Not: Orijinal olarak TurkCADCAM.net Dergisi 2. Sayısı için hazırlanmış bu makale, ilk kez Şubat 2007'de TurkCADCAM.net Portalı'ndan yayınlanmaya başlamıştır.

Hepimizin medyadan takip ettiği ve arkadaşlarımızdan duyduğumuz bir terimdir bilişim. Yeri geldiğinde konferanslar düzenlenir, bilişimin ne olduğu anlatılır, yeri geldiğinde panellerde tartışılır; nasıl daha iyi bilişiriz diye. Hepimiz biliriz ki bilişim bilmekten gelir, iletişimden gelir. Üstelik tüm bu bilgilerin de bilgisayarlar yardımı ile işlenmesini içerir (1). Ancak çoğumuzun dikkat etmediği bir nokta vardır ki, o da her ne kadar dünyada teknoloji alanındaki gelişmeleri takip edip, en son çıkmış aletleri ve yazılımları almaya çalışarak kendimizi geliştirmeye çalışsak da kafamıza kazınmış olan düşünme silsilemizi yenilikçi hale getirmedikçe tüm bu yatırımların çok büyük ihtimalle kaybetmeye mahkum olacağı, en iyimser tahminle ise ulaşılabilecek noktanın çok altında kalacağıdır.

"Her yol teknolojiye çıkar!"

Peki ne yapmalıyız? Dünyada hakim olan globalleşme trenine nasıl dahil olabiliriz?

Dikkat ederseniz bu trene dahil olmaktan bahsediyorum, sadece ona binerek birkaç durak ilerlemekten değil. Ne yaparsak yapalım, dünyadaki gelişmeleri yakalamak istiyorsak, yapmamız gereken bu teknolojileri öğrenmek ve arkasında yatan filozofiyi benimseyerek, firma kültürümüze bu teknolojilerin bir yansımasını sağlayarak bu trenin bir parçası haline gelmek olmalı.

Biraz daha örneklendirmek gerekirse bugün yurtdışı ile çalışmak isteyen bir üretim firmasının yapması gerekenleri biraz inceleyebiliriz. Her şeyden önce yurtdışına satabileceğimiz bir ürünümüzün olması lazım. Burada ilk akla gelen üretim kalitesi olabilir. Bu kapsamda esas olan ise bu ürünün standartlara uygunluğu olduğundan yanlış düşündüğü zaman ilk yapılabilecek hata "İşte, test ederiz deneriz bakarız olur, olmazsa düzeltir problemimizi çözeriz" mantığı ile konuya yaklaşmak olabilir. Bu yaklaşım ile maalesef girdiğimiz yarışımızı en baştan kaybetmeye mahkum oluyoruz, çünkü test edilecek olan ürünün muhtemelen problemli olacağını en baştan ürün geliştirme metodolojimizin içine entegre etmek farkında olmadan da olsa yenilgiyi en baştan kabul etmek anlamına gelmekte. Dolayısı ile açılmak istediğimiz pazarda başarılı olmanın en önemli unsurlarından birisi de daha üretim olmadan çıkabilecek problemleri tahmin edebilme yetisini kazanmak olmalı.

Buna ek olarak, üretim yapan çoğu firmada sürekli söylenegelen bir söz vardır: "Son gün ("deadline") mı? İşler dün bitmeliydi!" Belki de ülkemizdeki ürün geliştirme süreçlerinin çekmekte olduğu sıkıntıları en güzel anlatan bu sözlerden elde edebileceğimiz iki çıkarım var; (i) rekabetçi koşullar dolayısı ile zaman baskısı altındayız ve ayakta kalabilmek için hızlı olmamız lazım, (ii) üretim baskısı altında plansız programsız ne yaptığımızın gerçekten farkında olmadan çırpınıyoruz.

Evet, biz mühendisler ve teknik görevlerdeki diğer arkadaşlar maalesef zaman ve çevre baskısı yüzünden bu şekilde düşünmeye itiliyoruz. Bu noktada yanlış anlaşılmaya engel olmak için söylemek istediğim bir şey var. Elbette pratikte sıkışık zamanlar olacaktır ve bazen işler gerçekten de son anda ters gidebilir. Ancak bu sıkışıklık sürekli oluyorsa o zaman kısa bir süre durup, analitik düşünerek, çözüm odaklı bir şekilde "kendimizi nasıl geliştirip, bu problemleri önleyici olabiliriz?"i irdelememiz gerekmektedir. Eğer ortada bizim düzeltmemiz gereken, ters giden bir şeyler varsa, bu problemlerin çözümünü başkalarından beklemekse, "çözüm çözümsüzlüktedir" demekten daha ileriye gidemeyebilir.

Peki problemlerimizi çözmek için ne yapmalıyız?

Her şeyden önce ortada bir dizayn olduğuna göre ve bir fabrikanın ürettiği ürünler genelde birbirleri ile paralellik gösterdiğine göre, parametrik modelleme imkanı sunan üç boyutlu bir katı modelleme programının (CAD) kullanılması birincil önceliklerden sayılabilir. Böylece parametrize edilmiş modeller sayesinde ufak versiyon değişiklikleri hızla uygulanıp, bilgisayar destekli üretim (CAM) ile gerek prototip, gerekse seri üretim kalıpları vb. parçaların üretiminin hızla yapılması mümkün olacağı gibi, yeni versiyonların dizaynı ve görselleştirilmesi de daha teklif aşamasındayken bile gerçekleştirilebilir.

Bu noktada bizi bir nebze de olsa karamsarlıktan kurtaran, memnuniyet verici bir gelişme ise, CAD ve CAM sistemlerinin kullanımının ve bu teknolojilerin ürün geliştirmenin bel kemiği olması mantığının ülkemizde de yavaş yavaş oturmaya başlamış olmasıdır. Ancak deminki örneğimize geri dönmek gerekirse bu mantıkta halen üretilecek olan parça, alt sistem ya da sistemlerin prototiplerinin başarı ile sonuçlanıp sonuçlanamayacağı konusu ise maalesef meçhul kalmaktadır. Dolayısı ile her ne kadar CAD ve CAM sistemlerini kullansak da, bu halen klasik ürün projelendirme sürecini güden düşünce yapısını kırabilmiş olduğumuz anlamına gelmemekte.

Biraz daha açık olabilmek için ilk etapta klasik ürün geliştirme sürecini biraz incelemekte fayda olabilir. Klasik süreç, içinde yapılan çalışmalarda ihtiyaç her ne kaynaktan gelirse gelsin, ilk etapta çözüme yönelik fikirlerin tartışılması ve aralarından en uygun olanının seçimi ile başlamakta. İlk zaman kayıplarımızı ise bu esnada seçilmeyen fikirlerin toplantılar neticesinde rafa kaldırılması neticesinde yaşamaktayız. Tecrübeler doğrultusunda elemeden geçebilen fikirleri ise günümüzde genelde CAD sistemlerinin de kullanıldığı bir ön dizayn süreci izlemekte. Bu esnada çıkan çeşitli problemler ve düşünülen opsiyonların prototiplerinin binbir güçlükle üretimi belki de bir çoğumuzun uykusuz gecelerine mal olmuştur. Mühendisler, teknikerler, ustabaşları, ustalar, çıraklar ve sabırsızlanan yöneticiler ile patronlar olabildiğince kısa sürede prototipleri üretme yarışına girmişlerdir. Üstelik bu prototiplerde genellikle sorunlar yaşanmakta olup, çoğu gözden kaçan ufak ayrıntı, ya da hiç aklımıza dahi gelmeyen bazı çok temel mukavemet veya titreşim problemleri, prototiplerin çoğunun elenmesine sebep olup, bunun neticesinde elimizde kalan son şansımız olan ve diğerlerine nazaran sadece göreceli olarak daha iyi performans veren prototip üzerinde yoğunlaşmamız neredeyse kaçınılmaz olmuştur.

Klasik Ürün Projelendirme Süreci (2)

En sonunda istenilen sonuçlara ulaşıldığında ise elde edilen nihai dizayn bu defa üretim mühendislerinin ya da sorumlularının masasına gelmekte ve zamana karşı son bir savaş da bu aşamada verilmeye başlanmaktadır. Tüm bu süreci gözden geçirmeye çalıştığımızda ise tam bir kaos eşliğinde bitmek bilmeyen toplantılar ve çöpe giden birçok fikir ile buna bağlı zaman, daha çalışacağından bile emin olunamayan parçaların üretimi için malzeme ve işçilik giderleri göze çarpabilir.

Bir de üstüne üstlük uzun vadede pazar payımızı düşürmemek ve tercihen arttırmak istiyorsak, tüm bu işler hiç bitmek bilmeyen mitolojideki Sisifus'un (Sysiphos) hikayesine dönebilir (3). Sisifus'a verilen ceza, bir taşı dağın eteklerinden yukarıya kadar taşımasıdır. Ancak taş o kadar ağırdır ki Sisifus doruğa her yaklaştığında enerjisi tükenmektedir ve kan ter içindeyken kayanın ağırlığını taşıyamaz hale gelir ve aşağıya yuvarlanan kayanın önünden kendini zor atar. Sonra da aşağıya inerek sabırla kayayı tekrar yukarı taşımaya başlar. İşte sanayicimizin yapması gereken de maalesef bu hiç bitmeyecek olan işi kabul edip gelişimde sürekliliği sağlamak için çalışmak ve daha da çok çalışmaktır.

Örnek olarak, geçmişte piyasaya çıkan dijital kaset çalarlara baktığımızda, tam bu ürünün satışından para kazanılmaya başlandığı zaman CD çalarların piyasaya çıktığını görebiliriz. Başka bir deyişle uzun vadede piyasada tutunmak isteyen firmaların yenilikleri takip edip çok kısa süreler içinde bu yeni teknolojilere stratejileri doğrultusunda adaptasyonu sağlamaları kaçınılmaz olmaktadır ve bu da klasik ürün geliştirme sürecinin sancılarının her yeni değişimle birlikte süreklilik arz edeceği anlamına gelmektedir.

Gelişimde süreklilik, "Product life cycle" (4)

Peki ne yapmalıyız? Maliyetlerimizi kısmak ve kaliteden ödün vermeden daha kısa bir zaman içinde daha iyi ürünlere nasıl ulaşabiliriz?

İşte bu noktada bilgisayar destekli ileri mühendislik teknolojileri devreye sokmamız bizlere rakiplerimize karşı büyük avantajlar sağlayabilir. Başka bir deyişle, ürettiğimiz mamul ne olursa olsun, gerek üretim sürecini, gerekse nihai ürünün testini sanal ortama taşımamız sadece işçilik zamanı ve masraflarının kısılmasında değil, aynı zamanda deneme yanılma sürecinin bilgisayar ortamında olması sayesinde daha iyi ve daha hafif, dolayısı ile daha problemsiz ve daha ucuz ürünlere ulaşmamızda önemli bir rol oynamaktadır.

Bu kapsamda sanal prototiplerin oluşturulması ve daha konsept aşamasında olan ürün dizaynlarının (çözüm önerilerinin) hemen bir analize sokulmasına ve akabinde analiz neticelerinin katı modellemede optimizasyon çalışmalarında kullanılarak tüm bu sürecin bir bütün halinde devam ettirilmesi büyük bir önem ihtiva etmektedir. Bu entegre sürece aynı zamanda "Front End" ürün geliştirme süreci de denilmektedir ve buradaki amacımız daha üretilebilirlik sorularına gelmeden, yani henüz prototip üretimi için gerekli çalışmalar yapılmadan, yani gerekli teknik resimler oluşturulmadan, katı modelin çalışma şartları altında ne tür deformasyonlara uğrayacağının, başka bir deyişle yapının çevresel etkilere cevabının ne olacağının ön görülmesi olarak özetlenebilir.

"Front End" Ürün Geliştirme Süreci (5)

Bir de aramızdan bazıları diyebilir ki "Biz araştırma geliştirme (Ar-Ge) ya da ürün geliştirme (Ür-Ge) yapmıyoruz, bizim için bu teknolojiler biraz fazla gelir!". İşte o zaman söyleyebileceğimiz bir şey var: "Emin misiniz?"

Günümüzde firmalar farkında olmasalar bile uzun vadeli stratejileri sebebi ile piyasadaki konumlandırmalarını belirlemektedirler. Bazı firmalar "ben öncü olacağım, her şeyi kendim icat edeceğim" derken, bir diğer uç noktadaki firmalar ise, "piyasada ne varsa aynısını kopyalayıp yapacağım" diyebilmektedirler. Biraz daha aradakiler ise var olan çözümleri biraz iyileştirme yolunda bir çaba sarf ederken tüm firmaların amacı ise şirketin kârlılığını arttırıp sürdürülebilirliğini garanti altına almak olarak özetlenebilir.

Konumlandırma dizeyinde (portfolio matrix) nerede olursak olalım, teknik kararlar almak zorundayız. En basitinden bir ürünü kopyalarken bile "tersine mühendislik" dediğimiz olgudan faydalanmaktayız. Örnek olarak sac bir parçayı kopya olarak üretebilmek için onun kalıbını dizayn etmek zorundayız. Elimizdeki malzemeler daha farklı olabileceğinden ya da üretim toleranslarımız daha farklı olabileceğinden bazı önlemler almak zorundayız. Tüm bu işlemler teknik bir karar mekanizmasının işlemesi anlamına geldiğine göre, sanal prototipleme ve simülasyonun hepimiz için mutlaka faydalı bir araç olarak işlerimizi kolaylaştırabilecek unsurlar içerdiğini söylemek hatalı olmayacaktır.

Sanal ortamda simülasyon yapmak ise genel anlamda çoklu cisimler dinamiği (Multi-Body Dynamics: MBD), sonlu elemanlar analizleri (Finite Element Analysis: FEA), akışkanlar mekaniği (Computational Fluid Dynamics: CFD) ile mekatroniği de kapsayan kontrol ve sistem mühendisliği gibi teknolojileri kullanmak anlamına gelmektedir. Bu teknolojiler ile fiziğin çeşitli disiplinlerinde çalışmalar yapmak mümkün olabildiğinden, örnek olarak bir radyatörün içinden geçen sıvının metal parçalar ile ısı değiş tokuşu CFD ile hesaplanıp, bu ısının oluşturacağı deformasyon ve dolayısı ile gerilme FEA ile tespit edilebilmektedir;

FSI ile ısı eşanjörü hesabı (6)

Aynı şekilde, bir elektrik akımının oluşturduğu elektromanyetik alanın hesabı ve oluşan ısı dağılımı ile kuvvetlerin tespiti de FEA teknolojisi ile çalışmak anlamına gelmektedir. Derin çekme ve benzeri sac şekillendirme proseslerindeki kalıp simülasyonları, dövme ve ısıl işlem hesapları da FEA'nın ilgi alanına girmektedir. Bir iş makinesinin aşırı yükleme neticesinde kalıcı deformasyona uğrayıp uğramayacağı ya da motor yataklarının titreşim problemlerini çözmeye yetip yetemeyeceğinin hesabı da FEA ile yapılırken, çalışan bir mekanizmada oluşan kuvvetlerin tespiti ve örnek olarak bir dişli kutusunun dizaynı için gerekli olan yüklemelerin bulunması ise MBD teknolojisi ile sağlanmaktadır.

Simülasyon yapılabilecek fiziğin temel alanları ve bu alanların etkileşimi (7)

Önemli bir nokta ise, hangi alanda çalışma yaparsak yapalım, süreçlerin hep aynı mantıkla işlediğidir; İlk etapta bir CAD modeli MBD, FEA yada CFD yazılımı içerisine alındıktan sonra hesap modelleri oluşturulmalıdır. Hesap modelleri oluşturma işlemi, bu sürecin en çok zaman alan evresi olup, tüm malzeme modelleri ve montajdaki parçaların birbirleri ile ilişkilerinin (contact) tanımlandığı, bilgisayarın çözüme ulaşabilmesi için yönlendirmemiz doğrultusunda yapıyı hesaplanabilir küçük parçalara böldüğü (sonlu sayıda elemanlar) adım olarak tanımlanabilir. Akabinde bu modele uygulanan yükler neticesinde kullanılan yazılımın algoritması tüm parçaların birbirlerine ilettikleri deplasmanları ve yükleri hesaplayarak bir tüme varım ile sistemin davranışının incelenmesine fırsat vermektedir. İşte, klasik ürün geliştirme mantığına eklenmesi gereken halka bu simülasyon sürecidir.

Masaüstü Mühendisliği Araçları (8)

Aramızda, "Acaba simülasyon olunca her şey hemen rayına oturacak mı? Artık prototip yapmam gerekmeyecek mi?" diye soranlar olabilir. Her şeyden önce bu tür teknolojilerin tam olarak öğrenilmesinin belirli bir sürece gereksinim gösterdiğini hiç bir zaman unutmamamız lazım. Ayrıca bu teknolojiler öğrenildikçe daha farklı yeni imkânlar sunacağından, öğrenmede gösterilecek sürekliliğin de ürünlerin geliştirilmesinde bir süreklilik olacağını düşünmek ve aynı toplam kalite yönetiminde olduğu gibi bilgisayar destekli mühendislik (Computer Aided Engineering: CAE) alanında da hiç bitmeyen sürekli bir çalışma gerektiğini göz ardı etmemek gerekir. Firma içerisinde bu teknolojilerin iyi kötü anlaşılmaya başlanmasından sonra, simülasyon tüm ürün geliştirme süreçleri içerisinde yerini bulmaya başlayınca, tüm deneme yanılma süreçleri masa üstüne taşınacağından dolayı, nihai olarak üretilecek prototipin problemsiz olarak çalışmasını çok yüksek bir ihtimalle beklemek yanlış olmayacaktır. Üretilen prototip ile simülasyon arasında farklılık tespit edildiği takdirdeyse, yükleme koşullarında ve malzeme seçiminde bir hata olduğunu, ya da üretimde resimlere nazaran bir farklılık olduğunu düşünmek doğru olacaktır. Bu sürecin oturtulmaya başlandığı ilk zamanlarda bu tür farklılıklar daha sık beklenmekle beraber, zamanla gerek üretim kalitesi, gerekse FEA modelleme kalitesi arttırılarak sonuçların örtüştüğünü gözlemlemek mümkün olacaktır. Günün sonunda tüm bu çalışmalar bir ürünün üretilmesini hedeflediği için prototip yapılması elbette kaçınılmaz olacaktır. Ancak simülasyon, prototiplerde deneme yanılma sürecini minimize etmeyi amaçlamaktadır.

Sonuç olarak simülasyon sayesinde çıkabilecek problemlerin azaltılması sağlandığı için ömrün uzatılıp servis maliyetlerinin düşürülmesi mümkün olmaktadır. Aynı zamanda kütle optimizasyonu ile maliyetlerin kısılması ve daha yüksek bir kalite seviyesinin ulaşılması müşteri memnuniyetini arttırdığı gibi sertifikasyon süreçlerini de kolaylaştırarak yeni pazarlara açılmayı mümkün hale getirmektedir. Dolayısı ile performans ve güvenlikten ödün vermeden, kaliteli ancak düşük maliyetli ürünleri hızlı bir şekilde sunabilmek istiyorsak bilgisayar destekli mühendislik araçlarına ve daha da önemlisi bu araçları kullanacak insanlara yatırım yapmamızın gerekliliği ise kaçınılmaz bir gerçek olarak karşımıza çıkmaktadır.

Hepimize Sisifus işimizde kolay gelsin!..

1- Türk Dil Kurumu bilişim tanımlaması: "İnsanoğlunun teknik, ekonomik ve toplumsal alanlardaki iletişiminde kullandığı ve bilimin dayanağı olan bilginin özellikle elektronik makineler aracılığıyla düzenli ve akla uygun bir biçimde işlenmesi bilimi, informatik, enformatik." www.tdk.gov.tr

2- Meredith and Shafer, Operations Management for MBAs, 2nd Edition

3- Bkz. Rosenberg, Dünya Mitolojisi, Büyük Destanlar ve Söylenceler Antolojisi, İmge Kitapevi 2. baskı, sayfa 157

4- Shapiro, Basic Marketing, 9th Cdn Ed. Sayfa 260

5- Front End Product Development, ANSYS Inc., Mechanical Customer Presentation

6- Fluid Structural Interface (FSI) Capabilities, ANSYS Inc., CFX Customer Presentation

7- Multiphysics Simulation Capabilities, ANSYS Inc., Customer Presentation,
Elektromayetik Simülasyon: CAD-FEM, Kalıp ısı transferi hesabı: Figes - SKS

8- Computer Aided Engineering (CAE), Desktop Engineering Capabilities, ANSYS Inc., Customer Presentation