Endüstri 4.0'da robotik ve eklemeli üretim teknolojilerinin farklı rekabet ve üretim senaryoları altında stratejik analizi
Strategic analysis of robotic machining and additive manufacturing technologies under different competition and production scenarios
Yazar: İREM ÖZGEN
Danışman: PROF. DR. SEÇKİN POLAT
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mühendislik Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering

Özet:
Çalışmanın amacı şirketlerin dördüncü sanayi devrimi ile gelişmekte olan üretim teknolojilerinden faydalanması durumunda, üretim teknolojilerinin şirkete rakipleriyle olan rekabette kazandıracağı üstünlüğü analiz etmek üzere geliştirilen kavramsal bir modelin farklı senaryolar altında çalıştırılması ve bu teknolojilerin stratejik karşılaştırmasının yapılmasıdır.
Bu amaca yönelik olarak öncelikle Endüstri 4.0'da üretimin geleceği incelenmiş, yeni sanayi devriminin ortaya çıkardığı üretim odaklı teknolojik gelişmeler ve dönüşümler belirlenmiştir. Daha sonrasında ise, yeni dönüşümler içinde olan üretim fonksiyonunun organizasyonlara sağlayacağı faydalar, organizasyonların bu faydalardan nasıl yararlanabileceği ve kazanılacak rekabet avantajları araştırılmıştır.
Yeni sanayi devriminde, çalışma prensipleri oldukça zıt olan iki üretim teknolojisi, malzemeleri katmanlar halinde şekillendirerek parçaların üretimini sağlayan eklemeli üretim ve endüstriyel robotların talaşlı imalat gibi süreçler için kullanılabildiği robotik eksiltmeli üretim, rekabet açısından farklı potansiyellere sahip olarak görülmüştür. Bu iki farklı üretim teknolojisi ve üretimde yarattıkları dönüşüm ile şirketlere farklı vizyonlar ve iş modelleri katılabileceği ortaya çıkmıştır.
Endüstride yaşanmakta olan bu gelişmelerden yola çıkılarak, yeni üretim teknolojilerinin sahip oldukları rekabet seviyelerindeki farklılıklar incelenmiştir. Bu rekabetin bir yansıması olarak, herhangi bir sektörde faaliyet gösteren bir şirketin üretim fonksiyonundaki değişiklikler ve üretim hattında yaşanacak dönüşümlerin, şirketin gelecek stratejilerini ve pazardaki konumunu etkileyebileceği anlaşılmıştır.
Rekabet kavramının incelenmesinin altında yatan temel sebep, literatürde Endüstri 4.0 odaklı birçok çalışmanın bulunması ancak robotik veya eklemeli üretim odaklı çalışmaların hiçbirinin konuyu stratejik yönetim felsefesi ile incelememesi ve bu teknolojiler arasında bir stratejik karşılaştırmanın yer almamasıdır. Bu doğrultuda konunun incelenmesi gerekliliği doğmuş ve bu gereklilik ilgili tez çalışmanın başlatılmasına zemin hazırlamıştır.
Yapılan araştırmalar sonucunda stratejik üstünlüğün literatür tarafından farklı birçok faktör ile ölçülmekte olduğu görülmüştür. Bu sebeple çalışmada, üretim teknolojilerinin stratejik karşılaştırmasının, rekabet kavramı etrafında incelenebileceği anlaşılmıştır. Porter, Mintzberg ve Walker tarafından ortaya konulan stratejiler oldukça kabul gören ve kapsamlı çalışmalar olarak değerlendirilmiş ve tez çalışmasında ortaya konulmak istenen model için uygun bulunmuştur. Bu çalışmaların incelenmesi sonucu, stratejik yönetim teorisi odağında belirlenen faktörlerin uygun sınıflandırma ve sentezi yapılmış, faktörler, bu çalışmada kullanılacak modele uygun hale getirilmiştir.
Stratejik üstünlüğü ölçen faktörlerin uygun model ile ölçülebilir kılınması adına, literatüre dayalı kavramsal bir model geliştirilmiş ve bu model alternatif üretim teknolojilerinin analizinde kullanılmıştır.
Çalışmada Endüstri 4.0'da yer alan alternatif üretim yöntemlerinin şirketlere kazandıracağı üstünlük karşılaştırma yöntemi ile ele alınacağından dolayı, bu alanda sıklıkla kullanılan ve güvenilir bir yöntem olan Analitik Hiyerarşi Süreci ile modelleme yapılmıştır.
Çalışmanın bir diğer önemli niteliği, literatür ve uzman görüşlerini birlikte içermesi ve bu görüşlerin ortak ve farklı yanlarını ortaya koymasıdır. Oluşturulan kavramsal modelde uzmanların görüşlerinin kullanılması çalışmanın reel sektördeki bakış açısını yansıtmasını sağlamıştır. Böylece global çapta gelişmekte olan bu yeni üretim teknolojilerinin, Türkiye'de üretim yapmakta olan şirketler tarafından nerede konumlandırıldığı da çalışmada aktarılmıştır.
Uzman görüşlerinin analizine ek olarak, literatür araştırmaları sonucu üretim teknolojilerinin sahip olduğu avantaj ve dezavantajların incelemesi yapılmış ve literatüre ait bütünleşik bir görüş elde edilmiştir. Analitik hiyerarşi modeli, oluşturulan bu literatür görüşü ile de analiz edilerek uzman görüşünün literatür görüşlerine benzer ve farklı yanları farklı senaryo analizleri ile ortaya konulmuş, farklılık ortaya çıkan durumlarda bu farklılığın sebepleri incelenmiştir.
Ayrıca, çalışmada belirli bir sektör ya da iş kolu gözetilmediğinden, modele farklı üretim ve rekabet senaryoları da dahil edilmiş, tez çalışmasının kapsamlı sonuçlar ortaya çıkarması sağlanmıştır.
Elde edilen sonuçlar ile stratejik üstünlüğün, farklı senaryo grupları altında farklı üretim teknolojileri tarafından desteklendiği ortaya çıkmıştır. İki senaryo grubunda sonuçların, literatür ve uzmanlar tarafından ortak bir görüşü yansıttığı görülmüştür. Düşük üretim hacmi içeren bu senaryolarda, eklemeli üretimin sahip olduğu stratejik üstünlük, diğer üretim teknolojisinden kolaylıkla ayrışmış, parça veya ürün tasarımındaki karmaşıklıktan bağımsız olarak eklemeli üretim baskın olarak değerlendirilmiştir. Yüksek üretim hacmi içeren diğer iki senaryo grubunda ise, literatür ve uzmanların değerlendirmeleri sırasında belirli bir üretim teknolojisinin baskın olmadığı ortaya çıkmıştır.
Karşılaştırmalar sonucunda elde edilen sonuçlar, eklemeli üretimi ya da robotik üretimi kullanmayı planlayan şirketler için faydalı bir analiz ortaya koymaktadır.

Abstract:
The purpose of the study is to generate a model that can make a strategic analysis of different manufacturing technologies which will create strategic dominance for the companies that are adapting to the rapidly developing manufacturing technologies with Industry 4.0 and to utilize the generated model under different scenarios for the comparison of these manufacturing technologies and determining the dominant technology in each of the scenarios.
For this purpose, the future of the manufacturing technologies in the upcoming fourth industrial revolution was examined and digital transformations in the new industrial revolution were determined with a manufacturing focus. Manufacturing as a function was analyzed with the developments it experiences along its way in Industry 4.0. Advantages of these recent developments in the manufacturing were researched on how it can benefit the companies in the era of cyber physical systems.
In the new industrial revolution, two different manufacturing technologies possesing completely opposite working principles are determined as additive manufacturing and robotic machining. These manufacturing technologies are seen as carrying different potentials in competition.
With these two different production technologies and the manufacturing transformation they lead, it has been seen that companies can acquire different visions. Emerging potentials these technologies contain can create various business models.
Based on the recent developments in the manufacturing industry, differences in the strategic dominance levels of new manufacturing technologies were examined. In this regard, it has been seen that the changes in manufacturing and the digital transformations in the production line may affect the company's future strategies and market position regardless of the sector it belongs to.
Although many studies in the literature have focused on the topic Industry 4.0, none of the studies that includes robotic machining and additive manufacturing have thorougly examined the manufacturing transformation with a strategic management approach, and it has been observed that strategic comparison between these technologies is not included in any study. The need to make a research in this regard encouraged the start of the study.
After a comprehensive examination of strategic management theory, it has been seen that across the literature, strategic dominance is evaluated by many different factors, so it is obvious that the strategic comparison of manufacturing technologies can be studied with the help of these factors.
The strategies introduced by Porter, Mintzberg and Walker were found to be widely accepted, comprehensive and appropriate for the model to be generated in this study.
In order to model the problem, the factors that were acquired with the literature research have been aggregated to form a conceptual model to determine the strategic dominance of the alternative manufacturing technologies that were mentioned before.
Literature suggestions led the study to include both cost reduction and value creation concepts in the design of the beforementioned model. These two concepts were determined as the main components and criteria of strategic analysis, which further break down into six and five different sub-criteria, respectively. Cost reduction was measured by initial investment, material, labour force, energy, extra tooling and maintenance costs while value generation was measured by design, quality, support, image and delivery.
In order to measure the strategic dominance by the obtained factors, a conceptual model based on the literature has been developed and alternative manufacturing technologies were compared with each other.
After realizing that the study handles the strategic analysis of the manufacturing technologies via comparisons under 11 different criteria, Analytical Hierarchy Process, a frequently used and reliable method in this field has been utilized during the comparison process to determine the strategic dominance.
Super Decisions program which was developed by Thomas Saaty, the founder of the Analytical Hierarchy Process approach, was utilized to include expert opinion to the measurement of the strategic dominance in the developed model. The program is well known for its aid and support for conducting the analysis easily with a hierarchy process.
In the strategic analysis, both literature and expert opinion were included in the comparisons. The use of experts' opinion in the conceptual model which was shaped by the current literature has enabled the study to correctly reflect the real sector perspective. Therefore, the study presents how experts of companies operating in Turkey position these manufacturing technologies in the competition.
Experts, in this regard, were selected from individuals who are located in managerial positions and have industrial or mechanical engineering background. Positions such as manufacturing technologies manager, factory manager or industrial research specialist were selected accordingly, since the positions are the most suitable and coherent to make the strategic comparisons in the study.
Furthermore, with the help of the literature research, the advantages and disadvantages of these alternative manufacturing technologies were examined. An integrated view belonging to the global literature was obtained from various articles. The analytical hierarchy model was also analyzed with these opinions so that it can enable the study to further demonstrate the similar and different aspects of the two viewpoints.
Study also included different production and competition scenarios while running the conceptual model to provide comprehensive and diverse results as the study did not focus on a specific sector or business.
By completing the literature research, gathering expert opinions and conducting the empirical study under 12 scenarios that were generated alongside the conceptual model, Saaty's well established steps were followed in order to use the analytical hierarchy approach.
The results have shown that the strategic dominance is supported by different manufacturing technologies under different scenario groups. It has been seen that two of the scenario groups are supported by a common view resulting from both the literature and experts.
Scenarios acknowledged by both views are containing low production volume characteristics. This shows that additive manufacturing is clearly dominant in these kind of manufacturing conditions and there is a clear notion that it can create competitive advantage for the company for both reducing the costs and creating value for the customer. Views of both sides have also produced results indicating that the strategic dominance of additive manufacturing in the production of small quantities of products and / or parts are superior, regardless of how complex the part is.
While the expert opinion and literature view show high similarity in the scenarios of small volume production, the views were less similar in the production scenarios where the parts or products are produced in high quantities. Contrary to the literature view, experts were seemed to be unable to distinguish between two manufacturing technologies for the production of parts with complex designs. In the case of parts with simple designs, expert opinions were opposite of the literature view and saw the dominance in robotic machining rather than additive manufacturing.
The differences resulting from literature and expert opinions were evaluated and the absence of common views in some scenarios were attributed to the adoption level of the technologies since they are still rapidly improving.
After making a comprehensive research about the new industrial revolution that stands ahead with many potentials it can bring along, this study analyzed many trends, developments and technologies which are improving with Industry 4.0. It has been seen that manufacturing technologies are adopting to the smart factory environment and new ways of production are being developed. Two different manufacturing technologies that are frequently mentioned in the Industry 4.0 context were analyzed and their respective attributions were compared in terms of strategic dominance. 
The generated model in the study were formed accordingly so that it can represent many different circumstances in various sectors or manufacturing environments. Expert knowledge were also integrated to the study to obtain valid results that can ideally present the view of the professionals in manufacturing related areas.
Based on this study, further research can extend the scope of the model regarding the strategic dominance of mentioned manufacturing technologies. Given hierarchy can be transformed to a more specific model in order to present a sector specific or product specific study. Analyzing new business models or conducting the study in a wider geography may also be another study field in Industry 4.0.