tarafından sağlanır. İkinci çözüm enformasyonun üzerinde aktığı ağın ve bu ağda yer alan nesnelerin donanım ve yazılım bazında bir bütünsel sistem olarak enformasyon güvenliğinin sağlanmasıdır.
Otonom Robotlar
Endüstri 4.0 çatısını ayakta tutan dayanaklardan bir diğeri “otonom robotlar” olgusudur. Otonom robot kavramı; içerdiği gömülü bilişim donanımı ve yazılımı nedeniyle yapay zekâ uygulamaları gerçekleştirebilen, karar seçenekleri üretebilen, bunlardan uygun olanı eyleme dönüştürebilen, çevreden veri toplayan, başka akıllı ve bağlantılı nesnelerle iletişim kurabilen makine olarak tanımlanır. Benzer anlamlara gelmek üzere “akıllı makine” ve “öğrenen makine” gibi terimler de kullanılır.
Akıllı makine; tasarımı sırasında öngörülen fonksiyonları yerine getirmesi yanında, donanım ve yazılım olarak gömülü halde yapay zekâ (karar üretebilme ve verebilme otonomisi) içeren, kendi durumunun farkındalığına, ağ üzerinden çalışanlar ve diğer sistemlerle iletişim kurabilme özelliklerine sahip olan makine (tezgâh, sistem, cihaz, nesne) türüdür. Akıllı makine; gömülü halde içerdiği donanım ve yazılım imkânları ile yapay zekâ fonksiyonlarının bir kısmını yerine getirme potansiyeline sahiptir. Bu imkânlar sayesinde kendi durumunu (önceden belirlenmiş parametreler ihlal eden bir durumun oluşup oluşmadığını) tespit edebilir. Çoğunlukla operasyonel düzeyde olmak üzere bazı karar seçenekleri üretip operatör müdahalesine ihtiyaç kalmadan karar verip uygulayabilir. Karar verme yeteneği önceki nesil makineler gibi dar çerçeveli, yerel otomasyona bağlı değildir. Endüstriyel İnternet ağı üzerinden akan enformasyona bağlı olarak yerel ölçekte operasyonel olmanın ötesine geçerek daha ‘rasyonel’ kararlar verebilir.
Akıllı makinenin kendi durumunu izliyor olması, önleyici bakım konusunda ihtiyaç duyulan verileri sağlar. Böylece makinenin kendisinde veya işlemekte olduğu malzemede bir arıza oluşmadan operatöre ve bakım-onarım takımına gönderilen durum iletileri ile gerekli önlem girişimi yapılmış olur. Sonuçta; zamanında gerçekleştirilen bakım planlama ve çizelgelemesiyle hem makinenin durma süresi azaltılır, hem de üretim kesintiye uğramaz.
Siber-Fiziksel Sistemler
Endüstri 4.0’ı var eden bir diğer teknoloji “Siber-Fiziksel Sistemler” veya “Simülasyon” isimlendirmesiyle bilinir. Bir siber-fiziksel sistem (SFS), gömülü bilgisayar yazılımı olarak kurgulanmış algoritmalar tarafından izlenen veya denetlenen bir fiziksel ve bilişsel mekanizmadır. Siber-fiziksel sistemler; iletişimi, fiziksel süreçleri ve sistemleri yönetmek veya izlemek için enformasyon teknolojisinden (bilgisayarlar, yazılım ve ağlardan) yararlanır. Endüstri 4.0 olgusunun en önemli bileşenlerinden olan ve gömülü sistem olarak anılan siber-fiziksel sistem örnekleri arasında akıllı şebekeler, otonom taşıt sistemleri, medikal izleme, endüstriyel süreç denetim sistemleri, robotik cihazlar ve otomatik kumanda elektroniği sayılabilir. Siber-fiziksel sistemler iki önemli bileşenden oluşur: Birincisi; birbirleri ile endüstriyel internet üzerinden, atanmış internet adresleri ile iletişim kuran (sistem, cihaz, makine, sensör, artifakt gibi) nesnelerin oluşturduğu ağdır. İkincisi; fiziksel nesnelerin ve davranışların bilişim ortamında simülasyonuyla oluşturulmuş sanal uygulamadır. Birisi gerçek dünyada fiziksel, diğeri bilgisayar ortamında sanal olarak üzere iki sistem paralel ve uyumlu olarak işler.
Endüstri 4.0 bağlamında akıllı fabrika yaklaşımının gerçekleştirilmesi siber-fiziksel sistemler (SFS) sayesinde gerçekleşiyor. SFS’nin iki boyutu var. Birincisi; akıllı ve iletişebilir makinelerin (tezgâh, aygıt ve benzerlerinin) oluşturdukları bağlantılı, büyük fiziksel sistemdir. İkincisi ise aynı sistemin bilişim ortamındaki simülasyonudur. Fiziksel sistem bir yandan gerçek ortamda çalışmasını sürdürürken, sürecin bir sanal kopyası bilişim ortamında gerçekleşir. Dolayısıyla sanal sistemi izleyerek fiziksel sistemde ne olup bittiğine hâkim olma fırsatı yaratılmış olur.
Üretim hattı simülasyonu fiziksel sistem henüz kurulmadan bilgisayar üzerinde kurulup işletilebilir. Böylece kurulacak fiziksel sistemin en iyi şartlarda oluşturulması için gerekli ön hazırlık yapılmış olur. Böyle bir yaklaşım özellikle son tüketici ürünleri imal eden işletmeler açısından ekonomi yaratan, etkili sonuçlar verir. Fiziksel sistemden önce veya onunla birlikte, üretim hattının bilişim ortamında simülasyonu birtakım yeni iş pozisyonları ortaya çıkarır. Böyle bir üretim metodolojisi tercih edildiğinde –ki Endüstri 4.0’ın unsurlarından birisi budur, işletmelerin endüstri mühendisi ve simülasyon uzmanı konularında insan kaynağı ihtiyacı aratacaktır.
Çok Yönlü Sistem Entegrasyonu
Endüstri 4.0’ın bu bileşeni işletmenin kendi içindeki fonksiyon ve kaynaklarla dikey, kendi dışındaki (ekosistemdeki) paydaşlarla yatay entegrasyonunu ifade eder. İşletme içi dikey entegrasyon sayesinde üretim alanı ile yönetim-ofis kademesi arasındaki kopukluğu ve ilişkisizliği ortadan kaldırarak verimliği artırır. İşletmenin ekosistemdeki paydaşlarla etkileşimi olan yatay entegrasyon ise hammadde tedarikçilerinden teçhizat üreticilerine kadar diğer paydaşlarla kaliteli işbirliğini sağlar.
“Dikey entegrasyon”, fabrikada var olan tüm fonksiyonların birbirleri ile olan bağlantısını ifade eder. Bu entegrasyonda planlama ve geliştirme fonksiyonları (birimleri) üretim fonksiyonu (birimi) ile entegre hale gelir. Ağ yapılı üretim teknolojisinde takımlar, birimler ve işletmeler –dolayısıyla farklı işletmelerin ilişkili birimleri– arasında iletişim ve etkileşim artacak. Bir fabrikanın ekosisteminde ve tedarik zinciri içinde yer alan birimler arasında da yeni ve daha karmaşık ilişki yapıları gündeme gelecek. Böylece işletme içindeki dikey entegrasyondan ayrı olarak ekosistemdeki diğer paydaşları da içine alan bir “yatay entegrasyon” oluşacak. Örneğin imalat yapan bir fabrika ar-ge veya ür-ge konusunda farklı bir işletmenin ilgili birimi ile ya da tasarım ihtiyaçlarını karşılamak üzere bir başka işletmedeki bir tasarım takımı ile ağ üzerinden iş-proje temelli entegre olma yoluna gidecek.
Dikey ve yatay entegrasyonlar, bir yandan işletme içi ve dışı işbirliği ile ortak çalışmayı geliştirip kolaylaştırırken aynı zamanda teknoloji sayesinde uzak (sanal) takım çalışmasını da daha mümkün hale getiriyor. Böylece ortak tasarım, geliştirme ve imalat işbirliğinde yeni açılımlar, dolayısıyla yeni platformlar gerçekleşecek. Bu tür uygulamalarda bulut bilişim teknolojisi ve işletmenin özel kurumsal bulutu önemli roller üstlenecek. Bulut üzerinden üretime ilişkin verileri paylaşmak ve ortak çalışmalar yapmak mümkün olacak.
Eklemeli İmalat ve Üç Boyutlu Yazıcılar
Endüstri 4.0’ın bir başka bileşeni 3 boyutlu yazıcılar tarafından gerçekleştirilen katmanlı (eklemeli) üretim teknolojisidir. Bilgisayarlarla etkileşebilen (veya zaten kendisi aynı zamanda bilgisayar olan) makineler insan müdahalesini gerek kalmadan üretim yapmaya başladılar bile. Bunda geleneksel kalıp teknolojilerinden üç boyutlu baskıya (eklemeli teknolojiye) geçişinde etkisi var. Adeta bir kâğıda çizen yazıcıların hızına ve kolaylığına benzer şekilde üç boyutlu baskı sistemleri küçük yedek parçalardan insan uzuvlarına, gıda ürünlerinden ev ve arabalara kadar her şeyi üretme yeteneğine sahipler. Bunları veri işleme yetenekleri ile birlikte gerçekleştirdiklerinde geleneksel fabrikalardan farklı bir üretim mekânına geçiş yapacağımız kolayca anlaşılıyor. 3 boyutlu baskı teknolojisinin kullanımı farklı sektörlerde prototiplerin veya tekil ürünlerin imalatına yönelik olarak yaygınlaşmaya devam ediyor. Önümüzdeki dönemde küçük partili ürünlerin imalatına yönelik olarak daha yaygın biçimde kullanılacak. Yüksek performanslı, desantralize katmanlı üretim sistemleri stok yetersizliği ve ürün taşıma problemlerinin azalmasını sağlayacak.
Eklemeli imalat (3B baskı), tasarımları üç boyutlu nesnelere dönüştürmek için kullanılan sürece verilen isimdir. Bu teknoloji; bitmiş ürünler kadar prototipler yapmak için de kullanılan kaliteli ve uygun maliyetli bir yoldur. 3 boyutlu yazıcılar yaşamın pek çok alanında kullanılmaya başladı. 3 boyutlu yazıcılarda kullanılan teknolojilerden birisi SLS olarak kısaltılan “seçmeli lazer sinterleme” yaklaşımıdır. SLS işleminde plastik, seramik veya cam malzeme yüksek güçlü lazerle eritilerek üç boyutlu, katı nesne haline dönüştürülür. Bu teknolojiler sayesinde karmaşık parçaların montaja ve depolamaya ihtiyaç duyulmadan tek işlemle üretilmesi mümkün oluyor. Diğer yandan söz konusu yeni teknolojiler (montaj hattı işçiliğini ortadan kaldırmasına karşılık) 3 boyutlu bilgisayar destekli tasarım, 3 boyutlu modelleme gibi alanlarda ar-ge ve mühendislik hizmetlerini de içine alan yeni iş fırsatları yaratıyor.
Artırılmış Gerçeklik
Filmin sinemaya giderek izlendiği, oyunun sokakta topaç, misket veya atlama ipi ile oynandığı zamanlardan çok farklı bir dönemi yaşıyoruz. Bir zamanların çocuk oyunlarını artık aile büyükleri bile hatırlamıyor. Önce bilgisayar oyunları olarak başlayan ‘sanal ve artırılmış gerçeklik teknolojisi’ medya-sinema sektörünün ve her an daha fazla olmak üzere iş dünyasının ayrılmaz parçası haline geldi. Simülasyon (benzetim) amaçlı bilgisayar modellemesi yaklaşımları tasarım ve üretim sektörlerinde kendine yeni uygulama fırsatları buluyor. Geleneksel uygulamaların yerini üç boyutlu ve sanal gerçeklik temelli yeni yöntem, teknik ve araçlar alıyor. Önümüzde yeni görsel teknolojilerin yaşamın her alanında çok daha etkili biçimde yer alacağı bir zaman dilimi var. Giyilebilir teknolojiler, sanallaştırma ve artırılmış gerçeklik gibi yenilikler geleneksel iş yapış biçimlerinde önemli değişikliklere yol açacak. Bu süreçte mavi yakalı çalışanlar tarafından yapılan bazı işler daha karmaşık hale gelirken, bu süreçte yeni teknolojilerden kolaylaştırma destekleri almak mümkün olacak.
“Sanal gerçeklik” bilgisayarlar tarafından taklit edilerek oluşturulan ortamlara denir. Çoğu sanal gerçeklik ortamı bir bilgisayar ekranı yoluyla edinilen görsel deneyimlerden ibarettir. “Artırılmış gerçeklik” ise gerçek dünyadaki çevrenin ve içindekilerin bilgisayar tarafından üretilen ses, görüntü, grafik ve GPS verileriyle zenginleştirilerek meydana getirilen canlı, doğrudan veya dolaylı fiziksel görünümüdür. Bu kavram, gerçek dünyanın sanal eklemelerle bilgisayar tarafından artırılması ve zenginleştirilmesidir. Sanal gerçeklik uygulamasında oluşturulan dünya tümüyle sanal iken artırılmış gerçeklik uygulamasında (aynen insanların anime karakterlerle birlikte rol aldıkları filmlerde olduğu gibi) gerçek ve sanal olan birlikte, iç içe yer alır. Yeni üretim yaklaşımında sanal gerçeklik, artırılmış gerçeklik ve konuşma tanıma iş yapma biçimlerinin unsurları olarak yer alacak. Çalışanlar kritik görevleri yerine getirirken ihtiyaç duydukları enformasyonu veya talimatları giyilebilir araçlar (örneğin akıllı gözlükler) sayesinde edinebilecek. Genel sanallaştırma uygulamaları sayesinde herhangi bir risk ve tehlikeye maruz kalmadan insanların robotlarla birlikte çalışması mümkün olacak.
Gürcan Banger