Akıllı Fabrika Nedir, Bileşenleri Nelerdir?

Endüstri 4.0 üretim odaklı düşünceyi geliştirerek üretim elemanlarının birbirleriyle iletişimini daha etkin bir hale getirmek amacıyla; esnek, verimli, dinamik ve ürün odaklı süreçler yaratır. Akıllı fabrika (smart factory), otomatikleşen sistemlerin kendi kendini adapte edebileceği imalat süreçleri ile Endüstri 4.0 gelişiminin bir parçası haline gelir. İlgili sistem; veri paylaşımı, ileri otomasyon ve üretim esnekliği bağlamında birbiriyle haberleşebilen makineleri, otonom sistemleri, entegre uygulamaları, büyük veriyi, robotik ve yapay zekâyı birlikte kullanan bir teknolojidir. Beklenmeyen koşullara uyum sağlayabilecek esnek bir yapıda ve gerçek zamanlı bir işleyiş içinde, imalat faaliyetlerinin otonom olarak yürütülmesini sağlar.

Türkiye’deki dijital dönüşüm sürecinde General Electric (GE)’in Gebze’de güç transformatörleri fabrikası ilk akıllı fabrika örnekleridir. Sabancı Holding ve Bridgestone Corporation birlikteliğinde imalat yapan Brisa diğer bir örnektir. Otomotiv Sanayinde Ford Otosan ve Tofaş da aynı uygulamayı kullanırlar. Konu hakkında daha detaylı bilgi vermek için bu yazımızda; “akıllı fabrika nedir?” sorusuna cevap verip ilgili sistemin çalışma şekli, uygulamanın sunduğu avantajlar ve aşamalar sıralanacak ve bileşenleri açıklanacaktır.

Akıllı Fabrikaların Sunduğu Avantajlar

Uygulamanın avantajları genel olarak daha doğru karar, daha yüksek ürün kalitesi, daha fazla üretkenlik, daha fazla esnekliğin yanı sıra daha düşük maliyetler, daha az sorun ve daha az atık olarak sıralanabilir. Karar verme mekanizmalarındaki doğruluktan ürün tasarımındaki kullanıcı memnuniyetine, montajdaki kalitenin kontrolünden tedarik zinciri yönetimindeki kaynak tasarrufuna kadar her aşamada avantajlar sunar. Akıllı fabrika özellikleri ve faydaları şöyle özetlenebilir:

  • – Toplanan gerçek zamanlı veriler sürekli analiz edildiğinden, kararlar doğru ve hızlı alınır.
  • – Siparişler her aşamada değerlendirildiğinden; hammadde talebi, envanter yönetimi ve imalat planlaması gibi aşamalar otomatik yönetilir.
  • – Robotik uygulamalar süreci yeniden yapılandırdığından esnek üretim imkânı verir.
  • – Ürün kalitesi, otomatik kontrol süreçleriyle optimize edildiğinden imalat kalitesini iyileştirir.
  • – Üretim hatları otonom çalıştığından ve sorunlar önceden tespit edildiğinden verim artar.
  • – Dijital ikiz sistemleriyle, fiziksel prototiplere gerek duyulmadan sorun belirlendiğinden ürün tasarımı hızlandırılır.
  • – Stok seviyesi, mobil RF barkod ve iade yönetimi gibi süreçlere uyarlandığından tedarik zinciri yönetimi kullanılabilir.

Akıllı Fabrika Nasıl Çalışır?

Geleneksel fabrikalardan farklı olarak akıllı fabrika sistemleri; sensörler, büyük veri yönetimi, yapay zekâ (AI), nesnelerin interneti (IoT), bulut bilgi işlem ve robotik gelişmelerden faydalanır. Geleneksel fabrikalarda çoğunlukla sensörler ve otomasyon teknolojileri birbirinden bağımsız çalışabilirler. Akıllı fabrika çözümleri ise özellikle otonom çalışma uygulamaları yeni teknolojilerin entegre olmasını sağlar. Hammadde girişinden imalata, paketlemeden sevkiyata kadar her aşamada insan girdisinden bağımsız çalışabilir. Ortaya çıkan sorunlar da insan gücünden yararlanmadan belirli algoritmaların yardımıyla çözülür.

Sensörlerin yardımıyla büyük veriyi ilgili bölümler ve aşamalarla paylaşmak ve analiz etmekle yetinmez, sorunları önceden fark edecek mühendislik çözümleri getirir. Teknolojilerin entegre hali uygulandığından, sensörler fabrikanın tümünden veri transferi sağlar. Toplanan veriler, siparişler ve talep tahminleriyle bir araya getirilir. Analitik tekniklerle sorunlar sistemde belirmeden önce çözülür. Sonuçta veriler sadece düzenlenerek analiz edilmez, iş akışları ve otomatikleşen süreçlerin yardımıyla en optimal üretim yapılır.

Akıllı Fabrika Sistemlerinin Aşamaları

Verinin sistemle entegrasyonu, analizi ve otomasyonla uyumlu çalışması, art arda gelen dört aşamada incelenebilir. Her düzeyde daha fazla çaba gerektiren aşamalar şöyle sıralanabilir:

– Temel Veri Kullanılabilirliği

– Proaktif Veri Analizi

– Aktif Veriler

– Eylem Odaklı Veri

1. Temel Veri Kullanılabilirliği

İlk aşamada elde bulunan veriler entegre edilmemiş, hatta analizi tamamlanmamış veriler olabilir. Her bölümden veya sistemden ayrı ayrı gelen bilgiler henüz analitik bir anlamda bir arada değildir. İnsan emeği gerektiren bu verilerin analizi, kaynak kullanımını olumsuz etkileyerek imalatın verimini düşürebilir ve tedarik zinciri yönetimini aksatabilir.

2. Proaktif Veri Analizi

İkinci aşamada veriler yapılandırılmış bir veri tabanında bir araya getirilir. Analiz işlemi daha az kaynak sarf ederek biraz daha etkin bir hale gelir ve hızlanır. Buna rağmen akıllı fabrikalarda verileri raporlandırma ve değerlendirme konusunda yeterince verimli bir süreç yaratılamadığından insana bağlı işgücüne gereksinme duyulabilir.

3. Aktif Veriler

Üçüncü aşamada manuel işlemleri tamamıyla bitirmek amacıyla yapay zekâ ve makine öğrenimi, verilerin otomatik olarak analiz edilmesini sağlar. Üretim sorunları, ürün kusurları ve kalite kontrol gibi süreçler, insan girdisi olmadan yürütülür. Verilerin zamanla, analiz edilerek değerlendirilebilir ve öneri sunabilir hale gelmesi sağlanır.

4. Eylem Odaklı Veri

Son aşamada üretim süreci bütünüyle otomasyon sistemleriyle işlerken büyük veri yönetimi önem kazanır. İmalatla ilgili operasyonlar optimize edilebilir. Hatalar sıfır derecesinde azalabilir ve uygulamayla ilgili ortaya çıkan sorunları önceden fark ederek kendi kendine çözme veya öngörülerde bulunabilme düzeyine gelir. Cadem Digital, akıllı fabrika sistemlerinin aşamalarında planlama süreçlerini modelleyerek fabrikanın dijital ortamda test edilmesini sağlayan DELMIA ile sistemler, tasarım, süreçler, üretim, ulaştırma arasında doğru ve eksiksiz çözümler sunar.

Akıllı Fabrika Bileşenleri

Sistemin uygulamaları, Endüstri 4.0 teknolojilerini bir arada kullanarak akıllı üretim süreçleri oluşturur. Temel teknoloji bileşenleri şöyledir:

  • – Sensörler
  • – Bulut Bilişim
  • – Büyük Veri Analizi 
  • – Sanal ve Artırılmış Gerçeklik 
  • – Dijital İkiz
  • – Endüstriyel IoT (IIoT) 

Sensörler

Nesnelerin interneti yardımıyla sensörler, operasyon bilgilerinin ve verilerin merkezde toplanmasını sağlar. Sensörler, dokunmadan sıcaklık değişimine, görüntüden basınç değişimine kadar birçok alanda kullanılır.

Bulut Bilişim

Firmaların kendi dijital olanaklarını artırmak adına donanıma ve yazılıma kaynak ayırmak yerine bulut tabanlı uygulamaları tercih etmesi; hız, ortak erişim, güvenlik ve ölçeklenebilirlik sağlar. Dâhili sunuculara yatırım yaparak sürekli güncelleme ve bakım yapmak zorunda kalınmadığından akıllı fabrikalarda iş gücü gereksinmeleri azalır ve dijital performansları artar.

Büyük Veri Analizi

Sistemdeki cihazlar ve makineler sürekli olarak çok miktarda veri ortaya çıkarır. Toplanan büyük verinin yönetilmesi ve analiz edilmesi gerekir. Bulut bilişimin de yardımıyla büyük verinin analizi ve işleyişi kolaylaşır. Güvenilir verilerin doğru analiz edilmesi; üretim kapasitesini artırırken tahminlerin doğru ve önerilerin tutarlı olmasını sağlar. Hata oranları azalırken arıza kayıtları ve önleyici bakım sorunları giderilir.

Sanal ve Artırılmış Gerçeklik

Teknolojilerin kullanılabilir ve uygulanabilir hale gelmesini sağlayarak duyusal farkındalıklar yaratan sanal gerçeklik (VR) ve artırılmış gerçeklik (AR) akıllı fabrikaların kritik bileşenleridir. Sanal gerçeklik veriyi somut hale getirmek amacıyla görüntüyü kullanırken; doğruluğu, hızı ve hassasiyeti artırır. Artırılmış gerçeklik de gerçekliğin üzerinde bulunan bir cihazla algılanan dijital bilgileri ve verileri görüntüler.

Dijital İkiz

Dijital ikiz (digital twins), bir sürecin, cihazın ve dijital uygulamaların sanal ortamda oluşturulan bir kopyasıdır. Nesnelerin internetinin kullandığı veri akışıyla toplanan bilgilerden meydana gelir. Dijital ikiz uygulaması, gerçek sistemin davranışının modellenmesini sağlar. Mevcut sürece zarar vermeden, ikiz sistemde değişiklik yaparak sonuçları test etmek, üretimin etkinliğini olumlu etkiler. Ürün tasarımı ve prototip geliştirme gibi aşamalarda sağladığı kolaylıklarla, imalat hattı değişikliği ve test/kontrol gibi risk oluşturan uygulamaları basitleştirir.

Endüstriyel IoT (IIoT)

Nesnelerin interneti (IoT) uygulamaları, akıllı fabrikalarda endüstriyel nesnelerin kullanımını yaygınlaştırır. Sisteme bağlı cihazlardaki sensörlerden gelen veri, bulut tabanlı uygulamalarla işleyişi kolaylaştırır. Fabrikada yürütülen bütün operasyonların izlenmesi, yönetilmesi, otomatikleştirilmesi sayesinde; kontrol, bakım ve onarım gibi imalatı aksatacak sorunlar çözülür. Üretim değişikliği ve esnek üretim gibi uygulamalar basitleşir. İlgili süreçlerde Cadem Digital, 3DEXPERIENCE CATIA sayesinde; farklı konumlarda çalışan ekip üyeleriyle koordine kurabilmenizi, tasarım faaliyetini hareket halindeyken sürdürebilmenizi, farklı sektörlerdeki ve sistemlerdeki mühendislerle beraber çalışabilmenizi ve verilerinizin tamamını güvenli bir ortamda güncel olarak koruyabilmenizi sağlar.

Önceki yazımıza https://cademdigital.com.tr/bulut-bilisimleri-cozumleri-ile-tasarim-ve-muhendislikte-yenilik/ linkinden ulaşabilirsiniz.