Dördüncü Sanayi Devrimi(3) Tam otomasyon, 3D yazıcı tekniği, robotik-yapay zeka

Şimdi de sıra Endüstri 4.0'ın önemli bileşenlerinden Tam Otomasyon, 3 D yazıcı Tekniği ve Robotik - Yapay Zekâda... Yakın bir gelecekte işlerimizin bir çoğunu elimizden alacak şeyleri merak ediyorsak işte bu yazıyı okumanın tam sırasıdır..

................................   ...............................................................................................

Tam Otomasyon

Basit bir tanımla, insanlar tarafından yapılan bazı işlerin makineler tarafından yapılmasını ve insan müdahalesine gerek kalmadan işlem sıralarının kontrol edilmesini sağlamak için tasarlanmış imalat sistemlerine  tam otomasyon adı verilir.

Eski Yunanca’daki “Automatus-kendi kendine hareket eden” kelimesinden türetilen Fransızca “Automation’un” başka bir tanımı da daha önceleri insan emeği ile yapılan işlerin, bilgisayarlar, mekanik aletler ve kendi kendine çalışan makinelerle yapılmasıdır.

Tanımdan da anlaşılacağı üzere bir sistemin tam otomasyon sayılabilmesi için;

- Bilgisayarlar,

- Bilgisayarların sensörler ve nesnelerin interneti ile kontrol ettiği mekanik aletler, makineler,

- Tüm bu unsurların kendi kendine çalıştığı bir sistem olması gerekir.

Halk arasında “El değmeden üretim” diye de adlandırılan bu sistemin  geleneksel otomasyondan farkı üretimin tamamen bilgisayarlar ve siber-fiziksel sistemler tarafından kontrol edilmesi ve aşağıda anlatıldığı gibi  “Smart Factory- Akıllı Fabrikalar” şeklinde çalışmasıdır. Tam otomasyonla işleyen tesislerde çok az kullanılan insan emeği yalnızca yüksek düzeyde kontrol mühendisliği olup özellikle basit el emeğine olan ihtiyaç tamamen ortadan kalkmıştır.

Tam otomasyon sisteminin birçok avantajı vardır. Bu avantajları;

- Kalite artışı,

- Üretim maliyetinde düşme,

- Rekabet gücünde artış,

- İş kazalarında büyük azalma veya tamamen ortadan kalkması,

- Zamandan tasarruf,

- Esnek üretim, şeklinde sıralayabiliriz. Bu avantajlar da tabiatiyle işletmeye hız ve kâr olarak geri dönecektir.

Tam otomasyon sisteminin bu üstünlüğüne rağmen dezavantajları da yok değildir. Bunların başlıcaları:

- Sistemin ilk montajının son derece pahalı olması ve bu suretle büyük yatırım harcamaları gerektirmesi,

- Fabrika çalışanlarının sayısında büyük ölçüde düşüşe neden olması ve dolayısıyla işsizlik artışını hızlandırmasıdır.

Sanayi sektörü ile ilgili başlıca otomasyon çeşitleri şunlardır:

- Fabrika otomasyonu,

- Akıllı bina otomasyonu,

- Barkod otomasyon sistemi,

- Depo otomasyon sistemi,

- Aydınlatma otomasyon sistemi,

- Nakliye otomasyon sistemidir.

            Üç boyutlu- 3 D İmalat Tekniği

En basit tanımıyla sanal ortamda tasarlanmış herhangi bir şekildeki üç boyutlu

nesnenin katı formda basılması işlemidir. Bu Baskılarda gıda maddeleri dahil birçok malzeme kullanılmakla birlikte en yaygın kullanımı olan ham madde PLA ve ABS  adı verilen sert plastiklerdir. Bu işlemi yapabilmek için de üç boyutlu bilgisayar datasını katı, elimizle dokunabileceğimiz gerçek nesnelere dönüştürebilen 3D yazıcı makineler kullanılır.

Bu makinelerin çalışma şekli söyledir:

- Modelleme: 3D tekniği ile üretilmesine karar verilen ürünün üç boyutlu tasarım programları (CAD) ya da üç boyutlu  tarama sistemleri ile bilgisayar datası oluşturulur..Üç boyutlu tasarım dosyaları bilgisayar yazılımı ile dilimleme işleminden geçirilerek üç boyutlu olarak basılabilir dosya formatına dönüştürülür.      

- Dosyalama: Oluşturulan model genellikle STL dosya formatına çevrilerek 3 D baskı sürecine geçilir. Yazıcının baskı sırasında yapacağı bütün hareketler ve ne zaman ham maddeyi dökmeye başlayacağı bilgisi gibi datalar bu dosya içindedir. Bazı üç boyutlu yazıcılar bilgisayara bağlanmaya gerek duymadan hafıza kartı üzerindeki tasarım dosyasını okuyarak baskı yapabilmektedir  

- 3D baskı: Bu işlemde obje katmanlar halinde üst üste istiflenerek oluşturulur. Yazıcının ucu oluşturulan programa göre çeşitli yönlerde hareket ederek istenilen ürünü ortaya çıkarır. Güncel teknolojide bu katmanlar plastik ergitme, laset sinterleme, sterolitografi gibi farklı yöntemlerle gerçekleştirilmektedir.

İlk olarak 1980’lı yıllarda gelişmeye başlayan bu teknolojide ilk 3 boyutlu yazıcı 1984 yılında Chuck Hull of 3 D Systems firması tarafından üretilmiştir. 2010 yılından itibaren daha fazla duyulmaya başlayan 3 D Yazıcı teknolojisi günümüzde çok daha yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.

Zamanımızda birçok firma 3 boyutlu yazıcı üretmeye başlamıştır. 2012 yılı itibariyle bu yazıcıların Pazar hacmi 2.2 milyar dolara erişmiştir. 2014’te büyük bir sıçramayla 4,5 milyar dolara ulaşan pazarın 2020’de 17 milyar dolara ulaşması beklenmektedir.

Endüstri 4.0 kavramı içinde çok önemli bir yer işgal eden 3 D imalat sisteminin çok yakında bütün sanayi dallarına yaygınlaşması beklenmektedir. İstikbal vaad eden başlıca kullanım alanları şöyledir:

Endüstriyel kullanım: Yüksek maliyetli ancak yüksek kalitede sonuç veren yazıcılar kullanılmaktadır. Özellikle elektronik sanayinde farklı malzemeler kullanılarak elde edilen kompleks özel parçaların üretimi bunlarla yapılmaktadır. Kişiye özel tercihlerin ön planda olduğu mücevher, ayakkabı, hazır giyim ve aksesuar sanayinde 3 D yazıcılar geniş kullanım imkanları sunmaktadır. Gıda sanayinde de geniş ölçüde kullanılmaya başlamışlardır. Üç boyutlu gıda yazıcıları sıvı ya da toz halindeki herhangi bir gıda ham maddesiyle üretim yapılabilmekle birlikte kullanılan en yaygın ham maddeler çikolata ve şekerlemedir. Nasa 3 D yazıcı tekniğinden faydalanarak uzayda gıda maddesi üretimi yapmayı ve astronotları bu suretle beslemeyi planlamaktadır.

İnşaat Sektörü: Henüz prototip aşamasında bulunmasına rağmen inşaat sektöründe de devasa boyutlarda yazıcılar kullanılarak prefabrik yapı elemanları üretilmesi düşünülmektedir.

Savunma Sanayi: Aynı şekilde Savunma sanayinde de 3 D yazıcı tekniğiyle silah ve parça üretimi gerçekleştirilecektir. Böylece cephe şartlarında gereken silah ve mühimmatın çok daha hızlı bir şekilde temin edilmesi mümkün olacaktır. Belki de geleceğin ordularında sahra hastaneleri gibi cephe hattında kurulmuş mobil 3 D imalat merkezleri de yer alacaktır.

Uzay ve Havacılık Sanayi: Özel 3 D yazıcılarla kompleks uzay aracı parçalarının üretilmesi yanında herhangi bir imalat için çok da yer bulunmayan uzay istasyonlarında parça ya da mamul üretimi mümkün olabilecektir.

Yanın bir gelecekte imalat sektörünü kökten değiştirmesi beklenen 3 boyutlu yazıcıların başlıca avantajları şunlardır:

. Sinai ürünlerin; içinde karmaşık sistemler barındıran fabrikalarda değil sadece tek bir 3 D yazıcı tarafından üretilmesi,

. Uzay ortamı ve cephe hattı gibi zorlu ortamlarda hızlı bir şekilde özel üretim yapılması,

. İşletme, kontrol, bakım, montaj ve stok gibi konularda büyük avantaj sağlaması,

. Kişisel siparişler için çok daha esnek bir üretim politikası imkanı.

Üç D yazıcıların gelişip 4 D yazıcılara evrilmesiyle birlikte 2050’li yıllarda insan dokusu üretilebileceği ve bu suretle işlevini kaybetmiş organların kişiye özel üretilip, insanlara nakledilebileceği beklenmektedir. Hiç şüphesiz bu şekilde kanser gibi tedavisi güç hastalıklar tarihe karışabilecek ve insan ömrü öngörüsü zor bir oranda artmış olacaktır.

 …………………..   ……………………………………………

             Şahin Bey eşiyle birlikte gelip hastaneye yatalı birkaç gün olmuştu. Odasına yerleşir yerleşmez ilaç tedavisi başlamış ve durumunda kısa zamanda hissedilir bir iyileşme olmuştu. Artık nefes darlığı çekmeden yürüyebiliyordu. Sırt ağrıları önemli ölçüde geçmişti. Öksürüğü azalmış ve artık kan tükürmez olmuştu. Eşi iki gün kadar refakatçı kalmış, durmak istemesine rağmen “Hanım, inan ben iyiyim. Kendini fazla yorma. Çünkü daha sonra çok yorulacaksın” diyerek onu eve göndermişti. Bir sabah yatağında gazeteleri okurken doktoru ekibiyle birlikte içeri girdi. Güleç bir yüzle hal hatır sorduktan sonra:

            - Şahin Bey, şimdi sizden kök hücre alacağız. Hiç endişe etmeyin acı verici bir işlem değil. Hatta gazetenizi okumaya devam edebilirsiniz.

            Şahin Bey sessizce doktoru onaylayınca ekipteki doktorlardan dizden aşağısını değişik bir cihazın içine soktu. Cihaz dizkapağına kadar gelmiş ayağı açıkta kalmıştı. Çalıştırınca üzerinde bir dizi ışığın yanıp söndüğü cihaz birkaç dakika sonra kendiliğinden kapandı. Anlaşılan kök hücre operasyonu sona ermişti. Bacağının arkasında iğne izi gibi minik yarayı ilaçlı pamukla silen doktor bir bantla kapatıp pijamasını aşağıya çekti.

            Ardından sırtını açarak cihazı değişik bir konumda sırtına yapıştırdılar. Tekrar çalışmaya başlayınca Şahin Bey sırtında hafif bir sızı hissetti. Tam acaba ardından ağrı mı gelecek diye düşünürken cihazı sırtından alıp pijamasını aşağı çektiler.

            - Hepsi bu kadar, dedi doktoru.

            - Yapay akciğerinizi bacağınızdan aldığımız kök hücreden ve akciğerinizin sağlam kalmış bir köşesinden aldığımız özel hücrelerden üreteceğiz. Şimdi siz daha da iyileşmeye bakın. Mesela yerinizde olsam bahçeye çıkardım. Dışarıda hava çok güzel.

            Doktorlar dışarı çıkınca Şahin Bey “Doğru söylüyor”diye düşündü. Pijamalarını çıkarmadan üzerine bir şey aldı ve gazeteleri koltuğunda dışarı çıktı. Gerçekten de dışarıda nefis bir bahar havası vardı. Artık iyice ısıtmaya başlamış güneş  havuzun üzerinde raks eder gibiydi.

            Şahin Bey odasıyla hastane bahçesi arasında bu şekilde vakit geçirirken yapay akciğerlerinin imalatına çoktan başlanmıştı. İlk önce vücudundan alınan kök hücre ve özel akciğer hücreleri prototipleşmeye tabi tutularak kişiye özel organ tasarımı yapılmış, ardından da artık çok gelişmiş olan 4 D yazıcılarda tasarımı yapılmış organ inşa edilmeye başlanmıştı. Belli bir süre sonra yapay akciğerler ortaya çıkınca yazıcıdan alınarak hücre ve doku kaynaşması için biyoreaktörde beklemeye alınmıştı. Burada mükemmelleştirilerek nakle hazır bir hale getirilecekti. İşte tam bu sırada hastanın nakil ameliyatı için hazırlanmasına sıra gelecekti. E, ne de olsa bu çok zor bir ameliyattı ve hastanın iyi bir durumda ameliyathaneye girmesi gerekiyordu.

Robotik ve Yapay Zekâ

Robot konusunda çok çeşitli tanımlar olmakla birlikte Çekçe bir kelime olan robot, otonom veya önceden programlanmış görevleri yerine getirebilen elektromekanik (mekatronik) bir cihazdır. Zamanla bu kavram daha da genişlemiş, insana benzeyen ( insansı) robotların yapılmasıyla androitler gündeme gelmiştir. Bilim kurgu filmlerinde insanlarla birlikte veya insanlara karşı savaşan, ultra-modern silahlarla donatılmış insansı robotların (androitlerin) dünyasını görürüz.

İleride bu konu daha genişçe anlatılacağı için şimdilik sanayi 4.0 kavramı içinde robotik ve yapay zekânın nasıl bir rol oynayacağını irdeleyeceğiz. Gittikçe yaygınlaşan bir görüşe göre artık bir realite haline gelen Sanayi 4.0 devriminin en büyük oyuncusu olarak, otomasyon enstrümanlarının başında robotlar gelmektedir.

Endüstri ve robotlar deyince karşımıza ilk robotik kavramı çıkar. Robotların bilgisayar kontrollü mekanik sistem otomatik cihazların tasarlandığı, geliştirildiği ve üretildiği bir bilim ve teknoloji dalı olan robotik, sanayi 4.0 dönemi içinde çok önemli bir yer işgal edecektir. Çünkü bu bilim dalının ürünleri olan robotlar yüzünden bir tahmine göre 2020’de 5 milyon kişinin işsiz kalacak veya başka işlere kaymak durumunda olacaktır. Bu aynı zamanda sayısız iş kolunda robotik ve yapay zekâ ürünü robotların yaygın bir şekilde kullanılacağını göstermektedir. Her yıl 10 bin  üretim işçisi başına düşen robot sayısı o ülkenin “Robotlaşma” değerini vermektedir. Dünyada robotlaşmada en ileri noktada olan ülkeler, Güney Kore, Japonya ve Almanya gibi otomativ başta olmak üzere dünyanın belli başlı markalarına sahip olan ülkelerdir. Robotlaşmada ileri olan ülkelerde 10 bin işçiye karşılık kullanılan robot sayısı 300’ün üzerinde iken  bu sayı Türkiye’de 10 civarındadır.

 Aslında endüstriyel robot kullanımı yeni değildir. Androit şeklinde olmasa bile tekli veya çoklu kollar şeklinde sanayi robotları otomativ ve elektronik sanayinde uzun bir süredir kullanılmaktadır. Özellikle Japon ve Alman sanayilerinde robot kullanımı 1980’lerden beri yapılmakta olup ilk gelişmiş  insansı (Androit) robotlardan biri olan Asimo Honda Otomobil Şirketi tarafından gerçekleştirilmiştir. Şimdiye kadar çoğunlukla el emeği, göz nuru gerektiren işler yerine rutin, tekrar dayalı ( vida sıkmak, kaynak yapmak gibi) görevleri yerine getiren sanayi robotlarının siber fiziksel sistemlerin devreye girmesi ve yapay zekâ çalışmalarının aşama kaydetmesiyle birlikte çok daha karmaşık işleri yapabilecekleri düşünülmektedir. Öte yandan ev ve ofislerde kullanılmak üzere asistan ve temizlikçi robotların satışa arzedileceği, kendi kendine giden robot arabaların ve hatta askeri hizmetlerde kullanılacak savaşçı robotların devreye gireceği tahmin edilmektedir. Son derece gelişmiş robot kolların kullanıldığı diğer bir çalışma sahası da sağlık sektörüdür. Da Vinci modeli uzaktan kumanda ile mikro-cerrahi hassas ameliyatlar yapmak artık sıradan bir iş haline gelmiştir.

Bir bilgisayarın veya bilgisayar kontrolündeki bir robotun çeşitli faaliyetleri zeki canlılara benzer bir şekilde yerine getirme yeteneğine yapay zekâ (Artifical İntelligence) adı verilmektedir. Başka bir deyişle makinelerin tahmin edilebilen veya edilemeyen yeni pozisyonlar karşısında karar verip eyleme geçebilmelerini sağlama yeteneğidir. Hukuki tabirle makinelerin temyiz gücü kazanmasıdır.

Yapay zekâ çalışmaları henüz emekleme döneminde olsa bile yakın bir gelecekte bu alanda önemli aşamalar kaydedileceği, Sanayi 4.0 yapısı içinde çalışmakta olan smart factory ve tüm tam otomasyon sistemlerinin insanların hiçbir müdahalesi olmasa bile mükemmel bir şekilde işlev göreceği hesaplanmaktadır.

Ancak yapay zekâ sahibi makinelerin insan zekâsını geçmesi ve kendi kendilerini geliştirme ve çoğaltması anlamına gelen “Tekilliğe “ ulaştıklarında meydana gelecekler ünlü İngiliz Fizikçi Stephan Hawking’in “Yapay zekâ çalışmalarını durdurun” uyarısına hak verecek kadar ürkütücü olabilecektir.

Ancak şu sıralarda dolu dizgin gelmekte olan Sanayi 4.0 konseptinin olmazsa olmazlarından biri olan yapay zekâ çalışmalarında dur-durak olacağını sanmıyoruz.