Header Reklam
Header Reklam

Geleceğin Fabrikaları

19 Aralık 2023
Geleceğin Fabrikaları

Yazarlar: Mak. Y. Müh. Muammer AKGÜN - Dr. Barbaros BATUR 

ÖZET
Akıllı teknolojilerdeki hızlı ilerleme, endüstriyel üretim süreçlerinde köklü değişikliklere yol açarak, üreticilerin daha esnek ve yüksek sürdürülebilirlikle dış değişikliklere adapte olabilen üretim sistemleri kurmak için tesis yapısı, tesis dijitalleşmesi ve tesis süreçlerinde ilerleme yoluyla verimliliği nasıl artırmaları gerektiğine dair net bir vizyonla "Geleceğin Fabrikaları" için bir yol haritası oluşturmaktadır. Dijital fabrikadaki farklı destek sistemlerinin tam entegrasyonu, tüm Ar-Ge, üretim, pazarlama ve diğer organizasyonel faaliyetler arasındaki iletişimi güçlendirecek ve böylece müşterilerin ürünlerinin üretimini gerçek zamanlı olarak görmelerini kolaylaştıracak ve son dakika değişiklikleri önerebilecektir. Bu bölüm, Endüstri 4.0'ın öngörülebilir bakım, karar performansı, erken farkındalık, kendi kendini optimize etme ve kendi kendini organize etme özelliklerinden hala yoksun olan mevcut üretim tesislerinin senaryosunu sunmaktadır. Geleceğin Fabrikaları (Endüstri 4.0) ürünleri daha akıllı ve daha entegre, esnek ve verimli bir şekilde üretecektir. Entegre sensörler ve BT sistemleri, arızaları tahmin etmek, yeniden tasarlamak ve otomatik onarım süreçlerini tetiklemek için verileri paylaşabilir ve analiz edebilir ve böylece daha düşük maliyetle kaliteli ürünler üretmek için yeni performans seviyeleri ortaya çıkarabilir. Bu bölümde sanal gerçeklik, simülasyon, artırılmış gerçeklik, siber fiziksel sistemler (CPS), yapay zeka (AI), Nesnelerin İnterneti (IoT) ve Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT), bulut bilişim, büyük veri ve eklemeli üretim gibi geleceğin endüstrisinin temel teknolojileri vurgulanmıştır. Bölümde ayrıca, küresel rekabet, hızla değişen müşteri ihtiyaçları ve düşük yerel verimlilik nedeniyle kalite iyileştirme, maliyetleri düşürme ve teslim süresini kısaltma zorluklarını karşılamak için en son üretim teknolojileri de tartışılmıştır. Bölümün sonunda, Geleceğin Fabrikalarının sosyo-ekono-tekno gerekçeleri sunulmuştur.
Anahtar Kelimeler: Sanayi devrimi, tesis dijitalleşmesi, sürüş teknolojileri, Nesnelerin İnterneti (IoT), akıllı fabrika, ileri üretim teknolojileri
ABSTRACT
Rapid progress of smart technologies result in drastic changes in industrial production processes thereby building a roadmap for “The Factories of the Future” with a clear vision of how producers should improve productivity through advancement in plant structure, plant digitization, and plant processes in order to establish production systems that are more flexible and adaptable to external changes with high sustainability. The full integration of different support systems in the digital factory will strengthen communication across all R&D, production, marketing, and other organizational activities and thus facilitate customers to view the production of their products in real time and can suggests last minute modifications. This chapter presents the scenario of current manufacturing facilities which are still lacking in predictable maintenance, decision performance, early awareness, self-optimization and self-organizing features of the Industry 4.0. The Factories of the Future (Industry 4.0) will produce products in a smarter and more integrated, flexible and efficient way. Integrated sensors and IT systems can share and analyze data to predict failures, redesign, and trigger automatic repair processes and thus resulting new levels of performance to produce quality goods at reduced cost. The key technologies of the future industry such as virtual reality, simulation, augmented reality, cyber physical systems (CPS), artificial intelligence (AI), Internet of Things (IoT) and Industrial Internet of Things (IIoT), cloud computing, big data, and additive manufacturing have been highlighted in the chapter. In addition, the chapter also discussed state-of-the-art production technologies to meet quality improvement, reduce costs, and reduced lead time challenges owing to global competition, rapidly changing customer needs and low domestic productivity. At the end of paper, socio-econo-techno justification of the Factories of the future has been presented.
Keywords: Industrial revolution, plant digitization, driving technologies, Internet of Things (IoT), smart factory, advanced manufacturing technologies
1- Giriş
Endüstriyel değişim, gelişmiş üretim stratejilerine geçiştir. Bu değişimler arasında manuel üretimden makineye geçiş, yeni kimyasalların üretimi, geleneksel olmayan üretim süreçlerinin kullanımının artması, takım tezgahlarının geliştirilmesi ve dijital endüstri sisteminin büyümesi yer almaktadır. Endüstriler şu anda seri üretimden özelleştirilmiş üretime geçmeyi hedeflemektedir. Geçmişten tamamen farklı olan üretim stratejilerine giriş adımı sanayi devrimi olarak adlandırılmaktadır (Şekil 1).

Şekil 1- Endüstriyel Devrim [1].
Birinci Sanayi Devrimi
Birinci Sanayi Devrimi 18. yüzyılda başladı ve buhar ve tekstil endüstrilerinin gücüne odaklandı. Bu süre zarfında Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nden devrimciler makine üretimi için alet ve makineler inşa etti. İpler basit çıkrıklarda üretiliyordu ve yeni bir mekanik versiyon sekiz kat daha fazla üretimle sonuçlandı. Buhar gücü zaten biliniyordu. Endüstriyel amaçlar için kullanılması, insan üretkenliğini artırmak için büyük bir başarıydı. Dokuma tezgahlarında insan gücü yerine buhar makineleri kullanılabiliyordu. Buharlı lokomotifler gibi gelişmeler büyük değişiklikler getirdi çünkü insanlar ve mallar uzun mesafeleri sadece birkaç saat içinde kat edebiliyordu [2].
İkinci Sanayi Devrimi
19'uncu yüzyılda başlayan İkinci Sanayi Devrimi, çelik endüstrisi, otomotiv endüstrisi, üretim hattı ve elektriğin gelişimine odaklandı. Henry Ford (1863-1947) otomobil üretiminde entegrasyon kavramını ortaya atmıştır. Montaj hattında, çok sayıda parçayı bitmiş bir ürün haline getirmenin karmaşık işi bir dizi küçük göreve bölündü ve her işçinin montaj hattındaki yerine bir veya iki parçayı monte etmesi gerektiğinden daha yüksek verimlilik elde edildi.
Üçüncü Sanayi Devrimi
"Dijital Dönüşüm" olarak da bilinen Üçüncü Sanayi Devrimi 20. yüzyılda başladı ve programlanabilir mantık kontrolü (PLC) ve bilgisayarlar kullanarak üretim yapmak için elektronik ve bilgi teknolojisini (BT) kullandı. Bu teknoloji, programlanmış robotlar kullanarak insan müdahalesi olmadan tüm üretim sürecini otomatikleştirebilmektedir. 
Dördüncü Sanayi Devrimi
Günümüzde "Endüstri 4.0" olarak da bilinen Dördüncü Sanayi Devrimi, Üçüncü Sanayi Devrimi'nin gelişimine dayanmaktadır. Federal Almanya Hükümeti, Endüstri 4.0'ı, Siber Fiziksel Sistemler (CPS) şeklindeki üretim sistemlerinin ve malların, üretim ve iş prosedürleri için otomatik bilgi alışverişi için küresel bilgi ve iletişim ağından kapsamlı bir şekilde yararlandığı, gelişmekte olan bir yapı olarak tanıtmıştır [3]. Endüstri 4.0'ın dört ana itici gücü Nesnelerin İnterneti (IoT), Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT), bulut tabanlı üretim ve üretim sürecini eksiksiz ve akıllı bir dijitale dönüştürmeye yardımcı olan akıllı üretimdir [1, 4]. Bu kaynaklar bir araya geldiğinde, Endüstri 4.0 fabrika ortamında çarpıcı gelişmeler sağlama potansiyeline sahiptir. Örnekler arasında arızayı tahmin edebilen ve otomatik onarım süreçlerini tetikleyebilen makineler veya üretimdeki beklenmedik değişikliklere yanıt veren kendi kendini programlama yer almaktadır [2].
Geleceğin Fabrikaları
Yeni teknolojilerin gelişimi, endüstriyel üretim süreçlerinde köklü değişikliklere yol açarak "geleceğin fabrikasını" ortaya çıkarmaktadır. Geleceğin endüstrisi, üreticilerin üç aşamada ilerleme kaydederek verimliliği nasıl artırmaları gerektiğine dair bir vizyondur: daha esnek, dış değişikliklere uyarlanabilir ve yüksek sürdürülebilirliğe sahip üretim sistemleri kurmak için tesis yapısı, tesis dijitalleşmesi ve tesis süreçleri [5, 6].
1.1.1-  Fabrika Yapısı
Geleceğin fabrika tesis yapısı, modüler hatlar ve çevresel olarak sürdürülebilir üretim süreçleri ile esnek, çok boyutlu bir yapıya sahiptir. Çok yönlü yapıda sürücüsüz taşıma yöntemleri kullanılmakta ve üretim ekipmanları ile bağlantılı olarak üretim tarafından ayrı ayrı kontrol edilmektedir. Bu tür taşıma sistemleri, sabit bir verici yerine lazer tarayıcı ve radyo frekansı algılama teknolojisi ile yönlendirilmekte ve böylece esnek hat modülleri ile entegrasyon yapısını tamamen esnek hale getirmektedir. Geleceğin fabrikası, enerji verimliliğini yapı malzemeleriyle birleştiren, örneğin sektördeki tüm LED aydınlatmaları mümkün kılarak çok düşük enerji tüketimi sağlayan çevresel olarak sürdürülebilir üretim için tasarlanmıştır.
1.1.2-  Fabrika Dijitalleştirme
Akıllı otomasyon veya Tesis dijitalleştirmesi, ürün geliştirme için aşağıda listelenen çeşitli şekillerde yapılabilir:
•    İşçilere kıyasla karmaşık görevlerde tekrarlama ve yeniden üretim sağlayacak robotların kullanılması. Robotlar ayrıca üretilen her bir iş parçası hakkında bilgi toplayabilir ve eylemlerini otomatik olarak özelliklerine göre ayarlayabilir. Robotlar ayrıca ulaşılması zor alanlardaki görevlerin tamamlanmasında insanlara destek olabilir.
•    Katmanlı üretim veya 3D baskı kullanarak, nesneleri genellikle katmanlar halinde yerleştirerek üç boyutlu nesneler oluşturan bilgisayar kontrollü bir süreç. Eklemeli üretim sayesinde, tasarım değişiklikleri üretim sürecinde en az hasarla veya hiç hasar görmeden hızlı ve verimli bir şekilde yapılabilir.
•    Akıllı aynalar gibi artırılmış gerçeklik ile çalışanların bilgileri görüş alanlarının kaplaması olarak görmeleri sağlanır. Bu bilgiler, örneğin montaj, bakım ve onarım işlerinde özellikle yararlıdır.
•    Süreçleri ve mal akışını iyileştirmek için gerçek zamanlı verileri, 3D üretim sunumlarını kullanarak simülasyonlar uygulamak. 3D akış simülasyonu, değişikliklere dinamik yanıtları basitleştirir ve operatörlerin üretim hattını ayarlamadan önce iş akışını görmelerini sağlar [5].
•    Personelin gerçek dünya ortamında öğrenmesine yardımcı olmak için 3D simülasyonları kullanan eğitim yöntemleri geliştirilmiştir.
1.1.3-  Fabrika İşlemleri
Yeni dijital teknolojilerin kullanımı sayesinde üreticiler, ürün tasarımlarını ve üretim süreçlerini müşteri gereksinimlerine göre sürekli olarak daha da geliştirmektedir.
1.1.4-  Geleceğin Endüstrisi: Tamamen Entegre Bir Endüstri
Şekil 1.2’de geleceğin fabrikasında değer zincirinin farklı destek sistemleriyle tam entegrasyonunu göstermektedir. Sol taraftaki değer zinciri tedarikçiler, bir üretim bileşeni, bir pres atölyesi, bir kaporta atölyesi, bir boya deposu, bir son montaj hattı ve bir müşteriden oluşurken, sağ taraftaki destek sistemleri dijital lojistik, üretim simülasyonu ve çeşitli yardımcı programları içermektedir. Değer zinciri boyunca üretim, akıllı robotlar, modüler hat konfigürasyonları, veri odaklı kalite kontrol vb. gibi BT sistemlerinin tam entegrasyonu ile kolaylaştırılacaktır. Bu entegrasyon tüm Ar-Ge, üretim, pazarlama ve diğer organizasyonel faaliyetler arasındaki iletişimi güçlendirecektir. Müşteriler ürünlerinin (bu durumda otomobiller) üretimini gerçek zamanlı olarak görebilecek ve son dakikada değişiklik talep edebilecektir.

Şekil 1.2- Geleceğin fabrikası: Tam entegre tesis [5]
1.2 Mevcut Üretim Ortamı




Tek istasyonlu otomatik hücreler, Otomatik montaj sistemi, Esnek üretim sistemi (FMS), Bilgisayarla entegre üretim sistemi (CIMS) ve Yeniden yapılandırılabilir üretim sistemi (RMS) gibi çeşitli mevcut üretim ortamları (Tablo 1.1), Endüstri 4.0'ın öngörülebilir bakım, karar performansı, erken farkındalık, kendi kendini optimizasyon ve kendi kendini organize etme özelliklerinden hala yoksundur [7, 8].
Şekil 1.4’te, bugünün fabrikası ile geleceğin fabrikası arasındaki temel farkları göstermektedir. Günümüz endüstrisi, insanların üretim sürecine entegrasyonu, sürdürülebilir kalkınma ile ilgilenmekte ve israfı ortadan kaldırarak karmaşıklığı ve maliyeti azaltan yumuşak bir yönetim yaklaşımı ile katma değerli faaliyetlere odaklanmaktadır. Tüm çalışanları sürekli gözden geçirmeye ve verimliliği artırmaya yönelik stratejiler sunar.


Ancak geleceğin fabrikası (Endüstri 4.0) ürünleri daha akıllı ve entegre, esnek ve verimli bir şekilde üretecektir. Entegre sensörler ve BT sistemleri, arızaları tahmin etmek, yeniden tasarlamak ve değişime uyum sağlamak için verileri paylaşabilir ve analiz edebilir. Karar alma süreçlerinde bireysel ayrıştırma gerçekleşir ve makine düzeyinde gerçek zamanlı bağımsız kararların yanı sıra zamanında verilere dayalı üretim süreçlerine ilişkin esnek kararlar alınmasını sağlar. Üreticiler yeni performans seviyelerine ulaşabilir. Örneğin, önlemeden öngörülebilir düzeltmeye geçebilirler, bu da düzeltici eylemlerin yalnızca gerekli olduğunda gerçekleştirilmesi anlamına gelir. Ürünlerin ve üretim süreçlerinin daha iyi izlenmesi aynı zamanda tedarikçilerle ilişkileri artırabilir, kaliteli ürünler üretebilir ve maliyetleri azaltabilir [12, 13]. Endüstri 4.0, netliği artırarak, tahminleri iyileştirerek ve son olarak otomatik eşleşen sistemleri mümkün kılarak daha hızlı, daha esnek ve daha verimli süreçleri teşvik eder.
1.1 Sürüş Teknolojileri ve Pazar Hazırlığı
İletişim, otomasyon ve optimizasyon, Endüstri 4.0 dijital dönüşümünün itici teknolojileridir. Geleceğin endüstrisinin kilit teknolojileri aşağıda ele alınmaktadır:
(a)    Sanal Gerçeklik (VR): İnsanların VR gözlükleri kullanarak bir şeyler yapabildiği ve bu ortama katılabildiği bir sanal gerçeklik alanı. VR, 3D modellerin daha hassas bir şekilde görüntülenmesini ve sürükleyici bir şekilde oluşturulmasını sağlamak için tasarım sürecinde kullanılmıştır. VR ayrıca üretken eğitim programlarında, problem çözme ve iyileştirme programlarında da kullanılmıştır [7, 15, 16].
(b)    Simülasyon: Simülasyon modeli, bir montaj hattının çalıştırılması, üretim planlama ve çizelgeleme gibi mevcut veya önerilen bir sistemin performansını gösterir. Simülasyon aynı zamanda üretim öncesi takım tezgahı ayarlarını fiziksel inceleme olmaksızın görünür bir alanda hazırlamak için kullanılabilir ve böylece üretim sisteminin test edilmesi sırasında zaman ve para tasarrufu sağlar.
(c)    Artırılmış Gerçeklik (AR): Artırılmış Gerçeklik (AR) teknolojisi, multimedya, 3D Modelleme, Gerçek Zamanlı İzleme, Akıllı Etkileşim, Sensör ve daha fazlasını kullanarak sanal gerçekliği gerçek dünya ile bütünleştirir. AR, taklit edildikten sonra gerçek dünyada metin, görüntü, 3B modeller, müzik, video vb. gibi bilgisayar tarafından oluşturulan görsel bilgileri kullanır [17]. Simüle edilmiş bilgisayar simülasyonlarının gerçek dünya bağlamlarına bu şekilde entegre edilmesi, bir ürünün mevcut bir ortamda tanımlanmasına yardımcı olur. Geliştirilen alanda çeşitli koşulları göstererek yeni personelin eğitimi ve ürün testinin etkili olduğu ve zaman kazandırdığı görülmüştür.
(d)    Siber Fiziksel Sistemler (CPS): Siber Fiziksel Sistem (CPS) veya akıllı sistem, bir makinenin bilgisayar tabanlı algoritmalarla kontrol edildiği veya izlendiği bir bilgisayar sistemidir. CPS'de sensörler, aktüatörler vb. (fiziksel) hesaplama, depolama, iletişim ve kontrol sistemleri (siber) ile yakından entegre edilmiştir [1, 18]. CPS sensörleri mekanik arızaları tespit edebilir ve hata düzeltme eylemlerini otomatik olarak yapılandırabilir. CPS ayrıca her bir iş istasyonunun, o istasyon için operasyonel döngü süresi yardımıyla verimli bir şekilde kullanılması için de kullanılmaktadır [19]. Başlıca CPS özelliklerinden bazıları aşağıda listelenmiştir:Akıllı Şebeke: Siber Fiziksel Sistemler, elektrik üretim bileşenlerinin üretiminde, iletiminde, dağıtımında ve işletilmesinde kullanılır ve böylece elektrik şebekesi ile kullanıcılar arasında ikili ve kontrol iletişimi sağlar [20].
(1)    Akıllı Şebeke: Siber Fiziksel Sistemler, elektrik üretim bileşenlerinin üretimi, iletimi, dağıtımı ve işletilmesinde kullanılmakta, böylece elektrik şebekesi ile kullanıcılar arasında ikili ve kontrol iletişimi sağlamaktadır [20].
(2)    Akıllı Ulaşım Sistemleri: CPS, trafik yönetim performansını iyileştirmek için ulaşım sisteminde kullanılır.
(3)    Kamu Altyapısı İzleme: Binaların, barajların ve köprülerin vb. doğru ve sürekli izlenmesi için farklı CPS sensörleri kullanılır.
(4)    Havacılık Uygulamaları: Siber-Fiziksel Sistemler, uçak denetim ekipmanı, Pilot ile iletişim, Yapısal Sağlık İzleme, Uçuş içi test ve uçak bakımı vb. için kullanılır.
(e)    Yapay Zeka (AI): Yapay zeka (AI), bir bilgisayarın veya bilgisayar kontrollü bir robotun, insan yaratıcılığı ve muhakemesi gerektirdiği için normalde insanlar tarafından gerçekleştirilen görevleri yerine getirme yeteneğidir. Yapay zeka sistemi, üretim programlarının değiştirilmesi, herhangi bir makine biriminin askıya alınması veya çalıştırılması, otomatik makine araçları ve kontrolsüz koşulların otomatik olarak uyarılması gibi fiziksel değişiklikleri kendi kendine belirleyebilir, optimize edebilir ve otomatik olarak yanıt verebilir [7, 21, 22].
Yapay Zeka Örnekleri:
- Üretim robotları
- Sürücüsüz araçlar
- Akıllı yardımcılar
- Etkili sağlık hizmetleri yönetimi
- Otomatik yatırım
- Görünür seyahat rezervasyon acentesi
- Sosyal medya izleme vb.
(f)    Bulut Bilişim: Bulut bilişim, verilerin ve programların bilgisayarınızın sabit sürücüsü yerine çevrimiçi olarak depolanması ve bunlara erişilmesi anlamına gelir. Bulut bilişim, daha hızlı inovasyon, esnek kaynaklar ve ölçek ekonomisi sağlamak için sunucular, depolama, web siteleri, ağ, yazılım, istatistikler ve çevrimiçi istihbarat ("bulut") gibi çeşitli bilgisayar hizmetlerini bir araya getirir. Geleceğin endüstrisinde, farklı tesis makineleri ve cihazları, dijital üretim tesislerinde birbirleriyle bilgi paylaşmak için aynı buluta bağlanmaktadır [1, 23].
(g)    Büyük Veri: Büyük veri, makine öğrenimi projelerinde, öngörülebilir modelleme ve diğer ileri matematiksel uygulamalarda bilgi ve kullanım için kuruluşlar tarafından toplanan resmi ve gayri resmi verilerin bir kombinasyonudur.
Büyük veri genellikle üç V ile birlikte görülür [24]:
•    Birçok alanda büyük hacimli veri;
•    Genellikle büyük veri sistemlerinde depolanan çok çeşitli veri türleri; ve
•    Verilerin toplandığı ve işlendiği hız
(h)    Nesnelerin İnterneti (IoT) ve Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT): IoT, telefonunuzla bir kahve makinesini çalıştırmak, hava sıcaklığınızı ayarlamak, araba takip uygulamaları gibi yaygın ev uygulamaları için kullanılır. Ev eşyaları veya günlük eşyalar internete bağlıdır ve bu nedenle uzaktan kontrol edilebilir.
IIoT, görünür olan her şeyi internet aracılığıyla birbirine bağlayan imalat ve tarım endüstrisine odaklanan IoT dalını ifade eder. Her bir bileşen arasındaki bu işbirliği, üretim tesislerinin sorunsuz ve düşük maliyetle çalışmasını sağlar. IIoT sistemi ile veri ve bilgi akışı daha hızlı ve verimli olur; personel güvenli ve yüksek hızda çalışabilir. IIoT ayrıca üretim planlamasına, öngörülebilir düzeltme ve hata tespitine, gelişmiş insan makine etkileşimine ve kaynakların verimli kullanımına yardımcı olur.
(i)     Katmanlı (Eklemeli) Üretim (AM): Katmanlı imalat belirli bir 3D baskı sürecidir. Bu süreç, 3D dijital tasarım verilerine göre malzemeleri yerleştirerek katmanlar halinde katmanlar oluşturur. Seçici lazer eritme (SLM), kaynaşmış biriktirme yöntemi (FDM) ve seçici lazer sinterleme (SLS) gibi eklemeli üretim teknolojileri daha hızlı ve daha ekonomik üretim sağlar [25]. AM ayrıca düşük maliyet ve müşteri memnuniyeti için prototipleme testlerinde ve parça/yapı tasarımında da kullanılmaktadır.
1.2 Bağlantılı Fabrika, Akıllı Fabrika ve Akıllı Üretim
Bağlantılı sanayi veya entelektüel endüstri, insanlar, makineler ve sensörler arasında sorunsuz bilgi paylaşımına izin vermek için dijital teknolojiyi kullanan bir üretim tesisidir. 
Endüstride veya fabrikada iletişime izin vermenin iki ana ilkesi vardır. Bunlardan ilki, doğru seviyede sürekli üretim, kendini geliştirme ve kaliteye ulaşmaktır. Bu da daha yüksek kârlara yol açar. Bağlantılı fabrikanın ikinci hedefi ise personeli güçlendirmektir. Yeni dijital çözümlerin sunduğu kontrol, görünürlük ve esneklik kombinasyonu, üretim çalışanlarının daha fazla ve etkili iyileştirmeler yapmasını mümkün kılmaktadır. Şekil 1.5'te sanal gerçeklik, simülasyon, eklemeli üretim, IoT, CPS, AI, bulut bilişim gibi çeşitli dijital teknolojileri içeren akıllı veya entegre üretim gösterilmektedir. Akıllı veya "bağlantılı" bir fabrika, fabrikanın neredeyse her yönünün görünür ve analiz için kullanılabilir olduğu bir fabrikadır. Verilerin ve güncellemelerin, dijital süreçlerin ve araçların kullanılması, yönetimden atölye çalışanlarına kadar tüm organizasyonun yeni bir verimlilik ve kârlılık seviyesine ulaşmasını sağlar.
Bağlantılı sanayi, tam entegre ve esnek bir sistemde bir kuruluş içinde akıllı üretimin değişen ihtiyaçlarına uyum sağlamak için tutarlı veri dağıtımını kullanır. Otomatik iş akışı, gerçek zamanlı izleme ve programlamanın yanı sıra enerji verimliliği, maliyetlerin ve israfın azalmasına neden olur [26].


Şekil 1.5- Bağlantılı sanayi veya akıllı fabrika [7].
1.2.1 Bağlantılı Fabrikanın Potansiyel Faydaları
a) Yüksek Üretkenlik - Bağlantılı endüstriler işleri daha hızlı gerçekleştirebilir ve daha verimli çalışarak üretkenliğin artmasını ve işgücü maliyetlerinin düşmesini sağlar.
b) Gelişmiş Esneklik - Akıllı endüstriler farklı üretim ortamları için tasarlanmıştır ve esneklik gerektirir. Bu, tam bir çalışma esnekliği sağlar.
c) Daha İyi Güvenlik - Ayıklama, toplama, paketleme, taşıma ve teslimat gibi görevlerin otomasyonu, insanların daha güvenli işlere odaklanmasını sağlar. 
d) Daha İyi Kalite - Bağlantılı endüstri, kalite sorunlarını hızlı bir şekilde tespit edebilir ve nedenini belirleyebilir.
e) Daha Düşük Maliyet - Varlık yönetimi, daha iyi kararlar ve gelişmiş hizmet sunumu dahil olmak üzere daha uygun maliyetli süreçler.
f) Fabrika ortamı ile ofisler arasında esnek ve etkili iletişim [26, 27].
1.3 Dijital ve Sanal Fabrika
1.3.1 Dijital Fabrika

Dijital sanayi, sanal bir fabrikanın özelliklerini kopyalayan dijital modeller ağından oluşur. Dijital Fabrika, tümü entegre veri yönetim sistemleri tarafından yönetilen simülasyon ve 3D görselleştirme gibi yöntem ve araçların bir listesini içerir. Dijital endüstrinin ana hedefi tam planlama, sürekli test ve gerçek üretken bir fabrikanın geliştirilmesidir [28]. 
Dijital sanayi aşağıdakilere odaklanır:
a.    Geliştirilmiş planlama kalitesi ve ekonomik verimlilik
b.    Pazara giriş süresinin kısaltılması 
c.    Açık iletişim
d.    Benzer planlama standartları
e.    Yetkin bilgilerin yönetilmesi
Dijital sanayinin ticari faydaları nelerdir?
Dijital sanayi tarafından üretilen eksiksiz ve gerçek zamanlı veriler verimliliği, üretkenliği, güvenliği ve uyumluluğu teşvik eder. Ayrıca üretim işinin akış kontrolünü ve olgunlaşmamış ürünlerden sürekli çalışmaya ve bitmiş ürünlere kadar her şeyin hareketliliğini geliştirir. Ayrıca, operasyonel verilere gerçek zamanlı erişim sağlar, böylece yöneticiler yol engellerini ve verimsizlikleri hızla aşabilir [29].
1.5.2 Sanal Fabrika
Sanal fabrika, çeşitli yazılımları, araçları ve herhangi bir gerçek zamanlı üretim sistemi sorununa yönelik çözümleri içeren entegre bir modele dayanmaktadır. Bu model, gerçek endüstriyi çeşitli alt sistemlerin bir kombinasyonu olarak görür ve bunları entegre eder. Uygulamada, gerçek hayattaki durumun kopyalanmasına yardımcı olan ve tasarım ve uygulamaya yardımcı olan görsel bir simülasyon çalışması oluşturur. Sanal fabrika avantajları şunları içerir [30]:
•    Profesyonelleri bir araya getirerek imalat sektöründeki hızlı gelişimi destekleyecek becerilerin geliştirilmesine yardımcı olur.
•    Çözümlerin hızlı ve ucuz bir şekilde sunulmasına yardımcı olur.
•    Test veya pilot çalışma ihtiyacını ortadan kaldırır ve yazılım aracılığıyla sanal simülasyon ile değiştirir.
•    Optimum karar vermede yardımcı olur.
1.6 Gelişmiş Üretim Teknolojileri
Üretim organizasyonları, küresel rekabetin, hızla değişen müşteri ihtiyaçlarının ve düşük yerel verimliliğin ortaya çıkardığı kalite iyileştirme, maliyetleri düşürme ve teslim süresinde azalma sorunlarını karşılamak için en son üretim teknolojisini kullanır [31].
Gelişmiş üretim teknolojileri şunları içerir:
•    Bilgisayar Teknolojisi (ör. CAD, CAE, CAM) – CAD, bilgisayar destekli tasarım, 2B ve 3B modeller tasarlamak için bilgisayar kullanımı. CAD, nihai ürünün ve bileşenlerinin dijital görünürlüğü ile nihai ürünün bir ön izlemesini sağlar ve böylece daha fazla doğruluk ve küçük hatalarla tasarımın kalitesini artırır. Bilgisayar destekli mühendislik (CAE), ürün tasarımlarını iyileştirmek veya birçok endüstrideki mühendislik problemlerini çözmeye yardımcı olmak amacıyla performansı simüle etmek için bilgisayar yazılımının kullanılmasıdır. Bu, ürünlerin, süreçlerin ve üretim araçlarının taklit edilmesini, onaylanmasını ve verimliliğini içerir. Bilgisayar destekli bir üretim olan CAM, üretim sürecinde yer alan ekipmanı kontrol etmek için GUI'ler (Grafik Kullanıcı Arayüzleri) gibi yazılımlar kullanarak kod üretmenin akıllı bir yolunu sunar.
•    Yüksek Performanslı Bilgi İşlem (HPC) – HPC, tüm üretim ve taşıma sistemlerinde bilgi iletişim teknolojisini kullanır. Bu program, sürekli güncellenen ve düzeltilen planlar doğrultusunda üretim tesislerini etkin izleme ile iyileştirmeye yönelik programların oluşturulmasına ve uygulanmasına odaklanmaktadır.
•    Hızlı prototip oluşturma (katmanlı üretim) – 3D Baskı veya Hızlı prototip oluşturma, bilgisayar destekli tasarım (CAD) kullanılarak görsel bir bileşenin, modelin veya kombinasyonun hızlı bir şekilde oluşturulmasıdır. Hızlı Prototipleme, tasarımcıların bir geliştirmeyi veya ürünü anlamaları ve onaylamaları için yönetim kurulu üyelerine, müşterilere veya yatırımcılara yeni fikirler sunmalarına yardımcı olur. Bu teşhirler aynı zamanda tasarımcıların müşterilerden konsept yerine gerçek gövde ürününe dayalı olarak doğru geri bildirim almalarına da olanak tanır.
•    Yüksek hassasiyetli teknoloji - NC (Sayısal Kontrolör), CNC Tezgahı (Bilgisayarlı Sayısal Kontrolör) gibi yüksek hassasiyetli teknoloji, üretim kapasitesini artırır ve ayarlanan anahtarlama süresini azaltır.
•    Ağ ve BT entegrasyonu – Üretimin tüm yönlerine internet erişimiyle, herhangi bir olası sorun hakkında anında bildirim yapılır, bu da blok zinciri ayarlamasına olanak tanır ve zamandan ve paradan tasarruf sağlar.
•    Gelişmiş robotlar ve diğer akıllı üretim sistemleri – Hassas hareket, ağır nesneleri kaldırma ve özelliklerin üretim sistemlerine tutarlı bir şekilde entegrasyonunu içeren süreçleri otomatikleştirmek için tasarlanmıştır. Ayrıca robotlar, otomotiv endüstrisi ve havacılık gibi tehlikeli faaliyetlerde yer alan riskleri en aza indirir.
•    Otomatik teknoloji – Tesislerin ve sistemlerin otomatik olarak çalışmasını sağlayan tüm süreçleri ve ekipmanı entegre eder. Bunlar, Etkileşimli Robotlar, Yapay Zeka (AI), Nesnelerin İnterneti (IoT) vb. İş prosedürlerini otomatik olarak doğru ve ihmal edilebilir bir hata oranıyla gerçekleştirir.
•    İzleme sistemleri ve Kontrol sistemleri – Endüstriyel proses verilerini görüntülemek ve kaydetmek için kullanılan sensör gibi izleme sistemleri. Ancak kontrol sistemleri, aktüatörler aracılığıyla sistemin durumunu sürekli olarak korur veya değiştirir. Bu kontrol sistemleri, kalitenin, verimin ve enerji verimliliğinin korunmasına yardımcı olur ve operasyonların güvenli ve kârlı bir şekilde yürütülmesini sağlar.
•    Yeni endüstriyel saha teknolojileri (ör. kompozit malzemeler) – Gelişmiş malzemeler, metal, plastik, cam ve seramik gibi belirli uygulamaların daha hassas entegrasyonunu sağlar. İş başarısını güçlendirmek için kimyasal ve fiziksel özelliklerinde hassasiyet gerektiren malzemeler kullanılır.
1.6.1 Gelişmiş Üretim Teknolojilerinin Avantajla
En son üretim teknolojisini kullanmanın faydaları aşağıda belirtilmiştir:
1-    İyileştirilmiş Kalite Standartları: İleri üretim teknolojisinin potansiyel faydası, kalite iyileştirmesidir. Üretim sürecinde robotlara ve otomasyona geçiş, neredeyse sıfır insan hatasına yol açar. Kazaların, hataların ve bunun sonucunda ortaya çıkan maliyet verimsizliklerinin sayısı da azalır.
2-    Geliştirilmiş Üretim: Gelişmiş üretim teknolojisi, verimliliği birçok yönden artırır. Üreticilerin pazar talebine bağlı olarak artmasını veya azalmasını sağlar. Küçük partiler halinde özel ürünler oluşturmaktan büyük ölçekli üretime kadar üretkenlik artırılır ve ayrıca özelleştirilebilir.
3-    Yeniliği Teşvik Eder: Üretkenliği ölçebilmek, üreticilere yeni ürünleri daha ucuza yaratma olanağı verir. Normal üretim sürelerinden ödün vermeden küçük, kişiselleştirilmiş bir ürün oluşturulabilir.
4-    Azaltılmış Üretim Süresi: Dijital üretim, üretim sürecini taklit eden dijital endüstriler yaratmak için sanallaştırmayı kullanır. Bu simülasyon, mühendislerin sorunsuz bir fabrika yapısı, üretim sırası ve model çıktısı tasarlamasına yardımcı olur. Potansiyel engeller, üretim başlamadan önce çözülebilir.
1.7 Üretim Performansında Geleceğin Fabrikalarının (FoF) Rolü
Üretim sürecini iyileştirme, kaliteyi, verimliliği ve temeli artırmanın en etkili yollarından biridir. Nihai ürüne katkıda bulunan süreçler geliştirmek, ölçeklenebilir ve sürdürülebilir değişiklikler sağlamanın etkili bir yoludur. Uygun yükseltmeler hataları azaltabilir, üretim süresini kısaltabilir ve müşteri memnuniyetini artırabilir. Geleceğin Fabrikaları'nın üretim performansını iyileştirmedeki rolü aşağıda vurgulanmıştır:
•    FoF, organizasyonun üretkenliğini ve verimliliğini, daha iyi esnekliği ve karı teşvik eder. FoF ayrıca müşterinin öz farkındalığını da geliştirir.
•    FoF teknolojisi, kaynakların uygun maliyetli ve verimli bir şekilde dağıtılmasının yanı sıra daha hızlı ve daha hızlı üretime olanak tanır.
•    Akıllı teknoloji, otomasyonu, makineler arası iletişimi ve karar vermeyi geliştirir.
•    FoF, daha iyi üretkenlik için hızlı toplu geçiş, otomatik izleme, izleme ve raporlama sağlar.
•    FoF, üretim hatları, iş süreçleri ve departmanların konum, saat dilimi, alan veya başka herhangi bir şeyden bağımsız olarak iletişim kurmasını sağlayan bilgi paylaşımı ve işbirliğinde önemli bir rol oynar.
•    FoF, gelişmiş müşteri hizmetleri ve bilgilerine yol açan sorunları hızlı bir şekilde çözmek için otomatik izleme ve izleme yeteneklerini kullanır. 
1.8 Geleceğin Fabrikalarının Sosyo-Ekono-Tekno Gerekçesi
Endüstri 4.0 veya Geleceğin Fabrikaları (FoF), endüstri devriminden bu yana bildiğimiz şekliyle endüstriyi değiştiriyor. Tamamen sizin için özelleştirilmiş, kişiselleştirilmiş ürün ve hizmetleriniz olduğunu hayal edin. FoF ile bu gerçek oluyor çünkü yeni icatlara yön veriyor ve tüm toplumumuzu etkileyecek ölçüde yeni teknolojiler sunuyor [32]. Aşağıdaki noktalar, FoF'nin toplum-ekonomi-teknolojiyi nasıl etkileyeceğini göstermektedir:

1- Yeni üretim süreçleri, ürünleri yeni seviyede istediğiniz gibi yapmayı mümkün kılacaktır. Arabalardan kişisel ilaçlara kadar her şeyi kapsayan ürünleri detaylı bir şekilde ihtiyaçlarınıza göre özelleştirebileceksiniz.
2- Endüstri 4.0, özellikle makine öğrenimi ve pratik becerilerle birleştiğinde, çalışanların çalışma koşullarını büyük ölçüde değiştirecek. Biz daha fazla yeni iş bulurken birçok iş ortadan kalkacak ve yinelenen işlerin çoğu manuelden otomasyona geçecek.
3- Endüstriyel kuruluşların bilgi ve iletişim teknolojisine (ITC) olan talebindeki yüksek artış, Endüstri 4.0'ın geleceğini inşa edebilir ve firmanın çeşitli sektörleri üzerinde olumlu etkileri olabilir [33].
4- Yeni çözümler enerji tüketimini azaltabilir ve böylece kuruluşların mevcut ve yeni iş modelleriyle işlerini güçlendirmelerine yardımcı olabilir.
5- FoF, dünyayı daha dijital, daha bağlantılı, daha esnek ve daha duyarlı hale getirir. Tanınmış halkla ilişkiler tanınmayacak kadar değişiyor; iş ilişkilerinden tüketiciye ve eşler arası yaklaşımlara [34].
6- Endüstri 4.0, sağlık hizmetleri için yeni fırsatlar, dünya çapında daha fazla insanı girişimci olmaları için güçlendirme yeteneği ve eğitime daha fazla erişim sağlıyor [35].
SONUÇ
Dördüncü sanayi devriminde, ekonomik alandaki teknolojik değişikliklerin, işgücü piyasasındaki ve inovasyondaki sosyal etkisi, bir önceki sanayi devrimine göre şimdi daha iyi anlaşılmaktadır.
Bu arada, hükümetlerin ve politika yapıcıların, sürdürülebilir ekonomik ve sosyal kalkınmanın geleceğine rehberlik edebilecek ve bireyler ve topluluklar adına Endüstri 4.0 teknolojilerini uygulayabilecek bir ortam ve politikalar sağlayarak, Endüstri 4.0 ortamının hemen ortaya çıkışına uyum sağlamaları ve hızla yanıt vermeleri gerekiyor. [33, 36].
KAYNAKLAR
1-    Vaidya, S., Ambad, P., Bhosle, S., Industry 4.0 – A glimpse. Proc. Manuf., 20, 233–238, 2018.
2-    https://www.desouttertools.com/industry-4-0/news/503/industrial- revolution-from-industry-1-0-to-industry-4-0.
3-    Kamarul Bahrin, M.A., Othman, M.F., Nor Azli, N.H., Talib, M.F., Industry 4.0: A review on industrial automation and robotic. J. Teknol., 78, 6-13, 137–143, 2016.
4-    Erol, S., Jäger, A., Hold, P., Ott, K., Sihn, W., Tangible Industry 4.0: A scenario- based approach to learning for the future of production. Proc. CIRP, 54, 13–18, 2016.
5-    https://www.bcg.com/publications/2016/leaning-manufacturing-operations-factory-of-future.
6-    de Asis Marti Nieto, F., Goepp, V., Caillaud, E., From factory of the future to future of the factory: Integration approaches. IFAC-PapersOnLine, 50, 1, 11695–11700, 2017.
7-    Phuyal, S., Bista, D., Bista, R., Challenges, opportunities and future directions of smart manufacturing: A state of art review. Sustainable Futures, 2, 100023, 2020.
8-    Qin, J., Liu, Y., Grosvenor, R., A categorical framework of manufacturing for Industry 4.0 and beyond. Proc. CIRP, 52, 173–178, 2016.
9-    See https://www.techopedia.com/definition/30965/computer-integrated- manufacturing-cim.
10-    Sheng, Y.K. and Lan, W.L., Research on computer integrated manufacturing system based on integrated logistics. Adv. Mat. Res., 271–273, 738–741, 2011.
11-    Bi, Z.M., Lang, S.Y.T., Shen, W., Wang, L., Reconfigurable manufacturing systems: The state of the art. Int. J. Prod. Res., 46, 4, 967–992, 2008.
12-    Nagy, J., Industry 4.0: Definition, elements and effect on corporate value chain, Workshop studies - Institute of Business Economics, Corvinus University of Budapest, Hungary, 2017. http://unipub.lib.uni-corvinus.hu/3115/.
13-    Skapinyecz, R., Illés, B., Bányai, Á., Logistic aspects of Industry 4.0. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 448, 012014, 2018.
14-    Lee, J., Bagheri, B., Kao, H.A., Recent advances and trends of cyber-physical systems and big data analytics in industrial informatics. Proc. Int. Conf. on Industrial Informatics (Porto Alegre), IEEE, 2014.
15-    Salah, B., Abidi, M.H., Mian, S.H., Krid, M., Alkhalefah, H., Abdo, A., Virtual reality based engineering education to enhance manufacturing sustainability in Industry 4.0. Sustainability, 11, 5, 1477, 2019.
16-    Berg, L.P. and Vance, J.M., Industry use of virtual reality in product design and manufacturing: A survey. Virtual Real., 21, 1, 1–17, 2017.
17-    Chen, Y., Wang, Q., Chen, H., Song, X., Tang, H., Tian, M., An overview of augmented reality technology. J. Phys.: Conf. Ser., 1237, 022082, 2019.
18-    Bagheri, B., Yang, S., Kao, H.A., Lee, J., Cyber-physical systems architecture for self-aware machines in Industry 4.0 environment. IFAC Conf., 38, 30, 1622–1627, 2015.
19-    Kolberg, D. and Zühlke, D., Lean automation enabled by Industry 4.0 technologies. IFAC Conf., 38, 3, 1870–1875, 2015.
20-    Bhrugubanda, M., A review on applications of cyber physical systems. Int. J. Innov. Sci. Eng. Technol., 2, 6, 728–730, 2015.
21-    Lee, J., Davari, H., Singh, J., Pandhare, V., Industrial artificial intelligence for Industry 4.0-based manufacturing systems. Manuf. Lett., 18, 20–23, 2018.
22-    Genge, B., Nai Fovino, I., Siaterlis, C., Masera, M., Analyzing cyber-physical attacks on networked industrial control systems, pp. 167–183, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, 2011.
23-    Marilungo, E., Papetti, A., Germani, M., Peruzzini, M., From PSS to CPS design: A real industrial use case toward Industry 4.0, The 9th CIRP IPSS Conference: Circular perspectives on product/service-systems. Proc. CIRP, 64, 357–362, 2017.
24-     https://searchdatamanagement.techtarget.com/definition/big-data.
25-    Landherr, M., Schneider, U., Bauernhansl, T., The Application Centre Industrie 4.0 - Industry-driven manufacturing, research and development, 49th CIRP Conference on Manufacturing Systems (CIRP-CMS). Proc. CIRP, 57, 26–31, 2016.
26-    https://ottomotors.com/blog/connected-factory-manufacturing.
27-    Depince, P., Chablat, D., Noel, E., Woelk, P.O., The virtual manufacturing concept: Scope, socio-economic aspects and future trends. Proceedings of DETC’2004, ASME Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conferences, 2004.
28-    https://www.tibco.com/reference-center/what-is-a-digital-factory.
29-    https://www.cognizant.com/us/en/glossary/virtual-reality.
30-https://www.mbaskool.com/business-concepts/operations-logistics-supply-chain-terms/13306-virtual-factory.html#google_vignette.
31-    Saraph, J.V. and Sebastian, R.J., Human resource strategies for effective introduction of Advanced Manufacturing Technologies (AMT). Prod. Inventory Manage. J., 33, 1, 64, 1992.
32-    https://it-voices.com/en/articles-en/5-life-changing-ways-industry-4-0-will-change-society.
33-    Morrar, R., Arman, H., Mousa, S., The Fourth Industrial Revolution (Industry 4.0): A social innovation perspective. Technol. Innov. Manage. Rev., 7, 11, 12–20, 2017.
34-    Arroyo, L., Murillo, D., Val, E., Trustful and trustworthy: Manufacturing trust in the digital era, ESADE Roman Llull University Institute for Social Innovation; EY Fundacion Espana, Barcelona, 2017.
35-    Schreiber, U., EY women. Fast forward. An interview with Uschi Schreiber. Leaders, 39, 1, 40, 2017.
36-    Schwab, K., The Fourth Industrial Revolution, World Economic Forum, Geneva, 2015.