Otomasyon Piramidi ve Seviye 2

Otomasyon Piramidi Nedir?

Modern otomasyon çözümleri, belirli bir üretim sürecine uygulandığında ürün kalitesini arttırırken işletme maliyetlerini düşürerek verimliliğin ciddi oranlarda artmasını sağlarlar. Proses hacmi ve karmaşıklığı arttıkça otomasyon çözümlerinin sağlayacağı faydalar da aynı oranda artmaktadır.

Birçok farklı prosesin bulunduğu entegre üretim tesislerinde, iş süreçleri ve üretim süreçleri birbirlerinden bağımsız olarak yönetilemezler. Tüm süreçlerin birbirine sıkı sıkıya bağlı olduğu bu gibi işletmelerde, alınan her karar ver atılan her adım zincirleme etkiler doğuracak niteliktedir. Sonuç olarak bu gibi durumlarda, proses otomasyonu ile birlikte üretim yönetim sistemi (MES) ve kurumsal kaynak yönetimi (ERP) çözümlerinin de tek çatı altında ele alınarak merkezi bir otomasyon çözümünün ortaya konması kaçınılmaz olmaktadır. Bu merkezi yapıyı açıklamak için genellikle aşağıda gördüğünüz otomasyon piramidi olarak adlandırılan grafik kullanılır.

AutomationPyramid

Seviye 0 (Field Level)

Bu ilk seviyede saha donanımları bulunmaktadır. Otomatik kontrol sistemlerine bağlı olan bu donanımlar, sistemlerden gelen komutlara (output) tepki verirler ve değişen durumları kontrol sistemlerine dönüş olarak (input) bildirirler. Örneğin motorlar veya pnömatik sistemler bu seviyede bulunurlar ve çıkış sinyalleri ile aktive edilebilirler. Benzer şekilde sensör, switch veya enstrümanlar bu seviyede bulunurlar ve sahadaki durumunu giriş sinyali ile anlık olarak kontrol sistemine bildirirler.

Seviye 1 (Operational Level)

Bu seviye otomatik kontrol seviyesi olarak da adlandırılır. PLC ve DCS çözümleri bu seviye için verilebilecek en iyi örnektir. Kapalı çevrim kontrol, PID kontrol, çeşitli SCADA çözümleri, sürücüler bu katmanda ele alınır. En temel kontrol süreçlerinin ele alındığı bu seviye, üretimin gerçekleşmesinde ve başarılı olmasında büyük öneme sahiptir. Bu seviyede üretilen çözümler proses tipine ve makineye özeldir. Teknoloji sağlayıcısının teknik bilgisi (know-how), bu seviyede üretime dönüştürülür.

Seviye 2 (Supervisory Level)

Sahadaki üretim ile MES arasında köprü oluşturan bu seviyede üretim sürecini destekleyici fonksiyonlar bulunur. Bu fonksiyonlar özetle; üretim öncesi çizelge yönetimi, çıkan ürün yönetimi, malzeme durum bilgisi, hat duruş süreleri yönetimi, vardiya bilgileri yönetimi, ekipman yönetimi, reçete yönetimi, üretim sırasında kritik değerlerin toplanması ve raporlanması şeklinde sıralanabilir.

Bu temel fonksiyonların yanında Seviye 2 sistemleri; çok olasılıklı reçete yönetimi, giren her malzemeye özel matematik model hesaplamaları, üretim sonucuna bağlı olarak öğrenme ve adaptasyon gibi işlemleri de gerçekleştirebilmektedir. Özellikle bu fonksiyonların kullanımının kaçınılmaz olduğun karmaşık üretim hatlarında Seviye 2 sistemleri de otomasyon çözümünün vazgeçilmez bir parçasıdır.

Seviye 1’de olduğu gibi bu seviyede de üretilen çözümler proses tipine ve makineye özeldir. Teknoloji sağlayıcıları, sahip oldukları proses know-how ile Seviye 2 yazılımlarını oluşturmaktadırlar.

Bazı kaynaklarda Seviye, SCADA (Supervisory Control and Data Acquisiton) seviyesi olarak adlandırılır. Fakat SCADA kelimesi, çoğu zaman ara yüz geliştirme araçlarını (WinCC, WinCC Flexible, vs.) veya otomasyon çözümü olarak geliştirilen kullanıcı ekranlarını (PC veya dokunmatik ekranlar) adlandırılmakta kullanıldığı için yukarıdaki grafikte bu seviyeyi “Supervisory Control Level“ şeklinde adlandırmayı tercih ettim. Ama çoğu zaman yazılı ve sözlü olarak “Seviye 2” veya “Level 2” şeklinde ifade edilir.

Seviye 3 (Plant Level)

Bu seviyede kullanılan yazılım çözümleri Üretim Yönetim/Yürütme Sistemi (ÜYS) veya İngilizce Manufacturing Execution System (MES) şeklinde de adlandırılmaktadır. Bu seviyenin ilgi alanı alt seviyelerden farklı olarak tek bir üretim hattı değil tesis genelindeki tüm üretim hatlarıdır. Seviye 3 sistemi tüm Seviye 2 sistemleri ile anlık olarak iki yönlü iletişim halindedir.

Seviye 3 sistemleri; üretim planlama ve çizelge yönetimi, kalite kontrol süreç yönetimi, stok yönetimi, malzeme durum ve transfer yönetimi, proses duruş yönetimi, raporlama gibi fonksiyonları yönetebilmektedir. Fakat burada sayılan veya sayılmayan bazı fonksiyonlar ERP (Seviye 4) sistemlerinin de ilgi alanına girmekte ve bu seviyede yönetilebilmektedir. Tasarım sürecinde şirket ihtiyaçları ve politikaları değerlendirilerek hangi fonksiyonların hangi seviyede ele alınacağına karar verilmeli ve sistemler buna göre geliştirilmelidir.

Seviye 3 sistemleri üretim odaklı sistemlerdir ve üretim personelinin iş planlarına yön vermekte kullanılırlar. Tesis durumunu anlık olarak yansıtan bu yazılımlar, üretimi tamamlanan ve üretilmesi gereken girdiler hakkında üretim personelini yönlendirirken kalite süreçlerinin işletilmesinde kritik rol oynarlar. Anlık veri takibi yapabilmek için farklı iletişim protokolleri kullanarak birçok sistemle haberleşmek durumundadırlar.

Seviye 4 (Enterprise Level)

Bu seviyeyi oluşturan sistemler, ERP (Enterprise Resource Planning) yazılımlarıdır. ERP yazılımları genellikle kurumsal düzeydeki süreçlerin ve üretim ile direkt olarak bağlantılı olmayan süreçlerin (finans, muhasebe, insan kaynakları, vb.) yönetilmesinde kullanılır.

Seviye 4, Seviye 3 ile iki yönlü iletişim halindedir. Saha ve üretim durumunun sisteme anlık bildirim beklentisi Seviye 3’e oranla daha düşüktür.

Seviye 2’ye yakından bakalım

Seviye 2 sistemleri temelde sunucu – istemci yapısında çalışan yazılım çözümleridir. Veriler sunucu tarafında bulunan veri tabanında saklanırken tüm işlemler yine sunucu üzerindeki uygulamalar ile yönetilir. İstemci tarafında ise Seviye 2 kullanıcı ara yüz uygulamaları bulunur. Farklı yetkilere sahip kullanıcılar (üretim operatörü, üretim mühendisi, Seviye 2 mühendisi, sistem yöneticisi, vb. ) istemci bilgisayarlar üzerinden sorumlu oldukları süreçleri yönetirler.

Seviye 2 uygulama sunucusu Seviye 1 ve Seviye 3 sistemleri ile sürekli iletişim halindedir. Seviye 3’ten gelen üretim hedefleri Seviye 1’e aktarılırken, sahanın ve üretimin durumu anlık olarak Seviye 1’den alınan bilgilere göre Seviye 3’e bildirilir.

Seviye 2 veri tabanları geçmişe dönük olarak uzun süreli veri tutmazlar. Veri geçmişi genellikle bir yılın altındadır. Geçmiş verisinin uzun süreli saklanmasında Seviye 3 sistemi tercih edilir.

Seviye 2 otomasyon sistemlerinin temel fonksiyonları aşağıdaki gibi sıralanabilir:

  • Hammaddelerin özellikle ciddi değişkenlik gösterdiği durumlarda farklı girdilerin özgün değerler ve parametreler ile işlenmesi,
  • Prosese özel, karmaşık ve esnek reçete yönetimi,
  • Matematik modelleme kullanımı ile parametrik ve dinamik değer hesaplamaları,
  • Matematik modellerin, makine öğrenmesi kullanılarak sürekli iyileştirilmesi,
  • Üretim geçmişine ait verilerin depolanması ve detaylı olarak raporlanması (Bu veriler Seviye 3 sistemine aktarılarak kalite, maliyet, performans, planlama gibi süreçlerde kullanılır),
  • MES sistemi ile entegre olarak merkezi otomasyon ile veri alışverişi,
  • Üretim çizelgesi yönetimi,
  • Otomatik hat duruş tespiti, duruş sınıflandırması ve duruş sebebi girişi,
  • Kritik ekipmanların kullanım sürelerinin ve değişim ihtiyaçlarının belirlenmesi.

Seviye 2 Sisteminin Bulunmadığı Durumlar

Proses otomasyonunda tüm görevler Seviye 1 tarafından yerine getirilebiliyorsa, Seviye 2’nin yukarıda sayılan fonksiyonları kullanılmayacaksa ve MES sistemi ile herhangi bir bağlantı yapılmayacaksa Seviye 2 sistemine ihtiyaç yoktur denebilir.

Seviye 2 sisteminin bulunmadığı durumlarda:

  • Sistemler Seviye 1 HMI (SCADA), lokal paneller, dokunmatik ekranlar gibi araçlar ile yönetilirler.
  • Üretim planlama süreci proses otomasyonuna bağlı değildir. Üretim personeli girdileri yönetmek için kendilerine otomasyon dışı yöntemlerle iletilen üretim planına uymak durumundadır.
  • Reçete seçimi ve iyileştirmesi Seviye 1 sisteminde yapılır.
  • Üretim geçmişi verisi ve üretim raporları Seviye 1 tarafından yönetilir.
  • Üretim bilgileri merkezi bir sisteme iletilmez. Proseslerden gelen ilişkisel veriler sistematik olarak kaydedilmez.

Otomasyon Piramidinin Geleceği

Yukarıda açıklamaya çalıştığım otomasyon piramidi, sistemleri hiyerarşik bir düzende tanımlar. Bu düzende her seviyenin görevleri ve seviyeler arası verinin izleyeceği rota bellidir. Bu tip otomasyon sistemleri hali hazırda dünyada yaygın olarak kullanılmakta ve sermaye sahipleri bu sistem üzerine yatırımlar yapmaya devam etmektedir.

Nitekim son yıllarda gündemde olan ve yakın gelecekte uygulamalarını görmeye başlayacağımız Endüstri 4.0 devriminin hedeflediği otonom karar verebilen, merkezi olmayan ve kolay bağlanabilirlik sunan sistemler endüstriyel otomasyon uygulamalarının yönünü tamamen değiştireceğe ve otomasyon piramidinin hiyerarşik yapısını bozacağa beziyor. Fakat yine de piramidin farklı seviyelerine ait yukarıda açıklamaya çalıştığım fonksiyonların Endüstri 4.0 çatısı altında uygulanmaya devam edeceğinden emin olabiliriz.

Add a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *