MÜHENDİSLİK TASARIMINDA YENİ BİR KAVRAM; MEKATRONİK TASARIM

Transkript

1 MÜHENDİSLİK TASARIMINDA YENİ BİR KAVRAM; MEKATRONİK TASARIM Prof, Dr. Abdüikadir ERDEN 1, Makina Müh. Böl., Ortadoğu Teknik Üniversitesi, ANKARA 2. TÜBİTAK, Modern İmalat sistemleri Araştırma Ünitesi, 1. GİRİŞ Teknolojideki hızlı gelişme sonucu, tasarım ürünlerinin ömürlerî azalmış îstenen ürün özelliklerinde önemli değişiklikler olmuş ve yoğun rekabet nedeni İle aynı fonksiyon için ürün çeşitliliği artmıştır. Bunun sonucunda üretim mühendisliğinin temel kavramları değişmiştir. Geçtiğimiz yıllarda çok popüler olan serî üretim yöntemleri, yeni gelişmeler karşısında yetersiz kalmıştır. Üretim yöntemleri ile birlikte çok hızlı değişen piyasa taleplerine karşılık verebilmek için tasarım mühendisliğinde de değişiklikler yaşanmıştır. Bunun sonucu gelişen kavramlardan birisi de, "Mekatronîk Tasarımadır, Mekatronik Tasarım makina mühendisliği, elektronik, kontrol mühendisliği ve bilgisayar teknolojisinin sinerjetik birleşiminden oluşan bir tasarım felsefesidir. Bu felsefe İçinde temel nokta, bu kavramların organik bîr yapıda bir bütün olarak düşünülmesidir. Mekatronik Tasarım ürünleri, genellikle akıllı makîna, alet ve cihazları, akıllı sistemleri içermektedir. Bütün Mekatronik Tasarım ürünlerinin ortak özelliği, ürün içinde bütünleşen makina zekasıdır. Bu felsefe ile geliştirilen ürünler, özel işlevleri olan bilgisayar sistemlerine dönüşmektedir. 2, MEKATRONİK TASARIMIN GELİŞİMİ Mekatronik Tasarım değişik mühendislik teknolojilerinin aynı ürün üzerinde toplanması sonucu doğan bîr kavramdır. Bu kavramın doğuş süreci Şekil 1 'de anlatılmıştır. Tarihsel gelişim süreci içinde, mekanik teknolojinin gelişimi sonucu önce mekahîzasyon sağlanmıştır. Ancak gelişen teknolojik ihtiyaçların sadece mekanîzasyon île sağlanamamsı sonucu, gelişmekte olan elektronik teknolojiden yararlanılmış ve elektromekanik sistemler oluşmuştur. Ancak ileri teknoloji düzeyi ve ekonomik koşulların yeterli olmaması sonucu yeni yardımcı teknolojiler aranmış ve gelişmekte olan bilişim teknolojisi hızla elektromekanik sistemlere uygulanmıştır. Bunun sonucu oluşan ve temel olarak mekanik, elektro* nîk ve bilgisayar yazılım sistemlerinden olupn makina, cihaz, araç vb. ürünler, alışılmış teknoloji düzeyindeki ürünlere göre önemli üstünlükler sağlanmıştır. Yukarıda verilen gelişim süreci, Çizelge 1 f de bir başka açıdan tekrar özetlenmiştir. Bu çizelgede makinaların gelişim sürecinde şimdilik son aşama olarak gösterilen akıllı makinalar, Mekatronik Tasarımın amaçladığı mühendislik ürünleridir. 97

2 Çizeîgt 1. Çeşitli Ttknoloji Düztyİtrîncii Makîna Tasarımı 3, MiKATRONİK TASARIMIN GEREKSİNİMİ Günümüz endüstri yapısının» teknoloji, ekonomik açılardan incelenmesi sonucu aşağıda sıralanan hususlar özelikle dikkati çekmektedir: a. Ürün ömürleri eskiye göre çok azalmıştır, Bîr çok konuda bu sür aylarla ifade dilmektedir. Bu durumda ürün geliştiren firmaların çok kısa sürede yeni 98

3 teknolojileri uygulamaları va yeni tasarımların! çok kısa zamanda geliştirmeleri gerekmektedir, b. Henüz eski nesil ürünler piyasadan çekilmeden, yeni nesil ürünler piyasaya sürülmekte, böylece iki (bazen üç) nesil ürün tynı piyasayı paylaşmaktadır. o. Yeni teknoloji genellikle daha ucuz olduğu İçin, hızla geliştirilmeli, ürünlere katılmalı ve piyasaya sürülmelidir. d. Herhangi bîr üründe, pazara rakipten daha erken girmek, zaten çok kısa olan ürün ömrü nedeniyle büyük bir avantaj sağlamakta, böylece karlılık kısa süre de olsa yükselebilmektedir, t. Teknolojik ve politik gelişmeler dünya pazarını hızla etkilemekte, bunun sonucu olarak da, üretici kuruluşların üretim hatlarını çok kısa süreli olarak değişik ürünler İçin kullanmalarını gerektirmektedir. Bu durumda alışılmış üretim sistemleri yetersiz kalmaktadır, i Yaygınlaşan iletişim teknolojisi sonucu, müşterinin satın alacakları ürünlerden beklentileri çok değişmiştir. Çağdaş müşteri öze! isteklerinin tatmin edilmesini ve en yeni teknoloji ürününü İstemektedir, Bu durumda benzer istekleri bulunan çok sayıda müşteri yerine, özel İstekleri olan daha az sayıda müşteri gruplarından oluşan çok sayıda müşteri grubu doğmuştur. g. Ekonomik üretim İçin serî üretim bir zorunluluktur. Ancak seri üretim, bir ürünü, basit elemanlardan oluşan bir bütün olarak kabul eder, Oysa özel müşteri isteklerinin karşılanması ancak İşlevsel elemanların değişimi İle mümkündür. Çok çeşitli müşteri istekieri karşısında seri üretim yeterli olmamaktadır. h. Yeni pazar stratejisi, çok sayıda tasarım seçeneği üreterek, ürün üzerinde kapsamlı bir araştırma yapılmadan pazar tutma ihtimali olan bütün seçenekleri pazara tanıtmayı gerektirmektedir, Hızlı değişim ve değişen pazar koşulları tasarım ile araştırma çalışmalarını birbirine daha çok yakıniaştırmıştır, Yukarıda verilen hususların ışığı altında; - HİZLİ TEKNOLOJİK DEĞİŞİM - KISA SÜREDİ DEĞİŞEN RAKİP ÜRETİCİLER - PARÇALANAN PAZAR VE MÜŞTERİLER yeni teknoloji dünyasının en belirgin özellikleri olmuştur. Bu değişime üretici firmaların uyum sağlama çabalarının bir sonucu da Mekatronik Tasarım kavramıdır. 4* MEKATRONİK TASARIMIN YAPİSİ Mekatronik Tasarım deyimi önce Japonya'da türetilmiş, daha sonra Avrupa ülkelerinde yaygınlaşmıştır. Halen Japonya'da çok sayıda, daha az sayıda da Avrupa ülkelerinde mekatronik mühendisliği konusunda lisans ve yüksek lisans eğitimi verilmektedir. Mekat- _ _ 99 ;

4 ronik tasarım, akıllı makina, cihaz, sistem, fabrika vb., arkasında olan disiplinler arası teknolojidir, Bütün mekatronik tasarım ürünlerinin ortak özellikleri birkaç mühendislik disiplininden özellikleri bîrarada toplamaları ve ürün içinde organik olarak bulunan akıllı bilgisayar yazılımlarıdır. Genellikle yapay zeka yöntemleri kullanan bu akıllı yazılımlar sonucu, mekatronik tasarım ürünleri basit İşlevsel makinaiar yerine, çeşitli koşullara uyum sağlayabilen ve yetenekleri olan bilgisayarlara dönüşmektedirler, Mekatronik Tasarım, varolan makînalara elektronik sistemler ve bilgisayar yazılımları eklimsk yerine, bir ürünün tasarım sürecini başından değiştirerek tasarım konusu ürünün tanımı aşamasından itibaren tasanm sürecini etkiîer. Böylece ağır ve hantal olan birçok alışılmış makina elemanları elenerek ortaya çok daha ekonomik ve İşlevsel bir ürün çıkabilmektedir. Mekatronik tasarımın temel yapısı ve Önemli öğeleri Şekil 2'de gösterilmiştir, Mekatronik Tasarım felsefesi ise Şekil 3'de özetlenmektedir. Şekil 2. Mekatronik Tasarımın Temel Yapısı 100

5 S. MEICATRONİIC TASARIM MÜHENDİSLİĞİNİN ROLÜ Mekâtronik mühendislerinin temel görevi, tasarım süreci içinde mühendsilik yaratıcılığında disiplinlerarası bütünleşmenin sağlanmasıdır. Bu nedenle mekâtronik tasarım mühendisinin herşeyden önce bir tasarım sürecini çok iyi bilmesi ve uygulaması gerekir. Böyle bir kîşi, değişik disiplinlerde gereksinim duyulan ayrıntı düzeyde bilgiyi alıp harmanlayabilecek yetenekleri kazanmış olmalıdır. Bir mekâtronik Tasarım Mühendisinin önde gelen görevleri şunlardır : a» Bir proje grubunda değişik konularda uzman olan kişiler arasında iletişimi sağlamak ve bu ortamın tasarım sürecinde sürekliliğini korumak, b. Aynı sorun için değişik disiplinlerde oluşturulan çözüm önerilerini çağdaş tasanın felsefesi ışığında değerlendirmek ve yeni, ekonomik ve uygun tasarım çözümleri geliştirmek, c. Soyu! tasarım kavramında, somut müşteri gereksinimine kadar olan ürün geliştirme sürecini yönlendirmek, d«sürekli gelişen teknoloji ve sürek!! değişen pazar koşullarında esnek ve uyum sağlayabilen tasarımlar üretmek İçin tasarım ölçütlerini koymak ve bu ölçütleri tasarım süreci boyunca sürdürmek, e. Alışılmış makina/sistem elemanları yerine daha ucuz, kaliteli, güvenilir ve esnek elemanlar önermek, bu amaçla temel değişim önerileri geliştirmek. 101

6 i. MEKATRÖNlK TASARIM EĞİTİMİ Alışılmış mühendislik kolları içinde, çok amaçlı ürünler için mühendislik tasarımı eğitimi, makina mühendlsli ders programları içinde gelişmiştir. Bu nedenle tüm dünyada, mekatronîk tasarım eğitim programları da, makina mühendisliği bölümlerinde gelişmektedir, Mekatronlk Tasanm Eğitim Programının alışılmış makina mühendisliği eğitimine ek olarak aşağıdaki temel konuları kapsaması gerekmektedir:!, Algılayıcılar (her çeşit sensörier, transducer» encoder, load ceil vb.) II. Güç ileticileri (AC ve DC motorlar, step motorlar» elektromagnet, hidrolik, pnömatik sistemler) III. Görüntü algılama ve işleme sistemleri IV. Yapay Zeka Uygulamaları V. Optik Sistemler VL Mikroişlemciler VII.Tasarım Felsefesi Bu konuda Türkiye'de özel bir program bulunmamaktadır. Ancak ODTÜ Makina Mühendisliği bölümünde bîr yüksek lisans dersi verilmeye başlanmıştır, 7. SONUÇ Hızla gelişen teknoloji ve sürekli gelişen pazar koşulları, daha ekonomik ve kaliteli ürünler İsterken, müşteri beklentileri daha esnek ve çok çeşitli ürünler yönünde olmaktadır. Müşterilerin hızla değişen istekleri ve yoğun rekabet sonucu ürün ömürleri çok kısalmıştır Böylesine çetin koşullar karşısında alışılmış tasarım ve İmalat teknolojileri yetersiz kalmış, bu ihtiyacı gidermek üzere yeni kavram ve yöntemler doğmuştur, Bunlardan birisi de mekatronlk tasarım kavramıdır, Mekatronik Tasarım, makina mühendisliği makina tasarım ekseninde, elektronik ve bilgisayar yazılım teknolojilerinin bir ürün tasarımı İçinde harmanlanmasından oluşan tasanm süreci olarak tanımlanabilir. Bu tanım ile geliştirilecek bir eğtim programı, günümüz Türkİyesi koşullarında ancak özel endüstriyel destek ile mümkün görülmektedir Akademik çevrelerde bu konuya ilgi duyan kişilerin birbirlerini tanımaları ve bilgi alışverişi, konunun gelişimi açısından yararlı olacaktır, KAYNAKÇA 1. Kajitani, M,, A Concept of Mechatronlcs, J. Robotics and Mechatronİcs, V,1, N,1, June , Buur Jacob, A Theoretical Approach to Mechotmnics Design, Dissertation, Institute for Engineering Design, Technical Unh/* Denmark, 1990, 3. Gevarter, WS,, Intelligent Mächines, Prentice-Hall, , Anon, NATO ASI, Mechatronics Design in Textile Engineering, Side, 1992, 102