Endüstri 1.0 - Birinci Sanayi Devrimi

Su ve buhar gücüyle mekanik üretim. İlk mekanik dokuma tezgahı, 1784.

Bilinen ilk buhar makinesi diyebileceğimiz örnek Mısırlı mühendis Heron’un birinci yüzyılda, 50 yıllarına doğru yaptığı buharlı türbindir. Birbirine zıt yönde iki eğik borunun monte edildiği oyuk bir küreden oluşan sistemde su kaynatıldığında buhar borulardan dışarı çıkmakta ve kürenin dönmesini sağlamaktaydı. Buhar gücünün endüstriyel alanda kullanılması ise ancak 18. yüzyılda gerçekleşebilmiştir.

1698 yılında, İngiliz mühendis Thomas Savery, ticari olarak satılan ilk buhar makinesini yapmıştır. Bu makine maden ocağından suyu dışarı atmak amacıyla kullanılıyor ve “Madencinin Dostu” olarak tanınıyordu. Makine, yüksek basınçla çalıştığından o günün teknolojisiyle güvenli biçimde çalışacak seviyede değildi. Ayrıca gerekli buharı oluşturmak için çok fazla yakıt gerekiyordu. Buhar makinelerinin öncüsü olan Savery makinesi, verimi düşük olduğundan fazla kullanılmadı fakat kendisinden sonra gelen makineler için bir temel teşkil etti.

1712 yılında Thomas Newcomen yeni bir makine geliştirdi. Düşey bir pistonu olan makine bir kaldıraca bağlanmıştı, kaldıracın diğer ucunda da bir tür tulumbaya bağlıydı. Piston silindirin en üst noktasındayken içeri gönderilen soğuk su ile buhar yoğunlaştırılıyor, böylece atmosferik basınç pistonu aşağı doğru iterek suyun yükselmesini sağlıyordu. Buharın tekrar pistona dolmasıyla çevrim devam ediyordu. Savery makinesinden daha az tehlikeli olmasına karşın istenilen verime ulaşılamamış, yakıt tüketimi azaltılamamıştı.

1764 yılında bozulan Newcomen makinelerinden biri onarım için İskoç mühendis James Watt’a verildi. Makineyi onaran Watt aynı zamanda randımanı düşük bu makineyi geliştirmek için çalışmalara başladı. 1781 yılında aldığı patentle sürekli bir dönüş sağlayan ve yaklaşık 10 beygir güç üreten bir buhar makinesi üretti.

Watt tarafından tasarlanan makinenin taslak çizimi.

1784 yılında Edmund Cartwright tarafından tasarlanan ve 1785 yılında üretilen mekanik dokuma tezgahı, sanayi devrimine öncülük eden en önemli gelişme olarak kabul edilir. Bu gelişme ile birlikte verimlilik 40-50 kat artırılarak tekstil üretimine büyük bir hız kazandırıldı.

Su ve buharın gücünü keşfeden insanoğlu, bunu verimli bir biçimde kullanarak mekanik sistemler ve üretim tezgahları tasarlayarak üretim sürecinde insan gücüne gereksinimi azalttı.

Sanayi devrimi ile birlikte başta tekstil ve metalürji olmak üzere kimya, tarım, madencilik, ulaşım gibi alanlarda ve tüm bunlara bağlı olarak sosyal hayatta da büyük değişimler yaşandı.

Endüstri 2.0 - İkinci Sanayi Devrimi

Elektrik enerjisinin yardımıyla imalatta seri üretim ve iş bölümü.

1870 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nin Cincinnati bölgesindeki kesimhanelerde uygulanmaya başlayan “üretim hattı” modeli ile iş gücünde uzmanlaşma ve kesimin (üretimin) belirli bir hat üzerinde ilerleyerek tamamlanması fikri verimliliği artıran bir etken olmuştu. Sonraki yıllarda fabrikalar elektrikle tanıştı. Elektrik motorları küçük çaptaki buhar türbinlerinden çok daha verimliydi. DC ve AC motorların geliştirilmesiyle beraber elektrik kullanımı fabrikalarda giderek yaygınlaştı, montaj hattı ve üretimde iş bölümü Henry Ford’un Model-T’si ile zirve yaptı.

Üretimin ilerleyen bir hat üzerinde tamamlanması, sabit bir yerde bulunan montaja göre hem daha hızlı tamamlanabiliyor, hem de daha az işçi gerektiriyordu. Üretimde standartlaşmaya gidilmesiyle birlikte değiştirilebilir parçalar kullanılarak maliyetler de azaltıldı.

İlk olarak Chicago’da kesimhanelerde uygulanmaya başlanan sistemde işçiler bulundukları yerde sabit dururken işlenecek parçalar elektrik gücüyle ilerleyen bir hat üzerinde çalışanların önüne geliyordu. Bu sistem Henry Ford’un dikkatini çekecek ve uygulama otomotiv alanında kullanılmaya başlanacaktı.

Hareketli montaj hattı Ford Model-T için tasarlandı ve 7 Ekim 1913’te üretime başlanıldı. Konveyörler üzerinde ilerleyen montaj hattı sayesinde bir aracın üretimi 93 dakika içerisinde tamamlanabiliyordu. Üretim öylesine hızlı ilerliyordu ki (üç dakikada bir araç) boya kısmı büyük bir darboğaz oluşturmaya başladı. Bu sorun da o dönemde hızlı kuruyan tek renk olan siyah kullanılarak çözüldü. 1926 yılına kadar Model-T sadece siyah renkte üretildi. Bu yılda hızlı kuruyan Duco boyası keşfedilince renklerde de çeşitlilik sağlanabildi.

Ford üretim hattı, Model T üretimi.

Azalan maliyetler fiyatlara da yansımıştı. 1908’de 825 dolara satılan Model-T fiyatı 1912 yılına gelindiğinde 575 dolara düşmüştü. Bu düşüş 2000 yılında 15.000 dolardan 10.000 dolara düşüşe eşdeğer bir oran. 1914 yılında montaj hattında çalışan bir işçi dört aylık maaşıyla bir Model-T satın alabiliyordu.

Montaj hatları sayesinde iş yerlerindeki kazalar da önemli ölçüde engellenmiş oldu. Her bir işçi kendisi için belirlenen alanda ve sürekli olarak aynı işi yaptığı için iş kazaları önemli derecede azaldı. Verimliliğin artmasıyla işçilerin aldığı ücretlerde de artış yaşandı, 1,5 dolar olan günlük ücret 5 dolar seviyelerine ulaştı.

Endüstri 3.0 - Üçüncü Sanayi Devrimi

Elektronik ve bilgi teknolojileri sistemleri kullanılarak üretimin daha da otomatikleştirilmesi.

Üçüncü sanayi devrimi ile birlikte imalat otomasyonu ileri safhalara taşınmış, bilgisayar kontrollü üretim ile daha hassas, verimli ve belirli standartlar çerçevesinde üretim yapılabilmiştir.

Otomasyon terimi, 1947 yılında Ford firması kendi içerisinde bir otomasyon birimi kurana dek çok yaygın bir kullanıma sahip değildi. Otomasyon, temel olarak mekanik, hidrolik, pnömatik, elektrik, elektronik ve bilgisayar gibi farklı cihazların ve arayüzlerin bir araya gelmesiyle ortaya çıkan bir kavramdır.

Tarihte bilinen ilk açma-kapama otomasyon sistemi 1620’de Hollandalı bilim adamı Cornelius Drebbel tarafından bulunan termostat olarak kabul edilir. Modern üretim otomasyonun temeli ise PLC’lerin kullanımı ile atılmıştır.

Modicon 084 PLC

İlk PLC sistemi 1960’larda Amerikan otomobil üreticileri için keşfedildi. PLC sayesinde donanımsal olarak bağlı kontrol panelleri yazılım ile yer değiştiriyor, böylelikle de üretimdeki program değişikliklerinde gerekli düzenlemeler hızlıca yapılabiliyordu. Bedford Associates tarafından üretilen Modicon 084 PLC’lerin atası olarak kabul edilmektedir. PLC sistemlerinden önce kontrol röleler, zamanlayıcılar ve kapalı devre kontrolcüler tarafından sağlanıyordu. Bu cihazların adetleri üretim hattı başına yüzlere hatta binlere yaklaşıyordu, bu da zaman içerisinde cihazların güncellenmesini çok pahalı ve zahmetli bir hale getiriyordu.

Endüstri 4.0 - Dördüncü Sanayi Devrimi

Siber fiziksel sistemlere dayalı üretim.

Industry 4.0, Industrie 4.0 veya diğer bir adıyla Dördüncü Sanayi Devrimi. İlk olarak 2011 yılındaki Hannover Fuarı’nda karşımıza çıkan bu kavram, günümüz üretim teknolojilerindeki siber-fiziksel sistemler, nesnelerin interneti, bulut bilişim gibi otomasyon ve veri paylaşım trendleri için kullanılıyor.

Bulut bilişim, nesnelerin interneti (Internet of Things - IoT), gerçek zamanlı sensör ve tepki teknolojileri, bulut tabanlı servisler, büyük veri analitikleri, robotlar, yapay zeka, üç boyutlu yazıcılar ve daha sayamadığımız bir çok yeni teknolojinin gelecekteki üretim yöntemlerini ve sunulan hizmetleri şekillendireceği öngörülüyor.

Endüstri 4.0 ile temel olarak bilişim sistemleri ve endüstriyi bir araya getirmeyi hedefliyor. Yeni nesil düşük maliyetli, enerji tasarrufu sağlayan, yüksek verimlilikli cihazlar birbiriyle haberleşebilen işletim sistemleri ve yazılımlar ile bilgi alış verişi sağlıyor, böylece İnternet bağlantılı siber-fiziksel sistemler kurulmuş oluyor. Bunun dışında gelişmiş sanal gerçeklik, arttırılmış gerçeklik, modelleme ve simülasyon altyapıları sayesinde bir çok işte zaman ve maliyetten tasarruf sağlanması hedefleniyor. Bu sanal gerçeklik uygulamalarına sanal fabrikalar da yakın gelecekte dahil olacak. Yeni ürünler için deneme üretimi ve fizibilite çalışmaları sanal fabrikalar üzerinden gerçekleştirilerek olası problemler daha fabrika kurulmadan tespit edilebilecek.

Sanal fabrikalar dışında üretimde kullanılan makineler de internet desteğiyle birbirleriyle iletişim kurarak arıza durumlarında gerekli analizleri yapıp kendi kendilerini tamir edebilecekler veya üretim hattındaki veriyi gerçek zamanlı analiz ederek üretim parametrelerine karar verip üretim optimizasyonu sağlayabilecek.

Sanayi devrimleri tarih boyunca sadece üretim alanıyla sınırlı kalmayıp toplumsal ve sosyal hayatı da etkilemiştir. Her devrimle beraber insan gücüne olan ihtiyaç azalırken yeni iş kolları ortaya çıkmış ve bilgiye olan ihtiyaç katlanarak artmıştır. Gelecekte de fiziksel insan gücüne olan bağlılık azalırken bugün bahsi bile geçmeyen mesleklerle yakın bir sürede tanışabiliriz.