Endüstri 4.0 ve Değişim Dinamikleri

Endüstri 4.0, özü itibariyle geleneksel üretim yöntemleri ile bilişimin getirdiği yeniliklerin birbiriyle harmanlaması sürecidir. Bu yaklaşım, endüstriyel üretim yapan şirketlerin değer zincirinden  iş süreçlerine, hammadde tedariğinden müşteri ilişkilerine uzanan yolda ciddi değişim ve dönüşüm imkanları sunuyor.

Internet, bir değişim katalizörü olarak hayatımıza girdiği günden itibaren hem iletişim de hem de tüketici davranışlarında önemli değişimler sağladı. Web tabanlı verilerin sadece herhangi bir cihaz ile veya yazılım ile sınırlı kalmayıp mekandan bağımsız indirilebilir ve modifiye edilebilir hale gelmesi teknolojiye yeni bir oyun alanı da yaratmış oldu. Bu paradigma değişiminin de etkisiyle bilgi sürekli gelişimin temelini oluşturmasının yanında , dijital evriminde DNA sında yer alıyor. Yeni malzeme tipleri, bireysel tasarlanmış ürünler, akıllı ürün ve makinalar, modüler süreçler, veri işleme ve iletişim Endüstri 4.0 ‘ın çekirdeğini web, ürün ve kullanıcı etkileşimiyle oluşturuyor.

Endüstriyel dönüşüm aşamalarına hangi gelişmelerin vesile olduğunu hatırlayacak olursak buharlı motorun icat edilmesi Endüstri 1.0 (1784) olarak adlandırılmıştır.

İskenderiyeli Heron tarafından bulunan ve buhar gücüyle çalışan Aeolipile adında bir cihaz, Thomas Savery’nin ilk buhar makinesini yapması, daha sonra gelişmiş bir versiyonu olan Newcomen makinalarının James Watt tarafından veriminin artırılması bir çok alanda kullanılır hale gelmesine  vesile olmuştur. Werner von Siemens, 1866 yılında, dinamo elektrik prensibini buhar makinesinin çalışma prensibini elektrik jeneratörüne uyarlamıştır.

Fordizm sistemi ile Henry Ford'un öncülüğünü yaptığı, yürüyen üretim bandının uygulamaya geçmesiyle görülen verimlilik artışı Endüstri 2.0’ın (1870) kapılarını açtı.

1970'lerde üretim de kullanılan mekanik ve elektronik teknolojilerin yerini dijital teknolojinin alması ve programlanabilir makinelerin kullanılmaya başlanmasıyla Endüstri 3.0’ı ve günümüzde internetin  endüstriyel organizasyonlardaki süreçlerde devreye girmesi Endüstri 4.0 dönemlerinin sınıflandırılmasını sağlamıştır.

Sanayileşmesine İngiltereden daha sonra başlayan Almanya, yarattığı markaları ile ekonomisine ve istihdamına güç katmış, yaşanan ekonomik krizlerden daha az etkilenmeyi başarabilmiştir. Günümüzde ise Endüstri 4.0 kavramı ile geleceğin üretim modellerine öncülük edecek ülke konumunda bulunuyor. Bu sene 100 yaşına basan markası BMW, Bosch, Siemens gibi sektör liderleri üretim süreçlerine uyguladıkları yenilikler ile bu yeni düzenin öncülüğünü üstlenmiş durumdalar. Şirketlerin rekabetçi stratejiler üretmesinin yolunu açan en önemli unsurların başında ülkenin vizyonerliği ve mühendislik kültürü yer alıyor.

Bu noktada dünyanın bir diğer bölümünde gelişim ivmesini sürdüren Çin ve Hindistan gibi güçler karşında konumunu kaybetmek istememesi sebebiyle yeni yaklaşım ve metodolojileri devreye almak durumunda. Bu ülkelerde gözlenen değişimlerin ve rekabetçiliğin etkisiyle, Endüstri 4.0 bu vizyonun  ışığında şekillenmiş durumda.

Endüstri 4.0, Almanya endüstrisinin vizyonunu şekillendiren, yeni teknolojilerin mevcut iş modelleri ile uyumlanmasını kapsayan bir kavram. Bu çalışmaları oluşturan projeler, ortaya çıkacak sinerji ve ölçümlenebilir iş sonuçlarının ortaya çıkması fazlarhalinde tamamlanacak bir süreç. 2011 itibariyle gündemde olan bu konsept dünyanın en büyük endüstriyel fuarı olan Hannover Fair’de duyurulmuştu. Angela Merkel bu kavramı Davos’ta gerçekleşen Dünya Ekonomik Forumu’nda da, birbirine giderek daha bağımlı hale gelen dünyaya ve endüstriyel üreteime ayak uydurmak için gerekli bir kavramlar bütünü olarak vurguladı.

Otomasyon teknolojilerinde alanının en iyilerinden olan Siemens, sanal ve gerçek dünyanın entegrasyonunu, otonom sistemler ile toplanan süreç verilerini yine büyük veriyi kullanarak analiz etmeyi önceliğine almış bulunuyor. Farklı iş süreçleri için çözüm sağlayan ayrık yazılımlar silsilesini tek bir çatı altında toplayarak ürün yaşam döngüsünü yönetmede holistik bir bakış açısı sağlayacak pilot projeler üretiyor.

Bir fabrikanın üretim süreçleri hammadde ile başlayıp ürüne kadar uzanan rotada bir çok aşamadan geçer. Zaman zaman ikincil işlemler, elleçleme faaliyetleri, beklemeler, ek işgücü gerektiren işlemler gibi bir çok kayıp noktası bulunur.  Operatörler, CNC tezgahları, PLC ve SCADA sistemleri, siparişleri üretim hatlarına dağıtma ve teslimat tarihlerine göre planlama amaçlı kullanılan ERP yazılımları sürekli olarak bu üretim hareketinin sağlıklı işlemesi için hareket ve müdahale halindedir. Mevcut durumda işletmelerce uygulanan bu yapı endüstri 4.0 yaklaşımıyla yeniden düzenlenirken “smart factory” kavramında tamamen merkezi bir yönetim öngörülüyor. İşletmenin içindeki kaynaklar ile birlikte dışarıdaki tedarikçilerin ve hizmet sağlayıcılarında tamamen entegrasyonu için cloud-based virtual robot controller ve ya VNC – Virtual Numerical Control gibi bulut tabanlı sistemlerin devreye alınması planlanıyor.

Endüstri 4.0 ile müşteri iletişimide daha etkin bir hal alıyor. Kişiselleştirilmiş ve özelleştirilmiş ürün ve hizmet alabilmek daha mümkün hale geliyor. Müşterinin tasarım ve ürün geliştirme süreçlerine dahil olması kolaylaşırken bir yandan da ortak yaratıcılığın getireceği gelişim inovasyonununda önünü açıyor. Örneğin tekstil sektöründe veri ve görüntü işleme teknolojileri sayesinde kişinin vücuduna özel ürün hazırlanması eskisine göre maliyetli olmaktan çıkıyor. Geleceğin moda evleri bu sayede bir çok ürünü mağazalarda sergilemek yerine daha kişiselleştirilmiş ürünler ile hizmet verebilecek.

Endüstri 4.0 ile müşteri süreçleri, müşterilerin çoklu kanallardan ürün/hizmete ulaşabildiği, ürün ve hizmetin durumunu anlık olarak görebilmelerini, ürünü kendilerine özel şekilde sipariş edebilmelerini ve ulaşabilmelerini mümkün kılıyor. Bu sayede ürün ve hizmet geliştirme süreçleri, anlık olarak müşteriye özel ürün geliştirmeyi ve müşterinin de ürün geliştirme sürecine dahil olduğu açık inovasyonu mümkün kılıyor. Üretim süreçleri ise kendi başına anlık karar alabilen ama diğer üretim alanlarıyla entegre çalışabilen modülerliği ve esnekliği mümkün kılıyor.

 Süreçleri destekleyici teknolojiler ve kavramlar ise nesnelerin interneti, siber fiziksel sistemler, 3 boyutlu yazıcılar ve büyük veri analiz yöntemleri olacak.

Nesnelerin interneti, internet aracılığı ile oluşacak malzeme, ürün, makinelerin birbiriyle iletişim kurduğu bir ekosistem sağlanacak.

CPS’ler (Cyber Physical Systems), sensörler ve aktüatörler yardımıyla birbirleri ve diğer materyallerle internet vasıtasıyla iletişim kurarak, fiziksel dünyayı sanal bilgi dünyasına bağlarlar. Gerçek dünya ile etkileşimde bulunmak için sahip olduğu gömülü teknolojiler, yazılım sistemleri, iletişim teknolojileri ve sensör/aktüatörleri kapsamaktadır. İki dünya arasında aracılık görevi üstlenen siber fiziksel sistemler 2 önemli unsuru bünyesinde barındırmaktadır.

Birbirleri ile internet platformu üzerinden atanmış internet adresleri ile haberleşen nesne-sistem ağı ile gerçek dünyadaki nesne ve davranışların bilgisayar modellemesi ve simülasyonla oluşturduğu sanal ortam. Siber-fiziksel sistemler, nesnelerin interneti ile birlikte Endüsri 4.0’ın temelindeki gücü oluşturan önemli unsurların başında geliyor.

İnsan-Makine Etkileşimi, Akıllı Fabrikalar: 

Akıllı Fabrikalar, üretim işlemlerinin cihaz ve makinelerin birbirleri ile haberleşmesi ve sistemsel geribildirimler ve karar mekanizmaları doğrultusunda düzenlemeleri anlamına geliyor. Arıza kaynaklı, hammadde eksikliği ve ya kalite problemleri sebebiyle yaşanan duruşların önüne geçilerek sistemin verimli ve tam kapasite çalışması sağlanması amaçlanıyor.

3 Boyutlu Yazıcılar: Bilgisayarda bir tasarım programı kullanılarak (Blender, SketchUp, Solidworks, AutoCad vb) 3 boyutlu modeli çizilen veya mevcut bir nesnenin 3 boyutlu tarama programları vasıtasıyla taranarak oluşturulan modelin 3 boyutlu yazıcıya aktarılması ve genelde plastik bir malzeme ile ince katmanlar olarak üst üste yazdırılması prensibiyle çalışır.

Küresel araştırma firması Context’in Haziran 2016’da yayınladığı raporda, global 3 boyutlu yazıcılar pazarının büyüklüğünün (Yazıcılar, malzemeler ve hizmet sağlama) önümüzdeki 5 yıl içerisinde 17.8 mia $’a ulaşması bekleniyor. Endüstriyel ve profesyonel yazıcılar olmak üzere sadece donanım boyutunda ise büyüme projeksiyonları %38 birleşik büyüme oranı ile 2016 daki 1.8 mia $ dan 2020 yılında 6.4 mia $ ulaşması bekleniyor.