Algılayıcılar (Sensors) ve Eylemlendiriciler (Actuators)

Makineleri meydan getiren mekanizmalarda hareketler meydan gelmesiyle bir iş yapılmış olur. Makinenin gerçekten bizim istediğimiz işi yapabilmesi için mekanizma eklemlerindeki konumların bilinmesi yani ölçülmesi, aynı zamanda gerekli yön ve miktarda hareket ettirilmesi gerekir.

Aslında genel olarak sistemlerde hemen her fiziksel değişimin ölçümü ve değiştirilmesi gerekir. Aşağıdaki şekil sistematik ilişkiyi açıklamaktadır.

Şeklin sol tarafı gerçek fiziksel ortamı, sağ tarafı ise buradan elde edilen değerlerin işlendiği ve buradaki değerlerin değiştirilmesi için kumandaların üretildiği sanal ortamı göstermektedir. Sistemin içinde bulunduğu gerçek ortamda pozisyon, sıcaklık, nem, basınç, kuvvet, mesafe, elektriksel gerilim veya akım gibi akla gelebilecek pek çok değer bulunur. Sistemin durumunu anlamak için bunlardan bir kısmını ölçmek ve üzerlerinde işlem yapmak gerekir. Doğal olarak sağ tarafta işlenecek bilgi ölçülen bilgi ile aynı enerji türünden olmayacaktır.

Hareket (Movement)

Bir noktanın (doğal olarak noktanın ait olduğu nesnenin de) referans noktasına göre konum değiştirmesine hareket adı verilir. Bundan biraz farklı olarak ilk nokta ile sonraki nokta arasındaki uzaklık yer değiştirme (deplasman, desplasement) adını alır. Anlaşılacağı üzere harekette izlenen gerçek yol, yer değiştirmede ise hareket sonunda pozisyon farklılığı dikkate alınır. Örneğin bir çember 360^o dönerse çember üzerindeki bir nokta çemberin çevresi kadar hareket etmiş olur. Ancak başlangıç ve bitiş noktası aynı olduğundan deplasmanı 0 (sıfır) dır.

Hareket kendi içinde iki farklı şekilde gerçekleşir. Bunlar öteleme ve dönem adını alır.

Öteleme (Translation)

Oxy koordinat sisteminde kendi O’x’y’ koordinat sistemine sahip nesne O’’x’’y’’ konumuna gidecek şekilde hareket etmektedir. Bu arada Ox ile O’x’ arasındaki ve Oy ile O’y’ arasındaki açı değişmemektedir. Hareketin miktarı x ekseninde Dx, y ekseninde Dy kadardır.

 

Dönme (Rotation)

Nesnenin kendi üzerinde veya dışında sabit bir nokta etrafında dönmesinden oluşan hareket biçimidir.

 

Şekilde görüldüğü gibi nesne O’ orijini etrafında q kadar dönmüştür.

Aslında hareketin genel hali bu iki basit biçimin ayrı ayrı yapılmış gibi toplamıdır.

 

 

 

 

 

 

Koordinat Sistemleri, Konum ve Hareket (Coordinate Systems, Position and Movement)

Mekanizmaları oluşturan makine elemanlarının bir eklem üzerinden birbirlerine göre hareketlenebildiklerini ifade etmiştik. Şimdi bu hareketin nasıl tanımlandığını görelim.

Konum (Position):  Bir noktanın yerinin referans kabul edilen bir başka noktaya göre tanımlanmasına o noktanın konumu denir.

Eğer bir noktanın konumu, tanım gereği uzayda birden fazla nokta olacak şekilde tanımlanabiliyorsa buna geometrik yer adı verilir. Bir başka deyişle geometrik yer; bir noktanın yer tanımını sağlayan bütün konumlardır.

Örneğin düzlemde sabit bir noktadan sabit uzaklıktaki bir noktadan bahsedersek sonsuz tane nokta buluruz. Bu tanımı sağlayan noktaların geometrik yeri bir çemberdir. Aynı şekilde uzayda sabit bir noktadan sabit uzaklıktaki noktaların geometrik yeri ise bir küre yüzeyidir. Çünkü çember ve küre yüzeyindeki sonsuz noktanın herhangi birisi verilen tanımı sağlamaktadır.

Oysa konumun yalnızca bir noktayı sağlıyor olması gerekir. Bu nedenle referans noktasına göre tanımlanmış koordinat sistemi üzerinden konum tanımlaması yaparız.

Koordinat Sistemleri (Coordinane Systems)

Koordinat sistemleri içinde bulunduğumuz evreni nasıl algıladığımızla ilgili olarak değişik biçimlerde tanımlanmaktadır. Bunlar; kartezyen koordinatlar ve kutupsal koordinat sistemleridir. Kutupsal koordinatlar küresel ve silindirik koordinat sistemleri olarak ayrıca ikiye ayrılır.

Kartezyen Koordinat Sistemi (Cartesian Coordinate System)

Çoğunlukla kullandığımız tek düzlemli uzayda, yani 2 boyutlu uzayda ise z büyüklüğü ihmal edilmekte veya sıfır kabul edilmektedir.

Bu sistemde uzaydaki bir noktanın yeri P(x, y, z) parametreleriyle, düzlemde ise P(x, y) ile verilir. 

Kutupsal Koordinat Sistemleri (Polar Coordainate Systems)

Burada P noktasının konumu O referans noktasına göre verilirken P nin O dan r kadar uzakta olduğu ile, O dan sağa doğru çizilen yatay referans doğrultusu ile OP doğru parçasının saat yönünün tersine doğru yaptığı açı bilgisi kullanılmaktadır.

Yani P noktasının O ya göre konumu P( r, q ) ile verilmektedir.

Eğer kutuplu polar koordinat sistemine 3. Boyutu eklemek istersek önümüzde iki seçenek vardır. Bunlardan ilki; noktanın zemin düzleminden yüksekliğini (h) vermektir. Bu gösterilime silindirik koordinat sistemi denir. Bu durumda noktanın koordinatları P( r, q, h) olarak gösterilir.

İkincisi; yarıçap doğrusunu içine alan ve zemin düzlemine dik olan yeni bir düzleminde yarıçap doğrusu ile yaptığı açıdır (f). Noktanın koordinatları ise P( r, q, f) olur.

 

Bilgisayarın makine ile bütünleşmesi

Bilgisayarla bütünleşmesini incelemeden önce makinenin ne olduğunu anlamak üzere temel kavramları anlamak gerekir. Makine makine elemanlarından meydana gelmiş mekanizmaların bir amaca uygun olarak birleştirilmiş halidir. Makineler dışarıdan aldıkları malzemeyi işleyerek bir ara ürüne dönüştürür. 

Üretim Hücreleri (Work Cell)

Belli bir üretim adımı için malzemenin girdiği, üzerinde planlanan işlemlerin yapılmasından sonra ürünün çıktığı istasyonlara Üretim Hücresi (workcell) adı verilir.

Elle işletilen üretim hücreleri (Manually Operated Workcells) Üretim kalitesi tamamen operatörün ustalığına bağlıdır.

Yarı otomatik üretim hücreleri (Semi-Automatic WorkCells) Üretim operatör tarafından yükleme yapılarak başlatılır, belirli aşamalarını makine otomatik olarak tamamlar, operatör boşaltma ile üretimi tamamlar.

Tam otomatik üretim hücreleri (Full-Automated Workcells) Yükleme, üretim ve boşaltma tamamen makine tarafından yapılır, operatör sadece gözlemci olarak çalışır.

Çalışma biçimi ne olursa olsun bir makine sistemi çeşitli alt sistemlerden oluşur.

Makine elemanı (Machine elements): Bir ya da kaynak, vidalama, sıkı geçme gibi yöntemlerle birbirlerine sıkı şekilde birleştirilmiş daha fazla basit nesneden oluşmuş fonksiyonel parçalardır. Bileşenleri arasında hareketlenme imkanı yoktur.

Eklem (Mafsal, Joint): iki ya da daha fazla makine elemanını birbirlerine göre hareketlenebilecek şekilde birleştiren yapılara verilen addır.

Mekanizma (Mechanism): Eklemler aracılığıyla birleştirilmiş makine elemanlarının oluşturduğu yapıdır.

Makine (Machine): Belirli bir amacı yerine getirmek üzere çeşitli mekanizmaların bir araya getirilmesinden oluşan yapıdır. Aşağıda çeşitli makinelere örnek resimler yer almaktadır.

Serbestlik derecesi (Degrees Of Freedom, DOF): Bir makinenin içindeki mekanizma sayısı makinenin karmaşıklığı (complexity) için bir ölçüdür. Ancak tasarımcı açısından makinenin kontrol edilebilmesi için kaç tane parametrenin, yani dışarıdan değiştirilebilir değişkenin olduğunu bilmek çok önemlidir. Bu sayıya serbestlik derecesi adı verilir.  DOF en fazla eklem sayısına eşittir. Ancak çoğu zaman bu eklemlerden bazılarının hareketleri doğrudan başka eklemlerde oluşan hareketlenmelere bağlıdır. Bu da DOF u düşürür.

 

Çok Katmanlı Sistemler (Multi Layer Systems)

Bir sistemin içinde birbirinden bağımsız gibi görünen yapılanmalar varsa ve bunlardan herhangi birinde meydana gelen bir olay diğerlerinden bir ya da daha fazlasında yeni bir olayın başlatılması için tetikleyici görevi yapıyorsa aslında aralarında etkileşim var demektir. Böyle sistemlere çok katmanlı sistemler adı verilir.

Burada ele alınan yapıda sadece işin imalat yönüyle yönetim, muhasebe, üretim planlama ve üretim katmanlarının etkileşimi gösterilmiştir. Yönetim yeni bir iş istemekte (1), bu konuda üretim planlamayı görevlendirmektedir (2). Yani tetiklemektedir. Üretim planlama çalışmasını tamamladıktan sonra (3) muhasebeyi tetiklemekte (4) böylece onlar fiyatlandırma için çalışmalarının sonuçlarını (5) yönetime aktarmakta (6), yönetimin kararı (7) yeniden üretim planlamayı tetiklemekte (8), onların iş emri ise (9) üretimin işe başlamasına (10 yol açmaktadır.  Üretim tamamlandığında (11) muhasebeye sonuç aktarılmakta (12) onlar da muhasebeleştirmeyi tamamlayarak (13) yönetimi bilgilendirmektedir (14).

Bu şematikte nakit ve malzeme akışı gösterilmemiştir.  

 

Bilgisayar Bütünleşik Üretimle ilgili bazı temel tanımlamalar

 

Ürün tasarımı ve üretim biçimleri dikkate alındığında yoğunlukla bilgisayar kullanıldığı gözlemlenir. Yapılan işe göre kimi zaman birbirine karıştırılan temel kavramlara bir göz atalım.

Otomasyon (Automation)

Bir üretim veya hizmet sürecinde tamamen veya kısmen kendiliğinden ölçme, değerlendirme, karar verme ve uygulama yetenekleri bulunan sistemlere otomasyon sistemleri denir.

Tasarım teknolojilerine dayalı olarak böyle sistemler tamamen mekanik olabilecekleri gibi, günümüzdeki örneklerine uygun olarak elektromekanik, hatta bilgisayarla bütünleşik olabilir.

Başlangıçta otomatik bir sistem yapmak, çalışan bütün işleme parçalarının mekanizmalar yoluyla denetlenmesini gerektirmekteydi. Bu durum çok sayıda zamandaş mekanizmanın büyük bir hassasiyetle tasarlanması ve işletilmesi anlamına gelir, içinde farklı eylemleri yapabilecek çok sayıda kayış-kasnak, dişli, egzantrik ve yürek mekanizmaları bulundururdu.

Mekanik hareketlenmelerin üretilmesi için çok sayıda aktarma sistemi gereksinimi sistemlerin çok pahalı olmasına neden olurdu.

Oysa günümüzde hareketlenmeler, ihtiyaç duyulan yer ve büyüklükte elektrik motorlarıyla sağlanmaktadır. Bunların sürülmesi için gerekli olan enerji ve kumandalar elektrik kablolarıyla kolayca motora kadar ulaştırılabilmektedir. Üstelik elektriksel kumandalar çok karmaşık ihtimal ve hesaplamaları yapabilen elektronik cihazlarda üretilmektedir. Bunların doruk noktası ise şüphesiz doğrudan bilgisayar kullanmaktır. Bu nedenle günümüzde otomasyon bir ya da daha fazla bilgisayar ya da mikrodenetleyicili sistemin bulunduğu organizasyonlar olarak değerlendirilir.

Katı ve Esnek Mantık (Hard and Soft Automation Logic)

Bir otomasyon sistemi tasarlanırken; amaca uygun olarak sistemde ölçülecek ve değiştirilecek parametrelerin karşılıklı ilişkilerini düzenleyen, yani hangi durumda ne yapılması gerektiğini belirleyen bir mantık ortaya konur. Otomasyon sisteminden beklenilen bu mantığa göre davranmasıdır.

Eğer bu mantık sadece tek bir işi tekrarlayacak biçimde tasarlanmış ise bu sistemlerin mantığına katı mantık adı verilir. İşin kısmen veya tamamen değiştirilmesi halinde otomasyon sistemi de yeniden tasarlanır.

Eğer sistem daha üniversal (genel hizmet amaçlı) iş parçalarından oluşuyor ve bunların kendi aralarındaki organizasyonu sağlayacak mantık kolayca değiştirilebiliyorsa buna da esnek mantık adı verilir. Bu tanımlama çoğunlukla programlanabilir sistemler anlamına gelir ki, günümüzde daha ziyade bilgisayar kullanılmaktadır.

Bilgisayar Destekli Tasarım- Bilgisayar Destekli Teknik Çizim

(Computer Aided Design – Computer Aided Drafting (CADD))

Özellikle tasarım aşamasında bilgisayarın çeşitli durumları irdelediği (analiz ettiği) ve mümkün sonuçları gösterdiği çalışmalara verilen addır. Birçok tasarım yardımcısı simülatör bu amaçla kullanılır.

Diğer taraftan birçok düzeltmeyi ve tekrarlanmış nesne çizimlerini içeren teknik resimlerin yapılmasında bu amaçla hazırlanmış AutoCAD gibi programlar kullanılır. Aslında kullanım ve çizim oluşturma teknikleri bakımından pergel-gönye-cetvel ile yapılan çizimlerden farklı olmayan bu programların kullanımı tasarımcıya vakit kazandırmayı amaçlamaktadır.

Bilisayar Sayısal Kontrol (Computer Numerical Control (CNC))

Eskiden torna, freze ve pres gibi takım tezgahları ustalar tarafından kullanılır ve çıkarılan işin kalitesi ustanın yeteneği ile belirlenirdi. Binlerce parçanın mikrometrik hassaslıkla birbirinin aynı olmasını sağlamak zordu. Aynı tezgâhların kontrolü bir bilgisayar ve bilgisayara yüklenmiş resim tabanlı bir yazılım tarafından da yapılmaktadır. Bu tür makinelere genel bir ad olarak CNC adı verilmektedir.

Bilgisayar Bütünleşik Üretim (Computer Integrated Manufacturing (CIM))

Tasarım, planlama, üretim hattâ stok aşamalarının her birisinde değişik amaçlarla bilgisayar kullanılan sistemlere bilgisayar bütünleşik sistemler adı verilir. Dolayısıyla CIM sistemleri yukarıda bahsedilen sistemlerin bir ya da daha fazla türü barındırılır. 

Olay (Event) Bir süreçte durum değişikliği yaratan faaliyetlere verilen addır. Örneğin bir sipariş alınması, doktorun tahlile karar vermesi, üretimin tamamlanması, faturanın kesilmesi birer olaydır. Bir olay bir başka katmanda yeni bir faaliyeti tetikleyerek başlatabilir.

Tersine Mühendislik (Reverse Engineering) tamamlanmış bir ürünün hangi fonksiyonlara sahip olduğunu ve bileşenlerinin neden ve nasıl tasarımlandığını araştırmak, teknolojisini anlamak için yapılan çalışmadır.

Yeniden Mühendislik (Reengineering) Tamamlanmış bir ürünün mevcut özelliklerini iyileştirmek, üretim yöntemlerini kolaylaştırmak, bileşenlerini azaltmak, maliyetini düşürmek gibi amaçlarla yeniden gözden geçirilmesidir.

  

 

 

Merhaba

Bu sayfada; Okan Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Endüstri Mühendisliği Bölümü'nde verilen Bilgisayar Bütünleşik Üretim dersinin not özetleri sunulmaktadır.

Kullanılan görseller eğitim amaçlı olduğundan sahiplerinin hoşgörüsüne sığınılmaktadır.

Faydalı olmasını umar, başarılar dilerim.

Prof. Dr. E. Murat Esin