Sanal ve artırılmış gerçeklik teknolojisinin yatırım ve işletme maliyetine etkisi. Talaşlı imalat yatırımı üzerine uygulama örneği
The effect of virtual and augmented reality technology on investment and operating cost. Application example on machining investment
Yazar: İBRAHİM MURAD
Danışman: DOÇ. DR. NİHAN YILDIRIM
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İşletme Ana Bilim Dalı / İşletme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İşletme = Business Administration
Dizin: Artırılmış gerçeklik = Augmented reality ; Endüstri 4.0 = Industrial 4.0 ; Maliyet = Cost ; Sanal gerçeklik = Virtual reality ; Talaşlı üretim = Machining ; Yatırımlar = Investments ; Üretim işletmeleri = Production companies ; İşletme maliyeti = Operation cost

Özet:
Endüstri 4.0 ve imalatta dijital dönüşüm çerçevelerinde listelenen ve Türkiye için dijital dönüşüm yol haritasında yer alan arttırılmış gerçeklik (AG) ve sanal gerçeklik (SG) teknolojilerinin imalat süreçlerine uyarlanması ve bu yolla imalat maliyeti ve sürdürülebilirlik performansının iyileştirilmesi, imalat işletmeleri açısından birinci öncelik haline gelmiştir. Sanal ve artırılmış gerçeklik teknolojisi ile ilgili literatür taramasında incelenen geçmiş çalışmalardan,  sanal teknolojilerinin bir çok sektöre ve sürece belirgin etkilerinin olduğu görülmektedir. Özellikle medya, eğlence ve oyun sektöründe bu teknolojiler yüksek oranda kullanılırken; sanal ve artırılmış gerçeklik teknolojisinin, yarattığı gelir ve istihdam açısından ekonomiye katma değeri yüksek, rekabetin yoğun olduğu ve dijital dönüşümde öncelik arz eden üretim işletmelerinde kullanımı ve bu teknolojinin üretim süreçlerinin adaptasyonunun hala sınırlı düzeyde olduğu, bu teknolojilerinin üretim bağlamında penetrasyonunun henüz gerçekleşmediği görülmektedir.
Bir çok geçmiş çalışma  Endüstri 4.0 teknolojilerinin uygulamasında en önemli zorluklardan birisinin "Maliyet/Fayda oranın ve yatırım getirisi yetersiz olması veya ölçülememesi" olduğu ortaya konulmuştur. Bu nedenle AG/SG teknolojilerinin imalatta kullanılmasına dair analizler ve örnek uygulamalar, ve özellikle bu teknolojinin fayda/maliyet değerlendirmelerini içeren yatırım analizi yaklaşım ve çözümlerine dair çalışmalar önem kazanmaktadır. 
Ancak literatürde ve özellikle Türkiye bağlamında yapılan bilimsel araştırma ve yayınlarda, bu konuya teorik çerçeveler kapsamında yürütülmüş örnek uygulamalarla katkı sağlayan çalışmalar sınırlı sayıdadır. Bu bağlamda, bu tez çalışması literatürdeki bu ihtiyaca yönelik bir analiz ve uygulama örneği sunarak, teorik ve uygulamalı alanda katkı sunmayı hedeflemektedir.
Çalışmanın kapsamında, özellikle talaşlı imalat sektöründe robotik kurulum projesine dair bir yatırım analizi örnek uygulaması ile, teorik çerçeveden elde edilen tümevarım yaklaşımı ve tasarım araştırma metodolojisi ( Design Research Methodology "DRM")  yöntemleri kullanarak, sanal ve artırılmış gerçeklik teknolojisinin yatırım ve işletme maliyetine etkisinin araştırılarak ortaya konulması amaçlanmıştır. Araştırma, sistematik araştırma metodolojisi ile literatür taraması yapılmıştır. Literatür taraması sonucu kalitatif analiz ile üç adet araştırma sorusu belirlenmiş ve bu soruların cevaplarına ulaşmak için vaka çalışması yapılmıştır. Vaka analizine dayanan araştırmamızda önceki projeler referans alınarak, talaşlı imalatta robotlu üretime geçiş projesi üzerine sanal teknolojilerin bu projeye uygulanabilirliği veya projenin tasarımı, modellenmesi, simülasyonu, yerleşim ve maliyet planlaması gibi konular ele alınmıştır. Yapılan simülasyon ve maliyet planlaması sonucu olan dijital ikiz, gerçek saha kurulumunda gerçeğe yakın  uygulanmıştır. 
Yapılan AG/SG teknolojilerinin bir üretim işletmesinin talaşlı imalat sürecine adaptasyonuna dair vaka analizi çalışmasına ek olarak robotlu üretime geçiş yatırım sürecinde sanal teknolojilerin işletmeler üzerinde yatırım ve işletme maliyetlerine olan etkileri araştırılmıştır. Örnek robotlu yatırım vaka çalışması üzerinden bu teknolojilerin kullanımının, yeni yatırım ve işletme maliyetini düşürecek yönde etki ettiği doğrulanmıştır. Bu şekilde yukarıda sözü edilen fayda maliyet analizi ve yatırım getirisi yetersizliğine ilişkin dijitalleşme engelinin aşılmasına yönelik bir sonuç elde edilmiştir.
Çalışmada ele alınan örnek uygulama üzerinde yapılan imalat süreci verileri analizinde, Sanal teknolojilerin, talaşlı imalat sektöründe robotik üretime geçiş projesinin başlangıç noktasından sonuçlanmasına kadar olan sürece olumlu etkileri olduğu gözlemlenmiştir. Talaşlı imalat hücresi kurulumu esnasındaki SG ve AG'nin konsept dizaynı, mekanik tasarım süreci, yerleşim yeri belirlenmesi, satın alma süreci, mühendislik çalışmaları ve yazılım geliştirme süreci, eğitim süreci tamamlanma sürelerinin azaltılması yoluyla proje toplam süresinin kısaltılması sağlanmıştır. Elde edilen zaman kazancına ek olarak proje sürecinde yanlış kararlar, yanlış tasarım sonucu hatalı imalatlar minimize edilerek enerji ve kaynak tasarrufu gibi konularda olumlu etkileri görülmüş ve maliyetin azalmasına neden olmuştur. 
Bu tezde önerilen yöntem ve elde edilen bulguların, benzer bağlamdaki ve farklı üretim süreç ve sistemlerdeki robotik uygulamalar ve AG/SG adaptasyonu çalışmalarında uyarlanarak, sonuçların karşılaştırmalı olarak incelenmesi gelecek çalışmalarda hedeflenebilir. Bu tür çalışmalar gelecekte farklı imalat süreçlerinde yapay zeka, nesnelerin interneti, büyük veri ve 5G haberleşme gelişmesi ile gerçek fiziksel dünyanın gerçek zamanlı sanal gerçeklik ve artırılmış gerçeklik teknolojisine aktarılması düşünülmektedir. Bunun sonucunda, bu teknolojilerin kullanımının "Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları (SKA)" kapsamında Birleşmiş Milletler üyesi ülkeler tarafından 2030 sonuna kadar ulaşılması amaçlanan hedeflerden biri olan "Sorumlu Üretim ve Tüketim" konusunda enerji, hatalı ürün, fazla malzeme kullanımı gibi israfları önleyeceğine, malzeme enerji ve üretim verim ve etkililiğini artıracağı varsayılmaktadır. Bu konuya ek olarak artan nüfusun kontörlüne, yaşam standartların yükselmesine ve sunulan hizmet kalitesinin artmasına neden olacağı öngörülmektedir. Diğer yandan bu teknolojilerin insan üzerinde sosyo-psikolojik etkileri ve etik üzerine yeni araştırma alanı olarak ele alınmalıdır.

Abstract:
Optimizing production costs and improving sustainability performance by adapting augmented reality (AR) and virtual reality (VR) technologies to manufacturing processes, which are listed in Industry 4.0 and digital transformation frameworks in manufacturing, and which are on the path to the digital transformation of Turkey, has become the first priority for manufacturing businesses. In the literature review on virtual and augmented reality technology, it is observed from the studies examined that virtual technologies have significant effects on many sectors and processes.
While these technologies are used at a high rate, especially in the media, entertainment and gaming sectors; it is observed that the use of virtual and augmented reality technology in production enterprises with high added value to the economy in terms of income and employment, intense competition and priority in digital transformation, and the adaptation of the production processes of this technology is still limited, the penetration of these technologies in terms of production has not occurred yet.
Many studies have shown that one of the most important difficulties in the application of Industry 4.0 technologies is "the inadequacy or inability to measure the Cost/ Benefit ratio and ROI". For this reason, analyzes and sample applications of the use of AR/VR technologies in manufacturing, and especially studies on investment analysis approaches and solutions that include benefit/cost evaluations of this technology, gain prominence. However, there are a limited number of studies that contribute to this subject with sample applications carried out within the scope of theoretical frameworks in the literature and especially in the scientific research and publications made within the context of Turkey.
In this context, this thesis study aims to contribute in the theoretical and practical field by presenting an analysis and application example to fulfill the need of this in the literature. Within the scope of the study, researching and presenting the effect of virtual and augmented reality technology on investment and operating costs by using the inductive approach and design research methodology (DRM) methods obtained from the theoretical framework, with an investment analysis sample application, specifically on the robotic installation project in the machining sector is intended.
Within the scope of the study, it is intended to examine and to present the effect of virtual and augmented reality technology on investment and operating costs especially with a sample application of investment analysis which is about a robotic installation project in the machining sector by using the inductive method and design research methodology (DRM) methods obtained from the theoretical framework. The research was conducted with a systematic research methodology and a literature review.
 As a result of the literature review, three new research questions were found out with the qualitative analysis and a case study was conducted to find the answers to these questions. In our research which is based on a case study, the applicability of virtual technologies on the project of transition to production with robots in machining or the design of the project, modeling, simulation, layout and cost planning of the project were reviewed with references taken from previous projects. The digital twin, which is the result of the simulation and cost planning, has been installed in a real field installation in a real-like way. In addition to the case study study on the adaptation of AR/VR technologies to the machining process of a manufacturing company, the effects of virtual technologies on investment and operating costs in the investment process of transition to robotic manufacturing were searched. Through the sample robot investment case study, it has been confirmed that the use of these technologies has an impact of reducing new investment and operating costs.In this way, a result has been obtained for overcoming the digitalization barrier due to the benefit-cost analysis and ROI inadequacy mentioned above. In the analysis of the manufacturing process data made on the sample application discussed in the study, it has been observed that virtual technologies have positive effects on the process from beginning to the end of the project of transition to robotic production in the machining sector. During the machining cell installation, the total duration of the project was shortened by reducing the completion times of VR and AR's concept design, mechanical design process, location determination, purchasing process, engineering studies and software development process, and training process. In addition to the saved times, it has had positive effects and a reduction in costs on topics such as energy and resource savings by minimizing the wrong decision making during the project process, and faulty manufacturing as a result of wrong design. By adapting the suggested methods and the findings obtained in this thesis on robotic applications and AR/VR adaptation studies in similar contexts and different production processes and systems, it can be aimed to examine the results comparatively in future studies.
These kinds of studies are considered to transfer the real physical world to real-time virtual reality and augmented reality technology with the development of artificial intelligence, internet of things, big data and 5G communication in different manufacturing processes in the future. As a result, the use of these technologies will prevent waste such as the use of energy, faulty products, will increase production efficiency and effectiveness and excess materials in "Responsible Production and Consumption", which is one of the goals aimed to be achieved by the member states of the United Nations until the end of 2030, within the scope of the "Sustainable Development Goals (SDGs)". As a result, the use of these technologies within the scope of the Sustainable Development Goals (SDGs), "Responsible Production and Consumption" which is one of the goals aimed to be achieved by the member states of the United Nations until the end of 2030, assumed to prevent waste such as the use of energy, faulty products, excess materials and to increase production efficiency and effectiveness in. In addition to this topic, it is predicted that it will cause the control of the increasing population, the increasement in living standards and the quality of service provided. On the other hand, socio-psychological effects of these technologies on humans and ethics should be considered as a new research area.