1. KURAMSAL TEMELLER 5
1.2. Bilgi Çağında Yaşanan Teknolojik Değişimler
1.2.1. Bilişim Teknolojilerinin Evrimi
126.96.36.199. Dijital Teknoloji Alanındaki Gelişmeler
Bilgisayarlar, insanların günlük hayatlarındaki hesaplama işlemlerine yardım etmeleri için kullanılan araçlardır. Bu amaçla tarihte ilk olarak 5000 yıl önce abaküs icat edilmiştir. Çinliler tarafından icat edilen abaküs, 1970’li yıllara kadar kullanılmıştır.
Günümüzde ise abaküsün yerini ilgisayarlar almıştır. Bilgisayarlar, önceden tanımlanmış talimatları işleyebilen karmaşık makinelerdir. Bilgisayar teknolojisinde yirminci yüzyılın ortalarından itibaren kaydedilen ilerlemeler sayesinde bilgisayarların çözebilecekleri problem alanı her geçen gün genişlemiştir. Bilgilerin depolanması, organize edilmesi ve sunulması bakımından sağladıkları kolaylıklar nedeniyle
bilgisayarlar, çağımızın vazgeçilmezleri arasına girmiştir. Tarihsel süreçte bilgisayarların geçirdiği evrim beş evrede incelenmektedir:
Birinci evre (Vakumlu Tüp Teknolojisi); 1945-1956 yılları arasındaki geliştirilen bilgisayarları kapsamaktadır. Bu dönemde bilgisayarlar, büyük yer kaplayan vakumlu tüplerle yapılmaları nedeniyle bir odanın tamamını kaplayacak boyutlara sahiptir.
Yalnızca tek bir amaca hizmet edecek şekilde programlanabilen ve maksimum 2 kilobaytlık hafızaya sahip olabilen ilk bilgisayarlar, teknik sınırlılıkları ve pahalı olmaları nedeniyle ağırlıklı olarak bilimsel araştırmalarda ve mühendislik problemlerinin çözülmesinde kullanılmışlardır.
İkinci evre (Transistör Teknolojisi); 1956-1963 yılları arasında transistörlerin kullanıldığı dönemi kapsamaktadır. Transistörler, vakumlu tüplerle karşılaştırıldığında;
daha küçük, daha ucuz ve daha güvenilir olmaları, az ısınmaları ve daha az enerji harcamaları gibi üstünlüklere sahiptir. Transistörlerin vakumlu tüplere oranla çok daha küçük boyutlarda olmaları, bilgisayarların içerisine daha fazla sayıda eklenebilmelerini sağlamış ve bu sayede bilgisayarların kapasiteleri 32 kilobayta kadar çıkarılmıştır.
Bilgisayarların küçülmesi ve yapılan işlemlerin hızlanması, yazılım alanında programlama dillerinin geliştirilmesi yönündeki çalışmaların artmasını sağlamıştır.
Üçüncü evre (Entegre Devre Teknolojisi); 1964-1971 yılları arasında uzun ömürlü entegre devreler ve yarı iletkenlerin, transistörlerin yerini aldığı dönemi kapsamaktadır.
Üçüncü evre bilgisayarlarını, birinci ve ikinci evrede yer alan bilgisayarlardan ayıran en önemli özellik aynı anda ve birden fazla programın eş zamanlı olarak kullanılmasının mümkün hale getirilmesidir. Bu dönemde, bilgisayarların toplumda yaygın şekilde kullanılmaya başlandığı görülmektedir.
Dördüncü evre bilgisayarlarında, 1971’den itibaren boyutları giderek minimize edilen entegre devreler kullanılmaya başlanmıştır. Mikro işlemciler sayesinde çok daha küçük, hızlı ve ucuz üretilebilen bilgisayarlar, yalnız büyük firmalara özgü olmaktan çıkarak, küçük işyerleri ve bireyler tarafından da satın alınabilir hale gelmiştir.
Beşinci evreye kadar bilgisayarları oluşturan elemanlar, elektronik parçalardan, vakumlu tüplere, transistörlerden entegre devrelere doğru gelişirken, temelde yerine getirdikleri fonksiyonlar büyük oranda aynı kalmıştır. Beşinci evrede yer alan bilgisayarlarda ise bir problemin birden fazla etkeni üzerinde aynı zaman diliminde ve çok daha hızlı şekilde işlem yapabilme özelliği ön plana çıkmıştır. Yeni bilgisayarlar, değişik kaynaklardan elde edilen ses, şekil ve büyük miktarlardaki veriyi bir araya getirebilecek donanıma sahiptirler (Sun ve Howard 2004, Tekin ve ark. 2006).
Bilgisayarların son 50 yılda geçirdikleri evrim, hızlı işlem yapabilme, çok miktarda veri saklama, güvenilir olma ve farklı donanımlarla birlikte çalışabilme özelliklerine ulaşmalarını sağlamıştır. Bilgisayarların kazandığı yeni özellikler, bilgisayar destekli tasarım ve imalat teknolojilerinin geliştirilmesinin önünü açan gelişmelerdir.
Dijital teknoloji alanındaki gelişmeler içinde bilgisayar destekli tasarım (CAD) önemli bir yere sahiptir. CAD sistemi, iki veya üç boyutlu ortamlarda elektronik kalem yardımıyla çizim yapılmasına olanak tanıyan elektronik bir çizim tahtasıdır. CAD programları, geometrik şekil değişiklikleri yapabilme özelliğine sahiptir. Bu sayede tasarımcılar, ürünlerini, herhangi bir aks üzerinde döndürebilmekte, yakınlaştırarak veya uzaklaştırarak farklı açılardan izleyebilmektedirler. Bilgisayar destekli tasarımın bilgisayar grafikleri, simülasyon ve veritabanı özellikleri bulunmaktadır. CAD sistemleriyle, makineler için üretim süreci talimatları veya programları oluşturabilmekte ve malzeme listeleri hazırlanabilmektedir. Bu sayede bir ürünün tasarım-üretim bilgilerinin ve malzeme listelerinin hazırlanması büyük ölçüde pratikleşmektedir (Wall ve ark. 1987).
Dijital teknoloji alanındaki bir diğer önemli gelişme, imalat teknolojileri alanında yaşanmıştır. Otomatik üretim teknolojileri olarak adlandırılan teknolojide, 1950’li yıllarda dijital olarak kontrol edilen makinelerin yer almasıyla büyük bir ilerleme kaydedilmiştir. Sistem, ürüne ait bir parçanın operatör tarafından özel bir makine ile üretilmesi ve üretim esnasındaki hız, besleme, kesme hareketlerinin bir teyp üzerine kaydedilmesi ilkesine dayanmaktadır. Sayısal kontrol (NC) ise farklı bir yöntemle çalışmaktadır. Kesim aracı için operatörün istekleri doğrultusunda oluşturulan komutlar yerine, üretilecek parçaların geometrik yapılarını tanımlayan, matematiksel
hesaplamaya dayalı olarak Sayısal Kontrol araçlarına (numerically controlled machine tools) verilen komutlar geçerli olmaktadır. Bu hesaplamalar, kâğıt veya mylar bant (ince bir polyester bant) üzerine kaydedilen komutlara dönüştürülmektedir. Komutların makinenin elektronik kontrol ünitesine verilmesiyle, kesim aracı istenilen yönlerde hareket etmektedir.
1970’lerde kompakt ve güvenilir mikroişlemcilerin üretilmesiyle birlikte bilgisayarlar doğrudan makinelerin üzerine yerleştirilmiştir. Bilgisayarlı Sayısal Kontrol (computer numerical control - CNC) araçları, farklı kasetlerden bilgileri alıp tutabilmekte, bilgiler üzerinde değişikliklerin yapılmasına izin vermektedir. İlk Sayısal Kontrol (NC) ve Bilgisayarlı Sayısal Kontrol (CNC) araçları, delme gibi sadece tek bir metal kesim işlemini yapmaktayken, günümüzde bu modern makineler, herhangi bir operatörün müdahalesine gerek duyulmadan delme, sondaj, pahlama gibi birçok farklı işi yapabilmektedirler (Wall ve ark. 1987).
CNC işlemi üç aşamalı bir süreçten meydana gelmektedir. Bunlar; bilgisayarda dijital dosyanın oluşturulması, malzemenin makine içerisinde hazır hale getirilmesi ve ardından dosyanın makineye gönderilmesi işlemleridir. Bu işlemlerin tamamlanmasının ardından, makine otomatik olarak bilgisayar tarafından verilen komutlara uygun olarak malzemeyi şekillendirmeye başlamaktadır.
CNC kesim işleminde tabaka halindeki malzemenin, fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlı olarak lazer ışını (laser beam cut), su jeti (water jet cutting) ve plazma arkı (plasma-arc cutting) gibi birbirinden farklı özelliklere sahip kesim teknolojilerinden faydalanmaktadır. Lazer ışınıyla kesim, 16 mm'ye kadar olan ve ışık enerjisini emebilen malzemelerde uygulanabilmektedir. Lazer ışını ile kesim, kızıl ötesi çok yoğun bir ışık huzmesi ve basınçlı gazın (karbondioksit) bir arada kullanılarak tabaka halindeki malzemelerin kesilmesi veya delinmesi ilkesiyle çalışmaktadır. Su jetleriyle kesim, basınçlı su içerisine sert ve aşındırıcı partiküllerin dahil edilmesi ve başlık içerisinden dışarı püskürtülmesi ilkesiyle çalışmaktadır. Püskürtme ile malzemenin hızla aşınması, temiz ve hatasız bir kesim elde edilmesini sağlamaktadır. Plazma arkı ile kesim işlemi ise basınçlı gaz içerisinden bir elektrik arkının geçirilmesi ve bu sayede gazın çok
yüksek sıcaklıkta (14000°C) plazma haline dönüştürülmesi ilkesiyle çalışmaktadır.
Plazma halindeki maddeler, ısısını kesim alanına ilettikten sonra tekrar gaz haline dönüşmektedir.
Kolarevic (2003) tarafından “Subtractive Fabrication” olarak tanımlanan bir diğer CNC kesim işlemi, katı haldeki bir malzemenin bölümlerinin elektro kimyasal veya mekanik kesim işlemleri ile ana malzemeden ayrılması ilkesine dayandırılmıştır. Kesim işlemi, eksenel, yüzeysel veya hacimsel olarak yapılabilmektedir. Eksenel kesimlerde (tek eksenli), şekil verilecek malzemenin dönel hareketlere sahip bir ekseni bulunmakta ve kesim başlığı iki dönüşümsel hareket yapmaktadır. Yüzeysel kesimlerde (iki eksenli) ise kesim makinesi X ve Y eksenlerinde hareket ederek malzemeden 2D şablonlarını ayırmaktadır. Bu yöntemde, kesim başlığına üçüncü bir eksende (Z) hareket kabiliyeti verildiğinde, hacimsel kesim (üç eksenli) de yapılabilmektedir. Üç eksenli kesim makinelerinde elde edilebilecek biçimler sınırlıdır. Kesim başlığına dördüncü ve beşinci eksenlerde hareket kabiliyeti eklenerek elde edilebilecek sonuçlar arttırılabilmektedir.
Kesim hassaslığı ve doğruluğu kesim uçlarına bağlıdır. Geniş uçlar genelde kaba kısımların alınması için daha küçük uçlar ise hassas kesimler için kullanılmaktadır.
Uçların dönüş hızı, işlenen malzemenin özelliklerine bağlı olarak değişmektedir (Kolarevic 2003, Sarıdal 2007).
CAD/CAM/CNC olarak yaygın bir kullanım alanına sahip olan dijital imalat teknolojilerinin kullanıldığı tasarım ve üretim süreci, bilgisayar ortamındaki bilgilerin, fabrikaya yine bilgisayar ortamında ulaştırılması ve bilgisayar tabanlı sayısal kontrole dayalı üretim teknikleri yardımıyla imalatın gerçekleştirilmesi süreçlerini kapsamaktadır (Akipek ve İnceoğlu 2007). Sistemin tasarım, mühendislik ve üretim departmanlarını birbirinden ayıran yapılanmayı ortadan kaldırması, mekansal kurgu yönünden atılmış önemli bir adımdır. CAD/CAM/CNC sayesinde farklı departmanlar bilgilerini hızlı, doğru ve otomatik olarak paylaşabilmektedir. Böylece bilgilerin güncel ve hızlı erişilebilir olması mümkün olmaktadır. Bilgisayar destekli tasarım ve üretim gibi yeni teknolojiler, üretim ekonomilerini temelden değiştirmiş, ürün çeşitliliği ve esnekliği konusunda büyük bir avantaj sağlamıştır (Besant 1983).