217
advertisement
Bilgisayarlı Tasarım, Modelleme ve Tümleşik Üretim Yrd.Doç.Dr.A.Muttalip ŞAHİNASLAN1 İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü, Malatya 1 e-posta: [email protected] Özet: Bu çalışmada, Makine Mühendisliğinin temel sorunlarından biri teorik olarak tasarlanan, modellenen ve statik, dinamik, mukavemet hesapları yapılan bir parça ya da makinede, gerçek uygulama şartlarında, uyumsuzlukların ve gözden kaçan durumların olmasıdır. Bu durumda, yapılan tüm işlemlerin yeniden başa alınarak tasarımın tekrarlanması gerekir. Bu ise zaman, iş gücü, malzeme israfına ve üretim maliyetlerinin artışına sebep olmaktadır. Oysaki yeni nesil son derece hızlı çalışan profesyonel bilgisayar yazılımları kullanılarak, imalatı düşünülen bir makine ya da parçanın sanal ortamda tasarlanması, modellenmesi, statik, dinamik ve mukavemet hesaplarının yapılması, üzerine çeşitli yönlerde ve pozisyonlarda yüklerin uygulanması ile son derece güvenilir olarak üretilmesi mümkündür. Böylece, yazılımların makine teknolojisinde yaygın olarak kullanılmasının ülkemizdeki makine sanayinin, teknolojik gelişmelere ayak uydurarak, uluslararası rekabete katılabilmesi, kalitenin yükseltilmesi, maliyetlerin düşürülmesi ve piyasaların genişletilmesi ile geliştirilmesine büyük katkılar sağladığı yadsınamaz bir gerçektir. Anahtar Sözcükler: Bilgisayar destekli tasarım ve modelleme, bilgisayarlı tümleşik üretim Abstract: In this study, one of the basic problems of mechanical engineering is that for a component or machine theoretically designed and modelled there exist discrepancies and overlooked situations at real working conditions. In this case, the design process has to be repeated. This causes time, labor and materials waste, and leads to increased production costs. However, by using new generation professional computer software running extremely fast, machines or components can be designed and modeled virtually and as a result highly reliable components and machines can be manufactured. Thus, contribution of common use of software in machinery technology to the development of machinery industry in our country by keeping pace with technological developments, participate in international competition, increasing quality, lowering costs and expanding markets is an undeniable fact. Keywords: Computerized Design and Modeling, Computerized Integrated Production 1. Giriş Teorik olarak tasarlanan, statik, dinamik, mukavemet hesapları yapılan ve modellenen makine ya da parçası gerçek uygulama şartlarında ele alındığında bir takım uyumsuzluklarla karşılaşılabilmektedir. Bu durum yapılan onca emeğin boşa gitmesine, malzeme israfına, kalite sorunlarına ve üretim maliyetlerinde artışa neden olmaktadır. Modelleme ile üretim arasında yaşanan uyumsuzluklar bazen modelleme ve tasarımda yapılan hatalardan bazen de gözden kaçırma gibi insan hatalarından kaynaklanabilmektedir. Oysa günümüzde bilgi teknolojilerinin sunduğu sistemler ve profesyonel bilgisayarlı tasarım uygulamaları kullanılarak imalatı düşünülen bir makine ya da parçanın sanal ortamda tasarlanması, modellenmesi, statik, dinamik ve mukavemet hesaplarının yapılması, üzerine çeşitli yön ve pozisyonlarda yüklerin uygulanması yapılabilmektedir. Böylece tasarım ile üretim arasındaki uyumsuzluklar mümkün olan en az düzeye indirgenebilmekte, daha az maliyette son derece güvenilir ve kaliteli üretim yapmak mümkündür. Bilgisayar destekli tasarım yazılımların diğer alanlarda olduğu gibi makine teknolojisinde yaygın olarak kullanılması ülkemizdeki makine sanayinin, teknolojik gelişmelere ayak uydurarak, uluslararası rekabete katılabilmesi, kalitenin yükseltilmesi, maliyetlerin düşürülmesi ve piyasaların genişletilmesi ile geliştirilmesine büyük katkılar sağladığı yadsınamaz bir gerçektir. 2. Bilgi Teknolojileri ve Makine Bilgi teknolojileri sunduğu hizmetler her geçen gün daha farklı alanlarda kullanılabilmekte, kullanılan alanlarda insan hatalarından kaynaklı kalite kusurları azalmakta, ticari rekabette farklılaştırma ve pek çok avantajlar sunmaktadır. Uluslararası rekabet her geçen gün eskiye oranla daha da sert ve yaşamsal hale gelmektedir. Bu rekabette başarılı olmanın sırrı, her zaman olduğu gibi, üretim maliyetlerini düşürerek, kaliteyi yükseltmek ve müşteri isteğine, en kısa sürede cevap verebilmekten geçmektedir. Bütün bunları yapabilmek için ise, yeni teknolojilerin üretim sistemlerine uyarlanmasından başka bir yol görülmemektedir. Makine ve parçalarının imalatında, ucuz işçiliğin(ya da diğer bir değişle; ucuz gibi görünen işçiliğin) aslında pek bir avantajı olmadığı herkes tarafından kabul edilebilirken diğer taraftan esnek imalat sistemleri ile başarının elde edilmesi tek çözüm olarak görülmektedir. Günümüzde bir yandan artan nüfus ve günümüz ihtiyaç ve beklentilerinin farklılaşması, artan insan ihtiyaçları yanında, bilgi düzeyi artan toplum ve kalite ihtiyacı, bilişim teknolojilerindeki yenilikler ve buluşlar bilgisayar destekli üretimin gelişmesi için büyük bir etkendir. Buna karşın sanayileşmenin bir gereksinimi olan hızlı makineleşme ihtiyacı, üretimde hız ve kalite artış beklentileri bilgisayar destekli seri üretim ihtiyaçlarını beraberinde getirmektedir. Özellikle bilgi teknolojileri ve elektronik alanındaki gelişmeler; seri üretim sistemlerinin gelişmesine ivme kazandıran en büyük etken olarak karşımıza çıkmaktadır. Bilgi teknolojileri; gittikçe boyutları küçük kapasiteleri ve marifetleri büyük, istenilen bir zamanda ulaşılabilen, farklı beklentileri karşılayabilecek şekilde programlanmış akıllı uygulamalarla hayatın her alanına girmekte ve her geçen gün daha da önemli hale gelmektedir. Aynı zamanda bugün üretilen bilgisayarların fiyatlarında yaşanan daha düşük maliyetlerde bu teknolojilerin kullanımını ve kullanım alanlarının hızla gelişmesini tetiklemektedir. Öyle ki yakın gelecekte ev ve iş yerlerinin süpürülmesinden size çay, kahve, pasta gibi şeyler yapmada hizmet eden yapay insanlar yani robotların hayatımıza girdiğini göreceğiz. Bu ancak makine ile bilişimin entegre bir şekilde uyumlu çalışabilmesinin sonucunda olabilmektedir. Bilgi teknolojileri sayesinde, makineler daha zeki, daha hızlı ve daha kaliteli olabilmektedir. Buna en güzel örnek olan robotlar çağımızın en etkin endüstri aracı olarak karşımıza çıkmakta, yapa zeka yöntemleriyle insan gibi düşünebilme yolunda ilerleten bir robot endüstrisi gelecekte pek çok yeni kullanım alanları oluşturacaktır. Makine endüstrisi ile bilgi teknolojisinin birlikte uyumlu bir şekilde kullanıldığında nelerin başarıldığına güzel bir örnektir. 3. Bilgisayar Makine Entegrasyonu Bilgi teknolojileri üretimin hemen hemen bütün aşamalarında bir yönetim ve kontrol elemanı olarak da kullanılabilmektedir Makinelerle elektronik ve yazılım olarak bütünleşmiş entegre bilgisayarlar bir beynin vücudu kontrol etmesi gibi mükemmel bir şekilde üretim gerçekleştirebilmektedir. üzerinde koşturan programlar/uygulama yazılımları ancak bilgisayar gibi aynı dili kullanabilen ve programlanabilen elektronik cihazlarda işlev görebilir. Bu durum bilgisayarlı entegre bir makine sisteminin kurulmasında ilgili tüm yerlerde elektronik aksam kullanılması mecburiyetini doğurmaktadır. Bilgisayarlar ancak makinelerin elektronik aksamla donatılması durumunda makineye hükmeder ve programlandığı şekilde verilen görevi yerine getirebilir. Aksi halde normalde bilgisayarların makineye doğrudan bir etkisi yoktur. Bilgisayar ilk önce elektronik aksamla iletişim kurar, ardından elektronik aksama bir dizi komutlarla emirler vererek, elektronik aksamaların makineyi çalıştırmasını sağlar. Makine böylece bilgisayarın verdiği kararlar doğrultusunda istenilen işlemi gerçekleştirir. Bilgisayarlarda eninde sonunda insanların verdiği komutlara göre hareket ederler. Bilgisayarda kullanılan programlar, makinenin hareketinde rol oynayan ikinci unsurdur. Bu durum Şekil 1’de gösterilmektedir. İşletme birimleriyle bilgisayar destekli üretim ortamları arasındaki entegrasyonu sağlamaya yönelik üretim kaynak planlama uygulama yazılımları geliştirilmiştir. Bu tür uygulamalarla üretim yapan şirketlerde üretim ile yönetim arasındaki bilgi akışı daha hızlı ve sağlıklı olmaktadır. Bilgisayarlı tümleşik üretimde; üretim ve bilgisayar ayrı ayrı birer sistem bileşeni değil, sistemi oluşturan ve birbirinin tamamlayan unsurlardır. Bilgisayarlar bu entegrasyonda makineler üzerinde yer alan elektronik aksamlar aracılığıyla makinelere istenilen işlemi yaptırabilmektedir. Çünkü bilgisayarlar Şekil-1: Bilgisayar Makine Entegrasyonu Bilgi İletim Hattı Bu çevirimde makine ile bilgisayar arasında yer alan elektronik aksam bir nevi tercüman rolünde çalışmaktadır. Bilgisayar tarafından 0-1’lerden oluşan sayısal bilgiye ilişkin komut elektronik aksam tarafından yorumlanarak analog bilgiye dönüştürülerek makinenin anlayacağı bir bilgiye dönüşür. Analog bilgi aslında elektriğin gerekli miktar ve biçimde hareket enerjisine dönüşmesidir. Elektronik aksama gelen bilgiler doğrultusunda çok daha yüksek voltajları ya da daha düşük voltajları kontrol ederek makineye gereken işlemleri yaptırır. Bu sayede makineye gereken emirler verilmiş ve istenilen hareket sağlanmış olur. tümleşik üretim sistemlerine birden fazla açıdan bakılabilmesinden ileri gelmektedir. Bu farklı bakış açıları fabrika düzeyi, otomasyon, iş ortamı, üretim yönetimi, bilgisayar destekli mühendislik ve yönetim bilgi sistemleridir. Ancak her ne açıdan bakılırsa bakılsın, bilgisayarlı tümleşik üretimin hiçbir zaman değişmeyen ortak noktası bütünleşme yani entegrasyondur. Bilgisayar, elektronik aksam ve makineden oluşan bu üçlü otomatik yapı yerine makineye hareket mekanik bir yapı ile de sağlanabilir. Ancak bu mekanik yapı maliyeti, ergonomik açıdan verimsizliği, enerji kaybı ve fiziksel güç gerektiriyor olması gibi pek çok dezavantajı üzerinde barındırmaktadır. Tümleşik üretim, tarihsel olarak dört safhadan geçmiştir. Bunlar sırasıyla; el ile üretim, mekanizasyon, otomasyon ve tümleşme’dir. Bilgisayar destekli bir entegrasyonda; görsel veya işitsel duyulara hitap edebilir olması, kumanda merkezinden çalıştırılabilme esnekliği gibi avantajlara sahiptir. İnsanlar genelde makinelerden uzak kalmak ve işleri kumanda ederek yürütmek isterler. Bilgisayar çok uzaktayken bile kablolu veya kablosuz iletişim araçlarını kullanarak elektronik aksama hükmedebilmektedir. Bu esneklik sayesinde insanlar makinelerden uzak hatta belki de dünyanın diğer bir köşesinden makinelere hükmedebilmekte örneğin işten eve gitmeye hazırlanırken bir yandan internet üzerinden evdeki fırının çalışmasını başlatıp evine vardığında sıcak taze pişmiş yemeğini karşısında bulabilmektedir. “Yapılan her icat insanlığın hizmetine sunulan bir faydadır, ama bu aracın doğru kullanılmaması onu zararlı bir konuma sürükleyebilir.” 4. Bilgisayarlı Tümleşik Model Bilgisayarlı tümleşik üretim çoğu bilim adamı tarafından farklı tanımlanabilmektedir. Bu, bilgisayarlı Bilgisayarlı tümleşik üretim; mamul, proses ve iş hedeflerinde başarı sağlamak amacıyla doğru bilgiyi, gereken yere ve gerektiği zaman temin ederek, üretime bilgisayar teknolojisinin uygulanması olarak ta tarif edilebiliriz. Operasyonel olarak bilgisayarlı tümleşik üretim, bilgisayar destekli mühendislik ve bilgisayar destekli üretim olmak üzere iki alt grupta ele alınır. Bilgisayarlı tümleşik üretimin aşağıda verilmiştir. Bunlar; bileşenleri Bilgisayar: Bilgisayarlar, tümleşik üretimin temel elemanıdır. Ana sistemler, mini bilgisayarlar, mikro bilgisayarlar, kişisel bilgisayarlar, programlanabilir otomasyon cihazları, bilgisayar nümerik kontrollü tezgâhlar, robot kontrolcüler ve iş istasyonları gibi tipleri bulunabilir. Girdi-Çıktı: Üretim içinde bilgisayarlarla birlikte yazıcılar, klavyeler, monitörler ve çizicilerin yanı sıra, çeşitli girdi ve çıktı cihazları ile bunlar arasında arabirim oluşturacak bir yapıya da ihtiyaç vardır. Robot: Değişik programlar yardımıyla malzeme, parça, takım ya da özel cihazları taşımak ya da hareket ettirmek amacıyla tasarlanan, yeniden programlanabilir, çok fonksiyonlu cihazlardır ve bilgisayarlı tümleşik üretim süreci içinde en önemli elemanlardan biridir. Malzeme İletimi: Takımların, üretilecek parçaların, tezgâh parçalarının vs. taşınması bu sınıfa girer. Bunun da kontrolü bilgisayarlarla yapılabilir. Bilgisayar Destekli Fonksiyonlar: Bunlar, bilgisayar kontrollü takım tezgâhları, robotlar ve yine bilgisayar kontrollü malzeme iletim cihazları dışında, amaca özel tekrar programlanabilir cihazlardır. Üretim planlama ve kontrol Bilgisayar destekli test Bilgisayar destekli üretim Bilgisayarlı tümleşik üretimin amacı, üretimde esnekliği ve yüksek verimliliği sağlamaktır. Bu yüzden proseslerin daha az karmaşık olması gereklidir. Bilgisayarlı tümleşik üretimi benimsemiş her fabrikada bir ana bilgisayar vardır. Diğer bilgisayarlar ve tezgâhlar bu ana bilgisayara bağlı çalışırlar. Her tezgâhta ise hiyerarşik kontrol sistemine göre çalışan birkaç işlemci düzeyi vardır. Bilgisayarlı tümleşik üretim, tamamen otomatik bir fabrika oluşturmaktan çok, değişik teknolojileri kullanarak otomasyon ve insan bütünlüğünü sağlayarak maksimum karla çalışan bir fabrika oluşturmaktır. Bilgisayarlı tümleşik üretimin amaçları şöyle sıralanabilir; Müşteri servisini arttırmak Kaliteyi geliştirmek Rekabeti arttırmak Toplam maliyeti düşürmek Ürün temin sürelerini azaltmak Akış zamanının azaltmak Envanter düzeyini azaltmak Yeni ürün pazarlama süresini arttırmak Üretim program performansını arttırmak Daha fazla esneklik Daha fazla uzun-dönemli kar elde etmek Müşteri temin süresini kısaltmak Üretim prodüktivitesini arttırmak Yarı mamul envanterini azaltmak. Bilgisayarlı tümleşik üretimin avantajları sadece parasal alanda değil, işletmeye daha birçok alanda kazanç sağlar. Bunlar sıralayacak olursak; Hammadde kullanımı azalır Bakım harcamaları düşürülür Sermaye harcamaları azalır İşçilik maliyetleri düşer Üretim kalitesi artar Zamanında üretim için zemin hazırlanır Daha hızlı üretim sağlar Daha esnek üretim sağlar Üretim hataları azaltılır Bilgisayarlı Tümleşik Üretimin(BTÜ) bazı yapıtaşları Şekil-2'de şematik olarak gösterilmiştir. Şekil-2: Bilgisayarlı tümleşik üretimin (CIM) Yapıtaşları Buna göre; Bilgisayarlı tümleşik Üretim Sistemi, beş ana alt sistemin oluşturduğu bir bütün olarak düşünülebilir. Genel olarak Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD), temelde bir grafik terminalinden oluşan, tasarıma yönelik ortaya çıkan analitik ve ekonomik problemlerin çözümüne yardımcı olacak, çeşitli bilgisayar yazılım paketleri ile karmaşık bilgisayar grafik tekniklerini kullanan bir tasarım prosesidir. Tasarlanan parçanın teknik çizimi bilgisayar ekranında görülebilir ve klavye, tablet gibi araçlarla çizim yapılabilir. Diğer bir ifadeyle CAD, bir ürünü renkli ekranda gösteren, üzerinde değişiklikler yapılabilen bir yazılım olarak düşünülmektedir. CIM'in en köklü geçmişe sahip yapıtaşlarından biri CAD'dir. Bu gün birçok fabrikada CIM uygulaması olmamasına rağmen, CAD tek başına kullanılmaktadır. CIM açısından bakılınca, CAD daha değişik görünmektedir. Çünkü, CIM içinde CAD'nin görevi bir ürünün tasarımını yapmak ve üretim için gerekli olan veri tabanını oluşturmaktır. Renkli bir ekranda ürünü görmek, onun üzerinde değişiklikler yapabilmek CAD'nin bir parçasıdır. Ama CIM içinde düşünüldüğümüzde, CAD bir veri kaynağıdır. Üretilecek parçanın fiziksel boyutları, ürün işleme esasları vb. ile ilgili bütün bilgiler CAD yazılımının oluşturacağı veri tabanında saklanır ve bu veri gerekli olduğu zaman CIM’in diğer yapıtaşları tarafından kullanılır. Şirketler CIM sistemlerini, bilinçli bir şekilde uygulandıklarında önemli yararlar sağladığı görülmektedir. Bu sistemi uygulayarak başarı sağlayan BYJC firması Çin Halk Cumhuriyeti'nin en büyük freze tezgâhı üreticisidir ve 300 kadar farklı tipte ve boyutta freze tezgâhı üretmektedir. Bu makinalarını 50 farklı ülkeye ihraç edilmektedir. 1990 yılında şirket yöneticileri rekabet güçlerini artırmak ve dünya pazarından daha büyük bir pay alabilmek için kalite, maliyet, teslimat zamanı gibi faktörleri iyileştirmeleri gerektiğini, bunun da bir Bilgisayarlı Tümleşik Üretim sistemiyle mümkün olabileceğini saptadılar ve üç farklı sistemin tümleşik hale getirmekle işe başladılar [3]: Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD)/ Bilgisayar Destekli Üretim Planlama (CAPP) sistemi, İmalat Kaynakları Planlama sistemi, Esnek Üretim Sistemi. Fabrikalarında bu değişiklikleri yaptıktan dört yıl sonra (1994) yaptıkları tespitlerde şu verileri elde ettiler; 1990'da büyük bir sayısal denetimli freze tezgâhının tasarım süresi 6 ay iken, bu süre 1994’de 1-3 aya düşmüştür. Aynı dönemde karmaşık parça üretim süresi yetmiş saatten sekiz saate inmiştir. Tekrar işlenmesi gereken karmaşık parçalara uygulanan tekrar işlemi 25'ten hemen hemen sıfıra düşmüştür. Bu gerçek uygulama verileri de Bilgisayarlı Tümleşik Üretiminin işletmelere önemli bir kazançlar sağladığını göstermektedir. Stok kontrolünden maliyet analizine kadar değişik alanlarda, CAD tarafından üretilen veriler kullanılmakta, dolayısıyla bazı gereksiz harcamalar kısılabilmektedir. Örneğin; standart parçalar kullanma seçeneği getirebilen yazılımlar sayesinde bir ürünün parçaları da standart olabilmekte, dolayısıyla tasarlanan üründen, özel üretim gerektiren bazı parçalar dışlanmış olmaktadır. Bunların yerine de her zaman bulunabilen ve ucuz olan standart parçalar kullanılabilmektedir 4. Sonuçlar CIM üretim alanında yeni bir kavram. Fakat hızla kendini kabul ettirmekte ve uygulamaları endüstride gözlenmektedir. Birçok açıdan bakıldığı zaman CIM geleceğin üretim teknolojisi olarak görülmektedir. Dolayısıyla rekabet şansını yitirmek istemeyen kuruluşlar en kısa sürede kendilerini CIM'e adapte etmelidirler. Bu adaptasyon, bu konuda deneyimli uzman bir ekip tarafından yapılabilmektedir. Bu uzman ekip ise, kendi bilgisini (know-how) kullanarak bu işi tamamlayabilmektedir. Para kaynakları kısıtlı, gelişmekte olan ülkelerde deneyimli uzman ekipler bulmak kolay değildir. Bilgi (know-how) bu ülkeler tarafından, gelişmiş ülkelere nazaran, daha fazla para ödeyerek ithal edilmektedir. Bu durum karşısında gelişmekte olan ülkelerin izleyebilecekleri en uygun yol, kendi uzman ekiplerini oluşturmak üzere, bu konu üzerinde yapılan araştırmaları desteklenmesidir. Bu tür araştırmaların yapılması ve insan yetiştirilmesi için en uygun ortam da üniversiteler olarak görülmektedir. Gelişmiş ülkelerde CIM örnekleri vardır. Aynı zamanda buralarda CIM'le ilgili problemler görülmüş ve çözüm yolları önerilmiştir. Dolayısıyla Türkiye'de CIM uygulamalarına daha bilinçli gidilebilecektir. Bu da Türkiye için bir avantajdır. CIM gerçekten yüksek teknoloji ürünlerini gerektiren bir uygulama olup, ilk yatırım maliyetleri yüksek olsa da, getirdikleri kazançlar göz ardı edilemez. Yol açacağı sorunlar da insanların olaya adapte olması ile çözülecektir. Sanayileşme çabası içinde olan Türkiye'de de yakın zaman içinde CIM çalışmalarına başlanamazsa, ilerisi için Türk ekonomisinde önemli sorunların ortaya çıkması kaçınılmaz olacaktır. Bu nedenle bizde en kısa sürede bilinçlenmeli ve ondan faydalanmalıyız. 5. Kaynaklar [1] Anlağan, Ö. ve İ. Kılınç, 1992, "Bilgisayar Tümleşik Üretim", Mühendis ve Makina, Cilt 33, Sayı 384, 1992 [2] Aydın, Nevin,1998, Grup Teknolojisi İmalat Sistemleri Tasarımı İçin Bir Metodoloji Ve Bu Metodolojinin Endüstri’ De Uygulanması, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi [3] Chung, C., and I. Chen, 1990, "Managing the Flexibility of Flexible Manufacturing Systems for Competitive Edge", (in) Selection and Evaluation of Advanced Manufacturing Technologies, Ed. Liberatore, M.J., Springer Verlag, Berlin, 1990 [4] Gupta, D., 1993, "On Measurement and Valuation of Manufacturing Flexibility", Int. J. of Production Research, Vol. 31, No. 12, 1993 [5] Kasap, Gülay Çoşkun, 1998 Esnek Üretim Sistemine Geçiş Aşamasında Yönetimin Rolü ve Değerlendirilmesi, Uludağ Üniversitesi İBBF Dergisi Maleki, R. A., Flexible Manufacturing Systems:The Technology and Management, Prentice-Hall, Inc., 1991 [6] TÜBİTAK, 1996, Esnek Üretim/Esnek Otomasyon Sistem ve Teknolojileri, Bilim ve Teknoloji Stratejisi ve Politika,Ankara. [7] [8] Vesey, J.T., "Speed-To-Market Distinguishes The New Competitors"., Technology Management, December, 1991 Research and November /
