Ana sayfa 146. Sayı Sanayi 4.0

Sanayi 4.0

288
PAYLAŞ

Sedat Ölçer

4. Sanayi Devrimi’nin, dijital teknolojilerin üretim, bilişim ve komünikasyon alanlarına topyekûn sirayet etmesiyle gerçekleşeceği düşünülüyor. Nasıl buhar makinası, üretim bandı ve robotlar daha önceki devrimlerin temel yapıtaşlarını oluşturdular ise, Sanayi 4.0 devrimi altında benzer bir rolün Nesneler İnternet’i tarafından oynanacağı öngörülüyor.

Alman Federal Hükümeti, gelecek 15-20 yıla yönelik araştırma ve inovasyon politikasını, öncelikle ele alınması gereken 10 farklı atılım projesini açıklayarak, 2012 yılında ortaya koydu. (1)

Bu projelerden biri olan Sanayi 4.0, İnternet teknolojilerine dayalı akıllı fabrikalar ve akıllı üretim sistemleri yaratmayı hedeflemektedir. İsmiyle 4. Sanayi Devrimi’ne işaret eden bu geniş çaplı proje, Avrupa ülkeleri liderlerinin olduğu kadar küresel endüstriyel aktörlerin de dikkatini çekmeyi başardı (2), 2016 Davos Dünya Ekonomik Forumu’na damgasını vurdu. (TÜSİAD, 10 Mart 2016 tarihi itibariyle kendi Sanayi 4.0 raporunu açıkladı.)

1. Sanayi Devrimi, 1800’lü yılların başlarında su ve buhar gücünün üretim süreçlerine girmesiyle bir mekanizasyon devrimi olarak ortaya çıktı. Bu olayın akabinde iki farklı sanayi devriminin de yaşanmış olduğu daha az bilinir. Yaklaşık 1870 yılından Birinci Dünya Savaşı’nın patlamasına kadar uzanan süre zarfında, elektrik enerjisi ve üretim bandı teknolojilerinin hayata geçirilmesi ile seri imalat yöntemleri 2. Sanayi Devrimi’ni mümkün kıldı. 3. Sanayi Devrimi ise, 20. yüzyılın son birkaç on yılında yer almış olan, elektronik ve bilişim teknolojilerine dayalı otomatizasyondur.

Peki, 4. Sanayi Devrimi hangi teknolojilere dayanacak ve ne gibi özelliklere sahip olacaktır?

Her ne kadar bir devrim niteliğinde olsa da, Sanayi 4.0, diğer sanayi devrimleri gibi, aslında evrimsel bir sürecin doğal uzantısı olarak gerçekleşecek: bu sürecin adı, dijitalleşmedir. Fortune 500 firmalarının (listesi her yıl güncellenen Amerika Birleşik Devletleri’nde en yüksek ciroya sahip olan 500 kurum) yarısından daha fazlasının 2000 yılından bu yana yok olmuş olmasının esas nedeninin dijitalleşmeden kaynaklandığını düşünürsek, günümüz dünyasının zaten büyük ölçüde dijitale evrilmiş bir dünya olduğunu açıkça görebiliriz. İşte 4. Sanayi Devrimi’nin, dijital teknolojilerin üretim, bilişim ve komünikasyon alanlarına topyekûn sirayet etmesiyle gerçekleşeceği düşünülmektedir. Nasıl buhar makinası, üretim bandı ve robotlar daha önceki devrimlerin temel yapıtaşlarını oluşturdular ise, Sanayi 4.0 devrimi altında benzer bir rolün Nesneler İnternet’i (Internet of Things) tarafından oynanacağı öngörülmektedir. (3)

Nesneler İnterneti ve siber-fiziksel sistemler

Nesneler İnterneti, İnternet’e bağlı olup veri toplayabilme ve veri iletebilme, algılayıcı ve eyleyici yeteneklerine sahip tüm fiziksel “nesnelerin” oluşturduğu ağın adıdır. Söz konusu “nesneler,” İnternet üzerinden adreslenebilen her tür cihazdır, örneğin: cep telefonları, kameralar, bilgisayarlar (tablet, masa üstü, …), kol saatleri, robotlar, araçlar, binalar, ölçüm (sıcaklık, nem vs) cihazları, kalp atışını, kan şekerini veya başka fizyolojik değerleri ölçen tıbbi cihazlar, buzdolapları, müzik setleri, imalat tezgâhları, aşağıda daha ayrıntılı olarak tanımlayacağımız “siber-fiziksel” sistemler, vs. Bazı tahminlere göre 2020 yılında İnternet’e 20 milyar nesne, bazılarına göre ise 50 milyar nesne bağlanmış olacak. En son İnternet Protokolü’nde tanımlanan 128 bitlik adres alanı, bu kadar yüksek sayıda nesnenin adreslenmesini mümkün kılacak. Böylece, Nesneler İnterneti denilen ağ yapısında, fiziksel objelerin bilişim sistemleri ile entegrasyonu sağlanabilecek.

Bu tümleyici niteliği vurgulamak için Sanayi 4.0 terminolojisinde “siber-fiziksel sistemler”den söz edilmektedir. Siber-fiziksel sistemleri, günümüz teknolojisinin önemli bileşenlerinden biri olan “gömülü sistemler”in (embedded systems) bir devamı olarak görebiliriz. Gömülü sistemler, gerçek zamanda hesaplama yeteneğine sahip, mekanik, elektrik, biyolojik vb. daha geniş bir sistem yapısı içerisinde yer alan ve spesifik bir uygulamaya yönelik olarak tasarlanmış hesaplama birimleri, yani işlemcilerdir. Dünyada üretilen işlemcilerin yüzde 98’den fazlasının, regülasyon, kontrol ve gözetim amaçlı çok farklı uygulamalarda kullanılmakta olduğunu hatırlarsak, gömülü sistemlerin günlük hayatımıza zaten ne kadar geniş ölçüde girmiş olduğunu daha kolayca anlayabiliriz. Gömülü sistemler zamanla komünikasyon yeteneklerine artırarak “ağ-bağlantılı gömülü sistemler”e ve bunların da siber-fiziksel sistemlere evrileceği ve nihayetinde Nesneler İnterneti’ne (hatta Hizmetler İnterneti’ne) geçileceği öngörülmektedir. İnsanoğlu, dijital bir dünyada tüm bu yeteneklerin ne gibi senaryolara yol açabileceğinin henüz tam olarak farkına varmış olmasa gerek.

Yeni bir üretim paradigması

Siber-fiziksel sistemlerin yeni nesil üretim süreçlerine girmesiyle birlikte, “akıllı fabrikalar” çağına geçileceği öngörülmektedir. Klasik üretim yöntemlerine kıyasla siber-fiziksel sistemlere dayalı üretimin avantajları, zaman ve kaynak kullanımının yanı sıra kalite ve maliyet açısından da ön plana çıkacak. Akıllı fabrikalar, asgari sayıda işçi çalıştıran, sürdürülebilir ve hizmete yönelik üretim merkezleri olacak. Başka bir deyişle, bu fabrikalar, uyarlanabilirlik, esneklik, öğrenebilme özelliklerine sahip, hata dayanıklılığı ve risk yönetimi metotlarını imalat süreçlerine entegre etmiş ve böylece müşterilerine alışılagelmişin çok ötesinde hizmet verebilen fabrikalar olacak. Örneğin nasıl bulut teknolojilerinde ihtiyaca göre hesaplama/depolama kapasitesi satın alınabiliyor ise, işte bu yeni üretim paradigmasıyla benzer şekilde ihtiyaca göre üretim kapasitesi satın alınabilecek. Bu kavramları biraz daha açalım.

Sanayi 4.0 vizyonunun ortaya koyduğu en önemli kavramlardan biri, merkezsizleştirmedir. Merkez(ler)den arınmış, dağıtık bir üretim ortamında, son derece esnek ve kişiye/müşteriye özelleştirilmiş üretimin mümkün olacağı gibi, üretim sürecine müşteri ve iş partnerlerini de katmak mümkün olacak. İmalat, her bir adımı öncesinden saptanmış bir program olmaktan çıkıp, ürünün makinalar ile iletişim kurduğu, onlara hangi işlemleri yapmaları gerektiğine dair bilgi aktardığı bir süreç olacak. Bu bakış açısıyla, üretilmekte olan her obje aynı zamanda bir enformasyon kaynağı oluşturacak, ve yapım süreci ile ürün, birbirine et ve tırnak gibi bağlı olacak.

Biraz daha somutlaştırmak için, otomobil üretimi örneğini ele alalım. Sanayi 4.0 imalat modeli ile müşteriler, satın almak istedikleri araçların tasarımında aktif bir rol oynayabilecekler. Sadece araba rengi ya da aksesuar seçiminde değil, aracın şeklini, iç ve dış tasarım özelliklerini, hatta araçtan istedikleri teknik performansı da, İnternet üzerinden bağlanarak adeta “alakart” belirleyebilecekler. Böylece, kişiye özelleştirilmiş arabalar imal etmek mümkün olacak. Örneğin Local Motors isimli Amerikan firması, adeta tümünün (yaklaşık yüzde 75’inin) 3 boyutlu yazma teknolojisi ile üretilmiş otomobil imalatına geçmek üzere olduğunu açıkladı. Bu arabaların tasarımı, ‘crowdsourcing’ yaklaşımına dayalı bir çevrimiçi kullanıcı topluluğu tarafından gerçekleştirilecek. Local Motors’un bu yenilikçi teknolojiyle yeni bir araba modelini sıfırdan başlayıp sadece bir yılda ortaya çıkarabilmesi şüphesiz yepyeni imkânlar doğuracaktır.

Tekstil sanayisinden bir diğer örnek verelim (4) Günümüzde tekstil ürünlerinin çok büyük bir kısmı, işgücü ucuz ülkelerde topluca üretilip dünyanın her bir tarafına gönderilmektedir. Buna karşın Sanayi 4.0 imalat teknikleri ile, bilgisayar yazılımı kontrolü altında çalışan dokuma makinaları, spesifik beden ve renkte, tercih edilen kumaş kullanımı ile müşteriye kişileştirilmiş ürünler üretebilecekler. Toptan üretim kavramından uzaklaşılan bu anlayış ile firmalar geniş kitlelere aynı model gömlek satmaktansa her müşterinin istek ve tercihine göre gömlek üretecekler. Yazlık ve kışlık koleksiyon kavramlarından uzaklaşılacağını, koleksiyonların sürekli değişim halinde olacağını düşünebiliriz.

Görüldüğü gibi Sanayi 4.0 sadece akıllı fabrikalar anlamını taşımayacak: aynı zamanda müşterinin ve iş partnerinin daha etkin bir entegrasyonunu, tedarikçiden üreticiye ve üreticiden müşteriye tüm katma değer zincirinin birbirine bağlı hale gelmesini de sağlayacak.

Teknolojik altyapı

Günümüzde robotlar seri üretim hatlarında daha ziyade mekanik kollar olarak yer alırlar. Fakat aynı zamanda robot teknolojisinin hızla değiştiğine, robotların daha akıllı ve özellikle de bilişsel bilimler yardımıyla daha insansı bir hal aldıklarına tanıklık etmekteyiz. Bu trendin gitgide artacağı beklenmelidir.

Veri analitiği teknikleri fabrikalara uygulandığında yeni sorunlar ile karşılaşılacağı şüphesiz. Üretim sürecinde hangi veriler toplanmalı, hangi parametre değişikliklerine önem verilmeli, veriden elde edilen bilgiyi kime aktarmalı, bu bilgi nasıl kullanılmalı, karar verme mekanizması ne olmalı?

Bu örneklerden anlaşılacağı gibi, siber-fiziksel sistemler ve onlarla birlikte yenilikçi üretim süreçleri, geniş bir teknolojik yelpazeden faydalanacak. Birçok uzman bu teknolojilerin dört genel başlık altında toplanabileceği konusunda fikir birliğine varmıştır:

– Dijital dünyadan fiziksel dünyaya dönüşüm sağlayan teknolojiler (örneğin robotik sistemler, eklemeli üretim (additive manufacturing), 3 boyutlu yazma (3D printing), vs);

– İnsan-makina etkileşimi (kullanıcı arayüzleri, artırılmış gerçeklik (augmented reality), vs);

– Mantıksal analiz ve yapay zekâ (büyük veri, veri analitiği, vs);

– Ağ teknolojileri ve komünikasyon (yerel ağlar, 5G haberleşme sistemleri, sibergüvenlik, bulut bilişim, …).

Tüm bu teknolojik alanların, önümüzdeki yıllarda belirginleşip önem kazanacağını, dolayısıyla mühendislik eğitiminde şimdiden öncelik verilmesi gereken alanlar olduğunu söyleyebiliriz. Yüksek karmaşıklık içerecek olan bu yeni üretim sistemlerinin verimli ve basit bir şekilde kullanılabilmeleri için, etkin matematik modeller, dayanıklı algoritmalar, işlem esnasında arıza tespitini kolaylaştıran, kullanışlı arayüzler tasarlamak gerekecektir. Daha fazla matematik ve algoritmik beceriye sahip mühendislere ihtiyaç duyulacağı gibi, güvenlik sorunlarıyla da baş edebilmenin önemi zamanla artacaktır.

Güvenlik

İnternet’e bağlanan nesne sayısının artmasıyla, güvenlik sorunlarının da daha kritik hale geleceği ortadadır, çünkü güvenlik açısından İnternet’e her bağlantı noktası potansiyel bir zafiyet oluşturmaktadır. Onlarca ya da yüzlerce farklı nesnenin yer aldığı bir üretim sürecinde, her nesneye uzaktan erişebilmek ya da ona etki edebilmek bir avantaj teşkil edebileceği gibi aynı zamanda her nesnenin olası bir siber saldırı odağı haline dönüşebileceği de göz önünde bulundurulmalıdır. İmalat süreçlerine zarar vermek hatta bir fabrikanın tümünü çalışmaz hale getirmek, ya da üretim teknikleri hakkında bilgi çalmak geçmişte yaşanmış olaylardır; ancak İnternet’e bağlı cihaz sayısının baş döndürücü değerlere ulaşması, bu tür sorunları da had safhaya çıkaracaktır. Bu yüzden sibergüvenlik ve kriptoloji bilim alanlarının Sanayi 4.0’ın olmazsa olmaz bileşenleri olacağını söyleyebiliriz.

Üretim süreçlerinin etkin ve pürüzsüz biçimde çalışabilmesi için sadece üretim merkezleri dahilinde değil tüm İnternet çapında veri iletimi güvenliğinin sağlanması şarttır. Nesneler İnterneti altyapısının oluşmasıyla üretim değer zincirinin sadece tek bir fabrika ile sınırlı kalmayacağı, birden fazla fabrikayı hatta bir coğrafi bölgenin tümünü kapsayabileceği düşünülürse, tüm bu nesneleri güvenli şekilde birbirine bağlı tutabilecek, onların kararlı bir şekilde çalışabilmesini sağlayabilecek bir ağ teknolojisine ihtiyaç duyulacaktır. Bazı bilim insanları gelecek ile ilgili kaygılarını dile getirirken, İnternet teknolojisinin altyapısının son derece kırılgan olduğunun altını çizmişlerdir. Bir doğal afet ya da birtakım siber saldırılar sonucu İnternet çöker ve çalışmaz hale gelirse, daha düşük hız ve performansla çalışabilen, fakat en azından en elzem komünikasyon fonksiyonlarını yerine getirebilen “yedek” bir İnternete sahip değiliz! Kırılganlığın teknolojik gelişme ile artması geçmişte olduğu gibi gelecekte de şüphesiz en temel ekonomik sorunlardan biri olacak.

Toplumsal etkileri

Sanayi 4.0’ın teknik özelliklerinin yanı sıra toplumsal ve insani boyutlarının da gözden kaçırılmaması gerektiğini dile getirmeden bitirmeyelim.

Günümüzde teknolojik değişimin sürekli ivme kazandığını ve bu trendin gelecekte daha da güçleneceğini düşünürsek, kişilerin yeni teknolojiler hususunda yeterli düzeyde eğitim alabilmeleri ve bilgilerini güncel tutabilmeleri 4. Sanayi Devrimi’nin paydaşı olabilmenin olmazsa olmaz koşulu olacaktır. Bir taraftan hızla değişen teknolojiye ayak uydurmak zorlaşırken, diğer taraftan yaşam boyu eğitim araçlarının iyileştirilip çağımıza uygun hale getirilmesi eğitimcilere düşen önemli görevlerden biri olacaktır.

Günümüzde, daha düşük bir maliyetten dolayı, az gelişmiş veya gelişmekte olan ülkelere kaydırılan imalat ve hizmetler, geleceğin yeni nesil akıllı fabrikaları sayesinde gelişmiş ülkelere geri kazandırılabilir. İnsan müdahalesi gerektirmeyen akıllı makinalar tarafından üretilen bir gömlek, her yerde aynı maliyetle üretilebilir. Yüksek teknoloji sahibi ülkeler iş güçlerini, bu yeni tür makina ve sistemlerin tasarım, üretim ve bakımını gerçekleştirmek amacı ile kullanabilirler. Özellikle de batı ülkelerinde iş gücünün yaşlandığı düşünülürse, fiziksel güç gerektirmeyen yeni üretim teknikleri yaşlıların istihdamı açısından elverişli olabilir.

Ayrıca Sanayi 4.0 kapsamında geliştirilen modern teknolojilerin enerji ve kaynak tüketimini eniyileştirmeye elverişli olup çevreye ilişkin sorunların giderilmesi yönünde önemli bir rol oynamaları beklenebilir.

Tüm bu nedenlerden dolayı, Sanayi 4.0 çatısı altında yer alacak olan teknolojik ilerlemenin az gelişmiş veya gelişmekte olan ekonomilere olumsuz biçimde yansıyabileceğini düşünebiliriz: üretimin gelişmiş ekonomilere doğru kayması ile işsizlik sorunlarının artması, teknoloji transferinin sekteye uğraması, çevre sorunlarının katlanarak çoğalması… Fakat öte yandan, Sanayi 4.0 gelişmekte olan ekonomilerde de bir fırsata dönüştürülebilir. Bunun bir örneğini kırsal kesimlerde tarım sektörünün ihtiyaçlarını yerel üretimlerle karşılamaya yönelik teknolojik girişimlerde bulabiliriz: bu durumda tarım araç gereçlerinin, ithal edilmeleri yerine, 3 boyutlu imalat teknikleri kullanılarak yerel koşul ve gereksinimlere uygun biçimde üretilmeleri oldukça çekici bir perspektif sunmaktadır. Bunlara ek olarak, benzer yaklaşımlar ile, üretim araçlarının devlet ya da büyük sanayi kuruluşlarının tekelinden çıkarılıp yerel işletmelere kaydırılması ile, gelişmekte olan bazı ülkelerdeki demokratizasyon sürecinin olumlu yönde etkileneceği beklenebilir.

Dipnotlar

1) Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0. Final report of the Industrie 4.0 Working Group. Nisan 2013.

2) Industry 4.0: Digitalisation for productivity and growth. Briefing of the European Parliament. Eylül 2015.

3) Industrie 4.0: Smart Manufacturing for the Future, Germany Trade & Invest. Temmuz 2014.

4) http://www.euractiv.com/sections/innovation-industry/why-industry-40-not-just-about-industry-321065