Prof. Dr. Thomas Pospiech, Endüstri 4.0 konusu üzerine ders verme fikrinin nasıl ortaya çıktığını açıklayarak, "Diğer bölümlerde üretim, biçimlendirme teknolojisi veya enjeksiyon kalıp gibi alanlarda deneyim sahibi olan ancak otomasyon teknolojisi deneyimini bulunmayan birçok iş arkadaşım mevcuttu. Bu noktada kendime şu soruyu sordum: Endüstri 4.0'ın anlamı nedir ve bu üniversitede hangi rolü üstleniyor?". Prof. Dr. Thomas Pospiech bu sorunun yanıtını ve röportajın konusu olan IoT kutusunu nasıl geliştirdiklerini anlattı.
Endüstri 4.0 oldukça soyut bir kavram. Peki bunun anlaşılmasını ve pratik şekilde gösterilebilmesini sağlamak mümkün mü?
Kesinlikle. Daha sonra IoT konularına ve endüstride kullanılan veri yolu sistemlerine odaklandım ve aklımda şu soru vardı: Öğrencilerine bu konsepti sınıfta nasıl açıklayabilirim? Daha da önemlisi: Ne gösterebilirim? IoT gerçekten "Nesnelerin İnterneti" anlamına geliyor ve bu nedenle ben de basit bir elektrik ampulü bile olsa her "nesneyi" İnternete bağlamayı hedefledim. Bu düşünce, birçok bileşenin küçük bir alanda bir araya getirilmesi fikrini doğurdu. Bu bileşenler IoT konseptini taşınabilir bir kutuda sergileyebilirse bu durumda Açık Platform Haberleşme Birleşik Yapısı (OPC UA) kaçınılmaz hale gelirdi. Bu fikirle birlikte daha derine indim: Hangi üreticinin hangi PLC modeli OPC UA ile birlikte çalışabilir? Ancak tek soru bu değildi: Devreye alma süreci nasıl işleyecek? Sistemi yapılandırmak için bir buçuk saat harcayamazdım. Ayarlanacak parametreleri bir kişiye 15 dakika içinde aktarabilmeliydim ve ardından sistem çalışmalıydı.
Omron kontrolörünü bu nedenle mi tercih ettiniz?
Kesinlikle ancak tek neden bu değildi. OPC UA'ya ek olarak, MQTT endüstriyel komponentler ve diğer "nesneler" arasında haberleşme sağlayabilmek için büyük önem taşır. O tarihte, yani Ekim veya Kasım 2017'de Omron, programında OPC UA'nın yanı sıra MQTT'yi destekleyen bir kontrolöre yer veren tek şirketti. Entegre OPC UA işlevi sunan birçok tedarikçi mevcut olsa da, MQTT'yi bu kombinasyona eklemenin tek yolu Omron'du.
Bu iki fonksiyon neden bir arada bulunmalı ve IoT kutusunda nasıl birlikte çalışabiliyorlar?
Bunu anlamak için üniversite ortamından ayrılmalı ve dikkatimizi endüstri uygulamalarına yoğunlaştırmalıyız. Mevcut üretim makineleri öyle esnek ve öylesine yüksek performansla çalışıyor ki bir kontrolörün tek başına yeterli gelmesi mümkün değil. Birden fazla CPU'ya ihtiyacınız var ve bunların birbiriyle haberleşmesini sağlamalısınız. OPC UA'ya ihtiyaç duyuyorlar ve bu birinci adım. Ayrıca MES seviyesi, ERP seviyesi vb. gibi daha yüksek seviyeli sistemlerle ağ bağlantısı kurmaları gerekiyor. OPC UA, saha seviyesinde SAP veya bulutla bağlantı kurmanıza ve çeşitli kontrolörleri birbirine bağlanmanıza olanak sağlıyor.
Endüstriyel Ethernet zaten mevcut ve çeşitli tanımlı standartlara sahip. Öyleyse neden bir OPC UA'ya ihtiyaç duyuluyor?
OPC UA aynı zamanda mevcut Ethernet donanımı üzerinde bir haberleşme protokolü olarak çalışıyor. Bununla birlikte, birincil olarak kontrolörleri birbirine ve PC seviyesine bağlamak için kullanılıyor. Bu nedenle, temel olarak mikro saniye aralığındaki aktüatörleri kontrol etmeyi hedefleyen Profinet, Powerlink vb. protokollerden farklı bir noktada duruyor. Şu an için OPC UA bunu başaramıyor. Bir veya iki yıl içinde piyasada olmasını umduğumuz OPC UA TSN geliştirmesiyle, sürücüleri gerçek zamanlı kontrol etmek mümkün olacak.
Bir sonraki adımda MQTT'ye geliyoruz. Bu entegrasyon neden gerekliydi?
Bu tamamen farklı bir dünya. Aslına bakarsanız kökeni Twitter gibi mesaj iletme hizmetlerine dayanıyor. Hedef, verileri ve bilgileri protokol destek işlemlerine kesin bir şekilde uyarak hızlı şekilde iletmek. Örneğin OPC UA, güvenlik mekanizmaları, nesneler vb. ile hatırı sayılır miktarda destek işleme sahip. MQTT yalnızca mesajın özel değerlerden oluşan içeriğiyle ilgileniyor. Bu nedenle, mesajın oluşturulduğu konumda güçlü bir CPU bulunmasına gerek yok. Bu ünite örneğin bir pil ile desteklenebilir. Mesela bir sensör özel değerleri merkezi alıcıya iletebilir ve bu alıcı daha sonra mesajları "ilgili taraflara" tekrar iletebilir. MQTT'nin işleyiş biçimi ve topolojisi OPC UA'dan tamamen farklı. Bu sistemin avantajı, bir sensörüm varsa ve bu sensörün değerleriyle ilgileniyorsam kablolar döşememe ve güçlü bir CPU'ya sahip olmama gerek yok. Bunun yerine, bir mobil ağ kullanarak gönderilmesini sağlamam yeterli. Birkaç yıl içinde sensör üreticilerinin MQTT veya benzer bir işlevi sensör modülüne standart olarak entegre edeceklerine inanıyorum.
Kutuya entegre ettiğiniz bir başka komponent ve kullanıcı arayüzü Alexa veya başka bir deyişle Amazon'un EchoDot ürünü. Bunun nasıl çalıştığını bize açıklar mısınız?
Evet, Alexa, kız arkadaşım. (gülüyor) Bu katman, öğrencilerin tüm bu karmaşık yapıyı anlamasını kolaylaştırıyor ve onları motive ediyor. Ses tanıma teknolojisi büyük avantajlar sunuyor. Bu nedenle, öğrencilere verinin nasıl oluşturulduğunu, sensörden buluta giden yolu nasıl bulduğunu ve bu veriyle neler yapılabileceğini (Büyük Veri, Kestirimci Bakım vb.) açıklamak için Alexa'yı kullanıyorum. Tüm süreç şu şekilde çalışıyor: Örneğin OMRON kontrolörüne bağlı bir sıcaklık sensörünü ele alalım. MQTT'yi kullanarak geçerli sıcaklık değerini her saniye buluta gönderiyorum. Şimdi veri bir Excel hesap tablosu veya veri tabanında kullanılabilir durumda. Ancak Alexa'nın geçerli sıcaklığa ilişkin sorumu yanıtlaması için bulutta bir beceri programlamam gerekiyor. Halihazırda böyle bir beceri bulunmadığından satın alınamaz veya indirilemez. Böylece öğrencileri buluttaki veriye yakından bakmaya ve Alexa'ya nasıl iletilebileceğini düşünmeye motive ediyorum.
Endüstri 4.0 aynı zamanda otomasyon teknolojisi ile bilişim teknolojisini birleştirme anlamı taşıyor. İlk olarak, OMRON CPU'nun verilere erişmesi gerekiyor ve bu da büyük ölçüde otomasyon gerektiriyor. Bununla birlikte, Alexa'nın veriyi yorumlayabilmesi için tamamen farklı programlama dilleri ve tamamen farklı arka plan bilgilerine sahip olmam gerekiyor. Alexa'yı verileri MQTT kullanarak buluttan veya doğrudan Omron kontrolöründen alacak şekilde programlama olasılığı, öğrencilere iki dünyayı bir arada sunmama imkan tanıyor. Bu sistem öylesine iyi çalışıyor ki gelecekte bu teknolojiye sahip endüstriyel uygulamalar olup olmayacağını merak ediyorum. Tek yapmanız gereken ön yargılarınızdan sıyrılmak. Elbette, veri ve bilgi güvenliği göz ardı edilmemeli. Otomasyon ve bilişim teknolojilerini birleştirdiğimizde ortaya çıkan olasılıklar ile klasik otomasyon piramidi çok daha karmaşık bir hal alacak.
Sizin bakış açınızdan, bu değişim Omron gibi üreticiler için ne anlama geliyor?
Programlanabilir lojik kontrolör pazarını milenyumun başından bu yana izliyorum. Neredeyse her yıl tedarikçiler kontrolörlerinin performansını artırıyor ve bu durum yıllar içinde çok karmaşık işlevlerin hayata geçirilmesi olasılığını artırıyor. Otomasyon mühendislerinin oyun alanı olan geliştirme ortamı için bugünün zorluğu, bu karmaşık işlevleri verimli uygulama için şeffaf, mümkün olduğunca basit ve elbette ekonomik hale getirmek. Bir sistemin doğru çalışma prosedürünü basitçe anlayamıyorsam ortada bir sorun var demektir.
Şimdi Endüstri 4.0 sayesinde BT dünyasındaki yeni veya otomasyon teknolojisine yabancı işlevlerin bu teknolojiye eklenebileceğini hayal ediyorsak durum ileriye gitmiyor demektir. Endüstriyel projelerin iş gücü saatlerinin oldukça sınırlı ve yüksek maliyetli olduğu düşünüldüğünde, Endüstri 4.0 çok yüksek maliyetli hale gelecektir.
Omron, MQTT gibi gelişmiş işlevlerin entegrasyonuna öncülük eden tedarikçilerden biri. Özellikle kullanılabilirlik söz konusu olduğunda Omron hakkında olumlu şeyler söylemeliyim: Sysmac Studio geliştirme ortamının çok sezgisel olması sayesinde çalıştırmak istediğim fonksiyonları çok fazla çaba harcamadan çalıştırabiliyorum. Diğer tedarikçiler için maalesef durum böyle değil. Endüstri veya öğretmenler, kontrolör sisteminin geliştirme ortamının nasıl çalıştığını anlamak için para harcama veya bir buçuk saat ayırma lüksüne sahip değil. Otomasyon teknolojisindeki bir unsuru bir buçuk saatlik ders içinde açıklamak istediğimde Omron gerçek konuya kolay ve hızlı şekilde ulaşmamı sağlıyor.
IoT kutusu öğrenciler üzerinde nasıl bir etki uyandırıyor? Derslerinizde başınızdan ilginç şeyler geçiyor mu?
Kutu ortaya çıkalı yalnızca bir dönem oldu ama size küçük bir başarı öyküsünden bahsedebilirim. Bir gün ders sona erdiğinde sekiz öğrenci bana gelerek bu konuyu üniversite dışında özel olarak tartışıp tartışamayacağımızı sordular. Bu gerçekten nadiren karşılaşılan bir durumdur. Bu konuyu çok eğlenceli buldular ve şu anda da devam etmekte olan bir çalışma grubu kurduk. İki haftayı aşmayan aralıklar buluşuyor, fikirlerimizi paylaşıyor, küçük modüller inşa etmek gibi şeyler yapıyoruz. Bana kalırsa bu IoT kutusu ile öğrencilerin dikkatini çekmeyi başardığımın en büyük kanıtı. Her şeyin nasıl çalıştığını hemen anlıyorlar. Her şeyi ders sırasında programladığım ve parametrelerini belirlediğim düşünüldüğünde bir PowerPoint sunumundan farklı hale geliyor ve A'dan Z'ye tüm adımlar anlaşılıyor. Başlangıçtan son adıma kadar tüm iş akışını sergiliyorum.
Bu çok güzel bir hikaye! Bu konuya eklemek istediğiniz başka bir şey var mı?
Raspberry Pi ve IoT kutusuna dahil edilmesi hakkında kısa birkaç şey söylemek istiyorum. Tek kartlı bilgisayar, ders kitabına yakın maliyetiyle tüm öğrencilerin satın alabileceği bir ürün. Kişisel olarak, "yaparak öğrenme" yöntemine inanıyorum ve Erich Kästner'ın "Kazanç uygulamada ortaya çıkar" görüşünü destekliyorum. Sembolik olarak bu maksimum öğrenim başarısı için ellerinizin klavyede olması gerektiğini belirtiyor. Öğrencilerime bunun için en iyi fırsatı sağlamak istiyorum. Bu nedenle çeşitli mevcut programları, kütüphaneleri ve kendinden programlı "nesneleri" tek bir görüntüde birleştirerek, öğrencilerin evdeyken benimle derste sahip oldukları çalışma ortamına sahip olmalarını sağlıyorum. MQTT için Apache sunucu, PHP, mosquitto alıcı ve diğer birçok bileşen kullandığımız düşünüldüğünde yaklaşımın kabaca Amazon bulut veya Microsoft bulut ile benzer olduğunu söyleyebiliriz. Tüm bunları, prensip olarak tam işlevli bir özel bulut olan Raspberry Pi sayesinde başardım.
