Üretim şirketlerinin operasyonel verimliliklerinin artırılması için endüstri 4.0 gerçekleştirme prosedürel modeli tasarımı
Procedure model for industry 4.0 realization for operations improvement of manufacturing organizations
Yazar: İZLEM TEKİN BAYRAK
Danışman: PROF. DR. FERHAN ÇEBİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İşletme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering

Özet:
Endüstri 4.0, üretim sahalarındaki fiziksel dünyanın, dijital eşleniğini oluşturarak, insan ve makinelerin birbiri ile haberleşen, veri toplayan ve bunları analiz ederek, operasyonlar sırasında veriye dayalı, akıllı kararların alınmasınının sağlandığı dijital bir ortam oluşturmaktadır.
Şirketler veri analitiği, nesnelerin interneti, yapay zeka, giyilebilir teknolojiler gibi gelişmiş teknolojileri kullanarak değişen müşteri ihtiyaclarına hızlı yanıt vererek, rekabette öne geçebilecek şekilde tasarımdan satışa kadar olan iş süreçlerini yeniden yapılandırmaktadırlar. Endüstri 4.0 bu yeni teknolojilerin üretim sahalarında uygulanması ve kullanılmasından cok daha fazlasını, bu teknolojilerin birlikte katma değer yaratacak ve verimliliği artıracak şekilde kullanılmasını ifade etmektedir.
Bu çalışmada Endüstri 4.0'ın en önemli etkisinin görüldüğü alanlardan biri olan operasyonel verimlilik konusuna odaklanılmıştır. Üretim organizasyonları, dijital teknolojiler sayesinde operasyonlarından gerçek zamanlı veri toplayarak, tüm süreçleri görünür hale getirebilmektedirler. Toplanan veri ile süreçler anlık olarak izlenmekte, veri analitiği uygulamaları ile, sebep- sonuç ilişkileri kurulabilmekte, anlık değişen gereksinizmlere ve taleplere hızlı bir şekilde yanıt verilebilmektedir. Bu da toplamda optimum bir süreç yönetimini mümkün kılmaktadır. Şirketler süreçlerin optimum yönetiminde dijital yetkniliklerini artırararak, üretim kapasitelerinden daha iyi faydalanabilir, kaynak tahsisinde daha yüksek verimlilik sağlayabilir, daha hızlı teslim süresine ve daha az envatere sahip olabilmektedirler.
Birçok akademik araştırma ve sektörel çalışma raporu Endüstri 4.0'ın üretim sektöründe nispeten yeni kavram olduğunu göstermiştir. Endüstri 4.0 konseptinin henüz yeterince standart hale gelmediğini, sınırlarının tanımlı olmadığını ve yagınlaşmadığını ifade etmektedirler. Literatüre göre şirketler Endüstri 4.0 konseptini anlamakta, mevcut durumlarını analiz etmekte ve sonrasında gelecek durum yol haritalarını oluşturmakta zorluklar yaşamaktadırlar. Şirketlerin dijitalleşme yolculuklarının tüm adımlarını kapsayan dijital dönüşümün uygulanmasına yönelik yöntem ve araç eksikliği bulunmakta olup, operasyonel verimlilik sağlamak isteyen üretim şirketlerinin dönüşüm yolculuğundaki gerçek ihtiyaç ve zorluklarına yönetsel bir bakış açısıyla çözüm sağlayacak yöntem ve metotlara ihtiyac duydukları bilinmektedir 
Bu tez çalışmasında üretim şirketlerinin Endüstri 4.0 uygulaması sırasında karşılaştığı zorluklar ve problemlerin neler olduğu ve bu şirketleri bu konuda destekleyecek ve yardımcı olacak bir metodolojik yaklaşım geliştirmek için, onlar tarafından da kabul edilebilecek bir prosedürel model nasıl geliştirilir konusuna odaklanılmştır.
Bu sorunun yanıtını bulmak üzere, Endüstri 4.0 uygulaması için bir prosedürel modelden beklenenelerin neler doluğunu anlamak için bir odak grup çalışması gerçekleştirilmiştir. Bu focus grup çalışması TÜSİAD'ın 'Yeni Nesil Sanayi' çalışma gurubunda gönüllü olarak yer alan Türkiye'deki beyaz eşya, otomotiv, makine endüstrisi, kimya ve tekstil sektörlerindeki farklı düzeylerde dijital dönüşüm alanında çalışan uzmanların katılımı ile gerçekleştirilmiştir. TÜSİAD'ın bu calışma grubu Türkiye endüstrisinin dijital dönüşümü sırasında karşılaşılan problemleri ortaya koymak, bunlara çözüm önerileri geliştirmek, sanayiden örnekler ile paylaşımlar yaparak, farklı konularda farkındalık yaratmak amacı ile bir araya gelen, özel sektör çalışanlarından oluşmaktadır.
Bu çalışma neticesinde Endüstri 4.0 uygulama sürecinde yer alan kişilerin (şirket sahipleri, operasyonel birim yöneticileri, strateji geliştirme departmanları ve dijital dönüşüm uzmanları vb.) üretim ortamında Endüstri 4.0'ı uygularken karşılaştıkları sorunlar aşağıdaki gibi listelenmiştir;
•4IR teknolojilerinin stratejik hedeflere ve operasyonel hedeflere ulaşmada nasıl yardımcı olacağı bilinmemektedir
•Nereden başlamak gerektiği ve mevcut durum ve yetkinliklerin neler olduğu bilinmemektedir 
•Mevcut durumu analiz etmenin yanı sıra, şirkete özel yol haritası oluşturmak önemli bir ihtiyactır
•Hangi yetkinlikleri geliştirmenin ulaşılmak istenen hedefe daha fazla katkı sağlayacağı bilinmemektedir
•Dönüşüm sürecinde etkisi kanıtlanmış başarılı dijital çözüm örneklerini görmeye ihtiyac vardır
•Endüstri 4.0'ın sektörde yarattığı faydanın daha fazla görünür olması gerekmektedir.
Şirketler, karşılaştıkları zorluklardan birinin stratejik hedefleri ile operasyonel hedeflerini uyumlu hale getirememek olduğunu belirtmişlerdi. Çalışmamızda önerilen değer yaratmada kilit faktörler gösterge sistemi, bu zorluğun üstesinden gelmek için güçlü bir bileşen olarak tasarlanmıştır. Operasyonel verimliliğe odaklanan yeni olgunluk değerlendirme modeli ise, yine sektördeki şirketlerin özellikle Üretim sahahalarında operayonel verimliliğe odaklanarak dijital yetknilikleri bu bağlamda değerlendirmenin öneminden yola cıkarak geliştirilmiştir. Şirketlerin bu alanda daha önce yapılmış ve başarısı kanıtlanan uygulama örneklerini görmenin karar vermelerinde en önemli etken olduğunu ve dijital dönüşüm süreçlerini hızlandıracağını ve katalizözr etkisi yaratacağını bildirmeleri üzerine modele entegre olarak, bir uygulama senaryoları kütüphanesi tasarlanmıştır.
Ayrıca şirketlerin bir diğer ihtiyaçlarının da Endüstri 4.0'ın faydalarını görünür kılmak olduğunu ifade etmeleri üzerine, dijital kullanım senaryolarının etki potansiyelini belirlemek ve potansiyel değeri ölçmek için etki ve fizibiliteye dayalı önceliklendirme metodolojisi tasarlanmıştır.
Çalışmanın pratik alana ana katkısı, şirketlerin Endüstri 4.0'ı üretim ortamında uygularken karşılaştıkları zorluklara karşı kapsamlı bir çözüm geliştirmesidir.
Geliştirilen modelin geçerliliğini ve kullanılabilirliğini test etmek için model bir üretim şirketinde uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen modelin çalışmanın başında konusunda uzman kişiler ile yapılan gereksinim belirleme çalışmasında ortaya konulan ihtiyaçları karşıladığını göstermektedir.
Tüm bu gereksinimler ve ihtiyaçlara bakıldığında geliştirilmiş modelin üretim işletmelerinin ihtiyaclarını bütünsel bir şekilde ele alarak hedef odaklı bir model geliştirilmiş olduğu sonucuna varılmaktadır.

Abstract:
Industry 4.0, which brings the physical world and the digital world together, is the most important strategic agenda item of many leading organizations. General understanding of Industry 4.0 that was first introduced at 2011 Hannover Fair, is fully automated physical assets and services in the manufacturing environment, but it should be more to it than that. Industry 4.0 combines manufacturing operations techniques with digital technologies to create digital enterprises that could communicate, collect, analyse data to drive data driven and intelligent action back in the physical world. Industry 4.0 is about more than simply cutting-edge technology; it's also about how those technologies are combined and how businesses can use them to boost productivity and expansion.
In this study we focused on manufacturing operations improvements which is one of the most important area where Industry 4.0 can have significant impact on. Using digital technologies, manufacturing companies can gain transparency in their manufacturing operations, they can know what is happening in their plants in real time, they collect data and use these data to find the opportunity to optimize their processes. Companies can have better utilization of production capacity, higher efficiency of resources allocation, shorter delivery time and less inventory with gaining digital capability on management of manufacturing operations. Industry 4.0 refers to the complete digitization of current systems and processes throughout the organization's value chain. It aims to integrate physical things, machines, systems, and processes via a networked environment. According to the socio-technical system, Industry 4.0 has an impact on a company's workforce, operational style, and adoption of new technology.
Many academic and sector research have shown that Industry 4.0 is relatively new phenomenon in manufacturing domain. Industry 4.0 is not yet sufficiently standardized, widespread, or has defined boundaries. According to the literature companies have serious difficulties for understanding the concept, determine the 'as-it is' state and determine the action plans regarding Industry 4.0. New approaches and technologies are required to get over these challenges and assist organizations in implementing Industry 4.0 successfully. Identified maturity models based on their comparative, descriptive, and prescriptive goals. A prescriptive maturity model should offer recommendations for obtaining higher degrees of maturity, according to his research. Maturity modelling should not be assessed as a current state analysis but also guide the companies for road mapping activities. As researchers stated in their paper there is very limited of studies for this purpose and they expressed that company specific and road map activities included industry 4.0 maturity assessment model development is most important gap that needs to be improved by future researchers. With the aims of filling the gap in the literature, this study was conducted to contribute to literature by developing a new maturity assessment mode that contains road mapping activities. 
This thesis focuses on the difficulties and problems faced by manufacturing enterprises during the implementation of Industry 4.0 and how to develop a managerial model that can be accepted by this company to develop a protective and helpful approach to this issue.
To find the answer to these questions, we started by defining the needs of a procedure model for Industry 4.0 implementation by the targeted group. We employed a focus group with participating by industry representatives from sectors including white goods, automotive, machinery, chemicals, textile in Turkey. This study was held within TÜSİAD, Next Generation Industry working group which is a voluntary, independent, non-governmental organization that initiates several projects to analyse the opportunities of Industry 4.0, reveal the potential of Turkish industry and define the requirements for realizing its transformation.
Below are the listed pain points when people involved in Industry 4.0 implementation process (company owners, managers of operational units, strategy development departments, digital transformation experts, etc) encounter for implementing Industry 4.0 in manufacturing environment. 
•They don't know how 4IR technologies will help to achieve their strategic goals and operational goals, 
•They don't know where to start and they need to know their current situation and capabilities, 
•In addition to analysing current situation, they need to create company specific road map, 
•They don't know which capabilities to develop will contribute more to their objectives, 
•They need to see the examples of successful and proven digital solutions related to their problems, 
•They need to make the benefits of industry 4.0 visible. 
This study aims to contribute to literature by developing a new, comprehensive, and integrated toolkit that contains industry 4.0 maturity model framework, readiness assessment, steps to achieve digital transformation and transformation model that describe the logical connection of all these tools. We used procedure model to develop this toolkit that demonstrates how manufacturing companies can use digital transformation to achieve excellence in manufacturing operations. Our main contribution to the practical area is the development of a comprehensive solution to the challenges that companies encounter when implementing Industry 4.0 in manufacturing environment.
This toolkit was applied in a manufacturing company. Results show that the toolkit satisfies all the needs of the companies defined at the beginning of the study;
Companies said one of their challenges was their inability to align their strategic objectives with their operational goals. The value driver's indicator system in this toolkit has been designed as a strong component to overcome this challenge. Focusing on operational efficiency, the new maturity assessment model has been designed based on the need to know their status and capabilities another challenge that companies defined. Since knowing the examples of successful and proven digital solutions will speed up the digital transformation process of the companies, the use case library that will have a catalytic effect on digital transformation of the companies was designed. Another need of companies was to make the benefits of industry 4.0 visible, in response to that to identify impact potential of digital initiatives and quantify potential value a prioritization methodology for digital initiatives based on impact and feasibility was designed.
The main contribution of the study to the practical field is the development of a comprehensive solution to the challenges companies face when implementing Industry 4.0 in the production environment.
To test the validity and usability of the developed model, the model was applied in a manufacturing company. The results obtained show that the developed model meets the needs revealed in the needs determination study conducted with experts at the beginning of the study.