Üretimde robotiğin evrimi ve geleceği

Endüstriyel işler genellikle ağır parçaları kaldırmak ve bir araya getirmek gibi aynı fiziksel görevleri tekrar tekrar yapmayı gerektirir. Bu tür manuel görevler riskli olabilir. Yalnızca 2023 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde 5.283 ölümcül iş kazası yaralanması bildirildi.

Bununla birlikte, akıllı endüstriyel robotların ve yapay zekâ (AI) ile bilgisayarlı görü gibi teknolojilerin kullanımının yaygınlaşmasıyla, bu yüksek riskli görevlerin çoğu artık makineler tarafından gerçekleştiriliyor. Üretimde kullanılan robotlar artık ağır malzemeleri kaldırabiliyor, ekipmanları sorunlara karşı denetleyebiliyor ve fabrika sahasında güvenliği ve verimliliği artırmak için insanlarla birlikte çalışabiliyor.

Bu makalede, endüstriyel robotların fabrikaların çalışma biçimini nasıl değiştirdiğine ve daha güvenli, daha üretken iş yerleri oluşturmaya nasıl yardımcı olduğuna göz atacağız. Haydi başlayalım!

Endüstriyel robotlar nedir?#

Endüstriyel robotlar, özellikle üretim görevlerine yardımcı olmak üzere tasarlanmış akıllı makinelerdir. Özellikle üretimde kullanılan robotlar genellikle araba veya uçak parçaları gibi ağır ürün bileşenlerini kaldırmak ya da elektronik devreleri monte etmek veya ürünleri paketlemek gibi küçük ve ayrıntılı görevleri çok hızlı şekilde gerçekleştirmek üzere üretilir.

The Terminator veya I, Robot gibi bilim kurgu filmlerinde sıkça gördüğümüz insansı robotların aksine, endüstriyel robotlar genellikle sabittir ve tek bir robotik kolla üretilir. Bu robotik kol tipik olarak çeşitli yönlerde hareket edebilir ve kaynak yapma, montaj veya malzeme taşıma gibi farklı üretim görevleri için programlanabilir.

Endüstriyel robotlar, mola vermelerine gerek kalmadan tekrarlanan işleri hızlı ve doğru şekilde yapma konusunda özellikle iyidir; bu da onları fabrikalarda ve depolarda kullanım için ideal kılar. Sonuç olarak, dünya genelindeki fabrikalarda 4 milyondan fazla robot kullanılıyor.

Endüstriyel robot türleri#

Fabrikalarda robot kullanımı yaygınlaşıyor ve robotlar çok çeşitli görevleri üstleniyor. Fabrika işlerini daha verimli ve güvenli hâle getirmek için kullanılan bazı farklı endüstriyel robot türleri şunlardır:

• Kartezyen robotlar: Portal robotlar olarak da bilinen bu robotlar, X, Y ve Z eksenleri boyunca üç kayar mafsal kullanarak düz çizgiler üzerinde hareket eder. Basit tasarımları yüksek hassasiyet sağlar; bu nedenle üretim ve otomasyon görevleri için idealdirler.

• Eklemli robotlar: Eklemli kollara sahip bu robotlar, birden fazla döner mafsal kullanarak insan kolunun hareketlerini taklit eder. Esneklik ve geniş bir hareket aralığı sunarlar; montaj, boyama ve paketleme işlemlerinde yaygın olarak kullanılırlar.

• Delta robotlar: Üçgen bir tabana bağlı üç hafif koldan oluşan delta robotlar, hız ve çeviklik için tasarlanmıştır. Özellikle paketleme sektöründe yüksek hızlı alma ve yerleştirme işlemleri için oldukça uygundurlar.

• Polar robotlar: En eski endüstriyel robot türleri arasında yer alan polar robotlar, küresel bir hareket aralığı sağlamak için döner ve doğrusal mafsalların birleşimini kullanır. Geniş ve çok yönlü erişim gerektiren görevlerde kullanışlıdırlar.

• SCARA robotlar: Seçici uyumluluklu montaj robot kolunun kısaltması olan SCARA robotlar, iki döner mafsal ve bir doğrusal mafsal kullanır. Elektronik montajı ve gıda işleme gibi hızlı ve hassas yatay ve dikey hareketler gerektiren görevler için idealdirler.

Üretimde robot teknolojisinin tarihi#

Endüstriyel robotların nasıl fark yarattığına dair belirli örneklere geçmeden önce, üretimde robotların evrimine göz atalım ve endüstriyel robot teknolojisinin yıllar içinde nasıl değiştiğini daha iyi anlayalım:

• İlk üretim dönemi (robotik öncesi dönem): Robot teknolojisinden önce üretim tamamen manuel iş gücüne ve temel araçlara dayanıyordu. Sanayi Devrimi buhar gücünü, makineleri ve montaj hatlarını kullanıma sundu; bu gelişmeler verimliliği artırsa da birçok görevi tekrarlı, tehlikeli veya yoğun emek gerektiren işler olarak bırakmaya devam etti.

• Endüstriyel robotların ortaya çıkışı (1950'ler - 1980'ler): George Devol 1954'te ilk programlanabilir robot olan Unimate'i icat etti. General Motors, 1961'e gelindiğinde bu robotu basınçlı döküm ve kaynak işlemlerinde kullanıma aldı ve Unimate kullanımda olan ilk endüstriyel robot oldu. Bu, özellikle otomobil üretiminde tehlikeli ve tekrarlı görevlerin otomatikleştirilmesini sağlayan büyük bir dönüşüm başlattı.

• Yaygınlaşma ve geliştirme (1990'lar - 2000'ler): Robotlar daha hızlı, daha hassas ve daha uygun maliyetli hâle geldi. Kullanımları elektronik, ilaç ve gıda işleme gibi sektörlere yayıldı. Esnek otomasyon, robotların minimum yeniden programlamayla birden fazla görevi yerine getirebilmesini mümkün kıldı.

• İşbirlikçi robotların yükselişi (2010'lar - günümüz): İşbirlikçi robotlar veya cobot'lar, insanların yanında güvenli şekilde çalışmak üzere ortaya çıktı. Dahili sensörler, AI ve kamera sistemleri sayesinde çevrelerine uyum sağlayabilir ve karmaşık ya da hassas görevlere yardımcı olabilirler.

Şekil 1. George Devol'un Unimate robotu. (Kaynak)

Geleceğe baktığımızda, endüstriyel robotların daha da akıllı ve uyarlanabilir hâle gelmesi muhtemeldir. Araştırmacılar ve mühendisler, robotların öğrenmesini, yeni durumlara uyum sağlamasını ve insanlarla destekleyici ve dinamik şekillerde daha yakın iş birliği yapmasını sağlayan teknolojiler üzerinde aktif olarak çalışıyor.

Endüstriyel robot teknolojisi örnekleri#

Şimdi, üretimde kullanılan robotların gerçek dünyadaki örneklerini ve fabrika sahasında nasıl kullanıldıklarını inceleyeceğiz.

Uçak üretiminde endüstriyel robotlar#

Uçak üretimi, özellikle Boeing 777 gibi büyük uçaklarda karmaşık ve hassas süreçleri içerir. Örneğin, tek bir 777'nin montajı 60.000'den fazla perçin gerektirir. Geleneksel olarak bu görev iki çalışanı kapsıyordu: biri perçin tabancasını kullanıyor, diğeri ise bağlantı elemanını sabitlemek için panelin arkasında çelik bir çubuk tutuyordu.

Bu tür görevler fiziksel açıdan yorucu olabilir ve kollarda, sırtta ve omuzlarda yaralanmalara yol açabilir. Ayrıca uçak üretiminde hassasiyet kritik öneme sahiptir ve hataya çok az yer vardır.

Boeing, bu tür iş akışlarını geliştirmek için endüstriyel robotları kullanıma aldı. Şirket, Washington eyaletinin Everett kentindeki 777 fabrikasında, gövde bölümlerinin delinmesini ve perçinlenmesini otomatikleştirmek üzere tasarlanmış robotik bir montaj süreci olan Gövde Otomatik Dikey Montaj (FAUB) sistemini kullanıma sundu.

Şekil 2. Boeing uçağının gövdesi üzerinde çalışan FAUB robotları. (Kaynak)

Programlandıktan sonra bu robotlar, perçinler için on binlerce kusursuz delik açabilir. Sabit düzeneklerin kullanıldığı eski sistemin aksine, FAUB robotları hareketlidir ve kılavuzlu araçlar üzerinde montaj hatları boyunca ilerleyebilir. Çalışanlar gövde panellerini konumlandırdıktan sonra, delme ve perçinleme işini robotlar devralarak hem hızı hem de hassasiyeti artırır. Bu yaklaşım, üretimde daha akıllı, daha güvenli ve daha verimli çözümler sunmaya devam eden robot teknolojisi sektöründeki son gelişmelerle uyumludur.

Endüstriyel robotların mümkün kıldığı gıda üretimi#

Üretimde kullanılan robotlar gıda sektöründe de yaygın olarak kullanıma alınıyor. Örneğin Nestlé'nin Almanya'daki fabrikasında bebek maması üretimi, tamamen otomatik bir paketleme hattı üzerinden yürütülüyor. Robotlar, doldurulmuş ve mühürlenmiş gıda tepsilerini sterilizasyon kasalarına, ardından da sevkiyat için ambalajlara taşıma gibi görevleri gerçekleştiriyor. Bu, tüm operasyonu daha hızlı, daha güvenli ve daha güvenilir hâle getiriyor.

Nestlé ayrıca tesislerindeki bakım sorunlarını izlemek için Boston Dynamics'in Spot robotu gibi mobil robotlar da kullanıyor. Yalnızca belirli alanlardaki sorunları tespit edebilen geleneksel sabit sensörlerin aksine Spot, fabrika içinde özgürce hareket edebiliyor. Mobil ve esnek otomasyon kavramı, robot teknolojisi sektöründe giderek yaygınlaşan bir eğilimdir.

Spot merdivenleri çıkabilir, dar alanlarda ilerleyebilir ve düz olmayan zeminlerde hareket edebilir. Motorlar ve kompresörler gibi fabrika makinelerinde ısı, gürültü veya diğer uyarı işaretlerini kontrol etmesine yardımcı olan özel sensörlerle donatılmıştır. Spot ayrıca sorunları erken aşamada kolayca tespit ederek ciddi hâle gelmeden önce giderilmelerine yardımcı olabilir.

Şekil 3. Bir gıda üretim tesisini denetleyen endüstriyel robot Spot. (Kaynak)

Endüstriyel robotların yardımıyla otomobil üretimi#

Endüstriyel robotlar otomobil üretiminin her zaman önemli bir parçası olmuştur. Hatta ABD'deki tüm endüstriyel robot kurulumlarının %33'ü otomotiv sektöründedir.

Buna ilginç bir örnek, BMW'nin 2013'teki Spartanburg fabrikasıdır. Bu tesiste insanlar ve robotlar, güvenlik çitleri olmadan kapı montaj hattında yan yana çalıştı. Böylece burası, düzenli üretimde bu tür doğrudan insan-robot iş birliğini kullanan ilk BMW tesisi oldu.

BMW X3 modellerinin kapılarına ses ve nem yalıtımı yerleştirmek için dört robot kullanıldı. Çalışanlar önce yapışkan folyoyu yerine yerleştirip hafifçe bastırdı; ardından robotlar devralarak işi merdane başlıklarıyla yüksek hassasiyetle tamamladı.

Sistem tamamen otomatikti ve işlem sırasında uygulanan kesin basıncı ölçebiliyordu; bu da kalitenin sürekli izlenmesini sağlıyordu. Robotun çalışması herhangi bir nedenle kesintiye uğrarsa, bir insan çalışan kolayca devreye girip görevi manuel olarak tamamlayabiliyor ve üretimin gecikme olmadan devam etmesini sağlıyordu.

Şekil 4. Bir otomobil üretim tesisinde çalışanlarla yan yana çalışan robotlar. (Kaynak)

Üretimde robot teknolojisinin avantajları#

Şimdi, üretimde robot kullanmanın bazı temel avantajlarına daha yakından bakalım.

• Hassasiyet ve doğruluk: Endüstriyel robotlar yüksek düzeyde hassasiyet ve hız sunar. Bazıları görevleri mikron düzeyinde doğrulukla gerçekleştirebilir.

• Güvenilirlik: Kullanım ömürleri arızasız olarak 100.000 saate kadar ulaşabilen endüstriyel robotlar, uzun süreler boyunca kesintisiz çalışabilir.

• Geliştirilmiş iş yeri güvenliği: Robotlar ayrıca dar alanlarda veya tehlikeli maddelerin çevresinde çalışmak gibi tehlikeli görevleri üstlenerek yaralanmalar nedeniyle kaybedilen iş günlerinin %35 oranında azaltılmasına yardımcı olur.

• Verimliliği artırma: İnsanların aksine robotların molaya, izin günlerine veya dinlenmeye ihtiyacı yoktur. Günün her saati çalışabilir ve bu da verimliliği önemli ölçüde artırabilir.

• Maliyet etkinliği: Bu robotları satın almak ve kurmak başlangıçta pahalı olsa da zaman içinde önemli ölçüde tasarruf sağlarlar. İş gücü maliyetlerini düşürür, olası hataları azaltır ve yaralanmalara bağlı giderleri kısarlar.

• Ölçeklenebilirlik: Robotlar kurulduktan sonra üreticiler, ek çalışanlar işe almaya veya büyük değişiklikler yapmaya gerek kalmadan üretimi daha kolay artırabilir. Bu, üreticilerin artan talebe hızlıca yanıt vermesini ve değişen pazarda esnek kalmasını sağlar.

Üretimde robot teknolojisinin zorlukları ve sınırlamaları#

Endüstriyel robotlar birçok avantaj sunsa da özellikle uzmanlık ve bakım açısından bazı zorlukları da beraberinde getirir. Fabrikalardaki bu robotları programlamak, çalıştırmak ve bakımını yapmak için yetkin profesyoneller gerekir.

Günümüzde endüstriyel kullanım alanlarındaki birçok robot yapay zekâ ve makine öğrenimi kullansa da arızaları önlemek için hâlâ düzenli bakıma ihtiyaç duyar. Bir üretici ekibi bu bilgiye zaten sahip değilse, personeli eğitmek hem pahalı hem de zaman alıcı olabilir.

İlginçtir ki bu zorlukların çözümü de görsel yapay zekâ, daha spesifik olarak görsel verileri anlamaya odaklanan bir yapay zekâ dalı olan bilgisayarlı görü biçiminde karşımıza çıkar. Örneğin Ultralytics YOLO11 gibi bilgisayarlı görü modelleri, endüstriyel robotları tespit etmek ve izlemek üzere eğitilebilir. YOLO11 kullanılarak bu robotların izlenmesinden elde edilen içgörüler, sorunları erkenden tespit etmek için kullanılabilir (öngörücü bakım olarak bilinir). Bu, uzman gözetimi ihtiyacını azaltır ve beklenmedik arızaları düşürür.

Bunun ötesinde bilgisayarlı görü, gerçek zamanlı dijital ikizlerin oluşturulmasını da destekleyebilir. Dijital ikizler, üretim ortamından toplanan görsel veriler kullanılarak oluşturulan fiziksel makinelerin ve robotların sanal modelleridir.

Dijital ikizler, üreticilerin ekipmanları gerçek zamanlı olarak izlemesine, kesintiye yol açmadan önce sorunları tespit etmesine ve gerçek üretimi durdurmadan süreç iyileştirmelerini test etmesine olanak tanır. Bu teknoloji daha tutarlı performans sağlar, karar alma süreçlerini iyileştirir ve maliyetli duruş sürelerini azaltır.

Yapay zekâ ve makine öğrenimi teknolojileri#

Endüstriyel robot kullanımının zorluklarını ele alırken, birçok robotun artık AI ve makine öğrenimiyle çalıştığını gördük. Peki bu aslında nasıl çalışıyor ve AI'ın robot teknolojisindeki rolü nedir?

Geleneksel endüstriyel robotlar sabit ve tekrarlı görevlerle sınırlıdır. Önceden programlanmış talimatları izler ve üretim hattındaki değişikliklere kolayca uyum sağlayamazlar. Bu durum, esneklik, hız ve doğruluğun gerekli olduğu ortamlarda onları daha az verimli hâle getirir.

AI olmadan robotlar ürün kusurlarını gerçek zamanlı olarak tespit edemez veya malzemelerdeki ya da konumlardaki küçük farklılıklara uyum sağlayamaz. Bu da genellikle süreçlerin yavaşlamasına, daha fazla hataya ve duruş süresinin artmasına yol açar. Üretimde AI, robotların basit ve önceden programlanmış görevlerin ötesine geçmesini sağlıyor.

Özellikle üretimde makine öğrenimi sayesinde robotlar çevrelerinden gelen verileri analiz edebilir, örüntüleri tanıyabilir ve zaman içinde performanslarını geliştirebilir. Örneğin görüş özellikli bir robot, montaj hattındaki farklı nesneleri tanımlayabilir, gördüklerine göre hareketlerini ayarlayabilir ve hatta kusurları veya anormallikleri gerçek zamanlı olarak tespit edebilir. Bu yeniliğin temel itici gücü bilgisayarlı görüdür.

Tipik olarak görüş özellikli bir robot, Ultralytics YOLO11 gibi bilgisayarlı görü modellerini çalıştırmak için gerekli donanım altyapısıyla donatılır. Kameralar ve bilgisayarlı görüyle entegre edildiğinde robot, temel modelin yeteneklerini kazanır. YOLO11 söz konusu olduğunda bu, robotun nesne algılama, izleme ve segmentasyon gibi bilgisayarlı görü görevlerini gerçekleştirebilmesi anlamına gelir.

Nesnelerin İnterneti'nin (IoT) etkisi#

Endüstriyel robotlarla ilgili diğer iki kavram, üretimde IoT ve uç bilişim teknolojileridir. IoT, veri toplayan ve paylaşan (çoğunlukla internet üzerinden) bağlı cihazlardan oluşan bir ağı ifade eder. Öte yandan uç bilişim, tüm verileri önce merkezi bir sunucuya göndermeye gerek kalmadan verileri doğrudan kaynağında, örneğin bir robotta veya sensörde işler.

Endüstriyel IoT (IIoT) cihazları büyük miktarda veri topladığında, bu verileri analiz için buluttaki merkezi bir sisteme göndermek gecikmelere (latency olarak bilinir) neden olabilir ve işleri yavaşlatabilir. Ancak üreticiler IoT ile birlikte uç bilişimi kullanarak verileri anında işleyebilir, gerçek zamanlı yanıtlar alabilir ve otomasyonu güçlendirebilir.

Üretimde AI ve IoT'nin birlikte çalışmasına dair açık bir örnek öngörücü bakımdır. Akıllı fabrikalarda, Industry 4.0'ın temel hedeflerinden biri ekipman arızalarını gerçekleşmeden önce öngörmektir.

Bunu başarmak için IIoT cihazlarının tamamen işlevsel ve güvenilir kalması gerekir. Uç bilişim, AI ve bilgisayarlı görü birleştirildiğinde bu cihazlar kendi durumlarını sürekli izleyebilir, bakım veya yeniden şarj gerektiğinde tespit edebilir ve gerekli eylemleri otomatik olarak başlatabilir. Bu, makinelerin sorunsuz çalışmasını sağlar, planlanmamış duruş süresini azaltır ve genel verimliliği artırır.

Otomasyon ve robot teknolojisi üretim verimliliğini nasıl artırır?#

AI, bilgisayarlı görü, IoT ve uç bilişim gibi teknolojileri artık daha iyi anladığımıza göre, bunların üretim otomasyonunu daha verimli hâle getirmek için nasıl birlikte çalışabileceğini inceleyelim.

Otomasyonun temel amacı süreçleri kolaylaştırmak ve onları daha hızlı, daha güvenilir ve insan hatasına daha az açık hâle getirmektir. Örneğin akıllı telefonlar gibi tüketici elektroniği ürünlerini monte eden bir fabrikayı ele alalım. Görüş özellikli robotik kollar, küçük bileşenleri devre kartlarının üzerine hassasiyetle yerleştirme gibi dikkat gerektiren bir görevi üstlenebilir.

Aynı zamanda AI destekli görü sistemleri montajın her adımını inceleyerek yanlış hizalanmış parçalar veya hatalı lehim bağlantıları gibi kusurları gerçek zamanlı olarak tespit edebilir. Bu sırada IoT sensörleri, hassas bileşenlerin kalitesini etkileyebilecek sıcaklık, toz ve titreşim gibi çevresel faktörleri izleyebilir.

Uç bilişim sayesinde sistem bu verileri anında işleyebilir ve bulut tabanlı yanıtları beklemeden hattı duraklatmak veya bir robotu yeniden kalibre etmek gibi anlık ayarlamalar yapabilir. Birlikte kullanıldığında otomatikleştirilmiş üretim, daha hızlı, daha doğru ve son derece uyarlanabilir bir üretim hattı oluşturarak daha yüksek ürün kalitesi ve daha düşük işletme maliyetleri sağlayabilir.

Robot teknolojisi üretimin geleceğini nasıl dönüştürüyor?#

Endüstriyel robotların geleceği hızla şekilleniyor; üretimde görsel yapay zekâ ve IoT gibi teknolojiler bu süreçte önemli bir rol oynuyor. Bu araçlar sayesinde robotlar üzerinde çalıştıkları şeyi görebilir, kusurları tespit edebilir, ürün kalitesini kontrol edebilir ve sorunları ortaya çıktıkları anda öngörebilir. Birçok üretici bu sistemleri operasyonlarını daha verimli ve tutarlı hâle getirmek için hâlihazırda kullanıyor.

Endüstriyel robot teknolojisi pazarı istikrarlı şekilde büyüyor. Bu büyümenin arkasında robot teknolojisindeki sürekli iyileştirmeler, yetkin mühendislere daha kolay erişim ve simülasyonla sanal testlerin kullanılması yer alıyor. Bu gelişmeler, robotların gerçek dünyadaki kullanım için tasarlanmasını ve ince ayarlarının yapılmasını hızlandırıyor. Daha fazla fabrika dijital araçları ve otomasyonu benimsedikçe, daha esnek, güvenilir ve gelecekteki zorluklarla başa çıkmaya hazır hâle geliyorlar.

AI hakkında daha fazla bilgi edinmek için topluluğumuza ve GitHub depomuza katıl. Perakendede AI ve tarımda bilgisayarlı görü hakkında bilgi edinmek için çözüm sayfalarımıza göz at. Lisanslama seçeneklerimizi keşfet ve bugün bilgisayarlı görü ile geliştirmeye başla!