Endüstri 4.0 ve Değişimi Yönetmek

Endüstri 4.0,  imalat sektörünün neredeyse tüm imalat bileşenlerinin, ürünlerinin ve ekipmanlarının yerleşik algılama cihazları ile dijitalleşmesini sağlayan bir sistemdir. Ayrıca Endüstri 4.0, iş ve üretim süreçlerinin entegrasyonunun yanı sıra şirketin değer zincirindeki tüm aktörlerin (tedarikçiler ve müşteriler) entegrasyonuna dayanan bir yaklaşımdır

Günümüzde endüstriyel üretim, küresel rekabet ve üretimin sürekli değişen pazar taleplerine
hızlı bir şekilde cevap verme gereksiniminden kaynaklanmaktadır. Zamanla yeni teknolojiler ilerledikçe üretim ve tüketim kalıpları değişmektedir. Üretim sektörü artık makineler ve insanlar arasındaki sürekli etkileşimler tarafından yönetilmektedir. Performans beklentileri uygulama olanakları ile orantılıdır. Endüstri 4.0’dan önce, imalat alanında paradigmanın değişmesine yol açan önceki üç sanayi devriminin
temellerini sırasıyla su ve buhar gücü ile mekanizasyon, montaj hatlarında seri üretim ve bilgi teknolojisini kullanarak otomasyon oluşturmaktaydı. 

Endüstri 4.0’a kadarki süreçte, robotlaşma ve otomasyon gibi güç üreten teknolojiler uzun zamandır kullanılmaktaydı. Fakat internet, robotik ve otomatik cihazlar arasında ağ kurarak süreç organizasyonunda çok önemli bir yenilik getirmeye başlamıştır. İnternet ve teknolojinin geliştirilmesi; sürekliliği olan insan, makine ve şirket arasında bir ağı oluşturur ve değer yaratma süreçlerinin sürekli paylaşımı yoluyla alıcı için rekabetçi, tamamen özelleştirilmiş bir ürün üretmek artık mümkün olacaktır. Endüstri 4.0 ile endüstriyel ürünler ve süreçlerin akıllı ağ oluşturması gündeme gelmektedir. Endüstri 4.0 teknolojilerini kullanan şirketlerin verimlilik ve büyüme potansiyelleri gözden geçirildiğinde ana etkisinin gömülü sistemler, akıllı fabrikalar, güçlü ağlar, bulut bilişim ve BT (Bilgi Teknolojisi) güvenliği teknolojilerinden geldiği
görülmektedir. 

Endüstri 4.0 alanındaki  gelişmeler sadece teknolojik değil, aynı zamanda çok
yönlü örgütsel çıkarımlara da sahiptir Endüstri 4.0 yeni, oldukça geniş bir anlayışı kapsayan ve değer
zincirinin organizasyonu ile ilgili yeni teknolojileri ve kavramları içeren endüstrinin gerçek dijitalleşmesidir. Ayrıca Endüstri 4.0, iş ve üretim süreçlerinin entegrasyonunun yanı sıra şirketin değer zincirindeki
tüm aktörlerin (tedarikçiler ve müşteriler) entegrasyonuna dayanan bir yaklaşımdır. 

Endüstri 4.0 tedarikçileri, üreticileri ve müşterileri sanal, dikey ve yatay olarak entegre bir değer zincirinde organize eder, bu yüzden tedarikçi olan her firmanın da konumlarını kaybetmemek ve müşterisinin ağına tam olarak entegre olmak için uygun teknolojileri bünyesinde bulundurması gerekir. Genel olarak, sayısallaştırma yoluyla üretilen önemli miktarda veri; şirketin işinin tüm alanlarını etkiler, böylece şeffaflığı, entegrasyonu ve tasarlanabilirliği geliştirir ve müşteri ihtiyaçları ve bunları yerine getirmek için gereken bireysel görevler hakkında çok daha fazla bilgi sağlar. Endüstri 4.0 ayrıca ürün tasarımı, ürün geliştirme ve veri güvenliği benzeri tamamen yeni değer yaratan iş alanları oluşturmaktadır

Birinci Sanayi Devrimi 18. yüzyılda su ve buharla çalışan ekipman üretimi etrafında odaklanan
mekanik devrimdir. İlk mekanik tezgahlar 1784 yılında piyasaya sürülmüştür. Manuel işten ilk
üretim süreçlerine geçişi getirmiştir. Buhar gücünün endüstriyel amaçlar için kullanılması, insan
verimliliğini artırmak için en büyük atılım olmuştur. Kasla çalışan dokuma tezgahları yerine, buhar motorları güç için kullanılmıştır. Buharla çalışan vapur veya lokomotif gibi gelişmeler, insanların ve
ürünlerin daha hızlı taşınmasını sağladıkları için daha büyük değişiklikler getirmiştir. 

Üretim Yürütme Sistemi (MES), bir tesisteki veya fabrikadaki tüm üretim sürecini hammaddeden bitmiş ürüne kadar izler. Bu, yönetimin tam olarak neler olduğunu görmesini ve bu bilgilere dayanarak karar vermelerini sağlar. Diğer sistemlerden alınan gerçek verilere dayanarak hammadde siparişlerini veya sevkiyat planlarını ayarlayabilir

Kurumsal Kaynak Planlaması (ERP)  şirketlerin entegre yönetim sistemidir. Burası bir şirketin, üst yönetiminin faaliyetlerini görebildiği ve kontrol edebildiği yerdir. ERP genellikle bir şirketin içinde olup biten her şeyi görebilen farklı bilgisayar uygulamaları paketidir. Bu seviyedeki entegrasyonu sağlamak için önceki seviyelerin tüm teknolojisini kullanır. Bu, işletmenin üretimden satışa, satın almaya, finansa, insan kaynaklarına ve muhasebeye kadar birçok düzeyini izleyebilmesini sağlar. ERP herkesi aynı platformda
 tutarak şirket içinde verimliliği ve şeffaflığı artırır.

İkinci Sanayi Devrimi’ne, Birinci Sanayi Devrimi’nin ardından neredeyse bir asır sonra geçilmiştir. Elektrik devriminin bir aşaması olan 1870’de gerçekleşmiştir. Seri üretim, işbölümü ve elektrik
enerjisi kullanımı ile sağlanmıştır. 19. yüzyılın sonunda, yeni enerji kaynaklarının (elektrik, gaz ve petrol) ortaya çıkmasına yardımcı olan büyük teknolojik gelişmelerle bu devrim gerçekleşmiştir. Bu devrimin sonucu, tam potansiyeline ulaşan içten yanmalı motorun geliştirilmesi olmuştur. İkinci sanayi devriminin diğer önemli noktaları çelik talebi, kimyasal sentez ve telgraf/telefon gibi iletişim yöntemlerinin geliştirilmesidir. İlk montaj hattı için Ford hattı muhtemelen en ünlü örnektir, ancak ilk hat belki de daha az bilinen Cincinnati mezbaha hatlarıdır.

Üçüncü Sanayi Devrimi 1969’da mikro denetleyicilerin ve Bilgi Teknolojisi otomasyon üretiminin gelişiyle ve internetin piyasaya sürülmesiyle meydana gelmiştir. Diğer bir ifade ile Üçüncü Sanayi Devrimi elektronik, telekomünikasyon ve bilgisayarların yükselişini ortaya çıkarmıştır. Yeni teknolojiler sayesinde, üçüncü sanayi devrimi uzay keşiflerinin, araştırmaların ve biyo-teknolojinin gelişimini sağlanmıştır. Endüstriyel dünyada, iki büyük buluş olan Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC’ler) ve Robotlar, yüksek düzey otomasyon çağına yol açmıştır. Üretimde programlanabilir bu makineler ile esnek üretim hatlarında
 eşitli ürünlerin üretildiği esnek üretim kolaylaştırılmıştır. Ancak bu tür üretim sistemleri hâlâ üretim miktarı konusunda esnekliğe sahip değildir.

Günümüzde uygulanan Dördüncü Sanayi Devrimi, insanların siber dünyayla buluştuğu yer olmasından dolayı Üçüncü Sanayi Devrimi’nden ayırt edilebilir. Dördüncü Sanayi Devrimi üçüncü devrim ile aynı tetikleyicilere sahiptir, ancak siber bu kez insanla buluşur. İşletmelerde de bu durum geçerlidir. Her şey entegre, özelleştirilmiş, akıllı ve otomatik hale gelir. Kısaca Dördüncü Sanayi Devrimi karmaşık görevleri otomatik hale getirir. Halihazırda bilgisayar teknolojisine sahip üretim sistemleri bir ağ bağlantısı ile genişletilmekte ve deyim yerindeyse internet üzerinde dijital bir ikizi bulunmaktadır. Bunlar, diğer tesislerle iletişime ve kendileri hakkında bilgi çıkışına izin verir. Teknolojik temeli, merkezîolmayan kontrol ve gelişmiş bağlantı (IoT fonsiyonları) ile siber-fiziksel istemlerin akıllı otomasyonudur. Tüm sistemlerin ağ bağlantısı “siber-fiziksel üretim sistemlerine” ve dolayısıyla üretim sistemlerinin, bileşenlerin ve insanların bir ağ üzerinden iletişim kurdukları ve üretimin neredeyse özerk olduğu akıllı fabrikalara yol açmıştır. Endüstriyel üretim sistemleri için bu yeni teknolojiyi kullanmanın sonucu, klasik hiyerarşik otomasyon sistemlerinin kendi kendini düzenleyen siber fiziksel üretim sistemine dönüştürülmesiyle esnek, seri ve özel üretim ile üretim miktarında esnekliğin sağlanmasıdır.

Endüstri 4.0'ın temel ilkeleri şunlardır:

• Birlikte çalışabilirlik: Endüstri bileşenlerinin (makineler, cihazlar, sensörler ve insanlar gibi) Her
  Şeyin İnterneti (IoE) ile bağlantı kurma ve oluşturmaya yardımcı olma yeteneğini tanımlar. 
• Bilgi şeffaflığı: Akıllı fabrikaların, karmaşık sensör verilerinin kullanılması yoluyla beslenen dijital
  tesis modellerinde, fiziksel dünyanın sanal bir kopyasını oluşturma yeteneğini tanımlar
• Teknik destek:  İnsanlara zarar verebilecek durumlarda bilgi toplamak için fiziksel robotik bileşenleri içerebilir. İnsanların robotik bilgi toplayıcılarıyla etkili bir şekilde iletişim kurabilmelerini sağlamak için, insan ve makine işbirliği için protokoller tanımlanır.
  Merkezî olmayan kararlar:  Kararların Sanayi 4.0’ın akıllı fabrikaları içinde yer alma yeteneğini tanımlar.

Gerçek zamanlı verilerden yararlanmak ve fiziksel dünyayı makineler, ürünler ve insanları içerebilen sanal bir modelde yansıtmak için simülasyonlar, tesis operasyonlarında daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Simülasyon operatörlerin fiziksel değişimden önce sanal dünyadaki bir sonraki ürün için makine ayarlarını test etmelerini ve optimize etmelerini sağlayacak, böylece makine kurulum sürelerini azaltacak ve kaliteyi artıracaktır.

Siber-Fiziksel Sistemler (CPS), fiziksel varlıkları ve hesaplama yetenekleri arasında birbirine bağlı sistemleri yönetmek için dönüştürücü teknolojiler olarak tanımlanmaktadır. Sensörlerin, veri toplama sistemlerinin ve bilgisayar ağlarının daha yüksek kullanılabilirliği ve satın alınabilirliği ile sonuçlanan son gelişmelerle, günümüz endüstrisinin rekabetçi doğası, daha fazla fabrikayı yüksek teknoloji metodolojilerini uygulamaya doğru zorlamaktadır. Sonuç olarak, sensörlerin ve ağa bağlı makinelerin sürekli kullanımı, büyük veri olarak bilinen sürekli yüksek hacimli verilerin üretilmesine yol açmıştır. Böyle bir ortamda, siber fiziksel sistemler büyük verileri yönetmek ve akıllı, esnek ve kendiliğinden uyarlanabilen makinelerin hedefine ulaşmada makinelerin birbirine bağlanabilirliğinden yararlanmak için daha da geliştirilebilir. Ayrıca, mevcut endüstriyel uygulamalarda siber-fiziksel sistemleri üretim, lojistik ve hizmetlerle entegre ederek, bugünün fabrikalarını önemli ekonomik potansiyele sahip bir Endüstri 4.0 fabrikasına dönüştürecektir.

Bağlı bir fabrikanın nihai amacı verimliliği maksimuma çıkarmak, dolayısıyla kârı maksimuma çıkarmaktır. Bunu başarmak için, otomasyon üretim süreçlerinin bir kısmına veya tümüne uyarlanmalıdır. Robotik veya yapay zeka yoluyla otomasyon, Endüstri 4.0 için optimize edilmiş bir tesiste gerçekleşen bağlantı ve iletişim ile mümkün olacaktır. Robotlar sonunda birbirleriyle etkileşime girecek ve insanlarla yan yana güvenli bir şekilde çalışacak ve birbirilerinden öğreneceklerdir. Bu robotlar, bugün üretimde kullanılanlardan daha az maliyete ve daha fazla kapasiteye sahip olacaktır.

Endüstri 4.0 ile gelen artan bağlantı ve standart iletişim protokollerinin kullanımı ile kritik endüstriyel sistemleri ve üretim hatlarını siber güvenlik tehditlerinden koruma ihtiyacı önemli ölçüde artmaktadır. Sonuç olarak, makinelerin ve kullanıcıların güvenli ve güvenilir iletişiminin yanı sıra gelişmiş kimlik ve erişim yönetimi de gereklidir. Üretim işlemindeki her temas noktası Endüstri 4.0’da bağlı ve sayısallaştırıldığından, sağlam siber güvenlik için ekstra bir ihtiyaç vardır. Üretim makineleri, bilgisayar sistemleri, veri analitiği, bulut ve IoT aracılığıyla bağlanan diğer tüm sistemler korunmalıdır.

Endüstri 4.0, bazen tamamlanmamış ürünler de dahil olmak üzere daha fazla cihazın yerleşik bilgi işlemle zenginleştirileceği anlamına gelir. Bu, alan cihazlarının gerektiğinde birbirleriyle ve daha merkezî kontrol cihazlarıyla iletişim kurmasına ve etkileşim kurmasına olanak tanır. Ayrıca, analitiği ve karar almayı merkezileştirerek gerçek zamanlı yanıtlar sağlayacaktır. Nesnelerin İnterneti üretim dünyasındaki veriler, makineler ve insanlar arasındaki bağlantı ve işbirliğini ifade eder. Temel olarak, Nesnelerin İnterneti sensörleri, makineleri ve tüm verileri birbirine bağlı ve kesintisiz bir şekilde alır ve üretime uygular.
Üretim işleminin her yönü IoT’ye bağlanabilir ve oluşturduğu veriler üretim işlemi boyunca verimliliği optimize etmek için kullanılabilir.

Artırılmış gerçeklik, insanların elektronik sistemlerle daha iyi bütünleşmesini ve etkileşime girmesini sağlamak için gerçek zamanlı bilgileri etkin bir şekilde sağlayarak kullanma olarak tanımlanabilir. Farklı cihazlardan görüntülenebilen bir parça için onarım ile ilgili bilgilerin iletilmesi, tesis veya ekipmanın simülasyonları ve 3D görünümlerini kullanarak personele eğitimler verilmesi artırılmış gerçeklik için örnek olarak verilebilir.

Üreticiler, bir Endüstri 4.0 işleminde oluşturulan çok miktarda veriyi fiziksel olarak depolamak için
gereken çok fazla alana sahip değildir veya genellikle kullanmak istemezler. Bağlı bir fabrikada bulut
depolama ve hesaplamaya mutlak bir gereklilik vardır. Bulut kullanımı aynı zamanda şirket genelinde
yıldırım hızında tek bir doğruluk ve veri paylaşımına izin verir. Son olarak, bulut depolama ayrıca tüm
veri ve makine işletim sistemlerine uzaktan erişim ve izleme olanağı sunarak operasyonlara ve verimliliğe büyük bir görünürlük sağlar. Sonuç olarak, makine verileri ve işlevselliği gittikçe daha fazla buluta
dağıtılacak ve bu da üretim sistemleri için daha fazla veri odaklı hizmet sunacaktır.

Endüstri 4.0 bağlamında, birçok farklı kaynaktan (üretim ekipmanı ve sistemleri ile işletme ve müşteri yönetim sistemleri) verilerin toplanması ve kapsamlı değerlendirilmesi, gerçek zamanlı karar vermeyi desteklemek için standart hale gelecektir. Üretim işleminin her işlevselliği izlendiğinden ve veri ürettiğinden, gözden geçirilecek tonlarca veri bulunmaktadır. Bununla birlikte, büyük veri analiz sistemleri,
verileri hızlı bir şekilde işlemek ve karar vericilere tüm üretim operasyonunda iyileştirmeler yapmak için
ihtiyaç duydukları bilgileri vermede makine öğrenme ve yapay zeka teknolojilerini kullanır.