Kendi kendini organize edebilen fabrikaların temelini atmak

Akıllı fabrikalarda, makinelerden oluşan topluluklar kendi kendilerini organize edecek, tedarik zincirleri otomatikman birbirleriyle koordine olacak ve yarı-mamul ürünler kendilerini ticari birer emtiaya dönüştürecek makinelere imalatları için gerekli verileri gönderecekler. Bu gelişmelerde Siemens ise kilit bir rol oynayacak.
Sanal dünyada üretilen bilgiler, gerçek üretim süreçlerinin içine nüfuz ettikçe ortaya yepyeni üretim ortamları çıkacak. Akıllı fabrikalarda, makinelerden oluşan topluluklar kendi kendilerini organize edecek, tedarik zincirleri otomatikman birbirleriyle koordine olacak ve yarı-mamul ürünler kendilerini ticari birer emtiaya dönüştürecek makinelere imalatları için gerekli verileri gönderecekler.

Bu gelişmelerde Siemens ise kilit bir rol oynayacak.Avrupa ve ABD, kendi endüstriyel değer yaratımlarını dikkate değer oranda artırmayı planlıyor. Alman medyası ise endüstriyel üretimin bir sonraki aşamasını, akıllı fabrikalara doğru yönelen bir paradigma kayması olarak tanımlayarak ve hatta onun dördüncü endüstri devriminin doğuşu olduğunu ilan ederek coşkulu bir heyecanla karşılıyor.

Tabloyu görmek için görsele tıklayın.
Birinci endüstri devrimi, 18'inci yüzyılda buhar makinesinin icadıyla ve elle yapılan işlerin mekanikleştirilmeleriyle tetiklenmişti. İkinci devrim, 20'nci yüzyılın başlarında seri üretim tekniklerinin uygulanmasıyla başlamıştı, üçüncüsünün kapısı da son birkaç on yıllık dönemde üretim süreçlerinin otomatikleştirmelerinde kullanılan elektronik sistemler ile bilgisayar teknolojileri tarafından açılmıştı. O zaman biz şu anda dördüncü bir devrimin, yani Endüstri 4.0'ın eşiğinde miyiz? Siemens Kurumsal Stratejiler Başkanı Peter Herweck daha temkinli biryaklaşım benimsiyor. Herweck, "Burada 20 yıllık veya daha uzun süreli bir zaman diliminden bahsediyoruz. Bugünün bakış açısıyla baktığımızda alınacak sonuçlar elbette birer devrim yaratacak nitelikte olacak, ancak eninde sonunda bu işin gerçekleşmesi için çok sayıda geliştirme aşamasından geçeceğiz" diyor.

Bununla birlikte uzmanlar, geleceğin üretim tesislerinin günümüzdeki fabrikalardan çok daha zeki olacağı konusunda hemfikir. Bu üstün zeka aslında neredeyse akla gelen bütün makinelerin, yarı mamul ürünlerin ve malzemelerin içine yerleştirilecek minyatür işlemciler, depolama birimleri, sensörlerve telsiz cihazlar kadarveri akışlarının yapılandırılmasında kullanılacak akıllı araçlar ve yeni yazılımlar sayesinde de mümkün olabilecek.~
Bu inovasyonların hepsi de ürünlerin ve makinelerin birbirleriyle haberleşebilmelerini ve aralarında komut takası yapabilmelerini sağlayacak. Bir başka ifadeyle geleceğin fabrikaları kendi imalat süreçlerini büyük ölçüde kendi kendilerine optimumlaştırıp kontrol edecek. Ancak uzmanlar, bu noktaya gelinmesinin çok uzun bir zaman alacağı konusunda da hemfikir.

Ancak bahsedilen vaziyet bu eğilimin önemini hiçbir şekilde azaltmıyor. Alman federal hükümeti daha şimdiden endüstriyel derneklere, araştırma enstitülerine ve şirketlere bir uygulama stratejisi geliştirmeleri için yaklaşık 200 milyon Euro tahsis etmiş durumda. Bu arada ABD hükümeti de inovasyoncu üretim stratejileri geliştirmenin ne kadar önemli olduğunun farkında. Zaten bu yüzden, ulusal bir araştırma enstitüleri ve şirketleri ağı kurulmasının fonlanması için 1 milyar dolara yakın bir bütçe ayırmayı planlıyor. Burada her yerde erişilebilir geniş-bant ağların kurulması işi kamu otoritelerinin sorumluluğundayken, endüstrinin de vakit geçirmeden veri standartları ve veri aktarımı protokol sistemlerini belirlemesi gerekiyor.

Siemens Endüstri Sektörü Strateji Başkanı Marion Horstmann, "Endüstri 4.0'ı başarabilmek için medya ve veri aktarımı bazında çok sayıda süreksizliği ortadan kaldırmamız gerekir" diyor. Horstmann aynı zamanda Alman hükümetine yüksek teknoloji stratejileriyle ilgili konularda danışmanlık hizmeti veren bilim insanları ile şirket ve endüstri yöneticilerinden kurulu bir organizasyon olan Araştırma Birliği Grubu'nu da temsil ediyor. Endüstri 4.0 terimini aslında bu birlik icat etmişti. Bu terim Almanya dışında pek kullanılmaz. Ancak bu durum elbette ki diğer endüstrileşmiş ulusların da üretim faaliyetlerini mümkün olduğunca daha ucuz ve esnek hale getirmenin yanı sıra çok daha hızlı inovasyon döngüleriyle destekleme amacını paylaşmadıkları anlamına gelmiyor.

Almanya bu eğilime liderlikyapmak istiyor ve politikacılar ile şirket liderleri de Alman şirketleri açısından siber-fiziksel sistemlerin (CPS; yazılımlar, sensörler, işlemciler ve iletişim teknolojilerince türetilmiş Endüstri 4.0 kavramlarını tanımlamak için kullanılan uluslararası terimlerden biri) tedarikçiliğinde lider konuma yükselmeleri için zamanın mükemmel olduğunu söylüyorlar. Almanya'daki Ulusal Bilim ve Mühendislik Akademisi (Acatech), bu gibi yeni üretim süreçlerinin endüstriyel verimliliği yüzde 30'a varan oranlarda artırabileceğine inanıyor. Bu akademinin de işaret ettiği üzere, CPS sadece üretimde değil aynı zamanda mobilite ile sağlık alanında da devrim yaratacak. Herweck, "Bu süreçte Siemens kilit bir rol oynayacak, çünkü zaten otomasyon teknolojileri ile endüstriyel yazılım sistemleri alanında dünyanın bir numaralı tedarikçisi" diyor.~
Bunun için gerekli yapılanmalar da şimdiden kurulmuş durumda. "Siemensyıllardır dikey BT sistemleriyle ilgili bütün faaliyetlerini genişletmekle meşgul" diyen Horstmann, Siemens'in son birkaç yıldır yaptığı her yazılım şirketi satınalımının arkasında Endüstri 4.0 için gerekli uzmanlığı birleştirme ve daha da geliştirme stratejisinin yattığına dikkat çekiyor.

Uzmanlar genellikle bir Endüstri 4.0 sistemindeki üretimi, makinelerin hizmet sundukları ve ürünlerle gerçek zamanlı olarak bilgi paylaştıkları bir pazaryerine benzetmekten hoşlanır. Alman Yapay Zeka Araştırma Merkezi (DFKI), içinde Siemens'in de bulunduğu 20 endüstriyel ve araştırma ortağının katkısıyla kurulan Almanya, Kaiserslau-tern'deki küçük bir akıllı fabrikada bu gibi bir sistemin uygulamada nasıl çalışacağını sergiliyor.

Bu pilot tesis, ürünler ile imalat makinelerinin birbirleriyle nasıl haberleşebileceklerini göstermek için sabun şişelerinden faydalanıyor. Boş sabun şişelerinin üzerinde radyo frekansıyla tanımlama (RFID) etiketleri var ve bu etiketler ile makinelere bu şişelere beyaz mı yoksa siyah mı kapak takacakları bilgisi veriliyor. Bir başka ifadeyle imalat sürecinde olan bir ürün daha en başından itibaren dijital bir ürün hafızasına sahip ve içinde bulunduğu ortam ile radyo sinyalleri aracılığıyla iletişim kurabiliyor. Bu yüzden de bu ürün gerçek dünya ile sanal dünyanın birleşmesini sağlayan bir siber-fiziksel sistem olarak ortaya çıkıyor.

Esneklik: Sadece bir fare tıklaması kadar uzak.
Akıllı fabrikanın belli başlı bileşenlerinin aslında daha şimdiden elimizin altında olduğu gerçeği, Siemens'in Almanya, Amberg'de kurulu ve sayısallaştırma alanında kat ettiği ilerlemeler için birkaç ödül kazanmış elektronik parçalar fabrikasında net bir şekilde ispatlanıyor. Bu tesisteki planlama ekibi, bu tesisin yaklaşık 1000 kalemlik standart üretim programını verimli bir şekilde yürütmek için Siemens'in teknoloji şaheseri PLM yazılımını kullanıyor. Yeni ürünler için farklı imalat rotaları belirlemek, onları toplam çıktı ve maliyet gibi parametreler temelinde hesaplamak ve kıyaslamak, ardından en verimli olanını seçmek için bu planlayıcıların yapmaları gereken tek şey bilgisayarlarının farelerine birkaç kere tıklamak oluyor. Horstmann, "Amberg'deki bu fabrika aslında nereye doğru gittiğimizi çok güzel gösteriyor" diyor. Ancak her iki süreç ardışık olduğundan, sayısal planlamanın gerçek üretime halen "el ile" aktarılması gerekiyor. Oysa bu iki süreç gelecekte her geçen gün daha fazla iç içe geçecek ve nihayetinde Am-berg ile diğer bütün otomatikleştirilmiş fabrikalarda eşzamanlı hale gelecekler. Bu gerçekleştiğinde ise mesela şalter gibi yeni bir ürün planlamakla meşgul mühendisler, onun içinde ilgili bütün mekanik, elektronik ve otomasyon sistemlerinin de olduğu imalat süreçlerini anında tanımlamak için özel bir yazılımdan faydalanacaklar.~
Günümüzde bir PC'ye farklı türden cihazların bağlanabilmesi için nasıl tek bir USB girişi yeterli oluyorsa, gelecekte de makineler, saha cihazları ve diğer ekipmanlar bir Endüstri 4.0 sisteminde birbirlerine benzer kolaylıkla ve hiçbir programlamaya veya parametreleştirmeye gerek kalmaksızın bağlanabilecekler. Ancak bu cihazların ve makinelerin birbirleriyle kusursuz bir etkileşime girmeleri gerekecek. Siemens'in Tamamıyla Entegre Otomasyon (TIA) portalı daha şimdiden otomasyon süreçlerinin planlanması, test edilmesi ve uygulanmasında yinelenen veri setlerinden faydalanılmasını mümkün kılıyor. Siemens Kurumsal Teknolojiler'de (CT) Endüstri 4.0 ile ilgili bütün faaliyetleri yöneten Dr. Thomas Hahn, "Otomasyon artık sıradan üretim süreçlerinin kontrolünden çok daha fazlasını yapabilir duruma geldi. Günümüzde makine kurulumlarının ve tesislerin yeni ürünlere göre çabucak nasıl yeniden ayarlanabileceklerini de belirliyor" diyor.

Veri süreksizliğiyle başa çıkmak.
Burada tanımlanan üretim ortamı kademe kademe bir gerçeklik haline gelecek. Sabun şişesi pilot tesisiyle ilgili aşağıdaki sorulara kulak verelim. Bir makine kaç şişenin beyaz kapağa ve kaçının siyah kapağa sahip olması gerektiğini nasıl bilecek? Bu tesiste yeterince kapak olup olmadığını veya kapakların ne zaman tesise ulaştırılacaklarını nereden bilecek? Depoda gelen malları teslim almak için yeterince çalışan var mı? Günümüzde tüm bu bilgiler farklı sistemlerde tutuluyor. Örneğin kurumsal bir kaynak planlama sistemi (ERP), malzeme lojistiğinin, personel planlamasının ve maliyet hesaplamalarının yönetiminden sorumluyken, bir üretim yürütme sistemi (MES) ise imalat faaliyetlerini kontrol eder. Burada temel problem, farklı sistemlerde kullanılan çeşitli formatların, işletim sistemlerinin ve programlama dillerinin, bilginin bir sistemden bir diğerine sorunsuz ve eksiksiz bir şekilde aktarılmasını engellemesinde yatıyor, yani aslında kelimenin tam anlamıyla gerekli olan şey sanal ve fiziksel dünyaları birleştirebilmek.

Bir CT üretim optimizasyonu uzmanı olan Jürgen Back, "Şu anda yapmamız gereken ilk iş hangi verilerin üretimle ilgili olduklarını tespit etmek" diyor. Endüstriyel veriler hacminin her geçen gün büyüyen devasa bir dağ gibi durduğu göz önüne alındığında, bunun hiç de kolay bir iş olmadığı kolaylıkla anlaşılabilir. İşte CT araştırmacılarının geldikleri nokta burası. Hahn, "Biz şu anda üniversiteler ve enstitülerdeki araştırma ortaklarımızla birlikte farklı türden müşterek projeler planlıyoruz" diyor.

Bu projelerin özel hedefleri şu anda tanımlanma aşamasında. Hahn, "Telefonların sadece konuşmak için kullanıldıkları günleri herkes hatırlar. Bugün ise cep telefonları ile fotoğraflar ve videolar alınıp gönderiliyor,randevular kaydediliyor, günlük yaşamı kolaylaştıran diğer uygulamalardan faydalanılıyor.~
Aynı şekilde geleceğin üretim tesislerinde de sadece izleme ve kontrol verileri değil, aynı zamanda birbirlerinden tamamıyla farklı ürün ve süreç türleri hakkındaki içerik bilgileri de alınıp gönderilecek. Biz şu anda bunun tam anlamıyla ne türden bir içerik olması gerektiğini araştırıyoruz" diyor. Bu arada veri güvenliği de bir başka önemli araştırma konusu olacak, çünkü eğer bir ürün baştan aşağıya tek bir veri seti ile üretilirse, o zaman şirketlerin kendilerini ve ürünlerinin mahremiyetini endüstri casuslarına karşı çok daha etkili bir şekilde korumaları gerekecek.

Almanya, Erlangen'deki üretim, planlama ve optimizasyondan sorumlu CT birimini yöneten Dr. Armin Haupt'a göre "bu eğilimin peşinden gitmeyenlerin yarışta arkada kalacaklarına" hiç şüphe yok. Haupt, "Sayısal geleceğin bir parçası olmak isteyen şirketlerin sürekli olarak ellerinin altında faydalı veriler bulundurması gerekecek" diyor. Bu aslında ulaşılması gereken ilk kilometre taşı. Siemens müşavirleri şu aralar kendilerini standartlaştırılmış veriler diyarına götürecek geliştirme zincirleri olan yol haritalarını çıkarmak için çeşitli Siemens üretim tesislerinde kullanılan verileri analiz etmekle meşgul.

Endüstri 4.0 için gerekli teknolojilerin çoğu zaten şu anda elimizin altında mevcut. Motosikletlerden hafriyat makinelerine kadar çok sayıda ürün Siemens'in simülasyon yazılımı kullanılarak geliştirilebilir ve test edilebilir. Bu yüzden uzmanlar Endüstri 4.0'a geçişin durdurulamayacağından çok emin. Herweck, "Endüstri 4.0 asla gerçeklikten kopuk bir fikir değildir" diyor. Örneğin bilgisayar-destekli imalat (CIM) gibi geçmişte çok propagandası yapılmış benzer kavramların aksine mevcut Endüstri 4.0 eğilimi elimizdeki ayakları yere basan teknolojilerin iyileştirilmesi ve birleştirilmesiyle geliştiriliyor.

Herweck'e göre arada çok büyük bir fark daha var. "Bu konu daha şimdiden büyük endüstri şirketlerini, akademik araştırma enstitülerini ve hükümetleri ortak bir hedef peşinde koşmak için bir araya getirmiş durumda" diyor. 
Katrin Nikolaus

Simülasyon yazılımları: Rekabet avantajının anahtarı
Şirketlerin rekabetçi olabilmek için karmaşık ürünlerin geliştirilmesi ve imalatıyla ilgili süreleri ve maliyetleri sürekli azaltması gerekir. Bu arada müşteri gereksinimleri de giderek daha talepkar ve detaylı hale geliyor. Üretim uzmanları burada çözümün sanal planlama ile fiziksel imalat süreçlerini birleştirmekte yattığına inanıyor. Bu aslında siber-fiziksel sistemler (CPS) ile Endüstri 4.0 kavramlarının arkasındaki temel fikir. Burada işin olmazsa olmazı, çok sayıda farklı uygulamada kullanılabilen ofis programları ile veritabanları gibi yatay BT sistemleri değil özel yazılımlardır.~
Hatta daha da önemlisi dikey BT, yani belirli endüstriyel sektörler ve onların özel ihtiyaçları için geliştirilmiş uzman çözümlerdir. SAP'nin ardından bugün Avrupa'nın ikinci en büyük yazılım geliştiricisi olan Siemens'te çalışan 17.500 yazılım mühendisinin asıl işi bu gibi çözümler geliştirmek. Siemens kendi dikey BT'sini konsolide etmek ve daha da iyileştirmek için geçtiğimiz yıllarda birkaç yazılım firmasını satın aldı ve onları kendi Siemens Endüstri Sektörü'nün içine entegre etti. Bu şirketlerin çoğu aslında büyük yazılım uygulamalarının belirli alt bölümlerini kapsayan işlevlerde uzmanlaşmıştır. Siemens Endüstri Sektörü Strateji Başkanı Marion Horstmann, "Bu yazılım şirketleri ile Siemens'in otomasyon konusundaki uzmanlığının harmanlanmasıyla ürün geliştirme ve imalatta değer yaratma sürecini kapsayan endüstriyel yazılımlar sunabiliyoruz" diyor.

Siemens yeni yazılım stratejisini, 2007 yılında ABD'li UGS şirketini satın aldığı zaman duyurmuştu ve bu şirket şu anda Siemens Ürün Yaşamdöngüsü Yönetimi (PLM) Yazılımları adı altında faaliyet gösteriyor. PLM yazılımının kullanıldığı en göz alıcı örnekler arasında ise Red Bull'un yarış arabaları ile 2012 yılında "kırmızı gezegen"e iniş yapan Curiosity Mars isimli gezginin hazırlık aşamaları bulunuyor. Gezginin geliştirilmesi sırasında, ilk simülasyon taslaklarından Mars'ın atmosferine girişe kadarki bütün süreçlerde NASA bu PLM yazılımından faydalanmıştı. Bu gibi çarpıcı projeler haliyle üzerlerine çok fazla dikkat çektiğinden, bu PLM yazılımı günümüzde havacılık ve otomobil endüstrisi gibi sektörlerde planlama gibi çok erken aşamalarda, ürün işlevselliğini test eden 7 milyondan fazla lisanslı kullanıcı tarafından kullanılmakta. Bu yazılım, süreçlerin simülasyonunu sanal fabrikalarda yaparak üretim planlamasında zamandan kazandırıyor. Siemens otomasyon sistemlerini kullanan müşteriler, bu gibi özelliklerden çok değişik yollardan kazançlı çıkabiliyor. Almanya'daki PLM Software'de satış ve hizmetler başkanı olan Lothar Hahn, "Ürünlerinizi üretmekte kullanılacak makinelerin özelliklerini ne kadar iyi bilirseniz, simülasyonlarınızı da o derece hassas programlayabilirsiniz" diyor.

Siemens'in PLM yazılımını kullanan çok sayıdaki şirketten biri de Almanya Göppingen'deki Mükemmel Maliyetlendirme Çözümleri firması. 2012 Eylül'ünden bu yana Siemens'in bünyesine dahil olan bu şirket, kendi teknolojisiyle yeni bir ürünün imalat maliyetini henüz planlama aşamasındayken bile hesaplayabiliyor. Hahn, "Oysa maliyet hesaplama işi eskiden genellikle en son aşamada yapılırdı" diyor. Ancak geliştiriciler bu sürece zaman içinde satın alma uzmanlarını da dahil ettiklerinden, planlama sürecinin ileri aşamalarında yapılan değişiklikler devasa ekstra maliyetlere neden oluyordu ve ortaya çok sayıda sorun çıkıyordu.~
Mükemmel Maliyetlendirme Çözümleri yazılımının en güzel yanlarından biri de maliyetleri etkileyen gelişmelerin tümünü dikkate alması. Bu da satın alma fiyat analizlerinin istenilen herhangi bir anda yapılabilmesi ve tasarım ile üretim alternatiflerinin çabucak hesaplanabilmesi anlamına geliyor. Bütün bunların dışında, Siemens'in PLM şirketlerini satın alma furyasına dahil olan Belçika Leuven'deki LMS şirketinin yazılım sistemleri gibi yeni çözümler ile şu gibi sorulara cevaplar bulunması artık mümkün: Bir rüzgar türbininin pervaneleri ve kanatları üzerindeki titreşimin ne gibi etkileri olabilir? Bu gibi etkiler sonucunda bu bileşenler ne kadar sürede aşınır? Yepyeni bir araba modeli Arnavut kaldırımı bir yolda içeriye ne kadar gürültü alır? LMS yazılımıyla yapılan bilgisayar simülasyonlarıyla ilgili testler ve diğer analizler gerçeğe en yakın şekliyle yürütülebilir. Siemens, LMS'yi 2012 Kasım'ında satın almış ve onu şu anda büyük otomobil ve uçak üreticilerinin tümüne simülasyon ve mekatronik test yazılımı satan Siemens PLM Software'in içine entegre etmişti. Gerçek test cihazları ve yazılımların harmanlanmasıyla akustik, titreme, salınım, operasyonel istikrar ve dinamiklerin çok daha hassas analizleri yapılabilir. Bu arada ortaya çıkan veritabanları sayesinde endüstriyel şirketlerin kendi ürünlerini gelecekte simüle, test, optimize etmeleri ve üretmelerine yardımcı olunabilir.

Katrin Nikolaus