Slider Altına

IoT ve Endüstri 4.0 Hakkında İklimlendirme Sektöründeki Sorunlar ve Çözüm Önerileri 1. Bölüm

03 Eylül 2019 Dergi: Temmuz-Ağustos 2019

Hazırlayan: Özgür Küçükhüseyin
Testo Elektronik Ltd. Şti. 

Internet Of Things (nesnelerin interneti) olarak da bilenen sistem ilk olarak 1999’da Kevin Ashton tarafından yaptığı bir sunum esnasında duyulmuştur. Peki nedir bu nesnelerin interneti? Tek bir cümlede tanımlarsak; Belirli bir haberleşme protokolü ile cihazların birbirleriyle haberleşmesi, veri paylaşması işlemleri gerçekleştirilen bir ağ-cihaz sistemidir. 1991 yılında Cambridge Üniversitesi’nde 15 akademisyenin kahve makinesinin görüntüsünü dakikada üç kez bilgisayar ekranlarına gönderen sistemi, çevrim içi ve gerçek zamanlı olması dolayısıyla ilk nesnelerin interneti uygulaması olarak kabul edilir. Ülkemizde de IOT (Internet Of Things-Nesnelerin İnterneti) sistem uygulamaları mevcuttur. Endüstriyel alanda da Endüstri 4.0 ile birlikte IOT sistemlerden büyük oranda faydalanılmaktadır. Endüstride IOT sistemler genellikle; Üretimin otomatik takibi, ürün bilgileri, sağlam-fire-hurda üretim miktarları, Verimlilik takibi, Makinelerin periyodik bakımların otomatik takibi amaçları için kullanılmaktadır.
IoT ile ilgili, akıllara takılan pek çok soru işaretini ortadan kaldırmak, üzere; terimler, temel tanımlar, iklimlendirme sektörüne yönelik özellikle satış sonrası çözümler ve son olarak bu konudaki entegrasyon çalışmaları hususunda, üç bölümden oluşan bir yazı dizisi hazırladık. İlk bölümde bu alanda kullanılan tanım ve terimleri inceleyeceğiz:

IoT ile İlgili Terimler – Tanımlar

- Nesnelerin İnterneti / IoT: Gömülü sensörler kullanarak veri toplayıp bunları değiş tokuş edebilen internet bağlantılı nesnelerden oluşan bir ağdır.
- Nesnelerin İnterneti Aygıtı / Iot Cihazı: Uzaktan izlenebilen ve / veya uzaktaki bir yerden kontrol edilebilen, bağımsız bir internet bağlantılı cihazdır.
- Nesnelerin İnterneti Ekosistemi: İşletmeleri, hükümetleri ve tüketicileri, uzaktan kumandalı cihazlara, uzaktan kumandalar, panolar, ağlar, ağ geçitleri, analiz, veri depolama ve güvenlik dahil olmak üzere bağlanmalarını sağlayan tüm bileşenlerdir.
- Kuruluş: İşletmeleri, hükümetleri ve tüketicileri kapsar.
- Fiziksel Katman: Sensörler ve ağ teçhizatı dahil olmak üzere bir IoT cihazı yapan donanımdır.
- Ağ Katmanı: Fiziksel tabaka tarafından toplanan verilerin farklı aygıtlara iletilmesinden sorumludur.
- Bulut: Bağlantı merkezi, analiz ve veri depolama imkanı sağlarlar. Bu katman da akıllı olmayan nesleler için gerekli kaynakları sağlayabilir.
- Uygulama Katmanı: Cihazların birbirlerini tanımlamak ve birbirleriyle iletişim kurmak için kullandığı protokolleri ve arabirimleri içerir.
- Mobil Aygıtlar: Genellikle akılı telefonlar olan bu aygıtlar ağ geçitleriyle benzer işlev sağlarlar. Nesneler, ağ geçitleri ve internetle iletişim kurabilirler.
- Uzaktan Kumandalar: IoT cihazlarını, mobil bir uygulama gibi, bir kontrol panelini kullanarak bağlanmak ve kontrol etmek için kullanılır. Bunlara akıllı telefonlar, tabletler, PC'ler, akıllı-saatler, bağlı televizyonlar ve geleneksel olmayan kumandalar dahildir.
- Kontrol Paneli: Kullanıcılara IoT ekosistemi hakkındaki bilgileri gösterir ve IoT ekosistemini kontrol etmelerini sağlar. Genellikle uzaktan kumandanın üzerinde bulunur.
- Analitik: IoT cihazları tarafından üretilen verileri analiz eden yazılım sistemleri. Analiz, tahmini bakım gibi çeşitli senaryolar için kullanılabilir.
- Veri Saklama: IoT cihazlarından gelen veriler saklanır.
- Ağlar: Varlığın cihazlarıyla iletişim kurmasını sağlayan ve bazen cihazların birbirleriyle iletişim kurmasını sağlayan internet iletişim katmanı.

IoT Tahminleri, Trendler ve Pazar
Business Insider'ın araştırma hizmeti olan BI Intelligence, 2020 yılına kadar dünyada 24 milyardan fazla IoT cihazın olmasını bekliyor. Bu da, gezegendeki her insanın yaklaşık dört cihazı olması anlamına geliyor. Ve bu noktaya yaklaştığımızda, uygulama geliştirme, cihaz donanımı, sistem entegrasyonu, veri depolama, güvenlik ve bağlantı gibi IoT çözümlerine 6 milyar dolarlık bir kaynak akması tahmin ediliyor. Ancak bu yatırımlar için iyi bir para demek, çünkü 2025 yılına kadar 13 trilyon dolar kazandırması bekleniyor. Bu kazançları kim sağlar derseniz; IoT ekosistemlerini kullanacak üç ana birim var: Tüketiciler, hükümetler ve işletmeler.

IoT Sektörleri

İmalat   Ulaştırma Savunma Tarım
Altyapı  Perakende Lojistik Bankalar
Petrol, Gaz ve Madencilik Sigorta Konut Gıda Hizmetleri
Kamu Kuruluşları Hastaneler Sağlık Akıllı Binalar
Hizmet Pazarlama Satış Satış sonrası

 

IoT Platformları
Bir IoT aygıtı, internet aktarım protokollerini kullanarak bilgi iletmek için bir diğerine bağlanır. IoT platformları cihazların sensörleri ile veri ağları arasındaki köprü görevi görür. Piyasadaki IoT platformlarının bazıları ise şöyle sıralanabilir: Amazon Web Hizmetleri, Microsoft Azure, ThingWorx IoT Platformu, IBM'in Watson'u, Cisco IoT Cloud Connect, Salesforce IoT Cloud, Oracle Integrated Cloud,GE Predix.

IoT Güvenlik ve Gizlilik 

Cihazlar, IoT sayesinde birbirine daha fazla bağlandığında, güvenlik ve gizlilik, tüketiciler ve işletmeler arasında birincil endişe haline gelmiştir. Siber saldırılar, dünyada daha fazla bağlı cihazlar ortaya çıktıkça giderek büyüyen bir tehdittir. Hackerlar bağlı arabalara, kritik altyapıya ve hatta insanların evlerine nüfuz edebilir. Sonuç olarak, birçok teknoloji şirketi bu bilgilerin gizliliğini ve güvenliğini sağlamak için siber güvenlik üzerine yoğunlaşıyor. BI Intelligence tarafından kapsamlı olarak hazırlanan raporu özetlersek: 
- İnternete bağlı IoT cihazları, 2020 yılına kadar 10 milyondan 34 milyara çıkarak üç katına çıkacak. IoT cihazları 24 milyar, geleneksel bilgi işlem cihazları (ör. akıllı telefonlar, tabletler, akıllı saatler vs.) 10 milyar olacaktır.
- Önümüzdeki beş yıl içinde IoT çözümlerine yaklaşık 6 trilyon Dolar harcanacak.
- İşletmeler, IoT çözümlerini en çok kullananlar olacak. Çünkü IoT ile daha düşük işletim maliyetlerine sahip olacaklar, verimliliği artıracaklar, yeni pazarlara açılacaklar veya yeni ürün teklifleri geliştirebilecekler.
- Hükümetler ikinci en büyük kullananlar olurken, tüketiciler IoT tarafından en az dönüştürülen grup olacak.
- IoT Ekosistemi 20 farklı endüstriyi değiştirecek ve bozacak.

Endüstri 4.0 Terimler Sözlüğü
Endüstri 4.0 ya da 4. Sanayi Devrimi, birçok çağdaş otomasyon sistemini, veri alışverişlerini ve üretim teknolojilerini içeren kollektif bir terimdir. Bu devrim nesnelerin interneti, internetin hizmetleri ve siber-fiziksel sistemlerden oluşan bir değerler bütünüdür. Aynı zamanda bu yapı akıllı fabrika sisteminin oluşmasında büyük rol oynar. Bu devrim, üretim ortamında her bir verinin toplanmasına ve iyi bir şekilde izlenip analiz edilmesine olanak sağlayacağı için daha verimli iş modelleri ortaya çıkacaktır. İlk sanayi devrimi (1.0) su ve buhar gücünü kullanarak mekanik üretim sistemleri ile ortaya çıktı. İkinci sanayi devrimi (2.0) ile elektrik gücünün yardımıyla seri üretim tanıtılmıştı. Üçüncü sanayi devriminde (3.0) ise dijital devrim, elektroniklerin kullanımı ve BT (Bilgi Teknolojileri)'nin gelişmesiyle üretim daha da otomatikleştirildi. 

Şekil 1. Endüstrinin Tarihsel Gelişimi

Şekil 1. Endüstrinin Tarihsel Gelişimi

Endüstri 4.0’ın Yapısı
Endüstri 4.0, teknolojilerin ve değer zinciri organizasyonları kavramlarının kolektif bir bütünüdür. Siber-Fiziksel sistemlerin kavramına, nesnelerin, internetine ve hizmetlerin internetine dayalıdır. Bu yapı akıllı fabrikalar vizyonunun oluşmasına büyük katkı sağlar. Endüstri 4.0 genel olarak aşağıdaki 3 yapıdan oluşmaktadır: Nesnelerin İnterneti, Hizmetlerin İnterneti ve Siber-Fiziksel Sistemler. Endüstri 4.0 ile modüler yapılı akıllı fabrikalar kapsamında, fiziksel işlemleri siber-fiziksel sistemlerle izlemek, fiziksel dünyanın sanal bir kopyasını oluşturmak ve merkezi olmayan kararların verilmesi hedeflenmektedir. Nesnelerin interneti ile siber-fiziksel sistemler birbirleriyle ve insanlarla gerçek zamanlı olarak iletişime geçip işbirliği içinde çalışabilecektir. Hizmetlerin interneti ile hem iç hem de çapraz örgütsel hizmetler sunulacak ve değer zincirinin kullanıcıları tarafından değerlendirilecektir.

Şekil 2: Endüstri 4.0’ın yapısı

Şekil 2: Endüstri 4.0’ın yapısı

Endüstri 4.0’ın Prensipleri 
Endüstri 4.0, 6 prensibe dayanmaktadır.
1) Karşılıklı Çalışabilirlik: Siber fiziksel sistemlerin yeteneği ile (örn. iş parçası taşıyıcıları, montaj istasyonları ve ürünleri) nesnelerin interneti ve hizmetlerin interneti üzerinden insanların ve akıllı fabrikaların birbirleriyle iletişim kurmasını içerir.
2) Sanallaştırma: Bu yapı akıllı fabrikaların sanal bir kopyasıdır. Sistem, sensör verilerinin sanal tesis ve simülasyon modelleri ile bağlanmasıyla oluşur.
3) Özerk Yönetim: Siber-Fiziksel sistemlerin akıllı fabrikalar içinde kendi kararlarını kendi verme yeteneğidir.
4) Gerçek-Zamanlı Yeteneği: Verileri toplama ve analiz etme yeteneğidir. Bu yapı anlayışın hızlıca yapılmasını sağlar.
5) Hizmet Oryantasyonu: Hizmetlerin interneti üzerinden siber-fiziksel sistemler, insanlar ve akıllı fabrika servisleri sunulmaktadır.
6) Modülerlik: Bireysel modüllerin değişen gereklilikleri için akıllı fabrikalara esnek adaptasyon sistemi sağlar.

Endüstri 4.0 Sistemin Uygulanabilirliği 
Endüstri 4.0 sistemindeki üretim, makinelerin hizmet sundukları ve ürünlerle gerçek zamanlı olarak bilgi paylaştıkları bir sisteme benzetilmektedir. Alman Yapay Zeka Araştırma Merkezi (DFKI), içinde Siemens’in de bulunduğu 20 endüstriyel ve araştırma ortağının katkısıyla kurulan Almanya, Kaiserslautern’deki küçük bir akıllı fabrikada bu gibi bir sistemin uygulamada nasıl çalışacağını sergilemektedir. Ürünler ile imalat makinelerinin birbirleriyle nasıl haberleşebileceklerini göstermek için sabun şişelerinden faydalanmaktadır. Boş sabun şişelerinin üzerinde radyo frekansıyla tanımlama (RFID) etiketleri vardır ve bu etiketler aracılığı ile makinelerin şişelerin rengini tanıması sağlanmaktadır. Bu sistem sayesinde bir ürünün radyo sinyalleriyle ilettiği bilgiler, üretimin başında itibaren dijital ortamda saklanmasına olanak sağlanmaktadır. Bu şekilde bir siber-fiziksel sistem olarak ortaya çıkmaktadır. 

Endüstri 4.0'ın Avantajları 

  • Sistemin izlenmesinin ve arıza teşhisinin kolaylaştırılması
  • Sistemlerin ve bileşenlerinin öz farkındalık kazanması 
  • Sistemin çevre dostu ve kaynak tasarrufu davranışlarıyla sürdürülebilir olması 
  • Daha yüksek verimliliğin sağlanması
  • Üretimde esnekliğin artırılması 
  • Maliyetin azaltılması
  • Yeni hizmet ve iş modellerinin geliştirilmesi

Endüstri 4.0 ve Nesnelerin İnterneti tartışılırken çeşitli teknik terimler kullanılır ve bu karmaşık konularla uğraşırken ne anlama geldiklerini bilmek önemlidir. Sık kullanılan terimlerin kısa ve basit açıklamaları aşağıda verilmiştir:

AR (Artırılmış Gerçeklik): Sanal ve gerçek verilerin bilgisayar destekli bağlantı modeli. Kullanıcıya, gerçek ürünle karşılaştırılabilecek, planlama verileri gibi ek bilgiler verilir.
Mimari: Bir modelin unsurlarının, yapım, geliştirme ve kullanım amacının ilke ve kurallarına dayalı olarak kombinasyonu.
Varlık (öğe): Endüstri 4.0 ürünü, dünya genelinde benzersiz olarak tanımlanabilen ve bir yönetim iskeleti ile fiziksel öğeden (varlık) oluşan, iletişim yeteneğine sahip bir aygıttır.
AutomationML: Otomasyon İşaretleme Dili, veri değişimi için XML tabanlı bir biçimdir. AutomationML™, ücretsiz olarak edinilebilen açık bir standarttır. Dijital araçların programlanması, çalıştırılması ve veri alışverişi açısından tutarlılığın sağlanması için pek çok seçenek sunar.
Büyük veri: Müşteri verileri, makine verileri, enerji verileri vb. gibi büyük miktarda veri. Bu verilerin akıllıca değerlendirilmesi için, bireysel müşteri profillerinin oluşturulması veya üretim süreçlerinin kalıcı optimizasyonu ve tahmini bakım gibi kullanıcı odaklı hizmetler gereklidir. Bu temelde yeni iş modelleri oluşturulabilir.
Siber fiziksel sistem (CPS): Sistem, bir veri altyapısı (ör. İnternet) aracılığıyla iletişim kuran akıllı bilgi teknolojisi (sanal) ürünleri ve mekanik ve elektronik (fiziksel) ürünlerden oluşur. Gerçek ve sanal dünyalar burada bir araya getirilir.
Siber fiziksel üretim sistemi (CPPS): Üretimde kullanılan siber fiziksel sistem.
Hizmet: Bir varlık veya kuruluş tarafından arabirimler aracılığıyla sunulan sınırlandırılmış işlevsellik kapsamı.
Dijital dönüşüm: Dijital teknolojilerin ve tekniklerin kullanımı, bir bütün olarak günlük hayatta, ekonomide ve toplumda büyük değişiklikler meydana getiriyor. Bu terim genellikle, şirketler dijital teknolojileri kucakladığında ve örgütsel ve ekonomik koşullar değiştiğinde ya da yenilikçi ürünler ve hizmetler ortaya çıktığında kullanılır. Performans, sunulan hizmet aralığı ve müşteri etkileşimi arasında bir ayrım yapılır.
Dijitalleştirilme: Analog değerler dijital formatlara dönüştürülür ve dijital olarak iletilip işlenir.
Aksama (hata, kesinti): Bu terim genellikle, dijital dönüşümle ilişkili değişiklikler aniden ortaya çıktığı zaman kullanılır. Bir yenilik, pazarın daha da geliştirilmesine katkıda bulunurken, yıkıcı bir yenilik, mevcut iş modellerinin tamamen yeniden yapılandırılması hatta feshi anlamına gelir.
eCl@ss: Ürün ve hizmetlerin sınıflandırılması ve benzersiz tanımlanması için endüstri çapında ürün verileri standardı. Sürüm 10.0'dan itibaren, eCl@ss sadece tedarik, kontrol ve satış uygulamaları için uygun olmakla kalmayıp, şirket çapında süreç veri yönetimi ve mühendisliği için de kullanılabilir.
Şirket: Bilgi dünyasındaki önemi nedeniyle yönetilen, benzersiz tanımlanabilir öğe.
ERP (Kurumsal Kaynak Planlama) sistemi: Tüm şirket genelinde kaynak planlamayı desteklemek için kullanılan uygulama, iletişim uygulaması yazılım sistemleri veya IT sistemleri grubu.
IIoT (Endüstriyel Nesnelerin İnterneti): Endüstriyel uygulamalara ilişkin olarak Nesnelerin İnterneti
Bilgi dünyası/dijital dünya/siber dünya: Fikirler, algoritmalar, modeller ve gerçek nesnelerin ve sanal ortamdaki insanların temsillerinin toplamı.
Örnek: Endüstri 4.0 ürününün yaşam döngüsü göz önüne alındığında, tip ve örnek arasında bir ayrım yapılır. Seri ürünler tipe göre üretilir. Üretilen her ürün daha sonra bu tipte bir örneği temsil eder ve ör. seri numarası gibi benzersiz bir nitelik atanır. Müşteri için, ürünler başlangıçta yalnızca tiplerdir. Gerçek bir sisteme entegre edildiklerinde örnek olurlar.
RAMI 4.0 - Referans Mimari Model Endüstri 4.0: RAMI 4.0, Endüstri 4.0'ın tüm temel unsurlarını, ürünlerin veya sistemlerin sınıflandırılabileceği üç boyutlu bir katman modelinde birleştirir. Günümüzden Endüstri 4.0 dünyasına adım adım geçiş yapmanızı sağlar. "Hiyerarşi Düzeyleri", "Yaşam Döngüsü ve Değer Akışı" ve "Katmanlar" olarak üç eksen kullanılarak, Endüstri 4.0 çözümleri için bir 3B harita oluşturuldu. Endüstri 4.0 ürünleri ile birlikte RAMI 4.0, Endüstri 4.0'ın bir parçası olarak geleceğin ürünlerinin ve iş modellerinin geliştirilmesi için temel oluşturur.
Endüstri 4.0 ürünü: Endüstri 4.0 ürünü, siber fiziksel sistemlerin özelliklerini daha ayrıntılı olarak anlatan bir modeldir. Üretimdeki donanım ve yazılım bileşenleri, bu gereksinimleri karşıladıklarında Endüstri 4.0'a uyumlu olacaktır. Üretim sistemleri, makineler veya kontrol panosu bileşenleri olabilirler. Endüstri 4.0 bileşenleri, geliştirmeden elden çıkarma aşamasına kadar tüm yaşam döngüsü boyunca, tüm ilgili verileri elektronik, korumalı bir muhafaza olan yönetim iskeletinde toplar. Bu veri, katma değerli süreçte yer alan tüm şirketlere açıktır. RAMI 4.0 ile birlikte Endüstri 4.0 ürünü, Endüstri 4.0'ın bir parçası olarak, gelecekte ürünlerin ve iş modellerinin geliştirilmesi için temel oluşturur.
Endüstri 4.0 sistemi: Belirli bir amaca hizmet eden, daha düşük iletişim ve tanımlama yeteneğine sahip Endüstri 4.0 ürünleri ve modülleri içeren sistem, tanımlanmış özelliklere sahiptir ve standartlaştırılmış servisleri ve durumları destekler.
AI (yapay zeka): Sadece önceden belirlenmiş algoritmaları gerçekleştirmeyen öğrenme sistemleri. Bilgisayar sistemlerinde kullanılan derin öğrenme metodu, onlara bilgide bulunan desenleri tanımayı öğretmeyi amaçlar. Bilgisayar bunları sınıflandırır ve bu verilerin ilgili bağlamda ne kadar önem taşıdığına bağımsız olarak karar verir. Yapay zeka sayesinde, Nesnelerin İnternet'inden gelen büyük miktarda veri anlamlı bir şekilde değerlendirilebilir.
Model: Bir uygulama alanındaki hususların kesin ve yeterince detaylı olarak ayrılması.
OPC UA (Açık Platform İletişimi Birleştirilmiş Mimari): 2008'de yayımlanan OPC Birleştirilmiş Mimari (UA), bağımsız OPC Classic özelliklerinin tüm işlevlerini genişletilebilir bir çerçeveye entegre eden, platformdan bağımsız, hizmet odaklı bir mimaridir. OPC UA, makineler arasında veri iletimi gerçekleştiren endüstriyel bir iletişim protokolüdür. Kontrollü değişkenler veya ölçülen değerler gibi makine verilerinin nakledilmesini ve makine tarafından okunabilir bir biçimde tanımlanmasını sağlar.
OpenAAS (Açık Varlık Yönetim İskeleti, Endüstri 4.0 için açık yönetim iskeleti): OpenAAS projesi, ZVEI'nin mimari modeller (RAMI 4.0, Endüstri 4.0 ürünü) üzerindeki kavramsal çalışması ile şirketlerin geliştirme departmanlarında Endüstri 4.0'ın pratik uygulaması arasındaki boşluğu kapatmaya yöneliktir. 
Referans mimari: Genel olarak kullanılan ve uygun kabul edilen mimarinin tanımlanması için model. Bir modelin unsurları ilke ve kurallara göre birleştirilir.
Referans model: Genel olarak kullanılan ve belirli modelleri türetmek için uygun (öneri niteliğiyle) kabul edilen model.
Akıllı fabrika: Bu, her aşamada optimum değer yaratmayı başaran, verimli ve uyarlanabilir bir üretim sistemini tanımlar. Kendi kendini organize eden katma değerli sistemler, maliyet, kullanılabilirlik veya kaynakların kullanımı gibi çeşitli ölçütlere göre optimize edilebilir.
Tip: Endüstri 4.0 ürününün yaşam döngüsü göz önüne alındığında, tip ve örnek arasında bir ayrım yapılır. Bir ürün, makine veya sistem konusunda ilk önce tip konusunda fikir sahibi olunur. Bu, tüm geliştirme adımları tamamlandıktan sonra, seri üretim için onaylanır.
Yönetim iskeleti: Endüstri 4.0 sisteminde, bir Endüstri 4.0 ürününün sanal dijital ve aktif gösterimi. Bir donanım veya yazılım bileşeni ile ilgili tüm veriler, yönetim iskeletinde saklanan sanal bir görüntü oluşturur.
Dördüncü sanayi devrimi: Üretim dünyasındaki sürekli değişim yeni bir şey değildir; sonuçta, ilk üç sanayi devrimi bize buhar motoru, emek dağılımı temelli seri üretim ve kontrol teknolojisi yoluyla otomasyon kazandırdı. Şimdi tanık olduğumuz şey dördüncü sanayi devrimi. IT ve üretim dünyaları katma değerli sistemler yaratmak için birleşiyor.
VR (Sanal gerçeklik): Kullanıcı, genellikle VR gözlükleri yardımıyla 360° sanal bir dünyaya tamamen dalmış durumda. AR'den (genişletilmiş gerçeklik) farklı olarak, kullanıcı artık gerçek yaşam ortamını algılamıyor. Bir sonraki bölümde sizlere, iklimlendirme sektöründe, özellikle hizmet süreçlerindeki sorunlar ile ilgili yazımızı paylaşıyor olacağız.

Referanslar


 



Yaklaşan Etkinlikler
Söyleşi