1
Ürün tasarımı üretim sisteminde kritik bir fonksiyondur. Ürün tasarımının kalitesi, ürünün ticari başarısını ve toplumsal değerini belirleyen enönemli faktörlerden biridir. Eğer ürün tasarımı kötü ise ne kadar iyi imal edilirse edilsin işletmenin kazancına katkısı az olacaktır. Ürüntasarımı iyi olsa da, ürünün işletmeninkarına ve başarısına katkıda bulunmak için yeteri kadar düşük bir maliyette üretilebilmesi gerekmektedir. Ürün tasarımı ile ilgili gerçeklerden biri ürün maliyetininönemli bir kısmınıntasarım ilebelirlendiğidir. Üretim sistemlerinde tasarım ve imalatbirbirinden ayrılamaz. Bu iki husus fonksiyonel, teknolojik ve ekonomik olarak birbirine bağlıdır. CAD (Computer Aided Design-Bilgisayar Destekli Tasarım): Ürün tasarımında bilgisayar teknolojisinden yararlanmaktır. 2
Genel bir ürün tasarımı işlemi 6 aşamadan oluşmaktadır. 1. Gereksinimin belirlenmesi: Dikkatli bir tasarım ile çözülebilecek bir problemin biri tarafından fark edilmesini içerir. Bu fark etme, mevcut bir makine tasarımındaki bir kusurun bir mühendis tarafından fark edilmesi olabileceği gibi, yeni bir ürün fırsatının bir satış elemanı tarafından algılanması da olabilir. 2. Problemin tanımı: Tasarlanacak ürünün teknik özelliklerinin detaylı bir şekilde belirlenmesini kapsar. Bu özellikler, fiziksel özellikler, fonksiyon, maliyet, kalite ve çalışma verimi gibi konuları içerir. 3. Sentezleme ve 4. Analiz etme: Bu iki adım birbiriyle yakından ilişkilidir. Ürünün her bir alt sistemi tasarımcı tarafından düşünülmeli, analiz edilerek geliştirilmeli, tekrar sentezlenmeli ve tekrar analiz edilmelidir. Bu şekilde son analizi yapıldıktan sonra değerlendirme aşamasına geçilir. 5. Değerlendirme: Tasarımın başlangıçta belirlenen özelliklere uygun olup olmadığı değerlendirilir. Değerlendirmede, çalışma verimi, kalite, güvenilirlik ve diğer kriterleri belirlemek için prototip üretimi ve testi de gerçekleştirilir. 6. Sunum: Teknik çizimler, malzeme şartnameleri, montaj çizelgeleri gibi tasarım dökümantasyonları yapılır. 3
Bilgisayar destekli tasarım (CAD-Computer Aided Design), bir mühendislik tasarımını oluşturmak, değiştirmek, analiz etmek, optimize etmek ve döküman oluşturmak için bilgisayar sistemlerinin etkin bir kullanımını içerenbir tasarım faaliyeti olarak tanımlanır. 4
Geometrik modelleme, bir nesnenin geometrisinin matematiksel bir tanımını gerçekleştirmek için bir CAD sistemi kullanımını içermektedir. Geometrik model denilen matematiksel tanımlama, bir bilgisayar belleğinde saklanır. Bu sayede, CAD sistemi kullanıcısı modelin bir görüntüsünü ekranda oluşturur ve model üzerinde belirli işlemleri gerçekleştirir. Bu işlemler arasında sistemde mevcut temel yapı elemanlarından yeni geometrik modellerin oluşturulması, ekrandaki görüntülerin taşınması ve yönünün değiştirilmesi, görüntünün belirli özelliklerinin büyütülmesi ve bu gibi işlemler bulunmaktadır. Bu sayede tasarımcı yeni bir ürünün (veya bileşenlerinin) modelini oluşturur veya mevcut bir model üzerinde değişiklik yapar. Bilgisayar destekli tasarımda kullanılan değişik geometrik model tipleri bulunmaktadır. Geometrik modellerin sınıflandırılma şekillerinden biri 2-D (iki boyutlu) modeller ve 3-D (üç boyutlu) modeller şeklindedir. İki boyutlu modeller yassı nesnelerin tasarımı ve yerleşim düzenlerinin oluşturulması için en uygun modellerdir. 1970 li yıllarda geliştirilen ilk CAD sistemlerinde iki boyutlu modeller esas alınmıştır. Üç boyutlu CAD sistemleri, kullanıcı talimatlarına göre üç boyutlu bir nesne modelleme kapasitesine sahiptir. Üç boyutlu bir model değişik görünümleri ve nesnenin farklı açılardan görüntüsünü oluşturabildiği için nesnenin canlandırılmasında oldukça yararlıdır. Bilgisayar destekli tasarımda modelleme için kullanılan bir diğer sınıflandırma tel çatı modeller ve katı modellerdir. Tel çatı model (şekil a) nesneyi resmetmek için düz çizgi parçalarını kullanır. Karmaşık geometrilerin tel çatı modellerinde genellikle nesne şeklini oluşturan tüm çizgiler hatta nesnenin diğer tarafını temsil eden çizgiler bile gösterildiğinden kafa karıştırıcı olabilir. Tel çatı modeller günümüzde nadiren kullanılır. Katı modellerde ise (şekil b) nesne gerçek hayattaki görüntüsüne benzer şekilde üç boyutlu olarak modellenir. Mühendislik açısından daha da önemlisi, geometrik model bir CAD sisteminde nesnenin bire bir aynısı olan üç boyutlu bir katı model olarak saklanır. Bu model kütle özelliklerinin hesaplanmasında, montaj bileşenlerinin uyum kontrollerinin yapılmasında ve diğer mühendislik hesaplamalarında faydalıdır. CAD sistemi modellerindeki diğer iki özellik renk ve animasyondur. Rengin önemi, kullanıcının nesneyi grafik ekranda canlandırma becerisini büyük oranda geliştirmesidir. Örneğin, bir montajlı parçanın farklı bileşenleri, daha kolay bir şekilde ayırt edilebilmeleri için değişik renklerle gösterilebilir. Animasyon kapasitesi ise, mekanizmaların ve diğer hareketli nesnelerin işleyişinin grafik ekranda gösterilmesini olanaklı kılar. 5
Belirli bir tasarım alternatifi geliştirildikten sonra, tasarım işleminin bir parçası olarak genellikle bazı mühendislik analizleri yapılmalıdır. Mühendislik hesaplamaları genellikle karmaşık olup uzun zaman almaktadır. Bilgisayar geliştirilmeden önce bu hesaplamalar ya büyük oranda basitleştiriliyordu ya da tamamen ihmal edilmekteydi. CAD sisteminde ise bu analizleri yapmak daha kolay hale gelmiştir. Bilgisayar destekli mühendislik (CAE-computer aided engineering) terimi bilgisayar ile gerçekleştirilen mühendislik analizleri için geçerlidir. Bilgisayar destekli mühendislik örnekleri arasında şunlar sıralanabilir: Kütle özellikleri analizi: Bu analiz, bir katı nesnenin hacim, yüzey alanı, ağırlık ve ağırlık merkezi gibi özelliklerinin hesaplanmasını kapsar. Özellikle mekanik tasarımda uygulanmaktadır. CAD öncesinde bu özelliklerin belirlenmesi genellikle tasarımcının itinalıveuzunsürenhesaplamalaryapmasınıgerektirmekteydi. Engellemelerin (çakışmaların) kontrolü: Çoklu bileşenden oluşan üç boyutlu geometrik modellerdeki bileşenlerin uyumlarını kontrol eder. Mekanik montajların, kimyasal tesis boru sistemlerinin ve buna benzer çoku bileşenli tasarımların analizinde kullanışlıdır. Tolerans analizi: Ürün bileşenlerinin önceden belirlenmiş toleranslarını analiz eder ve şu amaçlarla kullanılır: (1) toleransların ürünün fonksiyon ve performansını nasıl etkilediğini tespit etmek için, (2) toleransların ürün montajını nasıl etkilediğini belirlemek için, (3) bileşen boyutlarındaki değişimlerin montajlı parçanın toplam boyutunu nasıl etkilediğini belirlemek için. Sonlu eleman analizi: CAD sistemlerinde gerilme-birim şekil değiştirme, ısı transferi, sıvı akışı ve diğer hesaplamalarda yardımcı olan sonlu elaman analizleri yapılabilmektedir. Sonlu elaman analizi, çözümü mümkün olmayan veya çok zor olan diferansiyel denklemler ile tanımlanan fiziksel problemlere yaklaşık çözümler belirleyen bir sayısal analiz tekniğidir. Kinematik ve dinamik analiz: Kinematik analiz, mekanik eklemlerin işleyişini inceler ve bu eklemlerin hareketini analiz eder. Dinamik analiz, her bir eklem parçasının ağırlığının etkilerini ve bunun sonucunda oluşan ivmelenme kuvvetleri ile dışarıdan uygulanan kuvvetleri de dikkate alarak kinematik analizi daha da genişletir. Kesikli olay benzetim: Bu tür benzetim, olayların farklı zamanlarda gerçekleştiği ve sistemin performansını ve durumunu etkilediğibirimalatistasyonu veyamalzemetaşıma sistemigibikarmaşıkoperasyonelsistemlerimodellemekiçin kullanılır. 6
Otomatik boyutlandırma: Kullanıcı tarafından belirlenen geometrik model üzerindeki yüzeyler arasındaki kesin mesafe ölçümlerini tespit eder. Hata kontrolü: Boyutların ve toleransların uyumlarını ve doğruluğunu incelemek ve uygun tasarım formatının izlenip izlenmediğini değerlendirmek için kullanılan algoritmadır. Kesikli olay benzetim çözümlerinin animasyonu: Mühendislik analizinde gerçekleştirilen kesikli olay benzetim çözümünün hareketli grafikte gösterilmesi çözümün değerlendirilmesi ve sunumunun faydalı bir yoludur. Girdi parametreleri, olasılık dağılımları ve diğer faktörler, modellenen sistem üzerine olan etkilerini değerlendirmek için değiştirilir. Tesis yerleşimi tasarım puanı: Tesis tasarımı yapmak için kullanılan CAD programlarının bazılarında her bir tasarım alternatifi için malzeme akışı, yakınlık değeri ve benzer faktörleri değerlendiren puanlama sistemleri bulunmaktadır. Yeni bir ürünün tasarımındaki geleneksel yaklaşım, ürün onaylama ve üretimine izin verme öncesinde bir prototip üretimini kapsar. Prototip, tasarımı gerçekleştirmek veya son dakika değişiklikleri için ürünü test etme, çalıştırma ve görme fırsatı vererek tasarımın kesin olarak sınanmasını sağlar. Prototip oluşturmadaki problem, bu işlemin geleneksel yollarla çok uzun sürmesidir. CAD sistemi ise, ürünün geometrik modelini kullanarak daha kolay prototiplemeye imkan vermektedir. 7
8
9
Tasarım verimliliğinin artması: CAD kullanımı tasarımcının ürün ve bileşenlerini kafasında canlandırmasına yardımcı olur. Bu sayede, tasarımcının tasarımı entezlemesi, analiz etmesi ve belgelendirmesi için gerek duyduğu süreyi kısaltır ve sonucunda daha kısa tasarım döngüsü ve daha düşük ürün geliştirme maliyeti sağlar. Tasarımda kullanılabilir geometrik formların artması: CAD, tasarımcının elle çizim ile oluşturulması zor olan matematiksel olarak tanımlanmış eğriler, karışık açılar ve benzeri şekiller gibi daha geniş bir şekil yelpazesinden seçim yapmasını mümkün kılar. Tasarım kalitesinin iyileşmesi: CAD sistemi, tasarımcının daha detaylı bir mühendislik analizi yapmasını ve daha çok sayıda ve değişik tasarım alternatifini değerlendirmesini mümkün kılar. Böylece elde edilen tasarımın kalitesi daha yüksek olur. Tasarım dökümantasyonunun gelişmesi: CAD çıktıları elle çizim ile oluşturulandan daha iyi bir tasarım dökümantasyonu sağlar. Mühendislik çizimleri tüm çizimler içerisinde daha standart olması, daha az çizim hatası içermesi ve daha yüksek okunabilirliği ile çok daha kalitelidir. Ayrıca, birçok CAD paketi tasarım değişikliklerini otomatik olarak dokümante eder ve böylece değişikliklerin ne zaman ve kim tarafından yapıldığı görülebilir. İmalat veri tabanının oluşturulması: Ürün tasarımı için oluşturulan dokümanlar, ürünü imal etmek için gerekli veri tabanının büyük bir kısmını oluşturur. Tasarım standartlaştırması: Tasarımda kullanılabilecek ve sınırlandırılmak istenen belirli özellikler CAD yazılımına eklenerek tasarımcının belli standartlara uygun şekilde tasarım yapması sağlanabilir. 10
11
İmalat planlamada CAM uygulamaları, üretim işlevinidesteklemek içinbilgisayarın dolaylı olarak kullanıldığı ve bilgisayar ile işlem arasında doğrudan bir bağlantının olmadığı uygulamalardır. Bilgisayar, etkin planlama ve üretim işlemlerininetkin yönetimi için bilgi sağlamak amacıyla kullanılır. İmalat denetimi ise fabrikadaki fiziksel işlemleri yönetmek ve denetlemek için kullanılan bilgisayar sistemlerini kapsamaktadır. 12
Bilgisayar destekli işlem planlama (CAPP-Computer Aided Process Planning): CAPP, ürün ve ürün bileşenlerini imal etmek için gerekli işmerkezlerini ve işlem sırasını listeleyen işlem kartlarının hazırlanması ile ilgilenir. CAD/CAM Nümerik kontrollü parça programlama: Nümerik kontrollü tezgahlarda karmaşık geometrili ürünler için üretim programlarının oluşturulmasını sağlayan sistemdir. Bilgisayarlı işlenebilirlik veri sistemleri: Bir metal kesme takımının işletilmesindeki problemlerden biri belirli bir işlem için kullanılması gerekli besleme ve kesme hızlarının belirlenmesidir. Farklı malzemeler ve işlemler için tavsiye edilecek uygun kesme şartlarını belirleyen bilgisayar programları bulunmaktadır. Bu tavsiyeler, takım ömrü ile kesme şartlarını ilişkilendiren laboratuar veya fabrikada derlenen veriler ile belirlenmektedir. Bilgisayarlı iş standartları: Fabrikada gerçekleştirilen doğrudan işçilik faaliyetleri ile ilgili zaman standartlarının belirlenmesi zaman etüdü yapan bölümün sorumluluğundadır ancak bu standartların belirlenmesi sıkıcı ve zaman alıcı olabilir. Iş standartlarını oluşturmak üzere piyasada satılan birçok bilgisayar paketi vardır. Bu bilgisayar programları, herhangi bir manuel işi oluşturan temel iş elementleri için geliştirilmiş standart zaman verilerini kullanmaktadır. Maliyet tahmini: Birçok endüstri kolunda yeni bir ürünün maliyet tahmini işi, tahmini oluşturmak için gerekli temel adımların birçoğu bilgisayar ile yapılarak basitleştirilmiştir. Bilgisayar, yeni ürünlerin bileşenlerinin üretimi için planlanan işlem sıralamasına uygun işçilik ve genel gider oranlarını uygulamak üzere programlanır. Program, daha sonra toplam ürün maliyetini belirlemek için mühendislik malzeme listesindeki tüm bileşenlerin maliyetlerini birbirine ekler. Üretim ve stok planlama: Bu fonksiyon, stok kayıtlarının korunması, stokta kalmadığında maddenin otomatik tekrar siparişi, üretim programlama, farklı üretim siparişleri için güncel önceliklerin korunması, malzeme gereksinim planlaması ve kapasite planlamasını içerir. Bilgisayar destekli hat dengeleme: Bir montaj hattında, iş elementlerinin istasyonlar arasında en iyi şekilde dağıtılması büyük ve zor bir problemdir. Hat dengeleme problemlerinin çözümünde yardımcı olan bilgisayar programları bulunmaktadır. 13
İşlem izleme ve kontrolü: Tesisteki imalatişlemlerininve üretim ekipmanlarının izlenmesi ve düzenlenmesi ile ilgilidir. Bilgisayarlı işlem kontrolü uygulamaları; transfer hatları, montaj sistemleri, CNC tezgahları, robotik, malzeme taşıma ve esnek imalat sistemleri gibi modern otomatik imalat sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kalite kontrolü: İmal edilenürünlerin kalite muayenelerininyapılmasını sağlayan bilgisayar destekli otomatik kontrol sistemlerini içermektedir. Atölye kontrolü: Fabrika işlemlerindenveri toplayan ve fabrikadaki stok ve üretimi kontrol etmeye yardımcı olmak için bu veriyi kullanan bilgisayar destekli teknikleri içermektedir. Stok kontrolü: Stoktaki ürünlerin depolama maliyetlerininenaza indirilmesi ve müşteri hizmetinin maksimumda tutulması gibi çelişeniki amacı dikkate alarak en uygun stok seviyelerini belirlemeye yardımcı olanbilgisayar programlarını içermektedir. Tam zamanında üretim sistemleri: İmalat hattı boyunca her bir istasyonda herhangi bir bileşene ihtiyaç duyulduğu anda bu istasyona bu bileşenden doğru sayıda iletecek şekilde düzenleme sağlayansistemleriiçermektedir. 14
15
CIM kavramı, firmadaki üretim ile alakalı işlemlerin tümünün işlemlere yardımcı olmak, artırmak ve otomatikleştirmek için bir bilgisayar sistemi ile entegre edilmesidir. Bilgisayar sistemi firmanın tamamına yayılmış olup imalatı destekleyen faaliyetlerin tamamı ile iletişim halindedir. Bu bütünleşik bilgisayar sisteminde, satış siparişi ile başlayıp ürünün teslimatı ile sona eren işlemler zinciri boyunca bir faaliyetin çıktısı bir sonraki faaliyetin girdisini oluşturmaktadır. Başlangıçta müşteri siparişleri şirketin satış elemanları tarafından veya doğrudan müşterinin kendisi tarafından bilgisayardaki sipariş giriş sistemine yüklenir. Siparişler ürünü tanımlayan özellikler içermektedir. Bu özellikler ürün tasarım bölümüne girdi rolü oynar. Yeni ürünler CAD sisteminde tasarlanır. Ürünü oluşturan bileşenler tasarlanır, malzeme listesi derlenir ve montaj resimleri çizilir. Tasarım bölümünün çıktısı, üretime hazırlık için işlem planlaması (CAPP), takım tasarımı vb. faaliyetlerin gerçekleştirildiği imalat bölümünün girdisidir. CIM ın tam olarak uygulanması, bilgi akışının şirketin imalat organizasyonundaki her kısımda otomatik olarak gerçekleşmesini sağlar. Kurumsal kaynak planlaması (ERP-enterprise resource planning) programları, işletmelerde bilgisayarla tümleşik imalatı uygulamak için kullanılan programların temelidir ve bu programlar aynı zamanda işletmenin muhasebe, finans, İK, pazarlama gibi diğer fonksiyonlarını da kapsar. 16
17
Parça programı: İşlem ekipmanınınhareketini kontrol edendetaylı adım adım komutlardan oluşmaktadır. Programdaki her bir komut kesme takımının parçanın bağlandığı iş tablasıyla arasındaki bağıl konumunu işaret eder. İş mili hızı, ilerleme, kesme takımı seçimi gibi diğer komutlar da dahil edilmiştir. Program makine kontrol birimine verilecek ortamda kodlanmaktadır. Uzun yıllar boyunca yaygın olarak 1 inç genişliğinde ve makine kontrol biriminin anlayacağı şekilde standartlaştırılmış delikli şeritler kullanılmıştır. Makinekontrol birimi: Bu birim, her komutu kaydedip bunu mekanik hareketlere çeviren bir ünite ve ilgili kontrol ekipmanından oluşur. İşleme ekipmanları: Kodlanan işi gerçekleştiren tezgah veya ekipmanlardır. İş parçasını bitmiş ürüne çevirenişlem basamakları bu ekipmanlarda gerçekleştirilir. 18
19
NC ekipmanı üreticileri, 1960 lı yıllardan beri büyük bilgisayar sistemlerinden ve devamında 1970 lerden beri mini bilgisayarlardan ve 1980 li yıllardan itibaren mikrobilgisayarlardanbaşlayarak bilgisayar teknolojilerindeki gelişmeleri makinelere yansıtmışlardır. Günümüzde NC demek bilgisayarlı nümerik kontrol (CNC) demektir. 20
21
22
23
24