Endüstriyel otomasyon nedir?
24.11.2021
Sosyal Medya

Endüstriyel otomasyon nedir?

Şirketlerin daha verimli üretim yaparken işletme maliyetlerini düşürme hedefi, teknolojik ilerlemelerin önemli kabiliyetlerle donattığı otomasyona gösterilen talebi tarihin en yüksek seviyesine çıkardı.

Günümüzde her sektörden şirketler cihaz ve ekipmanlarını otomasyona bağlayarak bu trendi yakalıyor, müşteri ihtiyaçlarına daha iyi yanıt veriyor, daha güvenli ve verimli iş süreçleri tahsis ediyor. Üstelik endüstriyel otomasyonun yükselişi daha yeni başlıyor. Araştırmalar, günümüzde 164,2 milyar dolar hacme sahip olan endüstriyel otomasyon pazarının 2027’de 306,2 milyar dolara ulaşacağına işaret ediyor.

Endüstriyel otomasyon nedir?

Endüstriyel otomasyon, insanlar tarafından yapılan işleri gerçekleştirmek üzere bilgisayarlı makineleri, kontrol sistemlerini veya diğer bilgi teknolojilerini iş süreçlerine entegre etmeye verilen isimdir. Endüstriyel otomasyon, çoğunlukla emek yoğun fiziksel süreçleri kolaylaştırmak için hem donanım hem de yazılım kullanır. Üretimi, montajı ve malzeme işlemeyi kolaylaştırmak için akıllı fabrikalar ve depolar gibi üretim ortamlarında yaygın olarak tercih edilir.

Endüstriyel otomasyonun ortaya çıkışı

Otomatik cihazların kökenleri 18. ve hatta 17. yüzyıla kadar dayandırılabilirken, endüstriyel otomasyonun ilk örneğinin 1947 yılında, General Motors (GM) tarafından uygulandığı kabul ediliyor. Otomotiv üreticisi, otomobil montaj hattının üretim hızını ve verimliliğini artırmak için mekanize kontroller sağlayan bir otomasyon departmanı kurarak, bugün 164,2 milyar dolar pazar hacmine sahip olan endüstriyel otomasyon tekniklerini iş süreçlerine uygulayan ilk şirket oldu. İlk endüstriyel bilgisayar sistemi ise GM’in otomasyon inisiyatifinin üzerinden 12 sene geçtikten sonra, 1959’da inşa edildi ve dijital devrimin yolu resmen üretim ile kesişmiş oldu.

Endüstriyel otomasyonun amiyane tabirle “iPhone anı” ise 1968’de ilk kontrol sistemlerinin icadıyla yaşandı. Amerikalı makine mühendisi Dick Morley tarafından geliştirilen ilk programlanabilir mantık denetleyicisini (PLC), 1970’lerin ortasında Honeywell ve Yokogawa şirketleri tarafından geliştirilen ilk dağıtılmış kontrol sistemi (DCS) örnekleri takip etti.

Endüstriyel otomasyonun ana bileşenleri

Kontrol sistemleri, belirli eylemleri gerçekleştirmek için otomasyona bağlanmış cihazları ve ekipmanı yönettikleri, izledikleri ve yönlendirdikleri için endüstriyel otomasyonun temelini oluşturur. Bu sistemler PLC’ler, basınç anahtarları, butonlar, valfler ve aktüatörler gibi giriş-çıkış ekipmanlarından oluşur.

Kontrol sistemleri, otomasyon işlemlerini gerçekleştirmek için gerekli tüm bileşenlere sahipken, birbirleriyle haberleşebilmek için bir ağa bağlı olmaya ihtiyaç duyarlar. Kontrol ağları, uygulamaları, kontrol sistemlerini ve otomatikleştirilmiş cihazları tek bir kanala bağlayan bir köprü görevi görür. Bu tek kanal, otomasyon bileşenlerinin güvenli bir şekilde iletişim kurmalarını ve veri aktarmalarını sağlar. Kontrol ağları, güçlü ve güvenli bir bağlantı ortamı tahsis etmek için denetleyiciler ile makineleri senkronize eden ve atanmış işlemleri sorunsuz gerçekleştirmelerini sağlayan iletişim protokolleri uygular.

Endüstriyel otomasyonun kontrol sistemlerine ve ağlara ek olarak diğer yaygın bileşenleri aşağıdakilerdir:

  • Süpervizör kontrolü ve veri toplama (SCADA): Endüstriyel süreçleri kontrol etmek, izlemek ve operasyonları hızlandırmak için gerçek zamanlı veri işler.
  • Dağıtılmış kontrol sistemi (DCS): Farklı işlevleri kontrol etmek için cihazlara bağlı merkezi bir izleme ağı kullanır.
  • İnsan makine arayüzü (HMI): Makine verilerini insan operatörlerin anlayabileceği hale getirir. İnsanların üretim sürecini iyileştirmek için makinelerle etkileşime girmelerine ve iletişim kurmalarına olanak tanıyan bir yazılımdır.
  • Programlanabilir mantık denetleyicisi (PLC): Cihaz ve sensör verilerini izlemek, toplamak, bilgileri işlemek ve elde ettiği sonuçlara dayalı belirli eylemleri tetiklemek için bir mikroişlemci kullanır.
  • Programlanabilir otomasyon denetleyicisi (PAC): PLC'lere benzer ancak PAC'ler daha büyük otomasyon işlemlerini ve görevlerini desteklemek için birden çok işlemci kullanır.
  • Yapay sinir ağı (ANN): Herhangi bir ağ modelini tanımlamak için insan beyninin verileri nasıl işlediğini simüle eden bir bilgi işlem sistemidir.
  • Robotik: Üretim hızını ve kalitesini artırmak için emek yoğun ve rutin fiziksel görevlerin makinelere devredilmesidir.

Endüstriyel otomasyon sistemlerinin hiyerarşisi

Endüstriyel otomasyonun nasıl çalıştığını kavramak için öncelikle bir operasyona nasıl uygulandığını anlamak önemlidir. Endüstriyel otomasyonun hiyerarşik piramidi, bir işlemi gerçekleştirmek için teknoloji ve makinelerin nasıl birlikte çalıştığına dair basitleştirilmiş bir açıklama sağlar.

Endüstriyel otomasyon hiyerarşisi dört katmana ayrılmıştır:

  1. Saha seviyesi
  2. Kontrol seviyesi
  3. Denetleme seviyesi
  4. Kurumsal seviye

Her cihaz, sistem ve yazılım, birbirleriyle ve uygulandıkları iş modeline nasıl entegre olduklarına göre bu seviyelerden birinde sınıflandırılır.

1. Saha seviyesi

Üretim sürecinin eli ve kolu olarak anılan saha seviyesi, endüstriyel otomasyon hiyerarşisinin en alt düzeyidir. Fiziksel eylemler ve makine izleme pratikleri burada gerçekleşir. Aktüatörler ve sensörler gibi saha cihazları ve ekipmanlarından oluşur:

  • Sensörler: Sıcaklık, basınç, optik, yakınlık, akış ve benzeri ölçüm cihazları.
  • Aktüatörler: Pnömatik, doğru akım (DC) motorları, akış kontrol valfleri ve anahtarlar.

Sensörler, çeşitli süreçlerden ve ekipmanlardan gelen gerçek zamanlı verileri elektrik sinyallerine çevirir, sürekli izleme ve analiz için PLC'ye gönderir. Aktüatörler ise bu elektrik sinyallerini otomatikleştirilmiş fonksiyonlara dönüştürür. Bu veriler, PLC'ler tarafından hangi kontrol çıkışının veya eylemin gerçekleştirileceğine karar vermek için kullanılır.

2. Kontrol seviyesi

Kontrol seviyesi, mekanik işlemlerin yürütüldüğü endüstriyel otomasyon hiyerarşisinin bir sonraki seviyesidir. PLC'ler ve bilgisayarlı sayısal kontrol (CNC) makineleri gibi otomasyon kontrolörlerini içerir:

  • PLC'ler: Analog ve dijital giriş-çıkışlar, merkezi işlem birimleri (CPU'lar) ve iletişim modülleri gibi bileşenlerden oluşur.
  • CNC makineleri: Frezeleme, delme, torna tezgahları, yönlendiriciler, öğütücüler, plazma kesiciler ve benzeri araçları içerir.

PLC'ler ve CNC makineleri çeşitli sensörlerden işlem parametrelerini alır, aktüatörleri sensör sinyallerine ve kontrol tekniğine dayalı olarak belirli bir işlevi programlamaya yönlendirir.

3. Denetim seviyesi

Endüstriyel otomasyon hiyerarşisinin üst katmanlarından biri olan denetim seviyesi, cihazların ve izleme sistemlerinin otomatikleştirilmiş işlevler üzerinde daha fazla kontrol ve yönetim uyguladığı yerdir.

Bu seviye, HMI, DCS ve SCADA sistemi gibi teknolojileri içerir:

  • İnsan makine arabirimi (HMI): Bu arabirim, insan çalışanlara sürecin görsel bir tasvirini sağlar (dokunmatik ekranlar, anahtarlar, tuş takımları ve uygulamaları içerir).
  • Dağıtılmış kontrol sistemi (DCS): Bu kontrol sistemi ilgili sensörleri, aktüatörleri ve operatör terminallerini birbirine bağlamak için yerel alan ağlarını (LAN'lar) kullanarak işlemleri otomatikleştirir.
  • Denetleyici kontrol ve veri toplama (SCADA) sistemi: SCADA sistemleri DCS’ler gibi çalışır ancak birden fazla makineyi ve alanı kontrol etmek için daha geniş bir alanı kapsar. SCADA sistemleri, veri tanılama, izleme ve kontrol süreçlerini çalıştırmak için HMI'ları ve işlem bilgisayarlarını kullanır. Denetleyici bilgisayarları, uzak terminal birimlerini (RTU'lar), PLC'leri ve iletişim ağlarını içerir.

HMI, DCS ve SCADA teknolojileri farklı parametreleri denetler, ürün hedefleri belirler, geçmiş verileri arşivler ve makine başlatma ve durdurma periyotlarını programlar.

4. Kurumsal seviye

Kurumsal bilgi düzeyi tüm sistemin yönetildiği, endüstriyel otomasyon hiyerarşisinin en üst katmanıdır. Diğer seviyelerin aksine, bu kademe daha çok ticari tarafa ve daha az teknik işlemlere odaklanır.

Çoğu işletme tipik olarak kurumsal düzeyde bir kurumsal kaynak planlaması (ERP) sistemi kullanır. ERP'ler, finanstan üretime kadar bir operasyonda gerçekleşen tüm işlemlere genel bir bakış sağlamak için bir dizi çevrimiçi bileşene sahiptir.

Kurumsal seviye, endüstriyel otomasyon sistemini yönetmeye odaklandığından, operasyonları anlamak için veri toplama hayati önem taşır. İletişim kanalları, bilgileri hiyerarşik piramidin aşağı ve yukarısına iletir, böylece işletmeler bu verileri bölümlere ayırabilir ve her bir otomatik süreç hakkında değerli bilgiler toplayabilir.

Veriler, aşağıdakiler gibi çeşitli iletişim ağları aracılığıyla farklı düzeylerde dolaşır:

  • Ethernet: Genellikle fabrika planlama ve yönetim bilgi alışverişi için kullanılır. Ağ geçitleri aracılığıyla diğer endüstriyel ağlara bağlanabilir.
  • Seri iletişim sistemleri: Otomasyon sistemleri ve cihazları arasında veri aktarımı için önerilen standart (RS) protokolleri (RS232, RS422, RS845) uygulayan kontrolörler tarafından kullanılan sistemdir.
  • Endüstriyel şebeke sistemleri (FieldBus): Kontrolü birkaç saha cihazına ve kontrolöre dağıtan ileri bir teknolojidir. ControlNet, HART, DeviceNet, Foundation ve Profibus örnekleri arasında sayılabilir.

Kurumsal seviye, iletişim kanallarını ve toplanan bilgileri kullanarak üretim planlamasına, müşteri ve pazar analizlerine, siparişlere ve satışlara odaklanır.

Endüstriyel otomasyon hangi sektörlerde kullanılıyor?

Endüstriyel otomasyon pazarı yeni ürün ve çözümlerle gelişiyor. Kazandığı yeni işlevler sayesinde çeşitli sektörlerde benimsenen farklı iş modellerine uygulanabilir hale geliyor.

Endüstriyel otomasyon üretim hızlarını ve verimliliği artırırken maliyetleri düşürmeyi amaçladığından, genellikle büyük şirketler ve fabrikalar tarafından tercih ediliyor. Ancak bazı küçük ve orta ölçekli işletmeler de spesifik endüstriyel otomasyon uygulamalarından yararlanabilir.

Günümüzde otomasyon yazılımları ve ekipmanları aşağıdaki endüstrilerin ilgili süreçlerinde yaygın olarak kullanılıyor:

  • Üretim: Ürün geliştirme, envanter yönetimi, fatura ödeme
  • Ulaşım: Araç montajı, filo yönetimi, sürücüsüz otomobiller, otopilot uygulamaları
  • Madencilik: Maden çıkarma ve işleme, arıtma ve atık yönetimi, materyal taşıma
  • Petrol ve gaz: Sondaj, boru hattı izleme, basınç ve akış ölçümü
  • Çelik ve kağıt fabrikaları: Vinç işletimi, fabrika otomasyonu, fabrika kontrol sistemi
  • Sağlık ve tıp: Robotik cerrahi, ilaç ve malzeme taşımacılığı, hastane yönetimi
  • Tarım ve gıda hizmeti: Mahsul gübreleme, dikim ve sulama, robotik sipariş hazırlama

Endüstriyel otomasyonun avantajları

Endüstriyel otomasyon, birçok sektörün ve şirketin iş yapma şekillerini değiştirdi. Günümüzde hemen her büyük şirkette bir tür otomatik ekipmanın, cihazın veya yazılımın bir işi tamamen üstlendiğini görebilmek mümkün. Başlangıç ​​aşamalarındaki şüphelere rağmen, endüstriyel otomasyon teknolojilerinin hem işletmeler hem de tüketiciler için çok faydalı olduğu artık su götürmez bir gerçek. Endüstriyel otomasyonun en yaygın avantajlarını şu şekilde özetleyebiliriz:

  • Daha yüksek yatırım getirisi (ROI): Çoğu otomatik sistem şirketlerin yatırımlarından daha fazla gelir elde etmelerini sağlar.
  • Daha düşük işletme maliyetleri: Daha az işçilik, kaynak kullanımı ve enerji tüketimi
  • Gelişmiş analitik: Daha yüksek veri doğruluğu, depolama ve gerçek zamanlı toplama yetenekleri
  • Daha güçlü performans, güvenlik ve güvenilirlik: İnsan hatalarını azaltır veya tamamen ortadan kaldırır
  • Daha yüksek üretkenlik ve verimlilik: Daha hızlı çıktı ve çalışanların diğer önemli görevlere odaklanması için daha fazla zaman
  • Gelişmiş ürün kalitesi ve tutarlılığı: Kalite kontrolleri ve otonom teşhis
  • Daha yüksek üretim hacimleri: Üretim kapasitesini artırarak rekabet avantajı sağlar
  • Daha az dış kaynak ihtiyacı: Bazı otomatik sistemler birden fazla görevi yerine getirebilir

Büyüme ivmesini gelecekte sürdürmesi öngörülen endüstriyel otomasyon, tüketicilerin hızlı işlemlere alıştığı günümüzde küresel çapta tüm işletmeler için göz ardı edilemez bir yöntem haline geldi. İşletmeler, hangi yazılım ve donanımların altyapılarıyla sorunsuz eşleşeceğini, mevcut trendleri karşılayacağını ve uzun vadeli sonuçlar vereceğini değerlendirerek, rekabette farklılaşabilir ve endüstriyel otomasyonun sunduğu finansal ve operasyonel avantajlardan yararlanabilir. Bu avantajları elde etmek isteyen tüm firmalar, ölçekleri fark etmeksizin bir sistem entegratörüyle çalışmayı düşünmelidir.

Öne Çıkan Yazılar
NFT nedir, nasıl yapılır ve satılır?
NFT nedir, nasıl yapılır ve alınır?
Son dönemde blok zinciri ve kripto paraların yükselişini NFT teknolojisi izledi, özellikle sanat eserlerinin yüksek fiyatlarla...
15.06.2021
Dijital Dönüşüm
Robotik Süreç Otomasyonu (RPA) Nedir? Nasıl Çalışır?
Robotik Süreç Otomasyonu (RPA) Nedir? Nasıl Çalışır?
Robotik süreç otomasyonu (Robotic Process Automation - RPA) nedir? Nasıl çalışır? Bu soruların cevaplarını bulmaya çalışacağımız...
14.03.2019
Dijital Dönüşüm
Nesnelerin İnterneti (IoT) Nedir?
Nesnelerin İnterneti (IoT) Nedir?
Nesnelerin İnterneti, bilgi üretebilen ve internet üzerinden bunu paylaşabilen tüm bilgi işlem cihazlarını, mekanik ve dijital...
7.05.2021
Dijital Dönüşüm
Gelecekte tarım nasıl olacak?
Gelecekte tarım nasıl olacak?
Tarım sektörünün önemi küreselleşen ekonomik sistem, artan rekabet ve değişkenlik gösteren pazar şartlarının etkisiyle giderek...
28.08.2020
Dijital Dönüşüm
Geleceğin akıllı şehir konsepti nasıl bir yaşam vadediyor?
Geleceğin akıllı şehir konsepti nasıl bir yaşam vadediyor?
20. yüzyılın son çeyreğinden itibaren gelişen teknolojilerle yenilikçilik kavramlarını bir araya getiriliyor ve yeni bir...
17.04.2020
Dijital Dönüşüm
Endüstri 4.0 ile Gelen Yeni Üretim Çağı - Akıllı Fabrikalar
Endüstri 4.0 İle Gelen Yeni Üretim Çağı - Akıllı Fabrikalar
Makinelerin kendi aralarında konuştuğu, üretimi insanların değil makinelerin organize ettiği Akıllı Fabrikalar ile üretimin...
13.07.2016
Dijital Dönüşüm