Endüstriyel IoT ve Üretim Zekası Nedir?

Herkese merhabalar, iyi bayramlar.

Malum bu bayram, içinde bulunduğumuz süreçten ötürü bilgisayar başında biraz daha fazla zaman geçirme şansımız oluyor. Ben de bu vakitleri fırsat bilip yine önemli ve popüler konuda güzel bir içerik paylaşmak istedim.

IoT ( Internet of Things-Nesnelerin İnterneti)'nin biraz kapsamlı ve teknik tanımı ile başlayalım: Birbirleriyle ilişkili olan ve benzersiz tanımlayıcılara (Unique Id) sahip; bilgi işlem cihazları,dijital makineler-nesneler, insan ve hayvanların; bir ağ üzerinde veri aktarımına izin veren sistemdir.

Bu tanımdan anlaşıldığı üzere sadece bilgisayarlar ya da akıllı telefonlar değil; dijital bir arayüze sahip ve ağa bağlanabilen her türlü nesne ( IoT Uyumlu Beyaz Eşyalar, Otomobiller, Güvenlik Sistemleri vb.) bu kapsama girmekte ve her geçen gün yaşantımızdaki yerini daha da sağlamlaştırmaktadır.

Öte yandan Endüstri 4.0 ve Bağlantılı Fabrikalar (Connected Factory) düşüncesi de IoT üzerine inşa edilmiştir. Çünkü insan faktörünü tamamen olmasa bile büyük oranda operasyonlardan elimine etmenin yolu, bu işleri akıllı bir sisteme devretmekten geçmekte. Akıllı (Smart) Sistemlerin en önemli özelliği, istenen verileri oldukça kısa bir süre içerisinde kaynağından toplayarak ağdaki tüm paydaşlara %100 doğruluk ve güvenilirlikle iletilmesini sağlamaktır. Bunun için de verilerin kaynağından olabildiğince hızlı ve hatasız toplanması önemlidir. Tam bu noktada IIoT ( Industrial Internet of Things) kavramı karşımıza çıkmaktadır.

Bir İmalat tesisini ele alalım. Yukarıdaki piramitte görüldüğü üzere sensör, robot, aktüatör, CNC gibi sahada faaliyet gösteren ve dijital/analog veri üreten her ŞEY(Thing) piramidin 1.katmanını oluşturmaktadır. IIoT'nin olmadığı bir ortamda bu piramin 1.katmanı ile 4.katmanı arasında koca bir boşluk oluşacaktır.

Şöyle bir örneğimiz olsun: Sahada meydana gelen bir makina arızası; operatörün bu arızayı Arıza Bildirim Formu'na manuel olarak işleyip ilgili birime mail ile göndermesi ile haber veriliyor.İlgili bakım ekibi sahaya gelerek arızayı giderdikten sonra durumu Arıza Giderme Formu'na işleyerek formen kapanan iş emrini ve yapılan işleri tutulan ortak bir Excel dosyasına yazar. Bu esnada duruşta geçen süre/kayıp zaman, arızaya müdahale süresi ve arızayı giderme süresini yine kendisi manuel olarak ve formda yazan verilere güvenerek - ki bunun %100 doğru ve kesin bir veri olmayacağı kesindir- hesaplayarak listeye ekler. Gün sonunda üretim, fire ve duruşlar yine manuel olarak konsolide edilerek ertesi gün , bir önceki günün OEE değeri ( Toplam Ekipman Etkinliği) yani fabrikanın kaynaklarını ne kadar etkin ve verimli kullandığı hesaplanır. Sizce bu hesaplanan değerler güvenilir midir? Peki ertesi günü beklemeden anlık olarak tesisin ne kadar verimli çalıştığını görmek isteseydiniz bu mümkün olur muydu? IIoT ile EVET. Peki Nasıl?

IIoT ile üretim sahasında veri üreten her kaynaktan veri toplayabilirsiniz. Dijitalleştirilemeyen ve manuel yürütülen süreçlerde dahi artık yeni nesil çözümlerle (RFID vb) anlık veri toplanabilmektedir. Veri toplama için uygun protokoller ihtiyaca ve altyapıya göre ( Wifi, LoRa, SigFox, Ethernet..) belirlenir. Veriler doğrudan makineleri yöneten bilgisayarlar olan PLC'lerden; OPC olarak adlandırdığımız ve bir çok PLC türünden anlık veri toplamayı kolaylaştıran bir sistemden ya da bunların hiçbiri ile alınamıyorsa dahi sensörler ve gateway adını verilen kutular yardımıyla alınır. (1.Seviye)

Prosesten gelen verilerin ortak bir sistemde toplanması, HMI (İnsan Makina Arayüzü) adını verdiğimiz, aşağıda örneğini görebileceğiniz ekranlarda izlenmesi, kritik durumlarda makinelerin uzaktan kontrol edilmesi, eşik durumlar geçildiğinde uyarılar alınması SCADA adını verdiğimiz sistemlerle mümkün olmaktadır. (2.Seviye)

Ancak bu seviyede verilerin dijital ortamda görüntülenmesi IIoT demek değildir. Ya da şöyle izah edelim: IIoT teknolojileri yardımıyla verileri sahadan toplayıp SCADA üzerinde görüntülenebilir ve kontrol edilebilir hale getirdik. Lakin yazının başında bahsettiğim Connected (Bağlantılı) kavramına girmedik. Bunun için 3. ve 4. seviyelere çıkılması yani OT ~ IT ( Otomasyon ve Bilgi İşlem) katmanları arasında tam bir entegrasyon gereklidir.

MES (Manufacturin Execution Systems) ile ilgili olarak daha önce eklemiş olduğum 2 içeriğe bakabilirsiniz. Burada çok fazla detaya girmeyeceğim. Sadece özet olarak temel bilgileri vermek istiyorum.

Bir fabrikayı "Connected" hale getirebilmek için öncelikle üretim sahasından topladığımız anlık verileri; kapasite, kaynak ve üretimi planladığımız ERP ile bizi Üretim Zekası'na götürecek olan ve üretimle ilgili tüm süreçleri yönetmemizi sağlayan MES sistemlerine entegre etmemiz gerekecektir.(3. ve 4.Seviye) Bu entegrasyonlar MES'ten ERP'ye doğru gerçekleşir. MES sistemleri, üretim sahasındaki verileri yazının başında belirttiğim protokoller aracılığı ile toplar ve IT katmanına çeker. Bu noktada otomasyon dünyasından bilgi sistemleri dünyasına geçmiş oluruz. Sonrasında ise yapılması gereken, hangi ürünün ne kadar ve ne zamana dek üretileceği bilgilerinin tutulduğu ERP sistemi ile MES'i birbiriyle entegre etmektir. Bu sayede birbirleriyle bağlantılı(connected) bir fabrikadan söz edebiliriz.

Connected Factory(Bağlantılı Fabrika), üretim ve prosesin tamamından topladığı anlık verilerle Big Data'ya ulaşan ve bu Big Data üzerinde analitik ve öngörüsel algoritmaların da yardımıyla ilerisi için yol gösteren; tüm makina ve ekipmanların birbiriyle haberleştiği ideal bir ortamdır. Bu sayede üretim kayıtları mantığından kurtulup Üretim Zekası mantığına kavuşulacaktır.

Peki Üretim Zekası (Manufacturing / Production Intelligence) bize ne sağlayacak?

Şöyle birkaç madde halinde sıralayabilirim:

• Prosesle ilgili tüm veriler ( üretim, sıcaklık, titreşim, arıza durumu vb ) toplandığı için üretimle ilgili büyük veriye ulaşılır. Yani her şey Görülebilir ve İzlenebilir hale gelir.
• Veriler tek bir platformda konsolide edildiği ve ihtiyaç duyan birimlerin tamamı bu platformdan beslendiği için %100 Güvenilirlik sağlanır. ( Single Source of Truth)
• Büyük Veri üzerinde çeşitli algoritmalar (Machine Learning/ Makine Öğrenmesi gibi) kullanarak üretim hattı optimizasyonu sağlanır. Bu sayede makina ve ekipmanların hangi parametrelerde çalıştırıldığı takdirde en iyi verimi sağlayacağı görülür ve buna göre aksiyon alınır.
• Yine makina/ekipman bazlı büyük veri üzerinde ML algoritmaları kullanarak olası arızaların gerçekleşmeden önce tespit edilmesi mümkün hale gelir. (Kestirimci Bakım)
• Üretimde yaşanan bir darboğazda, verimliliğin en az etkileneceği şekilde şekilde yeniden iş planı oluşturularak kesintisizlik sağlanır.
• Sahada gerçekleşen bir üretim duruşu ya da arıza anlık olarak ilgililere bildirildiğinden arızaya müdahale ve çözüm süreleri minimuma indirilir.
• Tüm bunların bileşkesi olarak OEE olarak adlandırdığımız toplam ekipman verimliği başta olmak üzere Üretim ve Yönetim süreçlerinde verimlilik artar, daha izlenebilir süreçlere kavuşulduğundan süreç iyileştirme faaliyetlerini besler. IIoT Teknolojileri otonom robotlarla desteklendiği takdirde tekrarlı ve tehlikeli işlerde insan faktörü elimine edilerek yüksek İş Güvenliği sağlanmış olur.

Aslında yazıyı fazla uzatmamak adına burada söz etmediğim, bu Bütüncül yapıyı tamamlayan farklı sistemler de bulunmaktadır. (RPA ve BPM gibi) Ancak ben temel konsepti ve Endüstri 4.0 yolunda ulaşılması gereken esas adımlardan bahsetmek istediğim için burada tamamlıyorum. Umarım keyifle okumuşsunuzdur:)

Herkese tekrardan sağlıklı ve mutlu bayramlar dilerim.