1. Endüstri 4.0 nedir? Akıllı makineleri nasıl tarif edebiliriz? Sunacağı avantajlardan bahseder misiniz?

Endüstri 4.0’ı sanayide yeni bir dönüşüm olarak nitelendirebiliriz. Bu dönüşümü anlayabilmek için daha önce yaşanan dönüşüm ve bunları tetikleyen temel teknolojileri de bilmek gerekir. İlk dönüşüm 18. yüzyılın sonlarında su ve buhar teknolojilerinin üretimde kullanılması ile başlıyor. Mekanik üretim ile dönemin önemli sektörlerinden tekstilde dokuma tezgahları karşımıza çıkıyor. 20. Yüzyılın başlarında elektrik enerjisinin mümkün kıldığı montaj hatları ile iş bölümü ve seri üretim kavramları ile tanışıyoruz. Bu dönemi Ford dönemi olarak da nitelendirebiliriz. 1970 sonlarına geldiğimizde elektronik ve bilgi teknolojilerindeki gelişmeler sayesinde imalatta otomasyon kavramı ile tanışıyoruz, sanayi robotlarının ilk kullanımları da bu döneme rastlıyor. Şimdi 21. yüzyıla geldiğimizde siber-fiziksel sistemlerden bahsediyoruz. Siber-fiziksel dediğimiz aslında dijital ile fiziksel sistemlerin birleşimi. 4. Devrim dediğimiz aslında endüstrinin dijitalleşmesi olarak tanımlanabilir. Aslında akıllı makinalar dediğimiz de bu dijitalleşmenin bir çıktısı olarak karşımıza çıkıyor.  

Endüstrideki dijital dönüşümü kavrayabilmemiz için bilgi teknolojilerindeki gelişimi de kısaca anlatmak gerekir. Son 50 yılda bu alanda 2 önemli dalga yaşandı. Önce sipariş süreci, üretim kaynak planlama, finans, muhasebe vb. temel iş süreçleri dijital ortama aktarılarak yönetilmeye başlandı. Bu dönüşüm süreçlerin standartlaşmasını, verilerin toplanıp, analiz edilebilmesini ve verimlilik artışını sağladı. İkinci dalgada, Internetin yükselişi ile birlikte dünyanın farklı yerlerindeki müşteriler, tedarikçiler ve değişik kanallar ile koordinasyon ve entegrasyon mümkün kılındı. Üçüncü dalgada dijital dünya, ürün ile birleşti. Sensörler, işlemciler, yazılımlar ve kablosuz bağlantılar, ürün ile bir bütün oluşturdu. Bu da yeni süreçlerin ve yeni iş modellerinin doğmasını sağladı. Bugün dijital dediğimiz olgu, makinelerin, ürünlerin, malzemelerin, ekipmanların hatta onları taşıyan araçların içinde ve tüm bu öğeler birbirleri ile bağlantı kurabiliyorlar.

Endüstri 4.0’ın temel özelliklerini şu şekilde sıralayabiliriz:

  • Değer zincirini oluşturan tüm öğeler (insan, makine, malzeme, ürün, araç, ekipman vb.) arasında entegre iletişimin sağlanabilmesi
  • Alt sistemlerin optimizasyonundan, entegre veri ve ürün akışının olduğu sınırlar ötesi büyük sistemlerin optimizasyonuna geçiş
  • Yüksek otomasyon, az nitelikli insan gücüne ihtiyacın azalması ve yüksek nitelikli insan gücüne ihtiyacın artması
  • Bağlantılı sistemler, makine-makine, makine-insan etkileşimi ile özelleştirilmiş ürün üretimi
  • Yüksek verimlilik artışı, teknoloji yatırımı ile birlikte gelen birim ürün üretim maliyetlerinin azalması

Endüsti 4.0, kendi içinde farklı teknoloji komponentleri ve kavramları içermektedir. Sanayi ve hizmet kuruluşlarımızın bu dönüşüm içinde yer alabilmesi için tüm bu kavram ve teknolojileri anlaması ve ilgili uygulamaları incelemesi gerekmektedir. Bunlar kavramları şu şekilde sıralayabiliriz:

  • Büyük Veri Analitiği: Günümüzde yarı iletken teknolojilerindeki gelişmeler, işlemci hızlarındaki artış, ileri seviye yapay zeka algoritmaları, yeni nesil bilgisayarlara, büyük veri yığınlarını işleme ve yüksek hesaplama hızlarına ulaşabilme yeteneği kazandırdı. Bağlantılı sistemler ile farklı veri kaynaklarından veriye ulaşılabilmekte, bunlar kolaylıkla bütünleştirilip işlenebilmektedir. Örneğin bir üretim sürecini ele alalım, tüm malzeme, ürün, makina, çalışan, taşıma ekipmanları ve araçlar gerçek zamanlı olarak izlenebilir hale getirilmiş olsun, bu veriyi toplamaya başladığınız zaman sisteminizi geliştirmek ve yönetmek için büyük bir fırsata sahip oluyorsunuz. Ürününüzde oluşan kısmi hata ve kalitesizlik sebepleri bu veriler içinde gizli, makinalarınızın arızalanmaya, üretim hattınızın durmaya ne kadar yakın olduğu bu veriler içinde bulunmakta. Her bir birim ürün ve müşteri siparişi için oluşan gerçek maliyet bu veriler içinde yer alıyor. RFID, sensör vb. diğer temel teknolojiler ile veriyi gerçek zamanlı olarak toplamayı başardığınız zaman, doğru veri analitiği yöntemleri ile sisteminizi iyileştirmek için gerekli tüm bilgiye ulaşabilirsiniz. Sisteminiz içinde kullandığınız akıllı algoritmalar ile gerçek zamanlı karar verme yapıları oluşturabilirsiniz. Günümüzde uzak bir lokasyonda müşteri siparişinde yapılan ürün değişikliği, dijital ortamda üretim sistemine hızlıca aktarılabilmekte, kimlik bilgisi ile tanımlandırılmış olan ürün otomatik olarak farklı üretim sürecine dahil edilerek uygun değişiklik yapılabilmektedir.                           
  • Akıllı robotlar: İmalatta robotların kullanımı, 1970 yıllarına dayanıyor. Ancak gelişmiş sensör, aktüatör teknolojileri ve yapay zeka algoritmaları sayesinde her ortama uyum sağlayabilen adaptif, esnek robotlar üretilmeye başlandı. Eskiden üretim hattı robota göre ayarlanıp düzenlenirken, şimdi robotlar mevcut üretim sistemlerine uyum sağlıyorlar. Robotlar, gelişmiş sanal görüş yetenekleri ile parçaları tanıyıp her ürün için farklı operasyon gerçekleştirebiliyorlar. Esnek yapıları sayesinde insanlarla yanyana çalışbilme özelliği taşıyorlar. Yapılan araştırma çalışmaları esnek çalışbilen adaptif robotlar ile üretim işlem sürelerinde %25 azalma, hat bekleme sürelerinde %17 azalma sağlanabileceğini gösteriyor.
  • Nesnelerin Interneti: Aslında bu kavram, Endüstri 4.0’ün ana omurgasını oluşturuyor. Nesnelerin interneti, nesnelerin mikroişlemciler, gömülü yazılımlar, veri depolama birimleri ve kablosuz bağlantı özellikleri ile akıllı hale getirilmesini ifade ediyor. Birbirleri ile iletişim kurabilen bu akıllı ve bağlantılı nesneler, iş süreçlerinin yeniden ele alınmasına, farklılaşmasına sebebiyet veriyor. Üretim hattınızdaki bir makinanın akıllı ve bağlantılı hale gelmesi ona 4 temel yetenek kazandırabilir. Bunlarda birincisi “izleme”. Makina sahip olduğu sensör ve ulaştığı dış veri kaynakları sayesinde, kendisi ile ilgili durumu, çevre faktörleri ve kullanımı ile ilgili bilgileri gözlemleyip kayıt altına alabiliyor. Önemli bir durum değişikliğinde uyarı ve bildirim verebiliyor. İkinci önemli yetenek “kontrol”. Makine üzerinde veya bulut üzerinde yer alan yazılım sayesinde, makine ile ilgili fonksiyonlar yönetilebiliyor, sürece ve duruma bağlı özelleştirme yapılabiliyor. Üçüncü önemli yetenek “optimizasyon” İzleme ve kontrol yeteneklerinin yanı sıra, makine performansının geliştirilmesi, öngörücü teşhisler yapılabilmesi, onarıma izin verilmesi için makine işletimini ve kullanımını optimize eden algoritmalar kullanılıyor. Dördüncü önemli yetenek “otonomi” .Makinanın, izleme, kontrol ve optimizasyon yeteneklerine sahip olması, onun otonom faaliyetler yürütebilmesini sağlıyor. Diğer makine, ürün ve sistemler ile kendilerini koordine edebilmelerine, otonom ürün geliştirme ve kişiselleştirebilme işlemlerine, kendi kendini teşhis edip onarabilmelerini sağlıyor. Örneğin üretim hattında bir makina düşünün ki, önüne hangi ürünün geldiğini anlıyor, ona hangi özel işlemi yapması gerektiğini biliyor, üründe kalitesizlik durumunu fark ettiyse başka bir işlem için yönlendiriyor. Bu makina kendi durumunu izleyip arızalanabilme olasılığına karşı yazılımını güncelliyor ya da kendini durduruyor. Bu makinaların birbirleri ile iletişim kurup, üretim sürecini değiştirebileceğini düşünün. Bu şekilde sistemlerin, merkezi karar verme yapılarından dağıtık karar verme yapılarına geçeceğini anlayabiliriz.
  • Simulasyon: Fiziksel dünyanın sanal gerçekliğe dönüştürüldüğü ortam olarak tanımlanabilir. Uyguladığınız simülasyonlar ile üretim hattında makina parametrelerini belirlemeden önce testler gerçekleştirilebilir, değişen koşullar ve farklı senaryolar için gözlem yapabilirsiniz. Simulasyon çalışmaları, optimum parametreleri belirleme, doğru kararlar alma konusunda yardımcı olabilmektedir.
  • Dikey ve yatay sistem entegrasyonu: Dikey entegrasyon şirket içi iş birimi ve departmanlar arasındaki veri iletişimi ve bütünleşmeyi açıklarken, yatay entegrasyon müşteri, tedarikiçi gibi dış öğeler ile veri iletişimi ve entegrasyonu açıklamaktadır. Birbiri ile bağlantılı, gerçek zamanlı veri paylaşımına sahip birimler, uyumlu ve planlı çalışma yeteneğine sahip olur. Örneğin bir perakende zincirinde tedarikçi, ürünlerini raflarda ve depolarda gerçek zamanlı izleyebilir hale geldiğinde, doğru zamanda üretim siparişi verebilecek, üretim emirleri oluşturabilecektir. Yatay ve dikey entegrasyon, kaynakların daha etkin kullanılmasını, doğru planlama yapılabilmesini sağlamakta ve maliyetlerin düşmesine sebebiyet vermektedir.    
  • Siber Güvenlik: Birbirlerine bağlı makinalar, cihazlar, ürünlerden bahsettiğimiz Endüstri 4.0 olgusu içinde veri iletişim güvenliği de çok büyük önem taşımaktadır. Verilerin sanal sunucularda saklandığı, kablolu ve kablosuz ağlar üzerinden aktarıldığı bütünsel sistem içinde veri iletişim güvenliği için yenilikçi yöntem ve tekniklerin kullanılması ve altyapıların hazırlanması gerekmektedir. Endüstri 4.0, yeni kimlik doğrulama süreçlerini, ürün verilerinin güvenli depolanmasını, erişim ayrıcalıklarının tanımlanmasını ve denetlenmesini gerektirmektedir
  • Bulut Bilişim: Verileri, bunu işleyen yazılımların bulut üzerinde taşınması ile sistemler daha etkin yürütülebilecek, her noktadan bilgi ulaşılabilir olacaktır. Değer zinciri içindeki tüm taraflar, tedarikçi, üretici ve müşteri veriye istediği zamab ulaşabilir olmaktadır. Farklı kaynaklardan gelen verinin düzenlenebilmesi, yönetilebilmesi çok daha kolay olmaktadır. Ürün ya da makinalar üzerine yerleştirilemeyen sofistike algoritmalar, bulut üzerinde çalışabilmekte ve ürün veya makinayı bu şekilde yönetilebilmektedir
  • Üç Boyutlı Yazıcılar: 3 Boyutlu yazıcılar, Endüstri 4.0 konsepti içinde  en önemli teknolojilerden biridir. Bu teknoloji geometrik kompleksiteye sahip bazı alt parça ve ürünlerin üretilmesine, az sayıda üretim hacminden dolayı yüksek maliyete sahip ekipman ve aletlerin üretilebilmesine imkan vermektedir. İlerleyen zamanda, spesifik üretim süreçlerinde bazı montaj adımlarının ortadan kalkacağı, stok maliyetlerinin düşeceği beklenmektedir. Tasarım, prototipleme ve üretim aşamalarının hızlanması ile pazara çıkış süreleri de azalacaktır. Tedarik zinciri ağları farklılaşacak, lojistik maliyetleri azalacaktır. Üç boyutlu yazıcıların gelişime ihtiyacı olan alanları, bakım, düşük hız, yüksek yatırım maliyeti, sınırlı ürün büyüklükleri ve malzeme çeşitleri, ölçekli üretim olarak sıralanabilir.
  • Arttırılmış gerçeklik: Artırılmış gerçeklik dediğimiz sanal ve fiziksel görüntünün birleştirildiği, giyilebilir teknolojiler endüstriyel ortamda yerini alacaktır. Akıllı gözlükler sayesinde, depolama süreçlerinde ürün yerleştirme ve sipariş toplama süreçleri hızlanacak, hata oranları düşecektir. Artırılmış Gerçeklik, kalite kontrol, parça bakım ve tamir süreçlerinde kullanılacak uzman gereksinimi azalacaktır.

Yukarıda tanımladığımız tüm bu kavram ve teknolojiler şirketlerin operasyonel verimliliğinin arttırmasında rol oynayacak, iş süreçlerini ve organizasyonel yapılarını değiştirecektir.

2. Akıllı makinelerin sanayiye, üretime, enerji verimliliğine, güvenliğe ve çevreye olan etkilerini değerlendirir misiniz?

Sanayide akıllı makinelerin kullanılması operasyonel verimliliğin artmasında önemli rol oynayacaktır. Almanya’da yapılan bir araştırma, Endüstri 4.0 uygulamaları ile toplam üretim maliyetlerinin %5-8 arasında düşeceğini göstermektedir. Bu da Almanya’nın 10 yıl içinde 100-150 milyar Euro bir maliyet avantajı elde edilebileceğini ve rekabet avantajını üst sıralara çekeceğine işaret etmekte. Endüstri 4.0 ile ilgili yapılan farklı bir araştırmada işçilik maliyetlerinde %30-50, operasyon maliyetlerinde %30, lojistik maliyetlerinde %50, bakım maliyetlerinde %40’a varan tasarruf elde edilebileceği yönünde sonuçlar ortaya çıkmıştır. Pazara çıkış süresinde %20-50 azalma ile şirketlerin pazara çok daha hızlı yeni ürün sunabileceği görülmektedir. Tüm bu göstergeler, düşük maliyet avantajını kullanan doğu ülkelerinin elindeki rekabet avantajının, akıllı sistem ve araçlar ile yeniden batı ülkelerinin tarafına geçebileceğine işaret etmektedir.  

Üretimde verimliliğin sağlanması kaynakların daha etkin kullanılması ile sağlanabilir, Endüstri 4.0 yaklaşımı bunu sağlayacak temel araçları içinde barındırmaktadır. Sistemlerin çok daha az enerji üreterek çalışabilmesi, kaynak israfının ortadan kalkması ile çevreye de olumlu etkileri olacaktır.  

3. Akıllı makineler sanayide nasıl bir değişimin itici gücü olacak? 4'üncü sanayi devriminin nitelikli insan gücü ve istihdam alanındaki olumlu-olumsuz etkilerinden bahseder misiniz?

Endüstri 4.0, sanayide rekabet gücünün artmasını sağlayacak temel bir yaklaşım olarak değerlendirilebilir. Akıllı ve bağlantılı sistemler, iş süreçlerinde değişimi beraberinde getirecek, yeni ürün ve iş modellerini ortaya çıkaracaktır. Üretilen ürünün başka sistem ve ürünler ile bağlantıda olması yeni hizmet alanlarını ortaya çıkaracak bu da ürün kapsamını genişletecektir.

Akıllı ve bağlantılı sistemler, nitelikli yeni insan kaynağına ihtiyacı ortaya çıkaracaktır. Daha yüksek otomasyon seviyesi, vasıfsız iş gücünü ihtiyacını da azaltacaktır. Yeni iş alanları ve meslek tanımları ortaya çıkacaktır. Veri analitiği, yazılım geliştirme, gömülü sistem uzmanları, tasarım mühendisleri şirketlerde önemli pozisyonlar içinde yer alacaktır. 

4. Türkiye, yeterli altyapıya sahip mi? Türkiye'nin, bu süreci ne kadar zamanda tamamlamasını öngörüyorsunuz? Bu süreçte ne gibi zorluklarla karşılaşılabilir?

Türkiye’de bu konularda yeterli bilgi birikimi var, sadece bu bilginin doğru şekilde yönlendirilmesi gerekiyor. Endüstri 4.0 dönüşümü, uzun bir süreç. 10-15 yıllık bir zaman diliminde firmaların insan, teknoloji ve süreç açısından dönüşeceğini öngörüyorum. Sanayideki firmaların bilinçlendirilmesi ve eğitilmesi, uzman kişilerin yardımı ile süreçlerin yeniden gözden geçilerek Endüstri 4.0 yaklaşımına uyumlu hale getirilmesi şart. Tüm teknolojileri yurtdışından edinmek yeri, yurtiçi kaynaklardan yararlanmak, üniversitelerin desteğini almak bu anlamda önemli. Yeni süreç ve teknolojik dönüşümler için başlangıçta yatırım ihtiyacı doğacaktır, bu da sanayi şirketleri açısından zorluk doğurabilir. Yeni teşviklerin ve desteklerin bu kapsamda devlet tarafından ortaya koyulması da önemlidir.

5. Sanayi 4.0 sürecinde eğitim kurumlarına ne gibi görevler düşüyor?

Endüstri 4.0 dönüşümünün ortaya çıkaracağı farklı nitelikteki insan kaynağını yetiştirmek eğitim kurumlarına düşüyor. Üniversiteler burada önemli bir role sahip olacaktır, hazırlanacak disiplinler arası programlar ile çalışanlara yeni yetkinlikler kazandırılabilir. İhtiyaçlara göre revize edilmiş lisans ve lisansüstü programlar, sanayiye yetişmiş insan gücünü sağlayacak altyapıyı oluşturacaktır.

6. Türkiye, bu alanda kimlerle rekabet edebilir, hangi ülkeleri model alabiliriz?

Türkiye bu alanda batı ülkelerini model almalı, buradaki çalışmaları yakından izlemeli ve kendi çalışmalarına temel oluşturmalıdır.  Endüstri 4.0 dediğimiz yaklaşım zaten batı ülkelerinin ihtiyacından ortaya çıkmış bir olgu. Düşük maliyet ile üretim yapan doğu ülkelerinin kazandığı rekabet avantajını yeniden ele geçirmek batının temel hedefidir. Bu anlamda yeni teknolojilerin geliştirilmesi ve sanayiye uygulanması açısından daha çok çaba sarfetmektedir.  

7. Yine eklemek istediğiniz bir bilgi varsa, bu kısma yazmanızı rica ederim.

Endüstri 4.0 sadece üretim süreçlerini ilgilendiren bir konu değil. Akıllı ve bağlantılı nesneler tüm hayatımızı yeniden şekillendirecek, farklı tüketici ihtiyaçları ortaya çıkaracaktır. Bu bağlamda düşünüldüğünde şirketler, yeni ürün ve iş modelleri hazırlamalı, buna bağlı temel kaynak ihtiyaçlarını yeniden belirlemeli, organizasyonel ve süreç bazlı dönüşümünü tamamlamalıdır.  

Kaynakhttps://www.linkedin.com/pulse/end%C3%BCstri-40-ve-ak%C4%B1ll%C4%B1-sistemler-alp-%C3%BCst%C3%BCnda%C4%9F