Endüstri 4.0 Devriminin Getirdikleri ile Çevre Uygulamaları

Modern sanayi gelişimi birkaç yüz yıldır sürmüş ve günümüze gelinceye kadar üç büyük sanayi devrimi ortaya çıkmıştır. Şu an ise Endüstri 4.0 olarak adlandırılan dördüncü sanayi devrimine girilmiştir.

Endüstri 4.0, birbirleriyle haberleşen, sensörlerle ortamı algılayabilen ve veri analizi yaparak ihtiyaçları fark edebilen robotlarla üretimi devralıp; daha kaliteli, daha ucuz, daha hızlı ve daha az israf yapan bir üretim yapmayı amaçlamaktadır. Ayrıca, Endüstri 4.0, modüler yapılı akıllı fabrikalarda siber fiziksel sistemler ile fiziksel işlemleri izleyerek nesnelerin birbirleriyle ve insanlarla iletişime geçmesine izin verir ve bunun sonucu olarak merkezi olmayan işbirlikçi kararların verilmesini sağlar. Günümüzdeki rekabet ortamında işletmelerin, işletmeler için basit dijital pazarlama ipuçları, varlıklarını koruyabilmeleri ve sürdürebilmeleri için Endüstri 4.0’ı organizasyonlarına uygulaması kaçınılmaz olmuştur.

Tarih Boyunca Dört Büyük Endüstriyel Devrim Yaşanmıştır

Bunlar;

  1. Su ve buhar gücünün daha verimli kullanılmasını sağlayan mekanik tezgahların bulunması,
  2. Henry Ford’un üretim bandı tasarımı ve elektriğin seri üretimde kullanılmaya başlanması, üretim hattının geliştirilmesi,
  3. 1970’lerde üretimde mekanik ve elektronik teknolojilerin yerini dijital teknolojiye bırakmasına sebep olan programlanabilir makinelerin kullanılmaya başlanmasıyla oldu. Günümüz bu endüstri devrimi içerisindedir.
  4. Endüstri 4.0 ise 4.Endüstriyel devrimi başlatacağı düşünülen endüstriyel bir strateji planıdır.

Endüstri 4.0’ın Yapısı

Endüstri 4.0, teknolojilerin ve değer zinciri organizasyonları kavramlarının kolektif bir bütünüdür. Siber-Fiziksel sistemlerin kavramına, nesnelerin, internetine ve hizmetlerin internetine dayalıdır. Bu yapı akıllı fabrikalar vizyonunun oluşmasına büyük katkı sağlar. Endüstri 4.0 genel olarak aşağıdaki 3 yapıdan oluşmaktadır.

  • Nesnelerin İnterneti
  • Hizmetlerin İnterneti
  • Siber-Fiziksel Sistemler

Endüstri 4.0 ile modüler yapılı akıllı fabrikalar kapsamında, fiziksel işlemleri siber-fiziksel sistemlerle izlemek, fiziksel dünyanın sanal bir kopyasını oluşturmak ve merkezi olmayan kararların verilmesi hedeflenmektedir. Nesnelerin interneti ile siber-fiziksel sistemler birbirleriyle ve insanlarla gerçek zamanlı olarak iletişime geçip işbirliği içinde çalışabilecektir. Hizmetlerin interneti ile hem iç hem de çapraz örgütsel hizmetler sunulacak ve değer zincirinin kullanıcıları tarafından değerlendirilecektir.

Endüstri 4.0 temel olarak Bilişim teknolojileri ile Endüstriyi bir araya getirmeyi hedeflemiştir. Ana bileşenlerinden ilki yeni nesil yazılım ve donanım, yani bugünün klasik donanımlarından farklı olarak düşük maliyetli, az yer kaplayan, az enerji harcayan, az ısı üreten, ancak bir o kadar da yüksek güvenilirlikte çalışan donanımlar ve bu donanımları çalıştıracak işletim ve yazılım sistemlerinin kaynak ve bellek kullanımı açısından tutumlu olması hedefidir. İkinci ve belki de en önemli bileşen ise Cihaz Tabanlı İnternet (IoT) yeryüzündeki tüm cihazların birbirleriyle bilgi ve veri alışverişi için kullanıldığı, her türlü araç gerece entegre edilmiş, sensör ve işleticilerle donanmış, internet bağlantılı akıllı elektronik sistem ve bu sisteme kısaca Siber-Fiziksel Sistemler de diyebiliriz.

Üretim sürecinde fabrikalardaki makinelerde siber-fiziksel sistemlerin kullanılması demek insanların insanlardan neredeyse bağımsız olarak kendi kendilerini koordine ve optimize ederek üretim yapabilecek ‘akıllı fabrikalar’ demektir. Eğer Endüstri 4.0 stratejisi gerçekleşirse üretim süresi, maliyetler ve üretim için ihtiyaç duyulan enerji miktarı azalacak, üretim miktarı ve kalitesi artacaktır.

Endüstri 4.0’ın Prensipleri

Endüstri 4.0, 6 prensibe dayanmaktadır.

  1. Karşılıklı Çalışabilirlik: Siber fiziksel sistemlerin yeteneği ile (örn. iş parçası taşıyıcıları, montaj istasyonları ve ürünleri) nesnelerin interneti ve hizmetlerin interneti üzerinden insanların ve akıllı fabrikaların birbirleriyle iletişim kurmasını içerir.
  2. Sanallaştırma: Bu yapı akıllı fabrikaların sanal bir kopyasıdır. Sistem, sensör verilerinin sanal tesis ve simülasyon modelleri ile bağlanmasıyla oluşur.
  3. Özerk Yönetim: Siber-Fiziksel sistemlerin akıllı fabrikalar içinde kendi kararlarını kendi verme yeteneğidir.
  4. Gerçek-Zamanlı Yeteneği: Verileri toplama ve analiz etme yeteneğidir. Bu yapı anlayışın hızlıca yapılmasını sağlar.
  5. Hizmet Oryantasyonu: Hizmetlerin interneti üzerinden siber-fiziksel sistemler, insanlar ve akıllı fabrika servisleri sunulmaktadır.
  6. Modülerlik: Bireysel modüllerin değişen gereklilikleri için akıllı fabrikalara esnek adaptasyon sistemi sağlar.

Endüstri 4.0’ın Avantajları

  1. Sistemin izlenmesinin ve arıza teşhisinin kolaylaştırılması
  2. Sistemlerin ve bileşenlerinin öz farkındalık kazanması
  3. Sistemin çevre dostu ve kaynak tasarrufu davranışlarıyla sürdürülebilir olması
  4. Daha yüksek verimliliğin sağlanması
  5. Üretimde esnekliğin arttırılması
  6. Maliyetin azaltılması
  7. Yeni hizmet ve iş modellerinin geliştirilmesi

Uygulama Alanları

Akıllı Şehir Uygulamaları

Trafik, park etme, ışıklandırma, belediyelerin atık yönetimi gibi alanlarda uygulanmaktadır. Sabah trafiğe çıktığınızda akıllı telefonunuzun haritalar bölümünde size ön görülen trafik yoğunluğu ile ilgili aktarılan veriler tamamen bu alanda yapılan uygulamaların eseridir.

IoT Uygulamaları Bina ve Ev Otomasyonu

Güvenliği arttırmaktan enerji ve bakım maliyetlerini azaltmaya kadar, akıllı binaların ve akıllı evlerin izlenmesi ve kontrolü. Sektörde hâlihazırda kullanılan akıllı bina ve evlere yönelik IoT ürün ve sistemleri evdeki cihazların internete bağlanması, ağ geçitleri (Gateway), ışık kontrolü, akıllı kilitler (Mekanik kilitler yerine elektronik kontrollü kilitler), akıllı termostatlar, Wi-Fi hava durumu sensörleri, Wi-Fi kontrollü aydınlatma sistemleri, video kapı zili (akıllı telefon ile uzaktan eve kimin geldiği görülüyor), bina/ev giriş kontrol panelleri vb. olarak sayabiliriz.

Akıllı Üretim

Akıllı fabrikalar ve Endüstri 4.0 projelerinin yazılım ve donanım ile bir üst seviyeye taşınması. Sektörde hâlihazırda kullanılan akıllı fabrikalara yönelik IoT ürün ve sistemleri CPU (PLC kontrolü), hidrolik vanalar, pnömatik valfler, taşınabilir monitör, süreç analizi, robotik kontrolü, CPU kartı, uzun mesafe alan vericileri vb. olarak sayabiliriz.

Giyilebilir Ürünler

Günlük aktivitenizi takip ederek ne kadar kalori harcadığınızı takip eden bilekliklerden tutun, ECG’nizi ölçen bantlara kadar birçok farklı ürün bugün hızlıca erişilebilir durumda.  Şu an hâlihazırda kullanılan giyilebilir IoT ürünleri artırılmış gerçeklik ve eğlence, akıllı saatler ve konum ve takip vb. olarak sayabiliriz.

Akıllı Çevre Uygulamaları

Hava kirliliği, yağmur ve yağış durumu, baraj doluluk oranları, orman yangınları, kar, tipi, fırtına gibi birçok doğa olayı ile ilgili öngörülü verilerin toplanması için uygulanır. Akıllı ev uygulamaları, ışık, güvenlik, aydınlatma, eğlence gibi konulardan evlerin sağladığı veya sağlayacağı hizmetlerin hem ev içinde hem de ev dışında uzaktan yönetilmesine imkân sağlar. Örneğin, uzaktan akıllı ev uygulamalarına bağlanılarak ışıklarınızı açabilir ya da kapatabilirsiniz. Endüstri 4.0’ın bizlerden beklediği teknolojiyi her alanda tasarlayacak, geliştirecek, üretecek ve üretilen teknolojiyi kullanabilecek insan gücünün eğitimi kaçınılmaz bir gerçektir. Endüstri 4.0’ın gerçekleri; üst düzey düşünme becerisine sahip bireylerdir, bilmenin yetmeyeceği, düşünmenin zorunlu hale geleceği yöntemlerdir.

Ayrıca Endüstri 4.0 akıllı fabrikaların çok önemli bir kısımı olan atıksu tesislerinide çok daha güvenilir ve istikrarlı olarak çalışmasını sağlayacaktır. Yeni nesil sensörler sayesinde kimyasal arıtmalarda suyun pH seviyesi ya da biyolojik arıtmalarda sudaki oksijen seviyesi, KOİ, azot, fosfor, ağırmetaller sülfür, sülfat siyanür gibi önemli atıksu kirlilik parametreleri rahatlıkla ölçülebilecek, değerlere bakılarak çıkışındaki suyun temizliği gibi çevreye olan etkisini de sabit yani zararsız kalmasını sağlayacaktır. Bu sayede doğa ve ekolojik sistem ile barışık halde bir sanayileşmeye gidilerek, gelecek nesillere güzel bir dünya bırakılması önümüzdeki dönemin en önemli konulardan biridir.

Dünya problemlerini doğru hissedecek ve tanımlayacak, çözüm için yenilikçi fikirler üretecek, çözüm için doğru yöntem ve teknikleri kullanacak bireylerin her alanda yetiştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu durum okul öncesi, ilköğretim, ortaöğretim, yükseköğretim ve yaşam boyu öğretimde olmak üzere çok geniş bir perspektifte birbirleriyle entegre ve etkileşimli olarak düşünülmesi, planlanması, tasarlanması ve uygulanması gereken bir konudur.

Kaynaklar;