MEKATRONİK TEKNOLOJİSİ AŞAĞIDAKİ YAZI ENDÜSTRİ VE OTOMASYON DERGİSİNE AİT BİR YAYINDAN ALINMIŞTIR. ABDÜLKADİR BEY E KONU HAKKINDAKİ YORUMLARI İÇİN TEŞEKKÜR EDİYORUM. MEKATRONİK TEKNOLOJİ ve UYGULAMALARI Abdülkadir ERDEN (erden@metu.edu.tr, http://design.me.metu.edu.tr/aerden/) Makina Mühendisliği Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara GİRİŞ 1990.lõ yõllardaki hõzlõ gelişimi ile mekatronik teknolojisi güncel yaşamõmõzda önemli bir yer kazanmõştõr. Mekatronik teknoloji ve bu teknoloji ürünü makinalar özel ve iş yaşamõmõzda giderek çoğalmakta ve daha çok kullanõlmaktadõr. Kullanõcõlarõn günlük yaşamda bu teknolojinin farkõndaolmasõ beklenmemekte, belki de farkõnda olunmamasõ kullanõcõ konforunu arttõrmaktadõr. Ancakgelişen konfor düzeyimizi sağlayan birkaç temel ögeden birisinin mekatronik teknoloji uygulamalarõ olduğu açõktõr. MEKATRONİK TEKNOLOJİ Günümüzde ulaştõğõmõz teknolojik düzeyde, makinalarõn teknolojik gelişim süreçleri ve yaşadõğõmõzçevrede gördüğümüz uygulama örneklerini incelediğimizde Çizelge 1.de özetlenen bir sõnõflandõrma elde edilmektedir. Bu çizelgede yukarõdan aşağõya doğru işlevsel olarak basit işlevlerden karmaşõk işlevlere doğru bir gelişim gözlenmektedir. Verilen bu sõnõflandõrma, mekatronik makinalarõ bu sõnõflarla eşleştirme veya gruplama amacõ taşõmamaktadõr. Ancak son üç grup makinalarõ (Esnek tezgah ve makinalar, Yarõ akõllõ makinalar, ve Akõllõ makinalar) basit te olsa mekatronik ögeler kullanmadan gerçekleştirmek mümkün değildir. Özellikle kendinden denetimli akõllõ makinalar ile mekatronik teknoloji tamamen bütünleşik bir yapõdadõr. Mekatronik teknoloji, Akõllõ makinalarõn tasarõm ve üretimine yönelik sistematik düşüncelerin uygulamasõdõr. Bir makinada Mekatronik teknolojinin var olup olmadõğõnõ anlamak için Şekil 1, 2, ve 3. te verilen şematik ürün yapõlarõna uygunluğunun incelenmesi gerekmektedir. Şekil 1.de makina mühendisliğinde çok bilinen alõşõlmõş makina yapõsõ görülmektedir. Bu yapõdaki makinalar sadece tasarõm yapõsõnda tanõmlanan işi yapan, ve en basit teknolojik özelliklere sahip makinalardõr. Bu makinalarõn temel özellikleri; işlevlerinin ve çalõşma performanslarõnõn tasarõmcõnõn ve imalat mühendisinin başarõsõn çok bağlõ olmasõdõr. Bu makinalarõn performansõ ancak yeniden tasarõm ile iyileştirilebilir. Şekil 2.de verilen makinalar ise, makina içinde geri besleme ile daha iyi performans beklenen, kõsmenesnek makinalardõr. Ancak geri besleme sisteminin makina içinde kalmasõ nedeni ile herzaman için kõsõtlõ bir ortamda çalõşmak zorundadõrlar. Şekil 3.de şematik olarak özetlenen makinalar ise çevre algõlama özellikleri ile mekatronik teknoloji ögeleri içermektedir. Makinanõn işlevleri ve performansõ çevreden gelen verilerle değişebilmekte, makina bu verilere göre değişik düzeylerde düşünerek karar alabilmektedir. Şekil 3.de verilen şematik yapõdaki makinalarõ çağdaş teknolojik kapsamda ve genel olarak mekatronik teknolojiye sahip Mekatronik Teknoloji Uygulamaları Makinalar olarak tanõmlayabiliriz. Bu tanõma göre ideal koşullarda güncel mekatronik makinalarõn tasarõmõna temel olan ve vazgeçilmez nitelikli teknolojik özelliklerini üç grupta toplayabiliriz; Çevrenin İzlenmesi ve Algõlanmasõ: Burada çevre kelimesi olarak makinanõn etkileşim içinde bulunduğu fiziksel ortam, makinanõn dõşõndaki fiziksel değişkenlerden oluşan ve makinanõn yaptõğõ iş ile bağõmlõ veya bağõmsõz olarak değişebilen fiziksel ortam anlaşõlmaktadõr. Bu kavram içinde, makinanõn içindeki geri besleme bilgileri ile beraber, çevrenin tanõnmasõ ve tanõmlanmasõ, çevredeki olaylarõn farkõna varõlmasõ ve izlenmesi, ve sonuçta makinanõn işlevine bağlõ olarak çevrenin algõlanmasõ özellikleri kapsanmaktadõr. Bu durum teknolojik olarak duyucu teknolojisinin uygulanmasõnõ gerektirmektedir. Duyucu teknolojisine paralel olarak eyleyici teknolojisi de mekatronik makinalar için alõşõlmõş makina anlayõşõndan farklõlõklar taşõr. Bütün makinalar az veya çok bulunduklarõ ortamõ değiştirirler. Ancak Şekil 1.de verilen makinalar bu değişimi ne pahasõna olursa olsun yaparlar. Şekil 2.deki makinalar ise makinanõn korunmasõ ve verimin artõrõlmasõ içgüdüsü ile daha gelişmiş düzeydedirler. Ancak mekatronik makinalarõn yapõlan işin farkõnda olmak özelliğini taşõmasõ beklenir. Bu ise algõlama sistemleri ile eyleyici sistemlerin yakõn vekarmaşõk işbirliğini gerektirir. Bu husus Şekil 3.de özellikle belirtilmiştir. 2- Karar Verme Yeteneği: Düşünme olgusu karar verme olgusundan daha karmaşõk bir olgudur. Bu nedenle mekatronik makinalarõn düşünen makinalar veya akõllõ makinalar olduğunu genellemekherzaman doğru olmayabilir. Bunun sonucu olarak mekatronik ürünleri akõllõ makinalar olaraktanõmlamak durumunda, bazõ mekatronik makina ve ürünlerin kapsam dõşõ kalmasõ gerekir. Bununyerine karar alma yeteneği olan makinalarõ mekatronik makinalar ve ürünler olarak tanõmlamakdaha doğru bir yaklaşõm olur. Güncel teknolojik koşullarda bir makinanõn karar verme yeteneği kazanabilmesi için temel koşul, yazõlõm tabanlõ bir denetim sisteminin var olmasõdõr. Bu husus yazõlõm teknolojisinin mekatronik makinalarla bütünleşmesini sağlayan bir özelliktir. Mekatronik makinalarda yazõlõm teknolojisi, mikroişlemci teknolojisi ile birlikte mekatronik makinanõn çekirdeğini oluşturur. Bu durum önceki makalede bahsedilen üst düzeyden alt düzeye tasarõm yaklaşõmõ ile tamamen uyumludur. Mikroişlemci ve yazõlõm tabanlõ denetim nedeni ile uygulama düzeyinde, mikroişlemci teknolojisi ve yazõlõm teknolojisi (özellikle Yapay Zeka (AI) uygulamalarõ), mekatronik teknoloji kapsamõnda temel ögeler olmaktadõr. Bu husus biliş sistemleri ve biliş sistemleri teknolojisinin uygulamasõnõ gerektirir. 3- Bütünleşik Yapõ: Alõşõlmõş mühendislik yaklaşõmõ ile yukarõda verilen iki özelliği bir makina yapõsõna yerleştirmek mümkündür. Ancak bu durum Şekil 4a.da ifade edildiği şekilde verimli olmayan bir teknoloji birleşimi ile sonuçlanõr. Bu özellik eşzamanlõ mühendislik ile uygulanmõş ancak başarõsõz olmuş bir yaklaşõmdõr. Güncel mekatronik teknoloji ise Şekil 4b.de verilen yapõsal bütünleşmeyi amaçlamaktadõr. Bu özellik mühendislik yaratõcõlõğõnõn mekatronik özellikler taşõmasõ, ve ürün yaratõcõlõğõnda mekatronik ögelerin ve unsurlarõn kullanõmõ ile sağlanõr. Bu husus tasarõm mühendislerinin mekatronik özellikleri özümsemesi, ve varolan sistemlere yapay eklemeler yerine, ürün tanõmõndan itibaren uygun mekatronik ögelerin kullanõlmasõnõ gerektirir. Bu süreç mekatronik teknoloji süreci, ürünler ise mekatronik teknoloji niteliklerini taşõyan ürünler olarak tanõmlanmaktadõr. Bu tanõma göre bir ürünün mekatronik teknolojiye sahip olup olmamasõ, ürünün fiziksel özelliklerinden daha çok, ürünün geliştirme sürecindeki özelliklerinden kaynaklanmaktadõr. Bundan dolayõ da, elektromekanik sistemler ile mekatronik sistemler farklõ özellikler taşõmaktadõrlar. Yukarõda verilen hususlarõn õşõğõnda mekatronik mühendisliği teknolojisini .ilgili mühendislik disiplinlerini bir yapõda bütünleştirerek uygulama olgusu ve sürecidir. şeklinde tanõmlayabiliriz. Bu disiplinler ve ilgili konular Şekil 5.te şematik olarak özetlenmiştir. Mekatronik teknolojinin uygulanmasõ ile sağlanan teknolojik üstünlüklerden bazõlarõ şunlardõr: 1- Bir ürün içinde çok sayõda işlevi bütünleştirmek mümkündür. Bu husus özellikle kullanõcõ tatmini için önemlidir. 2- Mekatronik ürün içine kullanõcõ konforu ile beraber kullanõcõ ve çevre güvenliğini yerleştirebiliriz. 3- Mekatronik ürünlerin üretimi daha kolay ve ucuzdur. Makinalarõn boyutlarõnõn küçültülmesinin yanõnda, tolerans, malzeme seçimi, ve üretim tekniklerinde önemli esneklikler sağlanabilmektedir. 4- Mekatronik makinalarõn tasarõm yapõlarõnda önemli değişiklikler yapõlmadan bir üst düzeye yükseltilebilmeleri mümkündür. Mekatronik teknolojinin ürünün yapõsõ üzerindeki etkisini tipik olarak Şekil 6.da bir büro yazõcõsõ özelinde görebiliriz. Giderek azalan mekanizma, ve artan yazõlõm oranõ tipik mekatronik teknoloji göstergeleridir. DUYUCULAR ve DUYUCU TEKNOLOJİSİ Duyucular, sistem dõşõndan gelen uyarõlara tepki veren, bunlarõ algõlayan, ve önceden belirlenmiş bazõ değişkenleri ölçebilen algõlayõcõ cihazlardõr. Çağdaş mekatronik teknoloji kapsamõnda bir duyucudan beklenen işlevler şunlardõr: 1- Algõlama: Dõş olgularõn varlõğõnõ algõlama, 2- Seçme: Dõş uyarõlardan birisini süzme ve istenirse ölçme, 3- Sinyal İşleme: Girdi sinyalini çõktõ sinyaline dönüştürme, 4- İletişim: Denetim sistemi, kayõt sistemi veya insana bilgi aktarõmõ. Duyucular algõlama sistemlerinin bir parçasõ, biliş sistemlerinin ise önkoşuludur. Duyucu teknolojisi ölçüm teknolojisinden daha kapsamlõ bir kavram olup, bir fiziksel olgunun varlõğõnõn algõlanmasõ duyucu teknolojisinin görev tanõmõ kapsamõndadõr. İnsan duyularõ çevreden gelen uyarõlarõ algõlayabilirler, ancak ölçüm yoktur. İnsan fizyolojisi .sõcaklõk. ve .soğukluk. derecelerini ayõrt edebilirama bir termometre gibi hassas bir ölçüm veremez. Bir imalat hattõnda kalite denetimi sisteminin bir parçasõ olarak ölçüm yapõlabilir ama bu ürünün kalitesi hakkõnda da duyucular bilgi veremezler. İnsan duyucularõnõn değişik kaynaklardan gelen uyarõlarõ birleştirip bir sonuç bildirme özelliği vardõr. Alõşõlmõş duyucular da bu özellik yoktur. Mekatronik duyucu teknolojisinin gelişim eğilimi alõşõlmõş gerekirci denetim sistemleri yerine daha gelişmiş insan duyucu-beyin sistemine benzer yöntemler geliştirmektir. Şekil 7.de şematik olarak bir duyucu yapõsõ verilmiştir. Mekatronik özellikler gözönüne alõndõğõnda bir duyucunun seçiminde gözönüne alõnmasõ gereken hususlar şunlardõr: 1- Duyulan olgu; Ölçülen, 2- Duyucunun uyarõya uzaklõğõ 3- Ölçüm tekniğinin etkileşimi, 4- Ölçülen değişkenin etkileşimi, 5- Çõktõ sinyalin şekli, 6- İşlevsel özellikler, 7- Ergonomik etkenler, 8- Ekonomik etkenler. Birçok uygulamada duyucu çõktõlarõ denetim sistemi için doğru karar verecek yeteri düzeyde sağlõklõ bilgi veremez. Bu durumda ortaya çõkan belirsizliklerin doğru değerlendirilmesi gerekir. Bu ise Yapay Zeka yaklaşõmlarõnõn uygulanmasõnõ gerektirmektedir. Bu durumlarda iki veya daha fazla duyucudan gelen bilgilerin kullanõldõğõ Duyucu Tümleştirme işleminin yapõlmasõ gerekmektedir (Örnek; Ses, Koku, ve Kamera bilgilerinin beraberce kullanõlmasõ). Benzer şekilde bir mekatronik robot uygulamasõnda bir gezer robotun şu değişkenleri algõlamasõ beklenmektedir; Bir cismin varlõğõ, bir cismin uzaklõğõ, sõcaklõk, kimyasal yapõ, basõnç, hava akõmõ, ivme, açõsal hõz. Karar verme aşamasõnda robotun, bu bilgilerin tümünü kullanarak karar vermesi (Örneğin yönünü belirlemesi) gerekmektedir. Mekatronik duyucular, bir ölçülebilen değişken yerine birden çok sayõda fiziksel değişkeni birarada kullanan bir yapõda tasarlanmaktadõr. Buna tipik bir örnek olarak protez bir el için tasarlanan bir dokunma duyucusu Şekil 8.de verilmiştir. Burada tutulmakta olan cismin kaymasõ, bu kayan yüzeyin yarattõğõ çok hafif titreşimlerin mikrofon tarafõndan algõlanmasõ ile duyulmaktadõr. Protez elin katõ bir cismi sõkmasõ ise esnek tüpün geometrik şekil değiştirmesi ile õşõk iletiminde görülen değişimlerin algõlanmasõdõr. Bu iki fiziksel olgu sonuçta protez bir parmak için dokunma duyusu kazandõrabilmektedir. BİLİŞ SİSTEMLERİ ve BİLİŞ SİSTEMLERİ TEKNOLOJİSİ Mekatronik sistemler duyuculardan gelen bilgileri, kullanõcõlardan gelen istekleri, ve sistem tasarõmcõsõnõn önceden yüklediği bilgileri değerlendirerek bir eylem oluşturan sistemlerdir. Biliş ve biliş sistemleri bu süreç içinde algõlama ve eylem arasõndaki tüm işlem ve işlevleri içeren, sistemin amaç, davranõş, ve çevre arasõnda köprü kuran kavram ve uygulamalardõr. Genel anlamda düşünüldüğünde biliş sistemleri aşağõdaki işlerden sorumludur: 1- Kalõp algõlama: Biliş sistemleri duyuculardan ve algõlama sistemlerinden gelen bilgileri, gerekirse ve çoğunlukla işleyerek, çevre ile ilgili kalõplar arar. Bu kalõplarõ değerlendirerek önceden belirlenmiş bazõ kalõplar ile uyumlu olup olmadõğõna bakar. 2- Çevre modelleme: Mekatronik sistem tasarõmcõsõnõn sisteme tasarõm aşamasõnda yüklediği bilgileri de kullanarak, ilgi alanõ dünya (çevre)nin modelini geliştirir. Bu model herzaman kesin bir model değildir, belirsizlikler içerir. Gerekirse bu belirsizliklerin ortadan kaldõrõlmasõ için varsayõmlar yapõlabilir, veya yakõştõrma yaklaşõmlarõ kullanõlabilir. Kuramsal olarak mekatronik sistemin çevresini tam olarak modellemek mümkün görünse de, pratik olarak bu durum çok zor veya mümkün değildir. Bu nedenle varsayõm ve yakõştõrmalar kaçõnõlmazdõr. Belirsizlikler ve bunlarla ilgili düzenlemeler biliş sistemleri içinde önemli bir yer tutar. 3- Eylem geliştirme: Algõlama bilgileri ve çevre modeli ile beraber biliş sistemleri eylem türü, niteliği, ve niceliği hakkõnda bir karar alabilirler. Bu eylem bir dizi planlama ve alt eylemler içerir. Bu eylemlerin belirlenmesi ve tanõmõ biliş sistemleri içinde önceden yüklenmiş olmalõdõr. Örneğin bir robotun hareket eylemini biliş sisteminden doğrudan bir emir olarak çõkarmak mümkündür. Ancak bu hareket eyleminin engel atlama alt eylemini de içermesi gerekir. Bu nedenle planlama eylemleri üst düzeyde sistem amaçlarõna daha yakõn görünmektedir. Alt düzeylerde ise çevreye daha yakõndõr. Denklem tabanlõ planlama ise robot kol v.b. uygulamalarda görülür. Biliş sistemi için önceden yüklenmiş bir dizi denklemler, algõlama sisteminden gelen bilgilere göre kullanõlarakhesaplama yapõlõr. Bu hesaplama sonuçlarõna göre eylem için veri üretilir ve bu verilere göre eylem yapõlõr. 4- Öğrenme: Çevre hakkõndaki belirsizlikler, fazla ve gereksiz bilgi, ve eksiklikler sonucu tümeylemlerin başarõlõ olmasõ beklenmemelidir. Bazõ eylemler istenen sonucu sağlamaz ve sistemin üst düzey amaçlarõna ulaşõlamaz, veya verimli ve tatmin edici sonuçlar alõnamaz. Biliş sistemleri bu durumlarda deneyim birikimi sağlayarak daha sonraki davranõşlarõn yeniden düzenlenmesine olanak verir. Bu süreç öğrenme olarak bilinmektedir. Öğrenme olgusu biliş sistemleri için önemli ve mutlaka varolmasõ istenen bir kavramdõr. Sonuç olarak; biliş sistemleri algõlama bilgilerini kalõplaştõrdõktan sonra, bu kalõplara uygun eylemleri belirler. Algõlama kalõplarõ ve eylem seçenekleri birbirleri ile önceden ilişkilendirilmiştir. Algõlama sistemlerinden gelen bilgiler genellikle kullanõma hazõr kalõp bilgiler içerir. Ancak bu bu bilgilerin yorumlanmasõ gerekmektedir. Yorumlama işlemi en basit şekli ile, mekatronik sistem içeriğinde zaten varolan önceden belirlenmiş kalõplarla karşõlaştõrma işlemidir. Böylece algõlanan kalõp ile önceden yüklenmiş kalõplar eşleştirilerek, yüklü kalõplarla yine önceden ilişkilendirilmiş eylemler etkinleştirilir. Bu tür uygulamalar daha çok gerekirci sistemler içermektedir. Oysa karmaşõk sistemlerde algõlama kalõplarõnõn birden çok sayõda yorumu olabileceği gibi, her yorum için birden çok eylem gerekebilir. Bu sistemler daha karmaşõk olmakla birlikte öğrenebilen sistem yapõlarõ için daha uygundur. EYLEYİCİLER ve EYLEYİCİ TEKNOLOJİSİ Mekatronik davranõşõn üçüncü aşamasõ çevreyi değiştiren bir eylem içerir. Eyleyiciler algõlama ve biliş sistemlerinin görevlerini tamamlamasõndan sonra genellikle bir hareket başlatan, enerji aktarõmõ ve değişimi içeren, önceden belirlenmiş bir amaca yönelik olarak çevreyi değiştirebilen cihazlardõr. Yapõ olarak eyleyiciler de duyucular gibi transduser yapõsõnda olup, kendilerine gelen bir enerjiyi başka bir enerji türüne dönüştürürler. Duyucu seçiminde olduğu gibi eyleyici seçiminde de gözönüne alõnmasõ gereken birçok etmen vardõr. Bu etmenler şunlardõr: a- İvme: Duran bir konumdan hareketli bir konuma geçişte, veya frenleme işlevinde geçen zaman önemlidir. İvme.nin her durumda insan konforunu olumsuz yönde etkilememesi gerekir. b- Hõz: Çalõşma koşullarõna göre hõzõn denetimli olmasõ gerekir. c- Tepki süresi: Örneğin çarpõşmalarõ önlemek için robotlarõn kõsa tepki süreleri olmasõ gerekmektedir. Bu süre ivme ve hõz ile yakõndan ilgilidir. d- İşlem gücü: Bazõ uygulamalar yüksek güç isteseler de, kamera merceklerinin hareketi gibi uygulamalarda küçük elektrik motorlarõ kullanõlabilmektedir. Mekatronik teknolojide eyleyiciler çoğunlukla bir çeşit hareket üretirler. Bu hareket, makinanõn yürütülmesi, bir cismin iletilmesi veya tutulmasõ, bir cismin dengede tutulmasõ olabilir. Aşağõdaki listede bazõ tipik mekatronik uygulamalar ve kullanõlan eyleyiciler verilmiştir: a- Kendinden yönlenmeli araçlar: Genellikle doğrusal hareket ve yönlendirme sistemleri için elektrik motorlarõ kullanõlõr. b- Uzaktan kumandalõ araçlar: Kendinden yönlenmeli araçlara benzer yapõdadõrlar. Tehlikeli alanlarda kullanõlõr. c- Malzeme kaldõrma makinalarõ: Ağõr yüklerin hassas konumlamalarõ için genellikle hidrolik güç kullanõlõr. d- Kamera ve video kayõt cihazlarõ: Mercekleri kõsa mesafelerde hareket ettirmek için mini ve mikro boyutlarda elektrik motorlarõ kulanõlõr. e- Taşõt araçlarõ: Mekatronik yapõdaki yönlendirme ve amortisör sistemleri için elektrik motorlarõ ve hidrolik sistemler kullanõlõr. f- Eğitim ve eğlence amaçlõ sistemler: Bu sistemler daha çok pnömatik sistemler kullanmaktadõrlar. Gelecekte elektrik motorlu sistemlerin daha yaygõn kullanõlmasõ beklenmektedir. g- Üretim ve takõm tezgahlarõ: Elektrik, hidrolik ve pnömatik eyleyicilerin en yaygõn ve çeşitli olarak kullanõldõğõ alanlardõr. h- Robot eklemler: Teleskopik ve dişli sistemleri kullanõlmaktadõr. i- Robotik tutucular: Genellikle mekanizma teknolojisi kullanõlmaktadõr. MEKATRONİK TEKNOLOJİ ve UYGULAMALARI Mekatronik teknolojisi uygulamalarõ çağdaş teknoloji kapsamõnda kõsa örneklemeler yapamayacak kadar çoğalmõştõr. Bu uygulama konularõnõn sõnõflandõrmasõna yönelik yapõlabilecek her tür sõnõflandõrmanõn bazõ konularõ sõnõflandõrma dõşõnda bõrakmasõ da çok olasõdõr. Yine de bu yazõda tamamen gözleme dayalõ çeşitli sõnõflandõrmalar verilmiştir. Uygulama konularõna göre sõnõflandõrma: a- Üretim otomasyonuna yönelik uygulamalar (tezgah ve makinalarõnõn otomasyonu, fabrika içi otomasyon sistemleri, ve tarõmda otomasyon uygulamalarõ), b- Sağlõk ve tõp ile ilgili uygulamalar, c- Silah ve savunma sistemleri, d- Güvenlik sistemleri, e- Çalõşma koşullarõnõn insan için uygun olmadõğõ çevrelerdeki (Uzay, Yangõn, Petrol vb.) uygulamalar, f- Eğitim ve eğlence amaçlõ uygulamalar. Konumlarõna göre sõnõflandõrma: a- Gezer (Hareketli) robotlar (Gövde hareketli), b- Robot Kollar (Gövde sabit, kollar hareketli), c- Tezgah ve makina otomasyonu (Gövde ve kollar sabit, takõmlar hareketli), d- Gözlem ve bilgilendirme cihazlarõ. Boyutlarõna göre sõnõflandõrma: a- Normal boyuttaki uygulamalar; 25 mm.den büyük robot ve makinalar, b- Mini (robot) uygulamalarõ; 10 mm . 25 mm arasõndaki boyutlardaki robot ve makinalar, c- Mikro (robot) uygulamalarõ; 10 mm.den küçük robot ve makinalar. İşlevlerine göre sõnõflandõrma: a- Gözlem yapan robot ve cihazlar, b- İşlem yapan robot ve makinalar, c- Gözlem ve İşlemi birlikte yapan robot ve makinalar. Yukarõda verilen sõnõflandõrmalarõ özetleyen ve yaygõn uygulama konularõ kümelendirerek verilen uygulama özellikleri Çizelge 2.de verilmiştir. Bu tür sõnõflandõrmalarõn hiçbir zaman tüm uygulamalarõ kapsamadõğõnõ, eksik ve özel uygulamalarõn sõnõflandõrma dõşõ kalabildiği durumlar olabileceğini tekrar belirtmek gerekir. Yaygõn olarak kullanõlmakta olan mekatronik ürünlerden derlenen çeşitli örnek ürünler ise aşağõda verilmiştir. Bu liste M. B. Histand ve D. G. Alciatore.den genişletilerek uyarlanmõştõr. • Taşõtlarda hava yastõğõ güvenlik sistemleri, ABS fren sistemleri, uzaktan kumandalõ kapõ kilitleri, sürüş ve seyir denetimi, motor ve güç sistemleri denetimi, yolcu güvenlik sistemleri, ve taşõt araçlarõndaki benzer sistemler, • NC, CNC, AC v.b. tezgahlar, hõzlõ protip üretim tezgahlarõ, ve benzeri otomatik üretim tezgahlarõ, • Fotokopi makinalarõ, faks makinalarõ, elektronik daktilolar, ve benzeri büro makinalarõ, • MR cihazlarõ, atroskopik cihazlar, ultrasonik problar, ve benzeri diğer tõbbi cihazlar, • Otomatik odaklamalõ fotoğraf makinalarõ, Video kameralarõ, Video, CD ve DVD göstericileri, CD kayõt ve benzeri kişisel kullanõm amaçlõ elektronik cihazlar, • Lazer yazõcõar, Sabit disk kafa konumlayõcõlarõ, Teyp sürücü ve yükleyicileri, CD okuyucu ve yazõcõlarõ, ve benzeri bilgisayar aksesuarlarõ, • Kaynak robotlarõ, Fabrika içi kendinden yönlenmeli araçlar (AGV), Uzay araştõrmalarõnda kullanõlan robotlar, Askeri amaçlõ mayõn imha robotlarõ, bomba taşõyõcõlarõ, ve benzeri gezer robotlar, • Uçuş denetim eyleyicileri, İniş sistemleri, Kokpit kumanda ve cihazlarõ, ve benzeri hava taşõtlarõ sistemleri, • Garaj kapõsõ otomatik açma sistemleri, Güvenlik sistemleri, İklimlendirme denetim sistemleri, ve benzeri ev ve büro uygulamalarõ, • Çamaşõr makinalarõ, Bulaşõk makinalarõ, Otomatik buz makinalarõ, ve benzeri ev uygulamalarõ, • Değişken hõzlõ matkaplar, Sayõsal tork anahtarlarõ, ve benzeri takõmlar, • Malzeme test cihazlarõ, ve benzeri laboratuar cihazlarõ, • Bar kodlu sistemler, Konveyör sistemleri, ve benzeri fabrika otomasyon sistemleri, • El ve otomatik kumandalõ hidrolik krenler ve benzeri malzeme taşõma ve inşaat makinalarõ, • Otomatik etiketleme, Kalite denetiminde kamera, ve benzeri kalite denetimi ve paketleme uygulamalarõ, • Video oyunlarõ ve Sanal gerçeklik uygulamalarõnda gerçek girdi denetim sistemleri. SONUÇ Mekatronik teknoloji başlõca üç konuda bilgi ve teknoloji birikimi ve bu konularõn tümleşik uygulamasõnõ içerir. Bu konular Duyucu teknolojisi, Eyleyici teknolojisi, ve Biliş sistemleri teknolojisidir. Bu konular ayrõ ayrõ gelişmişler, ve kendi başlarõna ayrõ disiplinler olsalarda bu konularõ bir ürün içinde tümleştirmek ve kullanõlõr bir ürüne dönüştürmek özel yaklaşõmlar gerektirir. Bu yaklaşõmlarõn sistematik olarak uygulanmasõ mekatronik teknolojisi üretir. Mekatronik tekolojisi ürünleri çağdaş yaşamõmõzda insan konforunu, güvenliğini, ve sağlõk koşullarõnõ artõran önemli bir düzeye ulaşmõştõr. Bu gelişim eğilimi içinde mekatronik teknolojisi ürünler giderek çeşitlenecek ve yaygõnlaşacaktõr MEKATRONİK (OTOMASYON) İLK MEKATRONİK MEZUNLARIMIZ VE STFA LAB.... Mekatronik bölümü Anadolu teknik liseleri ya da Anadolu meslek liseleri kapsamında Türkiye de ilk olarak 3 okulda kurulmuştur. 1-Gebze STFA ANADOLU TEKNİK LİSESİ 2-Bursa HÜRRİYET ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ 3-Ankara BALGAT TEKNİK VE ENDÜSTRİ MESLEK LİSESİ Bu üç okulda kurulan labartuvar cihaz ve tezgahlara ait eğitimler Festo firmasının desteği ile Gebze STFA ANADOLU TEKNİK LİSESİ NDE 47 günlük bir süreç içinde tamamlanmıştır.2006-2007 Eğitim-Öğretim yılında ilk mezunlarını verecek olan okulumuz çevre işletmeler ile işbirliği içerisinde olup yüzyılın mesleği yaygınlaştırılmaya , tanıtılmaya başlanmıştır. 2006-2007 Eğitim-Öğretim yılında mezun olacak olan öğrencilerimiz bu yıl fabrikalarda haftada 2 gün staj 3 gün okul olacak şekilde eğitimlerini sürdürmekteler. Yine bu kapsamdaki bölümler bakanlığımızın aldığı yeni karar ile ENDÜSTRİYEL OTOMASYON TEKNOLOJİLERİ olarak yeniden isimlendirilmiştir. Disiplinler arası yaklaşımla gelişen bilimler, gelecekteki yerlerini giderek sağlamlaştırıyorlar. Bu bilimlerden mekanik ve elektroniğin birleşimi ile ortaya çıkan mekatronik, tasarım yaklaşımlarına yeni bir boyut kazandırdı. Geleneksel tasarım uygulamalarında farklı bölümlerin entegrasyonunda yaşanan sorunlar, sinerji yaratma olanağını büyük ölçüde engellemesine rağmen mekatronik tasarımda yaratılan sinerji ile rekabet gücü yüksek makina tasarımları yapmak mümkün. Mekatronik tasarım, mekanik ve kontrol sistemi tasarımını ortak yürüterek, tasarımla ilgili çözümün her iki açıdan da optimum hale getirilmesini hedeflemektedir. Bu yöntemle, makina ve sistem tasarımı, daha başlangıç aşamasında, mekanik sistem ve kontrol sistemi ile bir bütün olarak ele alınmaktadır. Yerine göre mekanik sitemin kontrol sistemini ve yerine göre de kontrol sisteminin mekanik sistemi olumlu yönde etkileme olanağı yaratılarak, optimum çözüme ulaşmada herkesin katkısı sağlanmaktadır. Mekatronik yaklaşımla üretilen, algılayabilen, akıl yürüten, karar veren ve bu karar yönünde hareket eden otomatik makinalar (yani mekatronik sistemler), tıpta, tarımda, bankacılıkta, madencilikte, sanayi üretiminde ve daha birçok alanda kullanılan çağdaş otomasyon teknolojisinin temel aygıtları konumundadır. Mekatronik, ülkemizde de yavaş yavaş yer edinmeye başlamakta. 1993 yılında faaliyete başlayan UNESCO Mekatronik Kürsüsü, o günden bu yana, Boğaziçi Üniversitesi'nde Mekatronik Laboratuarı’nda, kürsü başkanı Okyay Kaynak'ın yönetiminde çalışmalarını sürdürüyor. Sabancı Üniversitesi, mekatronik mühendisliği bölümü ile lisans düzeyinde mekatronik eğitimini başlattı. Kocaeli Üniversitesi de yüksek lisans olarak mekatronik mühendisliği programı açtı. Fakat mekatronik bilim dalının ülkemizde yeni olması ve eğitim programlarına tümüyle yansımaması nedeniyle mevcut arz, talebi karşılayamıyor. Bu durumda ağlayıp sızlamak, ar-genin öneminden, eğitimsizlikten, ödeneklerden vb. problemlerden dem vurmak yerine “ele geçmezse sevdiğimiz, ne çare; eldekini sevmeliyiz.” diyerek bazı girişimlerde bulunmaya çalışıyoruz. Bu girişimler öyle yüksek yatırımlar, krediler, ordan burdan izinler gerektirmeden de yapılabiliyor. Buna en güzel örnek, bu gün bir çoğumuzun yoğun bir şekilde kullandığı e-posta grupları ile gerçekleştirilen Robotics-Automation Society. Robotics – Automation Society, robotik ve otomasyon teknolojileri ile ilgilenen öğrencileri, konu ile ilgili akademisyenler ve sektör çalışanları ile buluşturmak amacıyla YahooGroups bünyesinde kuruldu. Bir e-grup olması sayesinde, mekatroniğe ilgi duyan, farklı mekan, kültürden kişileri bir araya getirebildi. Bu platformla, farklı okuldan öğrenciler, farklı okullarda ki hocalar ile aynı ortamı paylaşarak, sağlıklı bir ilişki kurabiliyorlar. Aynı zamanda sektörden çalışanlarla iletişim kurarak, eğitim sonrası karşılaşacakları ortamı da görme, tanıma fırsatı buluyorlar. Buna bir de aynı konuya yönelmiş diğer öğrencilerle beraber olma eklenince üniversite-sanayi-öğrenci üçgeninin başarılı bir uygulaması ortaya çıkıyor. Burada ki oluşumun bileşenleri birbirlerini besleyerek ayakta kalıyor. Bu sistemdeki atar damar ise grup yöneticilerinin organize ettiği sektör destekli eğitimler. Bu girişime destek veren kuruluşlar ve grup yönetimi işbirliği ile, pnömatikten PLC’ye, robotik ve otomasyon teknolojileri ile ilgili konularda, öğrencilere özel imkanlarla eğitimler düzenlenerek, tüm paydaşların gelecek için elini taşın altına koyduğu bir sinerji yaratılıyor. Robotics-Automation Society, eğitime verdiği önem ve yarattığı sinerji ile ilgili bir çok akademisyeni, sektörde çalışanını ve en önemlisi öğrencileri bir araya getirmeye devam ediyor. Ayrıca gelişen grup, konu ile ilgili diğer öğrenci arkadaşlara da yardımcı olabilmek amacıyla üniversiteler ve enstitüler (Yıldız Teknik, İTÜ, Boğaziçi, İstanbul, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Süleyman Demirel, Osman Gazi) bünyesinde gönüllü temsilcilikler oluşturmakta. Bu temsilcilikler ile Robotics – Automation Society tarafından organize edilen eğitimlere, forumlara ve seminerlere, temsilcisi bulunan okullardaki konu ile ilgilenen arkadaşların katılımı sağlanıyor. Temsilciler kanalı ile de üniversitelerde gerçekleştirilen robotik ve otomasyon teknolojileri ile ilgili faaliyetler de gruba iletiliyor. Bu özellikleri ile Robotics-Automation Society · Eğitimler, seminerler ve benzeri faaliyetler düzenleyerek, · Sektör ve üniversitedeki gelişmeleri İlk kaynaktan aktararak, · Seviyeli bir tanışma ve tartışma platformu oluşturarak, · Fuar, kongre, sergi, vs. organizasyonların takibinde kolaylık sağlayarak, bir e-grup olarak bu konuda üzerine düşen görevi fazlası ile yerine getiriyor. E-gruplar bu tür oluşumlar için bağımsız, esnek ve kolay bir araç. Robotics-Automation Society bu aracı başarılı kullanabilen gruplardan biri. Fakat araçlar zamanla değişse de, yüzyıllar boyunca devam eden insanoğlunun bilimi ve teknolojiyi öğrenme ve üretme amacı hiç değişmeyecek. Teknoloji üretme yolunda ilk adım olan tanıyabilme ve kullanabilme konusunda Robotics-Automation Society olarak elimiz geldiğince fayda sağlayabiliyorsak ne mutlu bizlere. Kaynaklar: 1. H. Karcı; Tasarımda Kontrol Tekniğinin Yönlendirici Etkisi, II. Ulusal Hidrolik Pnömatik Kongresi; MMO İzmir Şubesi, 8-11 Kasım 2001 2. Sabancı Üniversitesi Web Sitesi http://www.sabanciuniv.edu Kerem Tuncay Mermer Özet Mekatronik, teknolojik ürün ve tasarımda makine, elektrik-elektronik ve bilgisayar mühendisliklerinin kaynaşmasını ifade eden disiplinlerarası bir mühendislik felsefesidir. 1969 yılında Japonya’dan yola çıkmış, kısa zamanda bütün dünyada çok önemli bir yer edinmiş olan mekatronik, mühendislik tasarımı ve eğitimini derinden etkilemiştir. Üretimde mekatronik tasarım ilkelerine yer veren ülkeler, teknolojide son otuz yılda önemli yenilik ve başarılara imza atmışlardır. Mekatroniğin tasarım ve üretimdeki bu kritik rolünün görülmesi üzerine, bugün gelişmiş ülkelerde mekatronik eğitimine devlet-üniversite-endüstri işbirliği içerisinde, giderek daha fazla ağırlık verilmektedir. Türkiye’de, gecikmeli de olsa giderek yaygınlık kazanan mekatroniğin, Türk meslekî ve teknik eğitim sistemine yeni bir anlayış getirmesi beklenmektedir. Mekatronik ürün yelpazesinin giderek genişlemesi, mekatroniğin gelecekte de öncelikli bir mühendislik alanı olacağını göstermektedir. Bu çalışmada, mekatronik disiplinin ve mekatronik mühendisliğinin tanımı, uygulama alanı ile Türkiye’deki eğitim durumu üzerinde durularak, mekatroniğin Türk endüstrisi için önemi tartışılmıştır. Anahtar Sözcükler: Mekatronik, Mekatronik eğitimi, Mekatronik mühendisliği. Mekatronik Nedir ? Çağımızın yeni ve popüler bilimi olarak kabul edilen mekatronik, makine, elektrik–elektronik ve bilgisayar mühendisliğinin evliliğinden doğan; yazılım ve kontrol mühendisliği konularını da aynı çatı altında toplayan disiplinlerarası bir kavramdır. Akıllı makineler tasarlamak üzere, tasarım ile süreç ve ürün imalatında, makina mühendisliğinin, elektronik ve bilgisayar ile sıkı kaynaşması olarak da ifade edilebilen mekatroniğin kapsamı, mekanik tasarım ve analiz, robotik sistemler, görüntü işleme, kontrol mühendisliği, yapay sinir ağları ve yapay zeka ile sanal gerçeklik olarak sıralanabilir (İlken, 2002). Erten’e (2003a) göre, mekatronik; çok disiplinli ve disiplinlerarası konuları kapsayan bir mühendislik felsefesi ve mühendislik uygulamalarına tümleşik bir yaklaşımdır. Çetinel (2003), otomasyonun gelişmesiyle öne çıkan ve mühendisliğin yeni adresi olarak gösterdiği mekatroniği, mühendislik branşlarının birbirleriyle sinerjik kaynaşması olarak tanımlamaktadır. Başka bir tanımlamaya göre ise mekatronik; mikro elektroniğin, makine mühendisliğine uygulanması veya mekanik ve elektroniği, bilgi teknolojisi ile işlevsel olarak birleştirip özümsenmesini sağlayan bir yaklaşımdır (Çeltekligil, 2003). Bu tanımlardan hareketle mekatronik; başta makine olmak üzere, elektrik-elektronik ve bilgisayar bilim dallarını, teknolojik talep ve sorunlara çözüm getirmek üzere, müşteri istekleri doğrultusunda, bir bütünlük içinde algılayan ve aynı potada eriten yeni bir interdisipliner mühendislik felsefesi olarak tanımlanabilir. Bu yeni mühendislik felsefesinde, çeşitli bilimlerin koalisyonu ve sinerjik kaynaştırılması söz konusudur. Mekatronik ile ilgili tanımlarda, mekatroniğin aslında bir kesişim mühendisliği olduğu ve büyük oranda robotikten oluştuğuna sıkça vurgu yapılmaktadır. Mekatronik Kavramı Mekatronik kavramı, ilk kez 1969 yılında Japonya’nın Yaskawa Elektrik fiirketi’nde görevli bir mühendis tarafından elektrik motorlarının bilgisayarla kontrolünün sağlanması için kullanılmıştır. Mekatronik sözcüğü, “mekanik” ve “elektronik” kelimelerinin uygun bir şekilde parçalanması ve bu parçaların birleştirilmesi ile elde edilmiştir. Mekatronik sözcüğü, mekanizmanın “meka”sı ile elektronik sözcüğünün “tronik” kısımlarının birleştirilmesinden oluşmuştur (MMOB, 2003). Böylece bir Japon icadı olarak buradan yola çıkan mekatronik kavramı, yıllar içerisinde ilerleyerek tüm dünyaya yayılmış ve günümüzün mühendislik literatürüne, üzerinde en çok konuşulan bir kavram olarak yerleşmiştir. Mekatronik Mühendisliği Nedir? Mekatronik, ağırlıklı olarak tasarım ile ilgili bir kavram olarak ele alındığından, doğal olarak ilgili tanımlamalarda, mühendislik boyutunun özellikle ön plana çıkarıldığı görülmektedir. Bunun için öncelikle mühendislik ve mekatronik mühendisliği kavramlarının açıklanmasında yarar vardır. Mühendislik, genel olarak, kuramsal doğruluğu kanıtlanmış kavramların uygulamaya aktarılmasındaki güçlükleri ve sorunları aşma etkinliği olarak tanımlanır. Mekatronik mühendisliği ise kısaca, mühendislik ilkeleri içinde, makina, elektrik/elektronik mühendisliği ve bilgisayar teknolojisinin eş amaçlı tümleşik bir yapıda gerçekleştirilmesi ve uygulanması olarak tanımlanabilir. Mekatronik Mühendisliği, makina, elektrik-elektronik mühendisliği ve yazılım teknolojisinin, bir ürün içinde entegre olması, bütünleşmesini kapsayan bir mühendislik dalıdır. Bu üç mühendislik konusunun bir ürün üzerinde bütünleşmesi, mekatronik mühendisliğinin temel ilkesidir. Bu ilke, eğitimin ve tasarımın başlangıcından itibaren, bu mühendislik dallarının bir arada bulunmasını gerektirmektedir. Klasik makina ya da elektrik mühendisliği eğitimini görmüş bir kişinin mekatronik ürünler üretmesi beklenmemelidir. Bunun için kişinin makine, elektrik-elektronik ve bilgisayar mühendisliğinin ilgili konularının, bir eğitim sistemi içinde öğütülmesinden oluşmuş mekatronik mühendisliği eğitimi almış olması gerekir (Erten, 2003a). Başka bir tanıma göre ise mekatronik mühendisliği, makine ve elektrik mühendisliği gibi iki yerleşik mühendislik dalı ile bilgisayar ve özellikle yazılım mühendisliğinin kaynaştırılmasına dayanan yeni bir mühendislik tasarımı yaklaşımıdır (Kocaeli, 2003). Bu tanımlardan hareketle, mekatronik mühendisliğinin; makine, elektrik-elektronik ve bilgisayar gibi mühendislik alanlarının ilgili konularının, bununla ilgili eğitimin başından başlayarak sinerji oluşturacak biçimde bir araya gelmesiyle ortaya çıkmış ve son derece hızlı gelişen bir mühendislik disiplini olduğu söylenebilir. Mekatronik Mühendisi Kimdir ? Mekatronik mühendisi, ilgili disiplinlerde uzmanlık kazanan, tüm tasarımı ve her düzeyde tasarım sürecini denetleyebilen, yönlendirebilen ve katkıda bulunan kişidir. Mekatronik mühendisi, ilgili disiplinlerdeki uzmanlarla iletişim kurabilen, bu uzmanlık konularındaki bilgilere erişebilen, bu bilgileri yorumlayabilen ve bu bilgileri ekonomik, yenilikçi, ve müşteriyi üst düzeyde tatmin eden bir ürüne dönüştürmek amacı ile kullanabilen uzmandır (Erten, 2003a). Mekatronik mühendisi, müşterinin istekleri doğrultusunda çeşitli mühendislik alanlarındaki bilgi ve birikimi, ürüne dönüştürmek üzere tasarım süreci içerisinde kaynaştırabilme yeteneğine sahip takım lideridir. Bu özellikleri dolayısıyla mekatronik mühendisleri öncelikle, farklı mühendislik alanlarından oluşmuş mühendislik takımı üyeleriyle çok iyi iletişim yeteneğine sahip olmalı ve teknolojik tasarım sürecini çok iyi bilmelidir. Dolayısıyla mekatronik mühendisi, karşılaştığı teknolojik sorunları, disiplinlerarası boşluğu doldurmak üzere, ilgili alanlardaki uzmanlarla iletişim kurarak, çağdaş teknolojinin de desteğiyle çözebilen kişidir. Ancak, mekatronik mühendisinden tek başına endüstrinin bütün teknolojik tasarım ve üretim sorunlarını çözecek bir “Süpermen” olması beklenmemelidir. Mekatronik mühendisliğini öne çıkaran husus, günümüzün karmaşık ve sürekli değişen mühendislik tasarım ve üretim sorunlarının, ancak bir takım çalışması ile çözülebileceğinin bütün kesimlerce anlaşılmış olmasıdır. Bu bakımdan, mekatronik mühendisinin endüstrideki diğer mühendislerin de işini üstlenecek bir konumda görülmesi doğru değildir. Mekatronik mühendisi için, endüstriyel tasarım sürecinde bir araya gelmiş bulunan farklı alanlardan mühendislerin zekâ ve yeteneklerinin koordinasyonunu sağlayan bir takım lideri tanımı daha doğrudur. Mekatroniğe Neden İhtiyaç Vardır? Dünyada özellikle 1980’li yıllardan sonra, endüstriyel ürünlerin tasarım ve üretiminde köklü değişiklikler meydana gelmiştir. Gelişen ve değişen dünya pazarları ve teknoloji düzeyi sonucu, endüstriyel ürünlerin nitelik ve işlevlerinde de önemli değişiklikler meydana gelmiştir. Hızla gelişen teknoloji ve sürekli değişen pazar koşulları, daha ekonomik ve kaliteli ürünler isterken, müşteri beklentileri ise daha esnek ve çok işlevli ürünler yönünde gelişmiştir. Müşterilerin hızla değişen istekleri ve yoğun rekabet sonucu, ürün ömürleri çok kısalmıştır. Böylesine çetin koşullar karşısında alışılmış tasarım ve imalat teknolojileri yetersiz kalmış, bu ihtiyacı gidermek üzere yeni kavram ve yöntemler doğmuştur. Bunlardan birisi de mekatronik kavramıdır. Mekatronik kavramlar, özellikle tasarım felsefesini ve mühendislik eğitimini etkilemiş, endüstriyel teknoloji üretimi ve mühendislik eğitiminde temel değişikliklere neden olmuştur. Robotik teknolojilerin her alanda yaygın şekilde kullanıldığı günümüzde mekatronik, teknolojinin bir gereği ve hatta zorunluluğudur (Erten, 2003a). Nitekim, mekatroniği tasarım ve üretimde etkili kullanan ülkeler, endüstriyel ve sosyal yaşamda önemli değişim ve ilerlemeler sağlamışlardır. Bunun en çarpıcı örneği, Japonya’dır. Başarılı mekatronik uygulamalarının ürün/süreç gelişiminde kullanıldığı Japon ürünleri, son otuz yılda bütün dünyada önemli bir yer kazanmıştır. Bu bağlamda Çin de, mekatroniğin ekonomik gelişmedeki rolünü görmüş ve 1987’den beri bu konuya giderek artan oranda ağırlık vermeye başlamıştır. Bu iki devin yanında, diğer bölge ülkeleri de, ekonomilerini gelecek yüzyılda belirli bir trende oturtmak için mekatroniğe giderek daha fazla ağırlık vermektedirler (Tan ve diğerleri, 1998). Mekatronik ile ilgili gelişmeler Asya ülkeleri ile sınırlı olmayıp, bunun yanında, ABD ve Avrupa Birliği ülkelerinin de, devlet-üniversite-endüstri iş birliği şeklinde nitelendirilebilecek Japonya örneğinden hareketle, son yıllarda mekatroniğe giderek daha fazla ağırlık verdikleri bilinmektedir. Türkiye’nin, uluslararası rekabette ayakta kalabilmesi ve 21. yüzyılda hak ettiği yeri alabilmesi, bir bakıma, dünya ölçeğinde endüstriyel tasarım ve üretim yapmasına bağlıdır. Bunun sağlanabilmesi için ise Türkiye’nin, devlet-üniversite-endüstri iş birliği çerçevesinde mekatroniğe gereken önemi vermesi kaçınılmazdır. Hatta mekatroniğin; Türkiye’de akademik ve endüstriyel çevrelerde yayılıp gelişmesi için konu ulusal bir bilim politikası çerçevesinde ele alınmalı; gerekirse bu alan öncelikli ve ayrıcalıklı ilan edilerek her kesim tarafından desteklenmelidir. Mekatroniğin İlgi ve Uygulama Alanları Çağın mühendislik teknolojisi olarak nitelendirilen mekatronik, modern yaşamda sağladığı büyük kolaylıklardan dolayı, son yıllarda bütün dünyada çok geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Nitekim, bugün günlük yaşamda kullanılan sıradan araç-gereçlerden, uzay teknolojisine kadar çok geniş bir yelpazede, mekatronik ürün pazarı gittikçe genişlemektedir. Bir ürün veya makinenin, mekatronik olarak nitelendirilebilmesi için bu ürünün mekanik işlevsellik ile tümleşik algoritmik denetimi beraberce içeren, algılayabilen, akıl yürüten, karar verebilen ve bu karar doğrultusunda hareket edebilen bir ürün veya sistem olması gerekir. Mekatronik ürünler, kendilerine tanımlanan çevreyi gözlemlemekte, çevredeki değişimleri algılamakta, ve algıladığı bilgileri yorumlayarak gerekli motor sistemler yardımı ile çevresini değiştirebilmektedir. Kısaca akıllı makineler olarak isimlendirilebilen bu ürünlerde yer alan yazılımlarda, genellikle yapay zekâ teknikleri kullanılmaktadır (Çeltekligil, 2003). Mühendislik tasarımı, sistem dinamiği ve akıllı kontrol, hassasiyet mühendisliği ve tasarım, üretim süreçlerinin gözlemlenmesi-modellenmesi ve kontrolü, hareketli robot sistemleri, kuvvet elektroniği, mikro sistem tasarımı ve uygulamaları, endüstriyel kontrol tasarımı, algılayıcılar ve tahrik ediciler ile robotik sistemler, görüntü işleme, kontrol mühendisliği, yapay sinir ağları ve yapay zekâ ve sanal gerçeklik gibi alanlar, mekatronik mühendisliğinin ilgi alanlarından başlıcalarıdır (Sabancı, 2003; İlken, 2002). Üretim mühendisliği, mikro sistemler, endüstriyel otomasyon, robotlar, mikro robotlar, akıllı silah ve silah sistemleri ile otomotiv endüstrisi ise mekatronik mühendisliğinin önde gelen uygulama alanları olarak sıralanabilir. Bu uygulama alanlarından günlük hayatımızda yer etmiş bazı örnekler ise şöyle sıralanabilir: Taşıtlarda hava yastığı güvenlik sistemleri, ABS fren sistemleri, uzaktan kumandalı kapı kilitleri, sürüş ve seyir denetimi, motor ve güç sistemleri denetimi, yolcu güvenlik sistemleri, NC, CNC, AC vb. tezgahlar ve otomatik üretim tezgahları, tıpta kullanılan başta MR ve ultrasonik tıbbî cihazlar, fotoğraf makinaları, video kameraları, video, CD ve DVD göstericileri, CD kayıt ve benzeri kişisel kullanım amaçlı elektronik cihazlar, endüstride kaynak robotları, fabrika içi kendinden yönlenmeli araçlar (AGV), uzay araştırmalarında kullanılan robotlar, askerî amaçlı mayın imha robotları, bomba taşıyıcıları ve benzeri gezer robotlar, hava taşıt sistemleri, garaj kapısı otomatik açma sistemleri, güvenlik sistemleri, iklimlendirme denetim sistemleri vb. ev ve büro uygulamaları, çamaşır, bulaşık makinaları vb. ev uygulamaları, çeşitli el takımları, el ve otomatik kumandalı hidrolik frenler ve benzeri malzeme taşıma ve inşaat makinaları ile video oyunları ve sanal gerçeklik uygulamalarında gerçek girdi denetim sistemleri, ev robotları, güvenlik sistemleri ile tarım, bankacılık, madencilik gibi daha birçok alanda kullanılan otomasyon teknolojileri gibi bu şekilde çok geniş bir uygulama alanına sahip olan mekatronik, gelecekte de bilim ve mühendisliğin vazgeçilmez en önemli yapı taşlarından biri olacaktır (EMO, 2003; ASME, 1997). Mekatronik ilgi ve uygulama alanları dışında, öğretimi yapılan bir disiplin olarak ele alındığında ilgilendiği akademik konular şöyle sıralanabilir: a) Makine Mühendisliği: Tasarım ve üretim, sistem dinamiği, b) Kontrol Mühendisliği: Kontrol sistem tasarımı, gerçek zamanlı sistemler, c) Elektrik-Elektronik Mühendisliği: Eyleyiciler ve sensörler, d) Bilgisayar Mühendisliği : Algoritma uygulaması ve kodlama ile yapay zekâ ve iletişim (Erten, 2003a). Türkiye’de Mekatronik Eğitimi Mekatronik, Türkiye gündemine 1993 yılında girmiş olmasına rağmen, bu konudaki gelişmeler oldukça yavaş bir seyir izlemiştir. Mekatroniğin akademik ve endüstriyel çevrelerde yaygınlık kazanması 2000’li yılların başında mümkün olabilmiştir. Bu tarihten sonra, Türkiye’de bugün mekatronik, sınırlı kapasite ile de olsa, lise düzeyinden, üniversite lisansüstü düzeye kadar hemen her kademede eğitimi yapılan bir disiplin haline gelmiştir. Lise Düzeyinde Mekatronik Eğitimi Lise düzeyinde mekatronik eğitimi şimdilik, MEB’e bağlı Anadolu Teknik Lisesi Endüstriyel Otomasyon Teknolojileri-Elektronik Bölümü 11. sınıfta uygulamalı dersler kategorisinde, haftada altı saat zorunlu olarak “Mekatronik Atölyesi” ismiyle sürdürülmektedir. Bu uygulama 2002 yılından beri devam etmektedir (MEB, 2003). Buna ek olarak MEB’in mekatronik konusunda çalışmalar başlatmış olduğu ve bu çerçevede kısa zamanda meslek liseleri bünyesinde mekatronik bölümü açmayı planladığı da bilinmektedir. Başarılı bir üniversite eğitimi için başarılı bir lise eğitiminin gerekli olduğu bilinmektedir. Bu bakımdan, üniversite düzeyinde başarılı bir mekatronik eğitiminin sağlanabilmesi için bu konuda ön eğitim almış, hazır bulunuşluk düzeyi yüksek öğrenci kaynağı sağlamak üzere, mekatronik eğitiminin lise düzeyinden başlatılmasında yarar vardır. Nitekim ABD’de mekatronik eğitimi, üniversite ve endüstri desteği ile lise düzeyinde başlatılmaktadır (Hırschfeld ve diğerleri, 1993). Ön Lisans Düzeyinde Mekatronik Eğitimi Türkiye’de ön lisans düzeyinde mekatronik eğitimi, 1990’lı yılların sonuna doğru başlamıştır. 2003-2004 öğretim yılı itibarıyla Türkiye’de sekiz Meslek Yüksek Okulunda (MYO) ön lisans düzeyinde mekatronik programı mevcuttur. Bu programlar ve bağlı oldukları üniversiteler şunlardır: Gaziantep Üniversitesi Gaziantep MYO, Kocaeli Üniversitesi Gebze MYO, Sakarya Üniversitesi Sakarya MYO, Tekirdağ Üniversitesi Tekirdağ MYO, Gazi Osman Paşa Üniversitesi Turhal MYO, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Zile MYO, Çanakkale On Sekiz Mart Üniversitesi Çan MYO, Balıkesir Üniversitesi Edremit MYO. Ancak, gerekli alt yapı ve akademik kadro eksikliği gibi nedenlerle, bunlardan şimdilik sadece ilk dört programda örgün; Sakarya Üniversitesi Adapazarı MYO’da ise, internet destekli uzaktan eğitim modeliyle mekatronik eğitimi devam etmektedir (ÖSYM, 2003; YÖK, 2003). Mekatronik eğitiminin devam ettiği bu ön lisans okullarının, Türk imalât sanayinin geliştiği bölgelerde bulunması, nitelikli bir mekatronik eğitimi için gerekli olan okul-sanayi iş birliğinin sağlanabilmesi bakımından memnun edici bir durumdur. Ancak, örgün ön lisans düzeyindeki mekatronik programlarına yılda ortalama 150 dolayında, Sakarya Üniversitesi Adapazarı MYO internet destekli yaygın mekatronik programına ise 300 öğrenci kabul edilmesi (ÖSYM, 2003; Sakarya, 2003), bu konudaki talebi karşılamaktan uzaktır. Türkiye’deki ön lisans okullarının yıllık 100 bini aşan öğrenci kapasitesi göz önüne alındığında, örgün ve yaygın ön lisans mekatronik programlarının öğrenci kapasitesinin oldukça düşük olduğu söylenebilir. Oysa ki Türkiye’de, önlisans düzeyde mekatronik eğitimi almış teknik işgücüne daha fazla talep vardır. Çünkü, Türk imalat endüstrisinin %99.6’sı Küçük ve Orta Büyüklükte İşletmelerden (KOBİ) oluşmakta ve imalat alanındaki toplam istihdamın %56.3’ünü de, bu işletmeler sağlamaktadır (Savaşır, 1999). Bu işletmeler, Ar-Ge çalışmaları ve tasarım yapacak ekonomik güçten yoksun olduklarından, bunun yerine, hazır patent ve lisans almaya dayalı üretim yapmaktadırlar. Dolayısıyla, bu işletmelerde, tasarımcı mühendisten çok, uygulama ve üretim becerisi yüksek teknikere ihtiyaç duyulmaktadır. KOBİ’ lerin mekatronik ön lisans düzeyinde eğitim almış tekniker ihtiyacının karşılanması için, ön lisans mekatronik programlarının yaygınlaştırılması büyük önem taşır. Lisans Düzeyinde Mekatronik Eğitimi Türkiye’de, bugün mühendislik lisansı düzeyinde dört, öğretmenlik lisansı düzeyinde bir üniversitede mekatronik eğitimi verilmektedir. Lisans düzeyinde mekatronik eğitimi, ODTÜ’de makine mühendisliğinin bir yan dalı olarak, Sabancı, Atılım ve Kocaeli Üniversitelerinde ise Mekatronik Mühendisliği biçiminde sürdürülmektedir. Bu üniversitelerde sürdürülen mühendislik lisans öğretimine ilave olarak, lisansüstü düzeyde mekatronik eğitimi ve araştırmaları, ODTÜ, Boğaziçi, Sabancı, Atılım, Selçuk ve İstanbul Teknik Üniversiteleri başta olmak üzere, birçok üniversite ve araştırma merkezinde sürdürülmektedir. Diğer üniversitelerimizin de özellikle son yıllarda mekatroniğe daha fazla ilgi gösterdikleri ve programlarında seçmeli ders olarak veya mekatronik ile ilgili mezuniyet projelerine yer verdikleri gözlenmektedir. Türkiye’de dünya örneklerinden farklı olarak, lisans düzeyinde mekatronik mühendisliği eğitimi yanında yine lisans düzeyinde mekatronik öğretmenliği eğitimi de mevcuttur. Bunun ilk ve tek örneği Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi (TEF) bünyesinde açılan Mekatronik Eğitimi Bölümüdür. Bu bölümün mekatronik programı, hem endüstriye uzman mekatronik iş gücü yetiştirme ve hem de meslekî ve teknik orta öğretime mekatronik öğretmeni yetiştirmeyi amaçlamaktadır. Bu çerçevede hazırlanmış öğretim programında, mekatronik mühendisliği dersleri ile pedagoji dersleri birlikte yer almaktadır. Bu yapısıyla Marmara TEF Mekatronik Eğitimi Bölümü, Türkiye’ye özgü bir mekatronik lisans modeli olarak dikkat çekmektedir. Türkiye’de mekatronik eğitimi, çağdaş dünyadan oldukça geç başlamış ve bu konudaki gelişmeler yavaş bir seyir izlemiştir. Ancak 2000’li yıllarda yaygınlık kazanan mekatronik eğitimi, bugün lise düzeyinden üniversitenin her kademesine sürdürülmektedir. Fakat, her düzeydeki mekatronik programı, başta öğrenci kapasitesi, öğretim programlarının teorik ağırlıklı yapısı ile öğretim elemanı teminindeki güçlükler ve gerekli alt yapıdaki eksiklikler gibi önemli sorunlarla karşı karşıyadır. Bunlara ilave olarak, devlet ve özel sektörün mekatronik eğitimine yeterince destek vermemesi ile mekatronik eğitiminde devlet-üniversite-endüstri işbirliğinin yeterince sağlanamamış olması da Türkiye’deki mekatronik eğitiminin önemli sorunlarındadır. Bu sorunlar, mekatroniğin Türkiye’de yerleşip, yaygınlaşmasının önündeki en önemli engellerdir. Ancak, Türkiye’nin AB’ye yakınlaşmasına ve giderek daha fazla dışa açılmasına paralel olarak, endüstrinin her düzeyde mekatronik iş gücüne olan talebe bağlı olarak, gelecekte Türkiye’de, mekatronik eğitiminin her düzeyde hızla yaygınlık kazanacağı söylenebilir. Mekatroniğin Geleceği İlk kez 1960’ların sonunda Japonya’da ortaya çıkan mekatronik, bütün dünyada hızla yayılmış günümüzde de akademik ve endüstriyel çevrelerde çok önemli bir yer edinmiştir. Bugün mühendislik tasarım, üretim ve eğitim sürecini derinden etkilemiş olan mekatroniğe bütün dünyada büyük ilgi vardır. 21. yüzyılın karmaşık teknolojik sorunlarının ancak, disiplinler arası bir yaklaşım içinde algılanabilip, yorumlanabileceği gerçeği ile gittikçe genişleyen mekatronik ürün pazarı, mekatroniğin bugün olduğu gibi gelecekte de kritik bir mühendislik alanı olacağını göstermektedir. Mekatronik; ilgi ve uygulama alanları ile eğitim sistemi gibi noktalar bakımından başlangıçtan günümüze önemli değişimler geçirmiştir. Benzer şekilde mekatroniğin önümüzdeki yıllarda, geleceğin bilim dalları ve meslekleriyle ilgili olarak önemli değişimler yaşayacağı beklenmektedir. Mikro-mekatronik, nano-mekatronik, opto-mekatronik, internet tabanlı mekatronik, akıllı/aptal-mekatronik, eğlence amaçlı mekatronik, eğitim amaçlı mekatronik, tıbbî mekatronik ve askerî mekatronik gibi alanlar, mekatroniğin gelecekteki ilgi alanları olarak tahmin edilmektedir (Erten; 2003b). Sonuç 1960’lı yılların sonunda Japonya’da ortaya çıkan ve çağdaş dünyanın gündemine 1980’li yıllarda giren mekatronik, Türkiye gündemine 1993 yılında girmiştir. Disiplinler arası bir mühendislik felsefesi olarak mekatronik, teknoloji tasarım, üretim ve eğitimini derinden etkilemiştir. Bu misyonu ile mekatroniğin, ülkemizde de geleneksel kitle eğitim modeli üzerine kurulmuş ve dar meslekî disiplinlere sıkıştırılmış meslekî ve teknik eğitim sistemimize ilâve bir dinamizm kazandırması beklenebilir. Bu bağlamda, Türkiye’nin teknolojik tasarım ve üretimde uluslararası rekabet şansının, önemli oranda mekatronikte göstereceği başarıya bağlı olduğu söylenebilir. Bunun için de, mekatronik eğitiminin her kademede yaygınlık kazanması önem taşır. Ancak başarılı bir mekatronik eğitimi için öncelikle geleneksel mesleklerde dar disiplinlere sıkıştırılmış Türk meslekî ve teknik eğitim sisteminin, okula dayalı ve teorik ağırlıklı yapısının değiştirilmesi gerekir. Bunun yerine, çağdaş ve yeni meslek alanlarında ve ilgili meslek alanları arasında ilişki ve geçişe olanak tanıyan disiplinler arası bir yaklaşımla, okul-endüstri işbirliğini esas alan bir meslekî ve teknik eğitim sistemi oluşturulmalıdır. Bunu tamamlayıcısı olarak meslekî ve teknik eğitim sisteminin, lise düzeyinden üniversiteye kadar bütüncül bir yaklaşımla, birbirinin başlangıcı ve devamı şeklinde ele alınması da önemlidir. Bundan başka, birçok ülkede olduğu gibi Türkiye’de de, mekatroniğin öncelikli ve kritik alan olarak ilan edilmesi ve bu eğitimin devlet-üniversite-endüstri işbirliği ile sürdürülmesi de büyük önem arz eder. Türkiye’de hemen her düzeyde sürdürülen mekatronik eğitimi, başta sınırlı kapasite, öğretim programlarının niteliği, öğretim elemanı ve gerekli alt yapı eksikliği gibi sorunlarla karşı karşıyadır. Bu sorunlar, mekatroniğin Türkiye’de gelişip yaygınlaşması ile bu sektörde kısa vadeli insan kaynağı problemine neden olmaktadır. Ancak önemli bir diğer bir problem de, şu anda imalat sektöründe çalışan iş gücünün, mekatronikte yetiştirilmesi sorunudur. Bunun için, imalat sektöründe çalışan her düzeydeki teknik elemanın mekatronik tasarım ve üretim alanında iş başında eğitimi sağlanmalıdır. Türkiye’nin 21. yüzyılda her bakımdan hak ettiği yeri alabilmesi ancak, dünya ölçeğinde teknolojik eğitim, tasarım ve üretim yapması ile olanaklıdır. Bunun sağlanması ise, büyük oranda, çağın bilimi olan mekatronik eğitim, tasarım ve üretimde gösterilecek başarıya bağlıdır. Türkiye, meslekî ve teknik eğitim sistemi ile teknolojik tasarım ve üretimine mekatronik bir boyut kazandırabilir; genç ve ucuz iş gücü avantajını da iyi kullanabilirse, gelecekte bölgenin ve AB’nin üretim üssü olabilir. Bunun için her şeyden önce başarılı bir mekatronik eğitimi, kritik öneme sahiptir. Türkiye’de her düzeyde mekatronik eğitiminin yaygınlık kazanabilmesi ve başarılı olabilmesi için, devlet-üniversite-endüstri kesimleri bir araya gelerek birlikte, eğitim programlarını hazırlamalı, atölye ve laboratuvarları oluşturmalı, eğiticileri eğitmeli ve bu konudaki eğitim standartlarını belirlemelidir OTOMASYON TEKNOLOJİLERİ Otomasyonun Tanımı, Sınıflandırılması, Kullanım Alanları Otomasyonu dar anlamda otomatik kontrol olarak tanımlayabiliriz. Genis anlamda ise isin insan ile ekipman arasında paylasılmasıdır. Toplam isin paylasım yüzdesi otomasyon düzeyini belirler. Düsük düzey islerin çogunlugunun insan tarafından, yüksek düzey ise makineler tarafından yapıldıgı durumu anlatır. Ancak islerin nitel açıdan paylasımı da önem tasır. İsi yapabilmek için enerjinin yanı sıra düsünceye de gereksinim bulunur. Otomasyonun ilk ortaya çıkısı endüstri devriminin hemen ardından olmus ve kas gücünün yerini alan düzenekler gelistirilmistir. Ancak salt kas gücünü ikame etmek insanı isten soyutlamamaktadır. Günümüzün nitelikli is ortamını otomatize edebilmek için insan yerine düsünebilen, hatta bu isi insandan daha iyi yapabilen sistemler olusturmak gerekmektedir. Yapay zeka olarak ifade edilen bu çalısma alanı sadece üretim sektörünü degil, savas endüstrisini ve sosyal yasamı da etkileyecek bulus ve uygulamalarla ilgilenmektedir. Otomasyon öncesi dönemde isin nitel ve nicel sınırları insan tarafından belirlenmekte idi. Ancak otomasyon veya teknoloji insanın bazı yetersizliklerini giderebilecek, böylelikle üretim sınırlarını çok daha genisletmeyi saglayacak bir düzeye gelmistir. Bu yetersizlikler insanın tepki süresinin uzunlugu, insanın veri isleme kapasitesinin sınırlı olması, insanın is üretme hızının düsüklügü, insanın tekrarlı islerde tutarlıgı sürdüremeyip sapmalara neden olması ve insanın konsantrasyon süresinin kısalıgıdır. Günümüzde bu yetersizliklerin giderilmesini saglayan pek çok çözüm uygulanmaktadır. Ancak yine de otomasyon sistemleri çok basit islerde, örnegin portakal soyma ve çok komplike islerde, örnegin uçak kullanımı, insanın yerini tamamen alamamaktadır. Bilim Tarihi Açısından Otomatik Kontrol Buhar gücünün kesfi ile mekanik sistemlerin programlandıgı sekilde hareket etmesini ve hataların düzeltilmesini saglayan denetim kavramı gelismeye baslamıstır. Elektrigin kesfinden önce, "tümüyle mekanik" denetim sistemleri kullanılmıstır. Basit bir örnek olarak James Watt'ın 1769 yılında kullandıgı "uçantop denetleyicisi" gösterilebilir. "Motor hızlandıkça merkezkaç kuvvetiyle açılan topa baglı bir kolun, mekanik manivelalarla motora giren buharı kısması ve böylece hızın sabit tutulmasını saglayan geri besleme sistemleri gösterilebilir. Bu alanda oldukça gelisme saglanmıs, çok karmasık makineler yapılmıs, ve bir anlamda "Mekanik Bilgisayar" diyebilecegimiz tümüyle mekanik hesaplama ve kontrol sistemleri gelistirilmistir. Daha sonra elektrigin kesfi ile elektriksel sistemler ve bunların denetimi gelismis; mekanik sistemlerin denetim fonksiyonunun dahi elektriksel platformda yapılması saglanarak çok daha karmasık sistemlerin denetlenmesi mümkün olabilmistir. Elektronik devrelerin kullanılması sonucunda basitlesen kontrol uygulamaları, daha fazla teorik çalısmaların yapılmasını saglamıs, matematiksel kontrol kuramı gelismistir. Batı dünyasında frekans domeninde büyük gelismeler yapılmıs, Bode, Nyquist gibi önemli kontrol kuramı teorisyenleri yetismistir. Dogu blokundaki çalısmalar daha çok zaman domeninde sınırlı kalmıstır. İkinci Dünya savası sırasında bilhassa pilotsuz uçakların, atıs kontrol sistemlerinin, radar anten kontrol sistemlerinin ön plana çıkması ile otomatik kontrolün önemi iyice öne çıkmıstır. Savas öncesinde matematiksel model katsayılarının deneme yanılma ile bulunması genel uygulama iken, örnegin bir pilotsuz uçagın deneme yanılma ile gelistirilmesi çok sayıda uçak kaybına neden olacagından, matematiksel modelin teorik olarak dogru saptanmasının önemi artmıs ve kontrol kuramı matematiksel olarak geliserek temel bir bilim disiplini haline gelmistir. İkinci dünya savası sonrasında da frekans domeni teknikleri gelismeye devam etmis, karmasık frekans "s degiskeni" yaklasımı ve Laplace degiskeni yöntemi kullanılmıs, sistem kararlılıgını test eden Kök Yer Egrisi yaklasımı gelistirilmistir. Daha sonra sanayilesmenin hızlanması ve buna karsılık isçi haklarının önem kazanması ile "isçiye daha fazla olanak verirken, maliyeti en aza indirmek" yolu aranmıs; fabrikalarda en az isgücünü gerektiren robotlarla ve otomasyonla üretim ön sırayı almıstır. 1980'lerde bilgisayarların gelismesi ve küçülmesi ile her alanda bilgisayar kullanımı, karmasık hesaplamaların derhal yapılabilmesini olanaklı kılmıstır. Böylece gerektiginde kendi hatalarını düzelten "gürbüz denetim sistemleri" teorisi ve uygulaması gelistirilmistir. 1990'lardan itibaren uzay gemilerinden robot denetimine, en ince detayda çalısma gerektiren hassas üretimlerde, insan elinin giremeyecegi boyutta üretim ve islem sahalarında (tıpta vücudu açmadan artroskopik operasyonlarda), genlerin denetiminde en yeni teknolojik yeniliklerle, otomatik kontrol kavramlarının dogrudan uygulanmadıgı alan kalmamıstır. "Otomatik Kontrol"un Teori ve Uygulamalarının Aşamaları Otomatik kontrol bilimi, fiziksel kontrol sisteminin matematiksel olarak kurulmasını, matematik dünyasında çözümlendikten sonra fiziksel uygulamada kullanılmasını sagladıgı için "fiziksel sistemin yapısı" ile "matematiksel modelleri" arasındaki baglantı ve ayrıma dikkat çekmek gereklidir. Matematiksel Modelleme Kontrol edilecek sistemin tüm davranıslarının matematiksel formüllere çevrilmesidir. Aynı fiziksel sistemin çok degisik matematiksel modeli kurulabilir. Her model belirli varsayımlar tasıdıgı için hiçbir model fiziksel sistemin tam modeli degildir. Basitlestirilmis modelleri, lineerlestirilmis modelleri kullanılabilmektedir. Hatta birbirinin tam esdegeri olmakla birlikte farklı gösterimdeki modelleri kullanılabilmektedir. Bir sistemin türevsel denklemi modeli ile durum denklem takımı modeli, birbirinin esdegeri ama farklı biçimdeki modelleridir. Bir elektrik devresinin sabit bir frekanstaki sinüzoidal uyarıya tepkisinin genlik ve açısını bulmayı önemsiyorsak fazör modelini kullanabiliriz; farklı frekanslara verecegi tepkinin genligini önemsiyorsak süzgeç devresi modellemesini kullanmalıyız. Matematiksel Analiz ve Tasarım Matematiksel model üzerinde yapılan bilimsel çalısmalarla, hangi islemlerle istenen davranısın elde edilebilecegi arastırılır ve matematiksel olarak çözümlenir. Sonsuz denecek sayıda farklı modelin, sonsuz denecek sayıda farklı tekniklerle analizi, istenen davranısı verecek düzenlemelerin matematiksel olarak saptanması üzerinde 50 yıldır bilimsel çalısmalar yapılmakta, tasarımlar gelistirilmektedir. Sistemin Tasarımı ve Kurulması Matematiksel dünyada kurgulanmıs çözüm, fiziksel sistem üzerinde kurulur. Yukarıda da bahsedildigi gibi, bir mekanik sistemde istenen geri besleme baglantısı salt mekanik dünyada yapılabildigi gibi elektriksel platformda yapılıp mekanik dünyaya baglantısı yapılabilir. Bu nedenle bu islemde de farklı alternatifler söz konusudur. Yukarıdaki asamaların basarı ile kullanılabilmesi için, Otomatik Kontrol bilim adamı öncelikle çok iyi bir matematikçi, ve bunun yanında çok iyi bir elektronikçi ve/veya mekanikçi olmalıdır. Kural Tabanlı Kontrol Sistemleri Bilgisayarların ve mikroislemcilerin küçülmesi, ucuzlaması, ve hızlanması ile her sistemin kendi bilgisayarını ya da mikroislemcisini tasıması mümkün olmustur. Otomatik kontrol biliminin karmasıklıgı, insanları daha kolay çözümlere itmis ve sistemin ayrıntılı matematiksel özelliklerini bilmeden de sistemleri ise yarar sekilde çalıstıracak daha sade çözümlerin arayısına yöneltmistir. Bilgisayar ya da PLC (Programlanabilir mantık denetleyiciler, sisteme özel mikroislemci) kullanarak ve "kural tabanı" ismi verilen talimatların mikroislemciye programlanması ile; istenen sonuçtan sapmaların, giris degiskeninde ayarlama yaparak derhal düzeltilmesi saglanabilmektedir. Konunun daha iyi anlasılabilmesi için asagıdaki basit ve yararlı örnek sunulmustur: Bir üretim fırınının sıcaklıgının 110 derecede kalması için mikroislemciye verilen asagıdaki kurallar bütününe "kural tabanı" ismi verilmektedir: Sıcaklık 110 derece ise ısıtıcı ayarını degistirme, Sıcaklık 100 derece ise ısıtıcı ayarını 1 kademe artır, Sıcaklık 90 derece ise ısıtıcı ayarını 2 kademe artır, Sıcaklık 120 derece ise ısıtıcı ayarını 1 kademe azalt, Sıcaklık 130 derece ise ısıtıcı ayarını 2 kademe azalt, gibi kurallar verilerek sıcaklıgın 110 derece yakınında kalması saglanmaktadır. Daha hassas islem yapmak için sıcaklık yanında sıcaklıgın artıs/azalıs durumu da kurallar kümesine eklenebilir. Sıcaklık 110 derece ise ve artıyorsa ısıtıcı ayarını 0.5 kademe azalt, Sıcaklık 110 derece ise ve azalıyorsa ısıtıcı ayarını 0.5 kademe artır, Sıcaklık 100 derece ise ve artıyorsa ısıtıcı ayarını 0.5 kademe artır, Sıcaklık 100 derece ise ve azalıyorsa ısıtıcı ayarını 1.5 kademe artır, Sıcaklık 90 derece ise ve artıyorsa ısıtıcı ayarını 1.5 kademe artır, Sıcaklık 90 derece ise ve azalıyorsa ısıtıcı ayarını 2.5 kademe artır, Mikroislemcilerin hafıza ve hızlarının yukarıdaki islemler için fazlasıyla yeterli olması nedeniyle derece denetim aralıkları çok daha dar tutulabilir ve sıcaklık artıs hızına göre daha detaylı komutlar verilebilir. Dıs sıcaklıga göre, günün saatine göre, üretim programındaki aciliyete göre fonksiyonel ek kurallar (komutlar) da eklenebilir.. Bu tür kurallarla yapılan denetime "Kural Tabanlı Denetim" (Rule Based Kontrol) adı verilmektedir. "Akıllı Denetim" olarak da adlandırılan bu tür denetim kullanarak, sistemin yapısı hakkında minimum matematik bilgisiyle ve sistemin matematiksel modelini, kararlılık durumunu bilmeden, deneme yanılma ile ölçüm sınırları ve ayar kademeleri saptanmakta ve kullanılabilir bir denetim fonksiyonu elde edilebilmektedir. Ölçüm aralıkları daha sık alınırsa ve ayar kademeleri daha iyi ön çalısma ile daha iyi saptanırsa daha basarılı sonuçlar alınabilmektedir. Kontrol sistemlerinin mikroislemcilerinde (PLC'lerde) büyük gelismeler saglanmıs, mikroislemci programlama dilini bilmeden, menülerinden seçerek hangi saatler arasında, hangi giris ve çıkıs kosullarında ne davranıs verecegini menülerden seçerek programlayan özel uygulama amacına dönük mikroislemciler üretilmis, PC tabanlı çalısan programlar gelistirilmistir. Günümüzde fabrikalardaki otomatik kontrol uygulamalarına "Fabrika Otomasyonu", akıllı bina sistemlerindeki uygulamalara "Bina Otomasyonu" isimleri verilmektedir ve bu otomasyon uygulamalarının hemen tümüne yakın kısmı kural tabanlı kontrol sistemleri ile saglanmaktadır. Bu sayısal kontrol sistemleri, fabrika otomasyonunda kullanıldıgında üretimin tüm asamalarında görev almakta, imalat planlamasına da yardımcı olmaktadır. Otomatik kontrolün amacı sistemin degisken büyüklüklerini arzu edilen degerlerde tutarak kararlı bir çalısma ortamı olusturmaktır. Sistem, bir bütünü olusturan, birbiri ile baglı olan ya da belirli bir islev için bir araya getirilmis olan elemanların düzenine ya da kümesine denir. Kontrol sistemi: Kendisini ya da baska bir sistemi, düzenlemek, kumanda etmek ya da yönetmek üzere uygun bir biçimde baglanmıs fiziksel elemanlar kümesidir. Kontrol Sistemlerinin Türleri Çıkısın ya da kontrol edilen büyüklügün kumanda edilmesi bakımından kontrol sistemleri açık çevrim kontrol sistemleri ve kapalı çevrim kontrol sistemleri olarak iki sınıfa ayrılır. PID [Proportional(oransal), Integral(integral), Derivative(türev)] Kontrolör PID kontrolör oransal (Proportional), integral (Integral) ve türev (Derivative) elemanlarının toplamından olusur. Her üç kısım kullanılabilecegi gibi bir ya da iki kısım dakullanılabilir. O zaman P, I, D, PI, PD kontrolör ollarak adlandırılır. Kontrolörlere toplayıcı, çıkarıcı, yükseltici, zayıflatıcı, türev ve integral alıcı gibi elemanlar ilave edilebilir. U = Kpe + Kl (buraya integral işareti konacak)e dt + Kd de/dt Kp = Oransal Verim Kl = �İtegral Verim KD = Türevsel Verim e = hata Ziegler-Nichols Metodu Bazı sistemlerde transfer fonksiyon modelini saptamadaki zorluk, optimum kontrolör kazanç degerlerini hesaplamanın deneysel yolunu bulmaya itmistir. En çok kullanılan yöntem Ziegler-Nichols yöntemi, iki ayrı yöntemden olusur. �lk yöntem sistemin açık çevrim basamak cevabına, ikincisi kontrolör ile sistemin deneysel olarak incelenmesi ve sonuçlarına ihtiyaç duyar. Sistemin modeli degistirilse dahi bu yöntemi kullanmak oldukça yararlıdır. Ziegler- Nichols kurallarına göre tasarlanmıs kontrolörlerin salınımlı ancak ikinci asım birinci asımın % 25 inden küçük olacak sekilde , yeterli derecede sönümlü yanıt verdigini belirlemislerdir. Buna çeyrek söndürme kriteri denir. Uygulanan kriter : J = (buraya integral işareti konacak)|�e(t)|� dt =(buraya integral işareti konacak)|� �r(t)-y(t)�| dt Sensör Algılayıcı veya dedektör olarak da adlandırılan sensörler, genel anlamda, herhangi bir kaynaktan gelen sinyal ya da uyarıyı alan veya cevaplayan devre elemanlarıdır. Böyle bir devrede veya sistemde : · Algılanacak bir malzeme (katı, sıvı veya gaz) · Sensör · Algılanacak bir isaret olmalıdır. Elektrik, ısık, sıcaklık, vs. gibi · Algılanan bu isaretleri anlasılabilir verilere dönüstürülebilen çıkıs isaretleri olmalıdır. Yani sinyaller mV, akım, direnç vs. cinsinden degerlendirilebilecek verilere dönüstürülür. · Çıkıs isaretlerini okuyan bir bilgisayar veya elektronik devre sistemi olmalıdır. · Sonuçları bir kıyaslama veya referans yoluya degerlendiren bir kaydedici olmalıdır. Sensörlerin çesitli uyarı kaynakları vardır: Elektriksel : yük, akım, gerilim, potansiyel siddeti, iletkenlik, geçirgenlik Magnetik : alan, akı, geçirgenlik Mekanik : ivme, kuvvet, hız, basınç, moment, debi, viskozite Optik : ısık dalgası, dalga hızı Kimyasal : element Isısal : sıcaklık, iletkenlik, akı Akustik : ses dalgası bunlardan bazılarıdır. Sensörler bu uyarı kaynaklarından aldıkları uyarıları çesitli degerlendirilebilir çıkıslar olarak ( örnegin volt olarak) bir kontrol sistemine gönderir. Günlük yasamın hemen her yerinde sensörler kullanım alanı bulur. Otomobil, uçak ve gemi gibi ulasım ve tasıma araçlarında , uydu ve iletisim sistemlerinde, buzdolabı, fırın, televizyon, bilgisayar gibi pek çok ev aletlerinde, hava içindeki zehirli gazların hangi sınırlarda oldugunun algılanmasında ve daha pek çok yerde sensörlerden yararlanılır Not:Otomasyon ile ilgili linkler en kısa zamanda eklenecektir.