Endüstri 4.0 Yaklaşımında İmalat Sistemi Kontrolünde Hiyerarşi Yok

İmalatta Endüstri 4.0 yaklaşımı, mevcut Esnek İmalat Sistemi (EİS) yaklaşımının farklı bir şekilde yeniden yorumlanmış halidir

Endüstri 4.0 Yaklaşımında İmalat Sistemi Kontrolünde Hiyerarşi Yok
Robot Yatırımları

Endüstri 4.0'a uyumlu bir imalat ortamında her bir istasyon yaptığı işin bilgisini IoT altyapısını kullanarak Bulut'a gönderebildiği için, siparişi veren müşterinin, siparişiyle ilgili imalat süreçlerini takip edebildiğini söyleyen BCD Teknik Ar-Ge ve Robotik Otomasyon Kurucu Ortağı Barış Doğan, "Tedarikçi de, ana üreticinin aldığı siparişi görebildiği için kendi imalatını planlamaya başlayabiliyor" şeklinde konuştu. Barış Doğan ile Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü'ndeki Bilgisayar Destekli İmalat (CIM) laboratuvarındaki çalışmaları ve Kurucu Ortağı olduğu BCD Teknik ARGE ve Robotik Otomasyon şirketi hakkında konuştuk. 

Barış Bey, önce Marmara Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü'ndeki Bilgisayar Destekli İmalat laboratuvarınızı, sonrasında da BCD Teknik ARGE ve Robotik Otomasyon şirketinizin kuruluş hikayesini anlatır mısınız? 

Marmara Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü 2002 yılında bir DPT projesi kapsamında kurulmuş olup, halen Türkiye’deki en donanımlı Mekatronik Mühendisliği bölümlerinden birisidir. Kuruluş proje bütçesi 8 milyon dolardır. 2006 yılından beri bölümde çalışmaktayım. İlk kuruluşunda Mekatronik Öğretmenliği adıyla Teknik Eğitim Fakültesi’ne bağlı olan bölüm, 2010 yılından beri Mekatronik Mühendisliği adıyla Teknoloji Fakültesi'ne bağlı olarak eğitim vermektedir. Mekatronik Mühendisliği bölümünde elektronik, PLC, otomatik kontrol, robot tekniği ve esnek imalat sistemleri konularında derslere ve laboratuvar eğitimlerine girmekteyim. 

Bize gelen bir iş fikri neticesinde 2011 yılında damperli araçların devrilmesini önlemeye yönelik bir modül geliştirmeye başladık. Aynı yıl patent başvurusunda ve Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı "Teknogirişim" desteğine başvurduk. “Taşıyıcı Sistemler İçin Elektronik Dengeleme ve Kontrol Modülü” isimli iş fikrimizin Bakanlık tarafından desteklenmeye değer bulunması sayesinde, 2012 yılında BCD Teknik ARGE ve Robotik Otomasyon firmasını kurduk. Sonradan adını "Akıllı Damper" olarak değiştirdiğimiz bu ürünü hem geliştirmeye hem de ürünün satışını yapmaya çalıştık. Yurtiçinde bazı kanallarda ve dergilerde sunumlar yaparak ürünümüzü tanıttık. Ürün satışın henüz gerçekleşmediği dönemlerde, üniversite BAP projelerine sabit ve döner kanatlı İnsansız Hava Aracı (İHA) üretimi yapıp sattık. Şirket masraflarını bu satışlar ile çıkarmaya çalıştık. Ardından TÜBİTAK 2219 desteği ile Silikon Vadisi’nde “Global Ürün Geliştirme ve Pazarlama” konularında 1 ay süren bir hızlandırıcı eğitimine katıldık.

Eğitimin ardından medikal alanda faaliyet gösteren bir firma ve Mitsubishi Türkiye ile birlikte, sağlık sektöründe robotik bir uygulamaya yönelik Ar-Ge projesine giriştik. İşi büyük oranda başarsak da, Ar-Ge finansmanı konusunda sıkıntılar yaşandığından dolayı işi sonlandıramadık.

Bize projenin içeriğinden bahseder misiniz? 

Piyasada Robotik CAM olarak da adlandırılan bir işti denebilir. Robotun ucuna kesici takım bağlayıp, 6 eksen bir robotu CNC tezgahı gibi çalıştırmaya yönelik bir projeydi. Günümüzde çoğunlukla kalıpçılık ve modelcilik alanında yürütülen bir iştir. Proje kapsamında biz robotik CAM programını, Mitsubishi robota satır satır gönderen ve çalışmasını denetleyen bir C# arayüz yazılımı geliştirdik. Ayrıca Mitsubishi robotların kontrolünde kullanılabilecek bir tablet uygulaması geliştirdik. 
 
Resim: Mitsubishi Türkiye sponsorluğunda yürüttüğümüz robotik CAM projesi ile ilgili çalışma görüntüsü.

Akıllı Damper’in ilk ticarileşmesi ne zaman gerçekleşti? 

Silikon Vadisi’nden 2015 yılında döndükten sonra giriştiğimiz robotik ARGE projesi devam ederken, 2016 yılı Şubat ayında bir gün 3. Havalimanı inşaatından aradılar. “Akıllı Damper” ile ilgili sunum istediler.

Açıkçası ürünün ilk prototipini yaptığımız 2011 yılından 2016 yılına kadar 1 adet bile satamamıştık. Ne patronlar ile görüştük, ürünü tanıttık, çoğunlukla aldığımız soru “ilk kime sattınız” dı. Maalesef her ne kadar herkesin dilinde ARGE ve İnovasyon kelimeleri olsa da, herkes yüksek teknoloji ürün üretmenin öneminden bahsetse de; bir üniversite hocasının yerli imkanlarla geliştirdiği ürünü kimse almadı. Bu da bizde hayal kırıklığı ve umutsuzluğa neden oldu. 2016 yılı başlarında artık Akıllı Damper projesini tarihe gömmeye karar vermiştik. 

3. havalimanındaki sunuma böyle bir ruh halinde ve fazla beklenti içinde olmadan gittik. Fakat ürünümüze tahminimizden de öte ilgi gösterildi ve 4 adet ücretsiz deneme ürünü istendi, kabul ettik. Daha ilk ürünü devreye alıp çalışma videosunu görünce, sayıyı 8’e çıkardılar ve ücreti ne ise vereceklerini söylediler. Bu durum aynen “kör istemiş bir göz, Allah vermiş 2 göz” hesabına döndü. İlk kez ürünümüz için fatura kesebilmiştik. Hemen akabinde 150 adet daha sipariş ettiler ve Haziran 2016 itibariyle hepsinin hem üretimini hem de kamyonlara montajını tamamladık. 

Aslında damperli araçların yük boşaltırken devrilmesi çok sık gerçekleşen, sonu genellikle can ve mal kaybıyla biten bir sorundur. Bu araçlar insan erişimine kapalı, hafriyat alanlarında çalışmaktadırlar ve o alanlarda gerçekleşen kazaların çoğunun üstü örtülüyor. Bu nedenle de bu konu medyaya çok fazla yansımıyor. Damperli araçlar ile ilgili anca üst geçide çarpma olayları haber yapılıyor. 

Esnek imalat sistemleri ile Endüstri 4.0 kavramlarının benzer ve farklılaşan yanlarını öğrenebilir miyiz? 

Doktora tezim süresince, bölümümüz CIM laboratuvarında bulunan FMS100 esnek imalat sistemi üzerinde çalıştım. 2002 yılında hizmete alınan FMS100 bünyesinde toplam 6 imalat hücresi bulunmaktadır. Hücrelerden 4’ünde Mitsubishi marka endüstriyel robot, 1 er adet robotik beslemeli CNC torna ve freze tezgahı, 1 adet hidrolik-baskı ünitesi, 1 adet robotik lehimleme ünitesi, 1 adet görüntü işleme ile hata kontrol ünitesi ve 48 adet raftan oluşan depolama sistemi bulunmaktadır. Böylelikle modern bir üretim sürecinde yer alabilecek talaşlı imalat, elektronik imalat, baskılama, montaj, kalite kontrol, stok takibi ve üretim planlama alanlarında uygulamalı eğitim verilebilmektedir. 

Esnek imalat sistemleri (EİS) 90’lı yıllarda ve 2000’li yılların başlarında oldukça popüler bir konuydu. Aslına bakarsanız günümüzde oldukça popüler olan Endüstri 4.0 yaklaşımıyla aralarında çok da bir fark olmadığı söylenebilir. Her ikisinde de imalatta insan etkisinin en aza indirildiği; tüm imalat sürecinin bir yazılım üzerinden kontrol edilip görüntülendiği, farklı imalat hücrelerinde farklı görevlerin yürütüldüğü, istenildiğinde sisteme yeni bir imalat hücresi eklenip/çıkarılabildiği bir yaklaşım söz konusudur. İkisinin arasındaki asıl fark imalat kontrol yazılımından kaynaklanmaktadır.

EİS’te tüm hücreleri ve kontrol edeni hiyerarşik merkezi bir İmalat Kontrol Sistemi yazılımı (SCADA) vardır. EİS’te yürütülecek tüm imalat süreçleri bu yazılım bünyesinde süreç planları (process plan) içerisinde tanımlanır. Kullanıcı tarafından SCADA ekranından verilen imalat komutu sonucunda ilgili süreç planı içinde tanımlanmış adımlar ile ilgili iş emirleri, sıra ile tek tek imalat hücrelerindeki denetleyicilere (çoğunlukla PLC) gönderilir. Bu sırada gönderilen emirler el-sıkışma süreç planları, sürücüler gibi alt katmanlardan geçerek imalat hücrelerine ve cihazlarına iletilir.

İmalat hücre denetleyicileri bu emirleri şeffaf (transparent) bir şekilde ilgili imalat cihazına iletir ve SCADA yazılımına geri bildirimde bulunur. İmalat hücre denetleyicisinin imalat süreciyle ilgili hiçbir bilgisi yoktur. Ona göre programlanmamıştır. Herhangi bir imalat sürecinde değişiklik yapılmak istendiğinde, bu değişiklik ana SCADA yazılımı üzerinde yapılmalıdır.

Endüstri 4.0 yaklaşımında ise EİS’teki kontrol hiyerarşisi yoktur. Her imalat hücresi, kendisiyle ilgili imalat süreci hakkında bilgi sahibidir. İmalat sürecinde sıra ile yürütülecek görevler imalat hücre denetleyicisi içerisinde programlanmıştır. Merkezi imalat kontrol yazılımı hücrelere sadece iş emrini gönderir ve o iş emrini alınca her imalat hücresi kendi üzerine düşeni yapmaya başlar. Her imalat hücresi, kendi imalat sürecini kendisi yönetir. Herhangi bir imalat hücresindeki süreç yazılımında bir değişiklik yapılmak istendiğinde, sadece ilgili imalat hücre denetleyicisinde yüklü süreç planları değiştirilerek yeniden programlanır. Bu yaklaşım büyük bir esneklik ve modülerlik getirir. Daha küçük bir yazılıma odaklanıldığı için de değişiklik veya düzeltmelerin kolaylıkla yapılabilmesini sağlar.

Esnek İmalat Sisteminde yürütülecek bir imalat sürecini örneklendirerek anlatır mısınız? 

Örneğin; FMS100’ün ürünü olan elektronik rulet cihazına ait üst kapağın imalat sürecini ele alalım. SCADA ekranından ilgili süreç planı (Süreç 404) başlatıldığında; işlenmemiş üst kapak önce depolama hücresinden alınarak deliklerinin delineceği CNC-Çifti istasyonuna konveyör bandı üzerinde taşınır. CNC-Çifti istasyonundaki robot, işlenmemiş kapakları taşıyan paleti imalat hücresi içine alarak kapakları sırayla freze tezgahına yerleştirir. CNC freze içerisindeki imalat programı çalıştırılır, delikler delinir, sonra işlenmiş parçalar yeniden palete konarak depolama hücresine geri gönderilir. 

Tüm bu işlemler merkezi SCADA yazılımı tarafından yürütülür ve kontrol edilir. SCADA yazılımında tanımlı Süreç 404 isimli süreç planında, her bir imalat hücresi tarafından yürütülecek görev adımları belirli bir sıra ile yer alır. Süreçte bir değişiklik yapılacaksa, içinde tüm imalat hücrelerini ilgilendiren adımların yer aldığı süreç planı dosyasında değişiklik yapılmalıdır.

İmalat hücre denetleyicisinde yüklü program biraz daha şeffaftır. Kendisine gelen iş emrine göre hücredeki ilgili cihazı çalıştırır, sonucu da SCADA yazılımına iletir. Örneğin hücredeki robotta yüklü bulunan 8 numaralı program, robotun  parçayı A noktasından alıp B noktasına taşıma görevi yürütsün. Hücre denetleyici SCADA’da iş emrini aldığında robotta yüklü 8 numaralı programı çalıştırır ve sonucu hakkında geri bildirimde bulunur. Bir imalat süreci başlatıldığında hücre içerisindeki hangi cihazın hangi sıra ile çalıştırılması gerektiği bilgisi SCADA yazılımındaki süreç planlarında tanımlıdır. Hücre denetleyicisinde sadece SCADA’nın komutlarını imalat cihazlarına iletmeye yarayan bir yazılım yüklüdür.

Günümüzde hali hazırda birçok fabrika otomasyon sistemi yapısı bu şekilde işlemektedir. Esnek imalatta bir hiyerarşi söz konusudur. En üstte yönetim katmanı, bir altta programlama katmanı, en altta ise gerçek imalat, bakım ve onarım işlerinin yapıldığı işletme katmanı yer alır.

Örneğin İmalat sistemindeki bir CNC'nin içinde yüklü bir programı değiştirilme işlem ikinci katmanda yürütülmektedir. İşçinin o CNC ile çalışması ise üçüncü katmanda yürütülen bir görevdir. Tüm fabrikanın üretiminin ve kaynaklarının planlaması, tedarik zinciri yönetimigibi görevler ise en üst katman olan SCADA katmanında yürütlür. Bazı kaynaklarda buna Management Executing System (MES)'de denmektedir.

Peki Endüstri 4.0'daki yapılanmanın farkı nedir? 

Bu yaklaşımda her imalat hücresi, kendisi ile ilgili tüm imalat sürecine hakimdir. İmalat Görüntüleme ve Takip Sistemi’nden iş emrini aldığında hücre kendi imalat sürecini kendisi yönetir. Sonucu Bulut teknolojisi üzerinden tüm sisteme gönderir. Eğer ilgili iş emri ile üretilen parça üzerinde başka bir imalat hücresinin de yürütmesi gereken işler varsa, sıradaki istasyon merkezi bir yazılımdan komut almadan parça üzerinde kendi imalat sürecini başlatır. Böylelikle fabrika sistemindeki tüm imalat hücreleri kendi sıraları geldiğinde kendi süreçlerini yürüterek nihai ürünün üretimi sağlanır. Örneğin toplumda herkesin kendi sorumluluğunu bilmesi, herhangi bir yöneticiden komut beklemeden gerektiğince üzerine düşeni yapması gibi bir yaklaşım denilebilir.

Genellikle Internet of Things (IoT) altyapısını da kullanarak, her bir hücre yaptığı işin bilgisini buluta gönderdiği için, siparişi veren müşteri de siparişi ile ilgili imalat sürecini takip edebilir. Benzer şekilde tedarikçi de, üreticinin sipariş aldığını anında görüp kendi üretimini planlayabilir. Tabi ki bu yaklaşım endüstride henüz tam anlamıyla yerleşti demek iddialı olur. Almanya ve Japonya gibi gelişmiş endüstrilerde bile bu yaklaşım henüz tam anlamıyla hizmete girmedi. Fakat Endüstri 4.0 bir gelecek vizyonu sunmakta ve bu yönde çalışmalar hızla devam ediyor.

Bize son dönemde odaklandığınız proje ve çalışmalar hakkında anlatabilirsiniz?

Doktora tezim sürecinde esnek imalat sistemini özümsedik. FMS100 üzerinde bazı donanım ve yazılım değişiklikleriyle birlikte aynı sistemi Endüstri 4.0 yaklaşımına çevirme planlarımız bulunmaktadır. Bununla beraber robot programlama, robot  için arayüz yazılımı geliştirime ve bunların eğitiminin verilmesi konularında epey deneyim sahibi olduk. 

Ekibi güçlendirerek oldukça canlı olan robotik sektöründe entegrasyon işlerine girilebilir. Fakat açıkçası ARGE şirketi olduğumuz için, biz daha çok niş olarak da tabir edilen, herkesin kolaylıkla giremediği robotik uygulamalarda yer almak isteriz. Robotik CAM bence çok ilgi çekici bir konu.

Bunun dışında insansız hava aracı ve otonom sistemler de oldukça popüler alanlar. Bizim bu alanlarda da hali hazırda üretmiş olduğumuz, eğitimini verdiğimiz ve satışını yaptığımız ürünlerimiz var. 

Akıllı Damper’de devam ediyor. Taşımacılık sektöründe uzun yıllardır faaliyet gösteren, araç beyin yazılımları yapan bir firma ile iş birliğine gittik. Biz Akıllı Damper’in üretim ve ARGE işlerini yürütürken; onlar da satış, pazarlama ve montaj işlerini yürütmekteler. (Damperli araç kazalarını %1 azaltabilsek, bu bile büyük başarıdır kanaatindeyim.)

Robotik CAM uygulaması ile diğer robot firmalarından öne çıkan özelliğiniz ne olacak? 

Daha önce de belirttiğim gibi üniversitede eğitim deneyimine sahip Ar-Ge tabanlı bir firma olduğumuz için, kitle tabanlı üretim yerine daha özel işlerde, örneğin medikal alanda CAM üzerine çalışabiliriz. Zaten önceden yarım kalan projenin önemli bir kısmını da bitirmiştik. Sadece parça işlenirken, parçanın hareket etmesi durumunda meydana gelecek sapmaları bertaraf edecek bölüm kalmıştı ki, bu kısım da ciddi bir çalışma gerektiriyordu. Birlikte çalıştığımız ve işin asıl sahibi olan firma, projenin Ar-Ge finansmanı konusunda bizi yarı yolda bıraktığı için devam edemedik. Özetle, biz her alanda yenilikçi yaklaşımlarla, ezber bozarak, değer yaratma peşindeyiz. Bizim farklı olmaya çalıştığımız konu da bu olsa gerek.

Son olarak neler eklemek istersiniz? 

Robot üretim trenini kaçırdık, ama Türkiye'de robotik alanda yapılacak çok iş var. Robotların endüstriye dahil olmasıyla birlikte birçok insan işinden olsa da, yeni iş kolları da beraberinde açılıyor. Robotun programlanması, devreye alınması, imalat hattına montajı (fikstür tasarımı), özel uygulamalara yönelik el geliştirilmesi, bakımı konularında ciddi sayıda eleman açığı oluşuyor. Robot sektörünün önümüzdeki süreçte daha da büyüyeceğine inanıyoruz, ki Avrupa Birliği bu alana ciddi miktarda fon ayırmış bulunmaktadır. 
 

Güncelleme Tarihi: 27 Aralık 2018, 16:15
YORUM EKLE

Secomea

Fanuc

Dergiler
Partnerler