Onur Rohat Oktay
- 8 Ağu 2022
- 5 dakikada okunur

Siber Fiziksel Matris Üretim Sistemlerinin Uygulanması

1.Başlangıç Noktası ve Hedefler

Siber-Fiziksel Üretim Sistemleri 2011’den beri akademik bağlamda artan bir şekilde dikkat çekmektedir ve Endüstri 4.0 yaklaşımlarının pratik bir uygulaması olarak kabul edilirler. Bu özellikle konsept olarak uzun zamandır bilinen değişim yeteneğine sahip üretim sistemleri için geçerlidir. Dijitalleşme ilerledikçe konsept aşaması geçiliyor ve pratikte giderek daha fazla uygulama alanı buluyor. Literatürde "modüler montaj" veya "serbest bağlantılı montaj sistemi" olarak da geçen matris üretim, üretim hacmindeki dalgalanmalar, değişen ürün özellikleri ve değişen parti boyutları göz önüne alındığında , uzmanların potansiyelinin çok yüksek olduğunu tahmin ettiği esnek üretim sistemlerinden biridir.

Piyasa güncel olarak şu çevresel koşullara tabidir: Azalan parti boyutları ve artan ürün çeşitliliği ile birlikte dinamik müşteri talepleri ve artan rekabet nedeniyle yükselen modernleşme baskısı şirketlerin faaliyetlerini belirlemektedir. Güncel örnek olarak, binek araç sektöründe alternatif aktüatör sistemlerine yönelik eğilim ve yüksek değer oluşturma ağlarındaki belirsizliklerin bir sonucu olarak bölgesel tedarik zincirlerine dönüş verilebilir

Mevcut üretim sistemleri, özelleştirme için uygun değildir. Bu yüzden yüksek üretkenliğe sahip yeni ve daha esnek üretim konseptlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu bağlamda varyant başına farklı ürün hacimleri ile ürün ve ürün ailelerine eşit derecede uygun matris üretim sistemleri oluşturulmaktadır.

Bu tür matris üretim sistemlerinin şirketlerde uygulanmasının önünde hala engeller var. Bunlar, ilgili mimarilerin tasarımından ve yerleşiminden arayüzlere, kontrol ve ağ oluşturma ile ilgili sorulara ve bu tür sistemlerin işletilmesinde insanların entegrasyonuna kadar uzanır.

Bu rapor, olgunluk modeline dayalı bir matris üretiminin temel tasarım alanlarında uygulanmasının güncel durumunu aktarmayı amaçlamaktadır.

Ayrıca matris üretim uygulamalarının "Good Practices" olarak sunulması, engellerin üstesinden gelinmesine yardımcı olacaktır. Endüstride matris üretiminin mevcut durumu tanımlanmakta ve sınıflandırılmakta, uygulamadaki motivasyonlar ve zorluklar tespit edilmekte ve uygulama için eylem seçenekleri ve daha fazla araştırma ihtiyacı üzerinde çalışılmaktadır.

2.Matris Üretim Sisteminin Temelleri

Bu bölümde matris üretim sistemleriyle ilgili temel hususlar açıklanmaktadır. Bu amaçla gerekli temel terimler tanımlanmış ve açıklanmış, matris üretimi karakterize edilmiş ve diğer organizasyon biçimleriyle karşılaştırılmıştır.

2.1 Matris Üretim Sisteminin Tanımı

Matris üretim sistemi, bir matrise benzer şekilde düzenlenmiş bir üretim sistemidir. Esnek bir malzeme akışı ile birbirine bağlanan, serbestçe ulaşılabilir ve lojistik olarak özel planlanabilir süreç modüllerinden oluşur.

Matris üretim sistemi modüler yapısı nedeniyle özel ürünlerin imalatını ve sipariş miktarlarının küçük kademeli ölçeklenmesini sağlar. Her sipariş üretim yapısında belirli bir yol izler. İş kontrolü, işlem sırasını ve geçici iş dağıtımını belirleyebilir ve sistemin kontrolü siber-fiziksel unsurların entegrasyonu ile desteklenmektedir.

Esnek bir altyapı, tedarik teknolojisi ve ağ oluşturma, değişen koşullara sürekli uyum sağlamak için düşük çabayla yeniden yapılandırmayı destekler. Bu bileşenler, matris üretim sistemlerini esnek ve değişebilir kılar. Değişebilirlik yeteneği üretim tesislerini yeni gereksinimlere uyarlama yeteneğini tanımlar. Genelde, üretim sistemlerinin seviyesi için dört özellikten bahsedililir- uyarlanabilirlik, esneklik, yeniden yapılandırılabilirlik ve yeniden donatılabilirlik. Bu özellikler aşağıda daha ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

Uyarlanabilirlik, tüm fabrikanın yeni ürün gruplarına ve miktarlarına uyum sağlama yeteneğidir. Bu özellik genelde esnek, yeniden yapılandırılabilir ve yeniden donatılabilir şekilde tasarlanması gereken üretim sistemlerine müdahaleleri de gerektirir.

Esneklik, bir üretim sisteminin, en düşük maliyet ve zaman ile mevcut bir esneklik koridoru içinde farklı sistem durumlarını üstlenebilme kabiliyetini ifade eder (bkz. Şekil 2).

Yeniden yapılandırılabilirlik, bir üretim sisteminin yeni, benzer ürün ve miktar gereksinimlerine uyum sağlama yeteneğini tanımlar. Şekil 2'de görüldüğü gibi, söz konusu esneklik koridoru bunun üzerine kaydırılabilir.

Yeniden donatılabilirlik, tek bir iş istasyonun kısa bir süre içinde bilinen gereksinimlere uyum sağlama kabiliyetini ifade eder.

Değişkenlerin yeniden yapılandırılabilirliği ve esnekliği özellikle matris üretimi bağlamında önemli olduğundan, bunların bağlantıları daha ayrıntılı olarak açıklanmalıdır. Bu amaçla Şekil 1'de gösterilen diyagram kullanılmıştır. Bir değişken, örneğin parça sayısı burada zaman içinde gösterilmektedir. Esneklik, operasyonlarda gerekli olan değişiklik kabiliyetini sağlayan bir koridor olarak tanımlanır. Daha derinlemesine değişiklikler için, örneğin

daha yüksek miktarların üretilebilmesi amacıyla esneklik koridorunu değiştirmede, yeniden yapılandırma kullanılabilir.

Şekil 1: Değişim Ekseni-Zaman Diyagramı

Şekil 2'de, değişebilirlik sınıfları üretim seviyelerine atanmıştır. Üretim seviyeleri, bir üretimin genel sistemini yapılandırmaya hizmet eder. Raporda, matris üretim sistemleri bu seviyede sınıflandırıldığından, seviye 3 en üst seviye olarak kabul edilmektedir. Alt öğelerini tanımlamak için seviye 2 süreç modülü , seviye 1 ise kaynak modülü olarak tanımlanmıştır.

Şekil 2: Değişebilirlik Sınıfları ve Üretim Katmanı

Süreç Modülü

Lojistik açıdan bakıldığında, bir süreç modülü, serbestçe erişilebilen ve bağımsız olarak planlanabilen ve birkaç süreç adımını gerçekleştiren en küçük üretim kaynağıdır. Süreç modülleri bağımsız olarak çalıştırılabilir, dışarıdan temin edilebilir, çoğaltılabilir, yeniden yapılandırılabilir ve kapalı bir birim olarak yeniden konumlandırılabilir. Boyutları ve karmaşıklıkları, üretim görevine, işlev yelpazesine ve tasarımlarına bağlıdır. Fonksiyon ve tasarım yelpazesine bağlı olarak süreç modülleri, örneğin iş istasyonları, robot hücreleri veya işleme merkezleri gibi kendi kendine yeterli hücreler olabilir. Bununla birlikte, hat bölümleri veya bunların bir kombinasyonu gibi birbirine bağlı birimler de olabilirler.Ayrıca bir süreç modülü modüler bir yapıya sahiptir. Genellikle birkaç kaynak modülünden oluşur.

Kaynak Modülleri

Kaynak modülleri katma değer, işleme veya diğer destekleyici görevleri gerçekleştirir. Lojistik bakış açıdan bunlar tekil olarak planlanamazlar.Kaynak modülüne örnek olarak tekil istasyonlar, ekipmanlar, çalışanlar ve aynı zamanda araçlar veya taşıma ekipmanları verilebilir. Üretimin en düşük istasyon düzeyindedirler. Lojistik bakış açısından, bu kaynaklar veya istasyonlar, bir ünitedeki diğer kaynak modüllerine bağlıysa, ayrı ayrı planlanamaz.

2.2 Matris Üretimin Diğer Üretim Organizasyon Formlarıyla Karşılaştırılması

Aşağıda matris üretim sistemleri organizasyon yapısı, akış düzeni (süreçler) ve ürünle ilgili uygulama alanlarının (pazarın) tasarımı için kriterlere dayalı olarak diğer organizasyon biçimleriyle karşılaştırılmıştır.

Matris Üretimin Sınıflandırılması

Siber-fiziksel matris üretim sistemleri, esnek bir şekilde bağlanmış, sabit süreç modüllerinden oluşur. Üretim sırasında işçiler tarafından çalıştırılan bu sabit süreç modüllerinden bir ürün çıkar. Son derece dinamik bir sistem yapısında, siber-fiziksel bir matris üretimi, akışkan bir üretime dönüşür. Akışkan üretim durumunda, yalnızca üretim nesnesi ve işçiler değil, aynı zamanda sipariş akışı sırasında yapılandırılan kaynaklar da hareketlidir.

Bunun aksine klasik üretim sistemlerinde sistem yapıları daha az dinamiktir. Üretim hatları, belirli bir amaca ve dolayısıyla azaltılmış işlev yelpazesine, tek yönlü ve sabit bir bağlantıya odaklanan sistemlerdir. Seri üretim, hattın tekil istasyonlarının dışarıda bırakılmasına izin veren, ancak herhangi bir geri akışa izin vermeyen ve dolayısıyla kısmen esnek bir bağlantıya sahip olan üretim sistemidir. Atölye ve grup üretimi, sipariş akışında üretim nesnelerinden geçen ve konum esnekliğine sahip işçiler tarafından çalıştırılan, rijit ekipmana sahip esnek bağlantılı üretim sistemidir.

Süreç Modüllerinin İşlevleri

Siber-fiziksel matris üretimi, süreç modüllerinin işlev yelpazesinin yeniden yapılandırılmasını sağlar. İki yeniden yapılandırma arasındaki süre birkaç ay, bir hafta veya sadece birkaç saat olabilir. Yapılandırmadan etkilenmeyen bir alt sistemle düşük bir kapasiteyle de olsa üretime devam edilebilir. Akışkan üretimde, sistem her sipariş için özel olarak daha da hızlı yapılandırılır. Buna karşılık, tek iş istasyonu sistemleri, atölye üretimi, grup üretimi ve hat üretimi gibi klasik organizasyon biçimlerinde, ekipmanın işlevsel kapsamı kesin olarak tanımlanır. Bu sistemlerin uyarlanması ancak büyük bir çabayla mümkündür ve genellikle tüm üretim sisteminin durmasını gerektiren genel bir sistem dönüşümü gerektir

Siber-fiziksel matris üretiminin süreç modülleri, süreç odaklı yapılandırılmıştır. Hat üretiminin yapısı ise seçilen ürün çeşitlerinin yapısını takip eder. Tekil iş istasyonları ve grup üretiminden oluşan üretim sistemleri ürün odaklıdır. Atölye üretimi genellikle üretim teknolojisine göre bölümlere ayrılır.

Sipariş Planlama ve Üretim Miktarları

Sipariş başlamadan önce her zaman esnek olmayan veya kısmen esnek bir hat planlanır. Tekil iş istasyonlarının yanı sıra atölye ve grup üretimi ile modüler üretim sistemleri, süreç organizasyonu açısından matris üretim sistemlerinden farklı değildir. Tüm bu üretim sistemleri, mevcut sistem durumu dikkate alınarak sipariş sürecinde esnek bir şekilde planlanabilmektedir. Ancak parti büyüklüklerinin belirlenmesinde farklılıklar vardır. Tek kullanıcılı sistemler ve atölyeler, aynı ürünler için siparişleri lotlar (partiler) halinde birleştirirken, hat üretimi gibi matris üretim sistemleri, tek parça akışta ayrı birimler ile çalıştırılır.

Otomasyon

Katma değer ve üretim süreçlerinin otomasyon derecesi, önemli ölçüde ürün ve süreç karmaşıklığına ve otomasyonun ekonomik verimliliğine bağlıdır. Bundan dolayı katma değer, organizasyonel formların her birinde manuel olarak yüksek düzeyde otomatikleştirilebilir. Tüm sistemin kontrolü için süreç otomasyonu, manuelden yüksek otomasyona kadar modüler üretim sistemlerinde de mümkündür. Bununla birlikte, modüler ve esnek bağlantılı sistemlerde hem kontrol hem de otomasyon karmaşıklığı, katı veya kısmen esnek bağlantılı sistemlerdeki duruma göre daha yüksektir.

Ashby'nin Gerekli Çeşitlilik Yasasına göre: "Yalnızca çeşitlilik çeşitliliği absorbe edebilir". Buradan yola çıkarak dinamik bir karmaşıklık yönetimi , dışarıdaki karmaşık sorunlarla başa çıkmak için eşdeğer bir iç karmaşıklığa sahip olmalıdır.

Ek: Olgunluk Seviyesi Modeli