Bulut üretim için endüstri 4.0'da bir kolektif farkındalık sistemi
A collective awareness system for cloud manufacturing in industry 4.0
Yazar: GÖZDE KIRAN
Danışman: PROF. DR. MURAT CANER TESTİK
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: Bulut bilişim = Cloud computing ; Petri ağları = Petri nets

Özet:
Bulut teknolojileri; kaynakların ve uygulamaların internet üzerinden kullanıcıların hizmetine sunulmasını sağlayan yeni nesil bilgi teknolojileridir. Bu nedenle, hem sistem performansını artırması hem de maliyetleri düşürmesi nedeniyle Endüstri 4.0'da gittikçe daha önemli bir konum almakta ve kullanım oranı artmaktadır. Üretim sanayisinde rekabet gücünü arttırmak için bilgi teknolojileri kullanılırken karşılaşılan en önemli kavramlardan biri ise "Bulut Üretim" dir. Bulut üretim; bulut teknolojileri kullanılarak, düşük maliyetli kaynak paylaşımına imkan sağlayan yeni bir üretim modudur.
Bu çalışmada bulut üretim kavramı kapsamında bir farkındalık sistemi oluşturulması amaçlanmış, üretim sürecinin tam zamanlı ve verimli kullanımı için kaynakların kullanıcılara uygun bir şekilde tahsis edilmesi sağlanmıştır. Farkındalık sistemleri, farklı bölgelerde aynı faaliyetlerde bulunan katılımcıların etkinlikleri veya durumları hakkında farkındalık yaratmalarına yardımcı olan sistemlerdir. Bu kapsamda; çeşitlilik ve coğrafi dağılım gibi özelliklere sahip olan üretim kaynakları bir çatı altında toplanarak tüm kullanıcıların taleplerini karşılamak için uygun çözüm sağlayan bir sistem tasarımı yapılmıştır.
Tezin birinci kısmında, sistem altyapısı belirlenerek sistem mimarisi oluşturulmuştur. Sistem tasarımı yapılırken kullanım senaryosu diyagramları, varlık-ilişki diyagramları, aktivite diyagramları ve etkileşim diyagramları kullanılmıştır. İlgili analizler ve tasarımlar yapıldıktan sonra bu çalışmalara dayanarak bir web uygulaması yazılmış, daha sonra bu uygulama bulut ortamına taşınarak kullanıcıların bu sistemi çevrimiçi olarak kullanabilmesi sağlanmıştır. Sistem testleri yapılırken laboratuvar ve inşaat sektörlerinden iki farklı sanaryo tasarımı kullanılmıştır. Bu kapsamda, birinci senaryoda üniversitelerin sahip olduğu laboratuvar kaynakları sisteme tanıtılarak kullanıcıların kaynakları talep etmeleri sağlanmıştır. İkinci senaryoda ise inşaat sektörüne ait hizmetler sistemde tanımlanmıştır. Sistem daha sonra nesne yönelimli petri ağı ve renkli petri ağı modellemeleri kullanılarak tekrar tasarlanmıştır. Renkli petri ağları temel alınarak yapılan model tasarımının temel amacı, sistem performansı için en uygun modellemeyi seçmek ve bu modelin performansını tartışmaktır.
Renkli petri ağlarının nesne yönelimli petri ağlarına göre en önemli avantajı zaman kavramını kullanabilmesi ve bunun sonucunda performans değerlendirilmesinin yapılmasına izin vermesidir. Bu bağlamda, tedarik zinciri yönetiminde bulanan malzeme akışı, bilgi akışı ve finansal akış kavramları ele alınarak iki model tasarımı yapılmış ve bu iki modelin standart davranış özelikleri hakkında bilgileri içeren durum-uzay raporları incelenerek uygun olan model seçilmiştir. Daha sonra seçilen modelin simülasyona dayalı performans analizinin yapılabilmesi için; sistemin performansıyla ilgili verilerin toplandığı simülasyonlar yapılmıştır. Simülasyon sırasında modelde meydana gelen durumlar incelenmiş ve simülasyon sonucunda ortaya çıkan sayısal veriler ile modelin güvenilirliği ölçülmüştür. Çalışma sonucunda, işbirlikçi kullanıcıların bulunduğu tüm sistemlere uyarlanabilecek ve bulut teknolojileri aracılığıyla tüm kullanıcıların kolaylıkla ulaşabileceği bir uygulama örneği elde edilmiştir. Uygulamanın örnek bir senaryosu çıkarılarak, bu senaryo üzerinde tasarlanan model üzerinden petri ağı yaklaşımı ile simülasyona dayalı performans analizlerinin yapılabileceği görülmüştür. Sistem mimarisi oluşturulurken sistemin daha bağımsız ve akıllı çalışabilmesi için algoritmaların kullanılabileceği ve bu sistemin başka alanlara da uyarlanabileceği konusunda çeşitli örnekler verilmiştir.

Abstract:
Cloud technology is a new generation information technology that provides the resources and applications for users over the internet. Hence, it is taking an increasingly important position in Industry 4.0 implementations and its utilization rate is increasing. Consequently, one of the most important concepts encountered in the manufacturing industry to increase competitive power is "cloud manufacturing". Cloud manufacturing is a new mode of manufacturing that enables low-cost resource sharing using cloud technologies. The main objective of this study is to create an awareness system within the concept of cloud manufacturing and allocate resources in the most appropriate way for full-time and efficient use of the production processes. Awareness systems help raise the awareness about the activities of participants in different regions. In this scope; a system is designed to gather the diversity and geographical distribution under one roof and to provide a suitable solution to meet the demands of all users.
In the first part of this thesis, system architecture is established by determining the system infrastructure. Use case diagrams, entity-relationship diagrams, activity diagrams and interaction diagrams are used in the system design. After analyzes and designs, a web application is implemented in the cloud environment. Two different application domains, a laboratory machines scenario and a construction equipment scenario are used to test the system. In the first domain, laboratory resources of the universities are considered and the iv lab resources are provided to the demanding users. In the second domain, services belonging to the construction sector are defined in the system.
The system is then redesigned using object-oriented petri nets and colored petri net models. The main purpose of model design based on colored petri nets is to select the most appropriate model for system performance and to discuss its performance.
The most important advantage of colored petri nets is that they can use the concept of time, which allows performance evaluation to be done. In this context, two models are designed by considering the concepts of material flow, information flow and financial flow in supply chain management. State-space reports containing information about standard behavior characteristics of these two models are examined and an appropriate model is selected. In order to perform analysis based on simulation of the selected model, data related to the performance of the system are collected after the simulations. The states of the model during the simulation are investigated and the reliability of the model is measured by the numerical data generated as a result of the simulation.
By taking a sample scenario, it is seen that simulation based performance analysis can be done with the Petri Net approach. Various examples that can be adapted to other fields are given.