sanal aygıtlarla sıvı sev yes ve sıcaklık kontrolü deney ne örnek br
Transkript
sanal aygıtlarla sıvı sev yes ve sıcaklık kontrolü deney ne örnek br
C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 SANAL AYGITLARLA SIVI SEVİYESİ VE SICAKLIK KONTROLÜ DENEYİNE ÖRNEK BİR UYGULAMA Savaş ŞAHİN1,Yalçın İŞLER2, Mustafa Berkant Selek3 ÖZET Bilgisayarda çoklu ortam otomasyon teknolojileri kullanılarak bir sistem veya sürecin yönetilmesi ve gözlemlenmesi son zamanlarda oldukça yaygın hale gelmiştir. Bununla birlikte, sürekli gelişen bu teknolojilerin eğitiminde birçok engelle karşılaşılmaktadır. Çeşitli olumsuzluklara rağmen, öğrencilerin çok disiplinli yapıları anlamaları ve teori ile uygulamayı kaynaştırmaları gereklidir. Böylece, kontrol ve otomasyon teknolojilerini uygulayabilecek ve geliştirebilecek bilgi düzeyine ulaşabileceklerdir. Bu çalışmada, sanal aygıtlar kullanılarak sıvı seviyesi ve sıcaklığın kontrolü için örnek bir SCADA uygulamasının kısıtlı olanaklarla nasıl yapılabileceği açıklanmıştır. Elde edilen düzenek, eğitim amaçlı olarak tasarlanmış olmasına rağmen ticari amaçla da kullanılabilir bir model durumundadır. Anahtar sözcükler: Sanal aygıt, Sana laboratuar, SCADA, LabVIEW ABSTRACT In these days, using multimedia in automation technologies to control and observe plant or process by view of computers has been become widespread. However, there are several problems in the education of these rapid-developing technologies. Despite several disadvantages, students are to understand the relations of the multidiscipline, to assimilate theory and application. Hence, they could reach their knowledge of proceeding and contributing to the technologies of control and automation. In this study, it is explained that how liquid level and temperature control with virtual instruments can be designed as an example SCADA application in restrictive opportunities. Although resulting setup is designed for educational purposes, it is also a model which can be used for commercial purposes. Keywords: Virtual instrument, Virtual laboratory, SCADA, LabVIEW • GİRİŞ Son yıllarda, değişik amaçlı yazılım araçlarının bulunduğu çoklu ortam paket programlarının eğitimdeki rolü ön plana çıkmıştır. Özellikle elektrik, elektronik, mekanik ve kontrol eğitimi gibi alanlarda bu değişimin etkisi eğitim ve öğretimin içeriğine yansımıştır (Şahin, 2003). Bununla birlikte günümüz modern teknolojisi, her alanda olduğu gibi enstrümantasyon ve kontrol eğitimini de süratli bir ilerlemeye ve yeni eğitim araç ve gereçlerini tasarlamaya yönlendirmektedir. 1 Ege Üniversitesi, Ege Meslek Yüksekokulu, 35100, Bornova, İzmir, savas.sahin@ege.edu.tr Dokuz Eylül Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, 35167, Buca, İzmir, islerya@yahoo.com 3 Ege Üniversitesi, Ege Meslek Yüksekokulu, 35100, Bornova, İzmir, mbselek@hotmail.com 2 1 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Kontrol mühendisleri ve teknik elemanlarının, ileri teknoloji otomasyon çözümleri üretme, süreç ölçümleri – enstrümantasyon için verimli metotlar uygulama, veri işleme ve analiz etme gibi konularda iyi donanımlı hale getirilmeleri gereklidir. Bu sebepten dolayı, otomasyon laboratuarında endüstri ve sanayideki gelişmelerin sonucu olarak Programlanabilir Sayısal Kontroller (PLC, Programmable Logic Controller), Gözetleyici Denetim ve Veri Toplama (SCADA, Supervisory Control and Data Acquisition), Dağıtılmış Süreç Teknolojisinin (DPT, Distributed Process Technology), ethernet ve endüstriyel veri haberleşmesi gibi dallar üstünde yoğunlaştırmaktadır. Gözetleyici Denetim ve Veri Toplama derslerinde öğrencilerin uygulama alanlarında büyük eksiklik vardır ve başarımlarını arttırmak gereklidir. SCADA laboratuarının en büyük avantajı Dağıtılmış Süreç Teknolojisinin (DPT, Distributed Process Technology) kullanılması ve küresel veri tabanı ile desteklenmesi oldukça önemlidir (Thomas, 2004). Bir DPT sistemi için laboratuar test, veri izleme ve kontrol eylemleri SCADA yaklaşımı ile yapılabilir (Cardoso, 2000). Bu çalışmadaki amaç, kontrol sistemleri eğitiminde pratik deneyim ve gerçek dünya proje işleri çok önemli olması (Kheir, 1996) nedeniyle öğrencilere SCADA tabanlı bir sistemin nasıl yapılandırılacağının aktarılmasıdır (Klerk, 2004). Bu çalışmada, Ege Üniversitesi Ege Meslek Yüksekokulu Endüstriyel Otomasyon laboratuarında “Bilgisayarlı Veri Toplama ve Kontrol” dersi için tasarlanmış bir Gözetleyici Denetim ve Veri Toplama (SCADA) deney setinin tanıtılmış ve örnek bir uygulama olarak “Sanal Aygıtlarla Sıvı Seviyesi ve Sıcaklık Kontrolü” deneyinin nasıl gerçekleştirildiği açıklanmıştır. Çalışmada açıklanan uygulama sanayide karşılaşılan karmaşık yapılar içinde yer almaktadır. Bu yapı, algılayıcılardan verinin gözlenmesi ve kontrol edilebilmesidir. İkinci bölümde, deney setinin kurulum aşamaları, laboratuara kurulan teçhizat ve bilgisayar gibi donanımlar ile kullanılacak yazılımın seçimi açıklanmıştır. Üçüncü bölümde ise, uygulama için verilen deney seti devresi hakkında bilgiye yer verilmiştir. Dördüncü bölümde ise uygulamanın sanal enstrümantasyonla veriyi nasıl aldığı ve hangi programın kullanıldığı açıklanmıştır. • DENEY SETİNİN KURULUM AŞAMALARI Deney setinde kullanılacak olan donanım ve yazılımın seçiminde ayrılan bütçenin miktarı, kullanım kolaylığı, verilerin toplanması ve işlenmesi için genel amaçlı bir SCADA yazılımı, cihaz ve yazılımların birbirleri ile uyumlu olması etkenleri dikkate alınmıştır (İşler, 2005). İlk önce, istenilen amaca yönelik olarak özellikle ücretsiz olarak temin edilebilmesi ve grafik arabirimi ile kullanım kolaylığı sağlaması açısından National Instruments firmasının geliştirdiği “LabVIEW 6i Evaluation Software” seçilmiştir. Bu çalışmada gerçekleştirilen deney setinin ve gösterilen örnek uygulamasının maliyetini düşüren en önemli etken, yazılımın ücretsiz olarak temin edilmesidir. Ücretsiz yazılımın avantajları yanında bazı dezavantajları da vardır. Bunların arasında, kullanım süresinin 30 gün ile kısıtlı olması, kullanılabilen fonksiyon kütüphanelerinin bazılarının kullanılamaması ve kayıt alınan verilerin diske aktarılamaması sayılabilir. Kullanım süresi ile ilgili kısıtlamanın aşılması için, deneme sürümünün diskten silinip tekrar kurulması gerekmektedir. Bu çalışmada kullanılan fonksiyonlar deneme sürümünde kısıtlı 2 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 fonksiyon kütüphanelerinde yer almadığı ve veri kaydına ihtiyaç duyulmadığı için, deneme sürümünün kullanılmasında sakınca yoktur. Seçilen yazılımı çalıştırmak ve deney seti ile uygulamalar gerçekleştirebilmek için bir adet kişisel bilgisayar yeterlidir. Geliştirilen deney setinin taşınabilir olmasının istenmesi halinde, kişisel bilgisayar yerine diz üstü bilgisayar tercih edilmelidir. Geliştirilmeye devam edilen yazılımların da desteklenebilmesi için bütçeye uygun olan en üst düzey özellikli bilgisayar tercih edilmiştir. Tercih edilen bilgisayar Celeron-1.7 GHz işlemci, 512 MB hafıza ve 40 GB sabit diske sahiptir. Dış ortamdan sıvı seviyesini bir basınç ileticisi (transmitter), sıcaklık ölçümlerini ise sayısal sıcaklık algılayıcısı olan DS1820 ve PIC16F877 tümleşik devrelerinin kullanıldığı bir devre kurulmuştur. PIC16F877’nin seçiminde dahili analog sayısal dönüştürücüler, bellek ve seri haberleşme birimi bulundurmasının yanı sıra, PIC programlama ile ilgili piyasada ve internette oldukça fazla bilgi mevcut olması da etkin olmuştur. PIC programlama ve uygulama örnekleri ile ilgili ayrıntılı bilgi için (Dinçer, 1998) kaynağina bakılabilir. Kurulan deney setinin blok şeması Şekil-1’de verilmiştir. Süreçte bulunan kazan sıvı seviyesi ve sıcaklığı arabirim kartı tarafından ölçülen büyüklük verileri seri arabirim üzerinden bilgisayarda çalışan LabVIEW ile geliştirilmiş kullanıcı ara yüzüne aktarılmaktadır. Bu veriler kullanılarak kullanıcı tarafından elle veya otomatik olarak arabirim kartına süreçte kontrol edilmek istenen çıkışları aktif etmesi komut gönderilir. 1. Şekil 1. Geliştirilen deney setinin blok şeması • SIVI SEVİYE ve SICAKLIK KONTROLÜ Temel ısı ölçüm ve sıvı seviye ölçüm sistemlerinin genel blok şeması Şekil-2’de verilmektedir. Burada algılayıcı olarak kullanılan eleman ve bilgisayara bağlı olan bir veri toplama kartı (DAQ, Data Acquisition) bulunur. Geliştirilen deney setinde veri toplama kartının yerine PIC tabanlı bir mikrodenetleyici kartı kullanılmakta ve böylece daha ucuz bir çözüm elde edilmektedir. 3 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Şekil 2. Temel sıcaklık ve Seviye ölçüm sistemi Örnek uygulamaya ait sürecin genel çalışma prensibi aç – kapa kontrolü ile yapılmaktadır. Birinci tanka dışarıdan alınan sıvının fark basınç ileticisi ile seviyesi ve sıcaklık algılayıcı ile sıvı sıcaklığı ölçülmektedir. Yani, bu uygulamada kullanılan birinci tank kontrol edilmek istenen süreci temsil etmektedir. Birinci tanktaki sıvı seviyesi önceden belirlenen sıcaklığa ulaştığında, sıvı birinci tanktan ikinci tanka sıvı pompası ile aktarmaktır. Uygulamada kullanılan ikinci tank ise, süreç çıkışından elde edilen ısıtılmış sıvının boşa harcanmaması için yedek depo olarak kullanılmıştır. İkinci tankta sıvı seviyesinin çıkabileceği en fazla miktar seviye ucu ile sınırlandırılmıştır. Seviye uçları aktif olduğunda birinci tanktan ikinci tanka sıvı aktaran pompa otomatik olarak durur. Eğer kullanıcı arayüzündenn ikinci pompa seçeneği işaretlenmiş ise sıvı tekrar birinci tanka aktarılır. Böylece, süreç içerisine alınan sıvı israf edilmeden tanklar arasında aktarılmış olur. Uygulamaya ait ayrıntılı elektronik devre şeması Şekil-3’te görülmektedir. Burada DS1820’den gelen sayısal sıcaklık, fark basınç ileticisinden gelen basınç, ve seviye uçlarından gelen seviye veriler PIC16F877 tarafından okunup dizisel kapı aracılığı (MAX232) ile bilgisayara aktarılmaktadır. PIC mikrodenetleyicisi için geliştirilen program C programlama dilinde yazılmıştır (İbrahim, 2003). LabVIEW yazılımı aracılığı ile bilgisayarın dizisel kapısından alınan sıcaklık bilgileri Grafiksel (G) kodları ile yazılmış uygulama programında işlendikten sonra kullanıcı ara yüzünde görsel olarak izlenebilmekte ve çıkışları kontrol edilebilmektedir. Devredeki sayısal ısı algılayıcısı -10ºC ile +85ºC arasındaki değerleri DQ çıkışından seri olarak gönderir. Burada veri formatı sırasıyla 48 bit seri numarası 8 bit aile numarası ve 8 bit okunan sıcaklık değeri olarak verilmiştir. Algılayıcının çıkışı PIC’in sayısal giriş uçlarından biri olan RE0 ucuna bağlanmıştır. Diğer taraftan, fark basınç ileticisi çıkışına 250Ω direnç bağlanarak çıkışın 4-20mA aralığı, 1-5V gerilim değerine çevrilerek, PIC’in analog girişi olan RA1(AN1) bacağına bağlanmıştır. Seviye uçları için iki NPN taransistör ve optik iletici devredeki gibi PIC’in sayısal giriş uçlarından biri olan RC1 ucuna bağlanmıştır. Çıkışları (ısıtıcı, selenoid valf ve motorlar) kontrol etmek için röleler kullanılmıştır. Bu çıkışlar PIC’in sayısal çıkış uçlarından RB0-RB3 aralığına bağlıdır. 4 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Sanal aygıtlarla sıvı seviyesi ve sıcaklık kontrolü deney setinin genel görünüşü Şekil4a’da görüldüğü gibidir. Deney setinde kullanılan elektronik devre kartı, güç katı, veri hattı, sıvı pompaları, fark basınç ileticisi ve sıvı iletim boruları (Şekil-4b), selenoid valf (Şekil-4c), sıvı ısıtıcısı (Şekil-4d), fark basınç ileticisinin monte edilişi (Şekil-4e) ve sıvı pompalarının tanklarla bağlantıları (Şekil-4f) görülmektedir. Bütünleşik yapısı ile bütün birimlerin aynı deney seti üzerinde olması kullanım kolaylığını beraberinde getirmektedir. Şekil 3. PIC Mikro denetleyicili elektronik devre şeması C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 (a) Kurulan deney setinin genel görünüşü (b) Deney setinde kullanılan elektronik devre kartı, güç katı, veri hattı, sıvı pompaları, fark basınç ileticisi ve sıvı iletim boruları (c) Selenoid valf (d) Sıvı ısıtıcısı (e) Fark basınç ileticisinin monte edilişi (f) Sıvı pompalarının tanklarla bağlantısı Şekil 4. Kurulan deney setinin resimleri • SANAL AYGIT PROGRAMLANMASI LabVIEW yazılımı temel olarak iki bileşenden oluşmaktadır. Birincisi, kullanıcı ara yüzü olarak adlandırılan ön paneldir. Bu kısımda kullanıcının sisteme giriş yapabilmesini ve sistemi izleyebilmesi için uygun aygıtlar vardır. İkinci bileşen ise blok diyagram olarak 6 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 adlandırılan ve grafiksel programlama dili ile programlaması yapılan kısımdır. Bu programlama dilinin en büyük avantajı öğrencinin veya araştırmacının hazır nesne ve aygıtlarla bağlantıları kolaylıkla yapabilmesidir. Benzer işi yapan bir programı komut satırı programlama dilleri ile yazılacak olursa, elde edilen program çok daha karmaşık ve uzun olacaktır. Doğal olarak deney için gerekli zaman da uzayacaktır. Ayrıca bu yazılım, gelişen endüstrinin gerektirdiği güncel paket program yapısında olması nedeniyle öğrencilerin çok hızlı bir şekilde gelişimine olanak sağlayabilir. Bunun sonucu olarak temel sistemden daha tümleşik ve karmaşık sistemlere doğru ilerlemek mümkün olacaktır. Hazırlanan veri toplama ve kontrol programı için aşağıdaki basamaklar takip edilir: • Sayısal sıcaklık algılayıcısından alınan veri bir sayı dizisi şeklindedir. Alınan verinin içinde OkunanSicaklik, KalanSayi ve DereceDegeri değerleri bulunmaktadır ve hassas sıcaklık hesaplaması yapmak için bu değerler (1) denklemi içinde kullanılır. Sicaklik = Okunan Sicaklik − 0.25 + • • • DereceDegeri − KalanSayi DereceDegeri (1) Fark basınç ileticisi bağlantısı, tank çıkışı ile iletici ölçüm noktası aynı seviyede sabitlenmiştir (Şekil-4e). Gerekli bağlantı yapılınca ileticinin düşük seviyeli girişine gelen sıvı, basınç oluşturacağından çıkışta 4-20mA akım değeri elde edilir. Ayrıca ileticinin yüksek seviyeli kısmı üstü açık kazanda ölçüm yapıldığı için boş bırakılmıştır. İletici çıkışı gerilime dönüştürüldükten sonra 1-5V arasına karta girişine bağlanmıştır. Deney setinde kullanılan her iki tankta birer adet pompa bulunmaktadır (Şekil-4f). Burada tanklar arasında sıvı devri sağlanmaktadır. İkinci tank içinde kullanılan sıvı algılama uçları sayesinde istenilen seviyeye ulaştığında çıkış aktif olmakta ve birinci tanktan ikinci tanka sıvı pompalanması durdurulmaktadır. İkinci tankta taşma oluşması bu şekilde engellenmiş olur. Daha sonra deneyin tekrarlanabilmesi için ikinci tanktan birinci tanka sıvının geri aktarılması gerekmektedir. Bunun için kullanıcı ara yüzünde bir seçenek sunulmaktadır. Sonuç olarak deneyde kullanılan sıvı daima iki kazan arasında kalmakta ve sıvı israfı engellenmektedir. Ara yüz programında yapılacak küçük bir değişiklik ile bu işlemlerin peş peşe otomatik olarak tekrarlanması sağlanabilir. Fakat buradaki amaç öğrencinin sisteme müdahale edebilmesi olduğu için, ikinci tanktan birinci tanka sıvının aktarılması ara yüz sayesinde kullanıcıya bırakılmıştır. Algılayıcılardan alınan, çıkışları kontrol eden veriler PIC’ de yazılmış programla dizisel kapı aralığı ile bilgisayara aktarılır. Bilgisayarda sanal aygıtlarla oluşturulan ön panel Şekil-5’de çalışma esnasında görülmektedir. 7 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Şekil 5. Kullanıcı ara yüzü Bilgisayarda LabVIEW kullanılarak grafiksel programlama dilinde gerçekleştirilen ara yüz programının blok diyagramı Şekil-6’da görülmektedir. Burada seri ara birimden okuma ve yazma için “SERIAL READ” ve “VISA” fonksiyon blokları kütüphaneden hazır olarak kullanılmıştır. Diğer kullanılan fonksiyonlar LabVIEW’ın sayısal standart işlem fonksiyonları kullanılarak yukarıda açıklanan mantık çerçevesinde programa dahil edilmişlerdir. Şekil 6. LabVIEW grafiksel programlama dilinde gerçekleştirilen ara yüz programının blok diyagramı • SONUÇ 8 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Sonuç olarak, otomasyon laboratuarında gerçekleştirilen bu deney seti Gözetleyici Denetim ve Veri Toplama (SCADA, Supervisory Control and Data Acquisition) ve aç – kapa kontrol sistemlerini uygulamak ve öğrencilere aktarmak için kullanılabilir. Ayrıca bu set, SCADA tabanlı bir kontrol sistemin nasıl yapılandırılması gerektiğine dair bir örnek teşkil etmektedir. Bu uygulamanın avantajları; nesne tabanlı program kullanabilmeyi geliştirmesi, uygulama geliştirebilmek için gerekli zamanın laboratuar şartlarına uygun olması, gelişen endüstrinin ihtiyaç duyduğu güncel paket yazılımların kullanılması, sistemin pratik ve istenirse taşınabilir olmasıdır. Deney setinin geliştirmek ve klasik kontrol yöntemlerinden Oransal Integral Türev (PID, Proportional Integrator Derivative) kontrol yöntemi ile kontrol etmeye uygundur. Aynı zamanda modern kontrol yöntemlerinden optimal ve uyarlanabilir kontrol uygulamalarına da uygun alt yapısı vardır. Bu çalışmada açıklanan deney seti 2004–2005 öğretim yılından bu yana Ege Üniversitesi Ege Meslek Yüksekokulu Endüstriyel Otomasyon Programı’nda kullanılmaktadır. Bu deney setinin kullanımı ile öğrencilerin derse olan ilgisinin artması ve teorik bilgilerinin uygulama ile pekiştirilmesi sağlanmıştır. Bu çalışmanın önemi, üniversitelerin kısıtlı maddi kaynakları göz önüne alındığında, eğitime yüksek katkısı olacak bu tip bir deney setinin uygun maliyetle hazırlanıp eğitime sunulması ile ortaya çıkmaktadır. Tasarlanan deney seti maliyetinin düşük ve kullanımın kolay olması nedeniyle mesleki lise eğitiminden mühendislik eğitimine kadar tüm seviyedeki teknik eğitim için uygun bir seçenek haline gelmektedir. TEŞEKKÜR Deney setinin montajı ve yazılımların denenmesindeki yardımlarından dolayı Doğukan Çimen, Nihat Çiçekuzman ve Onur Ergünay’a teşekkür ederiz. 9 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 6. KAYNAKLAR 1. Cardoso, Francisco J. A., (2000), “A Universal System for Laboratory Data Acquisition and Control”, IEEE Transactions on Nuclear Science, 47(2), 154-157. 2. Dinçer, G., (1998), “Yeni Başlayanlar İçin PIC Programlama El Kitabı”, ERA Bilgi Sitemleri ve Yayıncılık, İstanbul. 3. İbrahim, D., (2003), “PIC C ile PIC Programlama”, ERA Bilgi Sitemleri ve Yayıncılık, İstanbul. 4. İşler, Y., Selver, M.A. ve Kuntalp, M., (2005), “Biyomedikal Laboratuarı Kurulumu”, XI. Biyomedikal Mühendisliği Ulusal Toplantısı, 293–295, İstanbul. 5. Kheir, N. A., Åström, K. J., Auslander, D., Cheok, G. F., Franklin, G. F., Masten, M. ve Rabins, M., (1996), “Control system engineering education”, Automatica, 32, 147–166. 6. de Klerk, Elsa ve Craig, Ian K., (2004), “A Laboratory Experiment to Teach Closed-Loop System Identification”, IEEE Transactions on Education, 47(2), 276–283. 7. Şahin, S. ve Harmanşah, C., (2003), “Endüstriyel Otomasyon Teknolojisi Eğitiminde Çoklu Ortam Kullanımı”, II. Ulusal Meslek Yüksekokulları Sempozyumu, İzmir, 210–213. 8. Thomas, Mini S., Kumar, Parmod ve Chandna, Vinay K., (2004), “Design, Development, and Commissioning of a Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) Laboratory for Research and Training”, IEEE Transactions on Power Systems, 19(3), 1582–1588. 10 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 İNŞAAT SEKTÖRÜNDE ISO9001:2000 STANDARDINA UYGUN KALİTE EL KİTABI HAZIRLAMA PRENSİPLERİ Yrd. Doç.Dr. Faruk DURMAZ1, Öğr. Gör. M.Aydın ŞEN2, İskender TEKİN3 ÖZET 1950’li yıllardan sonra endüstri ülkeleri arasında iyice kendisini belli eden ve “soğuk savaş” olarak bilinen “Kalite Savaşı”, 1980’lerden sonra Japonya ve bazı Uzak Doğu ülkelerinin de katılımıyla, teknolojinin liderliğini yapan ABD, Almanya, Fransa gibi ülkeleri, yeniden yüksek verimlilik ve kalitenin geliştirilmesi konularına yönlendirmiştir (1). Bu rekabet beraberinde, sistemli çalışmayı gerektiren ISO9001:2000 kalite yönetim sistemi gibi bir dizi standartların oluşturularak, endüstriyel alanda uygulanmasını getirmiştir. Endüstrinin özellikle ülkemiz için lokomotif sektörlerinden biri olan inşaat sektöründe de ISO9001:2000 uygulamaları yoğunluk kazanmış, hatta pek çok ihalede ön şart olmuştur. Bir kuruluş için, kalite yönetim sistemini tanımlayan en önemli araç Kalite El Kitabı’dır. Bu çalışmada, inşaat sektöründe ISO9001:2000 kalite yönetim sistemine uygun bir kalite el kitabının nasıl hazırlanması gerektiği konusunda rehberlik etmek amaçlanmıştır. Bu amaçla, öncelikle genel olarak kalite el kitaplarının yapısı ve içeriği tanıtılmıştır. Daha sonra, inşaat sektöründe ISO9001:2000 kalite yönetim sistemi standardına uygun bir kalite el kitabının içermesi gereken asgari genel hususlar açıklanmıştır. Sonuç ve değerlendirme bölümünde ise inşaat sektörüne uygun bir kalite el kitabının taşıması gereken özellikler ile el kitabının bir inşaat şirketine sağlayacağı yararlar konusunda bilgi verilmiştir. Anahtar sözcükler: Kalite, İnşaat, ISO9001:2000, Kalite El Kitabı ABSTRACT “Quality War”, which is also known as “cold war”, appeared between the industrial countries after 1950s and lead other technological leader countries such as USA, Germany and France with the participation of Japan and some far east countries to improve the high eficciency and quality after 1980s (1). This competition brought such applications to set standarts on the industrial area such as ISO9001:2000 quality management system which needs working on a sistematic base. As construction is one of the industrial locomotive sectors in our country, application of ISO9001:2000 has been intensive and manditory pre-condition for most adjudications. For an establishment, the most significant identifier is the Quality Manual. This paper has been written to guide how to set up a quality manual for ISO9001:2000 quality system in construction industry. For this purpose, firstly the structure and the contents of the quality manuals is presented. Secondly minimum general requirements for a quality manual for ISO90001:2000 in 1 Yrd. Doç. Dr., Celal Bayar Üniversitesi Turgutlu MYO, Turgutlu-MANİSA Öğr. Gör. Dr., Celal Bayar Üniversitesi Turgutlu MYO, Turgutlu-MANİSA 3 İnşaat Mühendisi, Soma-MANİSA 2 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 construction industy is explained. In conclusion and evaluation part information on features that quality manual has to consist of and the benefits that a construction firm can take from this manual is given. Key Words: Quality, Construction, ISO9001:2000, Quality Manual 1. GİRİŞ Kalite kavramı, insanoğlunun beklentilerini yansıttığı için insanlık tarihi kadar eski bir kavramdır. Adı standart olmasa da insanlık tarihinin her döneminde çeşitli standartlar kullanılmıştır. Örneğin Sümer ve Mısır uygarlıklarında, evlerin yapım şekli, su ve kanalizasyon sistemleri, şehir yerleşimi ve kütle ölçüleriyle ilgili çeşitli standartlar kullanılmıştır (4). Osmanlı Devletinde ise II. Beyazıt zamanında Bursa’da çeşitli gıda ve tekstil ürünlerinin özellik ve fiyatları standartlaştırılarak, “Kanunname-i İhtisabı Bursa (Bursa Belediye Kanunu)” yayınlanmıştır. 1800 yılında Fransa’da metrik ölçü sistemi geliştirilmiştir. Dünyadaki birbirini izleyen benzer çalışmalar, 20. yüzyılın ortalarından itibaren özellikle askeri alanda daha sisteme yönelik standartların ortaya çıkmasını sağlamıştır. Bunlardan günümüzde en yaygın olan ISO9001:2000 serisi standartlar, ilk olarak 1963’de ABD’de savunma sanayinde MİL/Q/9858 standardı olarak kullanılmaya başlamıştır. 1968’de NATO üyesi ülkelerde AQAP standartları olarak uygulanmaya başlamış, 1987’de Uluslararası Standartlar Örgütü (ISO) tarafından sivil topluma uyarlanarak ISO9000 standartları şeklinde yayınlanmıştır. 1988’de AB bu standartları EN29000 serisi standartlar olarak kendisine üye ülkelerde kullanmaya başlamıştır. Ülkemizde ise 1991 yılında TSE tarafından TS-ENISO9000 adıyla yayınlanarak hayata geçirilmiştir. ISO9000 serisi standartlar 1994 ve 2000 yıllarında ISO tarafından iki kez revize edilerek bugünkü adıyla ISO9001:2000 standartları şeklinde uygulanmaya devam etmektedir. Bu çalışmanın inşaat sektöründe ISO9001:2000 kalite yönetim sistemine uygun bir kalite el kitabının nasıl hazırlanması gerektiği konusunda rehberlik etmesi amaçlanmaktadır. İlk bölümde genel olarak kalite el kitaplarının yapısı ve içeriği tanıtılmaktadır. İkinci bölümde, inşaat sektöründe ISO9001:2000 kalite yönetim sistemi standardına uygun bir kalite el kitabının içermesi gereken asgari genel şartlar açıklanmaktadır. Sonuç ve değerlendirme bölümünde ise inşaat sektörüne uygun bir kalite el kitabının taşıması gereken özellikler ile el kitabının bir inşaat şirketine sağlayacağı yararlar konusunda bilgi verilmektedir. Sonuç olarak kalite el kitaplarından hem firma içinde hem de firma dışında etkin bir şekilde yararlanılabileceği ortaya konulmuştur. 2. KALİTE EL KİTAPLARININ YAPISI VE İÇERİĞİ Kalite El Kitabı; bir kuruluşun kalite yönetim sistemini belirleyen dokümandır. Kalite El Kitabı, münferit bir kuruluşun karmaşıklığına ve büyüklüğüne uygun olarak format ve ayrıntı bakımından değişebilir. Burada geçen Kalite Yönetim Sistemi; bir kuruluşun kalite bakımından idare ve kontrol için gerekli yönetim sistemidir (2). Kalite el kitapları, kalite yönetim sistemindeki ayrıntıların uygulamaya geçirilmesinde, sorumluların bilgilendirilmesini sağlayan etkin bir araçtır (1). C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Kalite el kitabı aynı zamanda bir pazarlama aracıdır ve potansiyel müşterileri bilgilendirme ve şirket tanıtımında etkilidir. Kalite el kitabı için zorunlu bir format olmamakla birlikte, bir el kitabından beklenen, tanımladığı sistemin, firmanın gerçek politika ve uygulamalarını tam ve doğru olarak yansıtmasıdır. İdeal olanı değil, uygulanmakta olan sistemi ortaya koymalıdır. Kalite el kitabı dinamik olmalı ve firmanın değişen şartlarına göre güncellenmelidir. Kalite el kitabı aynı zamanda iyi bir iletişim aracıdır ve firma içinde görev alanların yetki ve sorumlulukları hakkında karşılıklı bilgi sağlar. Sürekli güncellendiği için yönetimle alt kadrolar arasındaki bilgi transferine de yardımcı olur. Kalite el kitabı genel kullanıma uygun olmalı ve organizasyonun çok küçük bir bölümünü ilgilendiren ayrıntılardan kaçınılmalıdır. Kalite el kitabı ISO9001:2000 belgelendirme sürecinde, tetkikçiler tarafından denetlenecek ilk araçtır. Bu nedenle ISO9001:2000 kalite yönetim sisteminin asgari gereklerini karşılamalı, sistem standardı ile çelişkili hususlar olmamalıdır. ISO9001:2000, ISO14000, ISO17025 gibi yönetsel standartların ortak özelliği, hepsinin de ilgili olduğu yönetim sistemini tanımlayan bir Kalite El Kitabı hazırlanmasını ve uygulanmasını gerektirmesidir. ISO9001:2000 Kalite Yönetim Sistemi standardının gerektirdiği Kalite El Kitabı aşağıdaki hususları içermelidir (5): a) Kalite Yönetim Sisteminin kapsamı ve standardın 7. maddesi içerisinde yer alması koşuluyla, standardın herhangi bir şartının hariç tutulmasının gerekçeleriyle birlikte ayrıntıları, b) Kalite Yönetim Sistemi için oluşturulmuş dokümante edilmiş prosedürler, süreçler veya bunların atıfları, c) Kalite Yönetim Sistemi süreçlerinin birbirine olan etkilerinin tarif edilmesi. ISO9001:2000 standardı Uluslararası Standartlar Örgütü tarafından uluslararası standart olarak yayınlanan ve halen Avrupa Topluluğu ülkeleri ile birlikte birçok ülkede belgelendirme modeli olarak uygulanmakta olan bir uluslararası Kalite Yönetim Sistemi standardıdır ve 8 kalite prensibine dayanmaktadır (7). 1) Müşteri Odaklılık: Firmalar müşterilerine bağlı olduklarından, müşterilerinin bugünkü ve gelecekteki ihtiyaçlarını doğru algılamalı, uygulamalı ve müşteri beklentilerini de aşma çabası içinde olmalıdırlar. 2) Liderlik: Liderler, firmanın amaç ve yönetim birliğini sağlayan kişiler olarak, hedeflerin başarılmasında tam katılımı sağlayacak bir ortamı oluşturmalı ve sürdürmelidir. 3) Kişilerin Katılımı: Her seviyedeki kişilerin yetenekleri dahilinde tam katılımı sağlanmalıdır. 4) Süreç Yaklaşımı: Hedeflenen sonuç, faaliyetler ve ilgili kaynaklar bir süreç olarak yönetildiğinde daha verimli sonuçlar elde edilir. 5) Yönetimde Sistem Yaklaşımı: Birbirleri ile ilgili süreçlerin bir sistem olarak tanımlanması ve yönetilmesi, hedeflerin başarılmasında kuruluşun etkinliğine ve verimliliğine katkı sağlar. 6) Sürekli İyileştirme: Kuruluşun toplam performansının sürekli iyileştirilmesi, kuruluşun kalıcı hedefi olmalıdır. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 7) Verilere Dayalı Karar Verme: Etkin kararlar, verilerin analizine ve bilgiye dayanır. 8) Karşılıklı Faydaya Dayalı Tedarikçi İlişkileri: Kuruluş ve tedarikçileri birbirlerinden bağımsız düşünülmemelidir ve her ikisinin artı değer yaratması için karşılıklı fayda ilişkisi sağlanmalıdır. 3. İNŞAAT SEKTÖRÜNDE ISO9001:2000 KALİTE YÖNETİM SİSTEMİ EL KİTABI Kalite El Kitabı’nın ISO9001:2000 standardı ile paralelliğini sağlamak amacıyla el kitabındaki konular genellikle standardın içeği ile özdeşleştirilir. Bazı el kitaplarında “İçindekiler” başlığı dışında, el kitabında zamanla yapılan değişikliklerin gösterildiği bir bölüm yer alır. Kalite El Kitabında ISO9001:2000 standardına uygun olarak genellikle; her bir bölüm farklı alt bölümleri içerecek şekilde, toplam sekiz ana bölümde hazırlanmaktadır (3): Bölüm 1.0. Kapsam Bu bölümde, genel olarak şirketin kuruluş amaçları, taahhütleri, kalite yönetim sisteminin kapsamı ve varsa hariç tutulan şartlar tanımlanır. Kuruluş bu bölümde müşterilerinin beklentilerini tespit etmeyi ve yerine getirmeyi, bunu yaparken de yasal şartlara ve standartlara uymayı, sürekli gelişmeyi ve müşterilerini tatmin etmeyi taahhüt etmelidir. İnşaat sektörü için hariç tutulabilecek şartlar ISO9001:2000 standardının 7. maddesinde geçen “Tasarım ve Geliştirme” ya da “Müşteri Mülkiyeti” olabilir. Eğer şirket, tüm inşaatlarında müşteriye teslim edilinceye kadar kendi proje, malzeme ve kaynaklarını kullanıyor ise “7.5.4. Müşteri Mülkiyeti” şartını hariç tutabilir. Benzer şekilde, şirket inşaat projelerini kendisi yapmayıp, müşterilerinin proje tasarımlarını kullanıyor ise “7.3. Tasarım ve Geliştirme” şartını hariç tutabilir. Fakat bu durumda proje tasarımlarını “7.4. Satınalma” ve “7.5.4. Müşteri Mülkiyeti” şartları kapsamında değerlendirmelidir. Bölüm 2.0. Atıf Yapılan Standartlar Bu bölümde, uygulanması zorunlu olan yasal mevzuatlar ve standartlar tanımlanmalı ya da bunları tanımlayan “Dış Kaynaklı Dokümanlar Listesi”ne atıf yapılmalıdır. TS8737 Yapı Ruhsatı Standardı, inşaat sektöründeki uygulanması zorunlu standartlara örnek verilebilir (4). Bölüm 3.0. Terimler ve Tarifler Bu bölümde, Kalite El Kitabı’nın daha iyi anlaşılması için içerisinde geçen Kalite Yönetim Sistemi ile ilgili terimler, tanımlamalar ve kitapta geçen kısaltmalar açıklanır. Bölüm 4.0. Kalite Yönetim Sistemi Şartları C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Bu bölümde, ISO9001:2000 standardının gerektirdiği şartların kuruluş tarafından nasıl yerine getirildiği özet olarak açıklanırken, ayrıntılarını içeren Kalite Yönetim Sistemi dokümanlarına da atıf yapılır. Bölüm 4.1. Genel Şartlar Bu bölümde, kalite yönetimi prensiplerinden yönetimde sistem yaklaşımı, süreç yaklaşımı ve sürekli iyileştirme vurgulanmalıdır. Süreçlerin birbirleri ile etkileşimleri, performans kriterleri ve izleme yöntemleri açıklanmalı ya da açıklayan dokümanlara atıf yapılmalıdır. Bölüm 4.2. Dokümantasyon Şartları Bu bölümde, genel olarak kalite yönetim sistemini tanımlayan dokümantasyon yapısı açıklanmalıdır. Örnek bir dokümantasyon yapısı Şekil 1’de şematik olarak gösterilmiştir. Kalite El Kitabının içeriği, hazırlanma ve onay süreci bu bölümde tanımlanır. Yine bu bölümde standardın zorunlu kıldığı ve aşağıdaki hususları açıklayan “Dokümantasyon Prosedürü”nden söz edilir: • • • • • • Dokümanların hazırlanması, yayınlanmadan önce yeterlilik açısından onaylanma prensipleri, Dokümanların gözden geçirilmesi, gerektiğinde güncellenmesi ve yeniden onaylanması, rürlükteki revizyon durumlarının ve değişikliklerin tanımlanma prensipleri, Gerekli dokümanların ilgili yerlerde bulunduğunun güvence altına alınması, Hatalı ya da geçersiz dokümanların kullanılmadığının güvence altına alınması, Dış kaynaklı dokümanların tanımlanması ve bunların da güncel ve kontrollü olarak dağıtıldığının güvence altına alınması. Şekil 1. Örnek bir dokümantasyon yapısı (3) C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Kalite El Kitabı’nın bu bölümünde söz edilmesi gereken bir başka prosedür, “Kalite Kayıtları Prosedürü”dür. Bu prosedür de sistemin işlerliğini ortaya koyan kalite kayıtlarını tanımlamalı, bu kayıtların korunması, gerektiğinde tekrar kullanıllması ve elden çıkarılması yöntemlerini açıklamalıdır (6). Bölüm 5.0. Yönetimin Sorumluluğu Bu bölümde, ISO9001:2000 standardının şart koştuğu ve aşağıda açıklanan yönetim sorumluluklarından söz edilir. Bölüm 5.1. Yönetim Taahhüdü Bu bölümde, kuruluşun kalite yönetim sisteminin geliştirilmesi, uygulanması ve etkinliğinin sürekli iyileştirilmesine yönelik taahhütleri yer alır. Bölüm 5.2. Müşteri Odaklılık Bu bölümde, kuruluş üst yönetiminin, müşteri ihtiyaçlarını tespit etme, bunları tüm personeline doğru iletme, ihtiyaçların karşılanmasında planlı ve etkin çalışma, müşteri memnuniyetini ölçme ve iyileştirme konularındaki taahhütleri yer alır. Bölüm 5.3. Kalite Politikası Bu bölümde, kuruluş üst yönetiminin, amaçlarına, yasal şartlara ve müşteri beklentilerine uygun olarak belirleyeceği “Kalite Politikası” açıklanır. Kalite politikasının tüm personele nasıl benimsetildiği, politikanın yerine getirildiğinin nasıl izlendiği belirtilir. Bölüm 5.4. Planlama Bu bölümde, genel olarak üst yönetim tarafından belirlenen kalite hedeflerinden ve bunların nasıl izlendiğinden söz edilir. Kalite yönetim sisteminin süreç planlaması, süreçlerin sırası ve etkileşimleri, performans ölçütleri ve izlenmesi açıklanır. Bölüm 5.5. Sorumluluk, Yetki ve İletişim Bu bölümde, üst yönetimden organizasyon şeması, personelin görev, yetki ve sorumluluk tanımlamaları, kalite yönetim sisteminin işleyişinden sorumlu olacak bir yöneticinin Yönetim Temsilcisi olarak atanması istenir. Yine bu bölümde kalite yönetim sisteminin etkinliği için süreçler arası iletişim kanalları tanımlanmalıdır. Bölüm 5.6. Yönetim Gözden Geçirmesi Bu bölümde, üst yönetimin kalite yönetim sisteminin işleyişini ve etkinliğini hangi sıklıkta, hangi göstergeleri kullanarak gözden geçirdiğinden ve bu gözden geçirme sonrasında ürün, hizmet ve sistemin iyileştirilmesi için gerekli faaliyet ve kaynak planlamasından söz edilir. Bölüm 6.0. Kaynak Yönetimi C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Bu bölümde, ISO9001:2000 standardının şart koştuğu ve aşağıda açıklanan kaynak yönetimi faaliyetlerinden söz edilir. Bölüm 6.1. Kaynakların Sağlanması Bu bölümde, kuruluş üst yönetimi, kalite yönetim sisteminin etkinliğinin sürekli iyileştirilmesi ve müşteri memnuniyetinin arttırılması için gerekli kaynakların sağlanacağı taahhüdünde bulunur. Bölüm 6.2. İnsan Kaynakları Bu bölümde, ürün ve hizmet kalitesini etkileyen işlerde çalışan personel için gerekli eğitim, öğrenim, beceri ve deneyim yeterlililiği kriterleri tanımlanır ya da bunları tanımlayan dokümanlara atıf yapılır. Yeterlililik kriterlerinin sağlanması için gerekli eğitim, öğretim ve beceri geliştirici faaliyetlerin nasıl planlandığı, yürütüldüğü, bunların etkinliğinin nasıl değerlendirildiği ve personelin nasıl bilinçlendirildiği yine bu bölümde özetlenir ve ayrıntıları içeren dokümanlara atıf yapılır. Bölüm 6.3. Alt Yapı Bu bölümde, yapıların hedeflenen kalitede ve güvenli bir şekilde inşası için gerekli olan alt yapı, makine, teçhizat ve işlerin zamanında tamamlanabilmesi için doğru ulaştırma olanaklarının yerine getirildiği taahhüdünde bulunulur. Bölüm 6.4. Çalışma Ortamı Bu bölümde, yapıların hedeflenen kalitede ve güvenli bir şekilde inşası için gerekli olan çalışma ortamının (Güvenlik, ısıtma, aydınlatma, malzeme sahaları vb) sağlandığı taahhüdünde bulunulur. Bölüm 7.0. Ürün Gerçekleştirme Bu bölümde, ISO9001:2000 standardının şart koştuğu ve aşağıda açıklanan yapı inşaatı faaliyetlerinden söz edilir. Bölüm 7.1. Ürün Gerçekleştirmenin Planlanması Bir inşaat şirketi için belirleyici şartlar, müşteri ile yapılan sözleşmeler, yasal şartlar ve kendi kalite hedefleridir. Bu şartları yerine getirmek için yapılan planlamalar; süreçler olabileceği gibi, ayrıca inşaat girdileri ve inşa etme süreci için aşağıdakileri içeren kalite planları da geliştirilebilir: • • • • • Kontrolü gerektiren özellikler Kabul şartları Kontrol için gerekli cihaz/teçhizat Kontrolü yapacak personel Kontrol sıklığı C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 • • Kontrol yöntemi Sonuçları gösteren kayıtlar Ayrıca inşaat sektöründe CPM, PERT, MS Project gibi zaman planlamasını içeren yazılımlar da kullanılmaktadır. Bölüm 7.2. Müşteri ile İlişkili Prosesler Bu bölümde, inşa edilecek yapı ile ilgili müşteri şartlarının, varsa yasal şartların ve firmanın kendisinin belirleyeceği şartların nasıl belirlendiği, teklif, sözleşme ve inşaatın teslimatı aşamasında müşteri ile karşılıklı şartların nasıl gözden geçirildiği ve her aşamada şartlarda ortaya çıkan değişikliklerde karşılıklı nasıl anlaşma sağlandığı açıklanır. Ayrıca kuruluşun pazarlama faaliyetlerinin nasıl organize edildiği, nasıl piyasa araştırması yapıldığı, müşteri ile iletişimin nasıl sağlandığı, müşteri şikayetleri de dahil olmak üzere müşterilerden gelen tepkilerin nasıl değerlendirildiği, kısacası müşterilerle tüm iletişimlerin nasıl gerçekleştirildiği bu bölümde açıklanır ya da tüm bunları ayrıntılı olarak anlatan diğer dokümanlara atıf yapılır. Bölüm 7.3. Tasarım ve Geliştirme Bu bölümde, inşaat projelerinin nasıl tasarlandığı, tasarım girdileri ve çıktılarının hangi kapsamda ve nasıl belirlendiği, gözden geçirme şekli, projelerin doğrulama ve geçerliliğine karar verme yöntemleri açıklanır. Bölüm 7.4. Satınalma Bu bölümde, satınalma faaliyetlerinin nasıl gerçekleştirildiği, tedarikçilerin hangi kriterlere göre seçildiği, seçilen tedarikçilerin performanslarının nasıl izlendiği ve onaylandığı, satınalınacak ürün veya hizmet bilgilerinin ve bilgilere ek olarak aranan şartların (belge, sevkiyat şekli vb) tedarikçilere nasıl iletildiği, satınalınan ürünlerin nasıl doğrulandığı ve gerektiğinde tedarikçinin mahallinde nasıl doğrulama yapıldığı kısaca açıklanır ve ayrıntıları anlatan dokümanlara atıf yapılır. Bölüm 7.5. Üretim ve Hizmetin Sağlanması (Sunulması) Bu bölümde, ISO9001:2000 standardının şart koştuğu ve aşağıda açıklanan inşaat faaliyetlerinden söz edilir. Bölüm 7.5.1. Üretim ve Hizmet Sağlanmanın Kontrolü Bu bölümde, inşaatların planlı ve kontrollü şartlar altında yürütüldüğü taahhüt edilir. Bu taahhüdün göstergesi olarak aşağıdaki şartların sağlandığını gösteren dokümanlara atıf yapılır: • • • İnşaat projelerinin varlığı ve uygunluğu, Çalışma ve güvenlik talimatlarının varlığı ve yeterliliği, Doğru inşaat için gerekli makine, malzeme ve teçhizatın varlığı, C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 • • • Gerekli test, kontrol ve izleme cihazlarının mevcudiyeti ve kalibrasyonlarının doğruluğu, İzleme, ölçme ve kontrollerin uygulandığı, İnşaatların yönetmelik, standart ve diğer şartlara uygunluğunun doğrulandığı ve teslim edildiği. Bölüm 7.5.2. Üretim ve Hizmet Sağlanması İçin Proseslerin Geçerliliği Bu bölümde, inşaatlarda hemen test edilemeyen, zamanla problemlerin görülebileceği ve özel prosesler adı verilen bu tür işlerin tanımlanması gerekir. Bu işlerin onaylanması için gerekli kriterler tanımlanır, bu işleri yapacak personel ve teçhizatın özellikleri tanımlanır, bunların yeterliliğini onaylama, kayıt altına alma yöntemleri özetlenir ve ayrıntılarını anlatan dokümanlara atıf yapılır. Bölüm 7.5.3. Belirleme ve İzlenebilirlik Bu bölümde, inşaatların, kullanılan malzemeden başlayarak tamamlanıncaya kadar nasıl bir yöntem ile (proje adı, müşteri adı, tarih vb) izlendiği açıklanır. Bu izleme, kullanılan taşeronların hizmetlerini de kapsar (Hangi taşeron firmalar, ne zaman, hangi işleri, hangi malzeme ile yaptı şeklinde). Ayrıca projelerin, inşaat sahasının, güvenlik için gerekli şartlar da dahil olmak üzere tüm malzeme ve alanların nasıl tanımlandığı açıklanır. İnşaatın gerekli test ve deneylerden geçip geçmediğini ve sonuçlarını gösteren işaretlemeler (gerek fiziksel olarak, gerekse evrak üzerinde) yine bu bölümde yer alır. Bölüm 7.5.4. Müşteri Mülkiyeti Bu bölümde, inşaatlarda müşteriler tarafından temin edilen malzemenin kullanılması durumunda (bina içi yer döşeme, banyo ve mutfak malzemesi vb), müşteri malı olsalar dahi bunların firmanın sorumluluğunda olduğu taahhüdünde bulunulur. Müşteri mülkiyeti olan malzemenin de kuruluşun kendi malzemesi gibi nasıl kontrol edilerek kullanılacağı, nasıl korunacağı, herhangi bir hasar ya da kaybolması durumunda müşteri ile nasıl temas kurulacağı ve bunların kayıt altına alınmasına ilişkin yöntemler burada açıklanır. Müşteri mülkiyeti, inşaat projesi vb fikir mülkiyetini de kapsar. Bölüm 7.5.5. Ürün Muhafazası Bu bölümde, malzemeden başlayarak inşaatın tamamlanıp müşteriye teslim edilmesine kadar geçen tüm aşamalarda koruması için gerekli tanımlama, taşıma, depolama, yükleme, boşaltma ve ortam (sıcaklık, nem vb) koşulları açıklanır ve bunların uygulandığı taahhüt edilir. Bölüm 7.6. İzleme ve Ölçme Cihazlarının Kontrolü Bu bölümde, inşaatın her aşamasında izleme, ölçme ve kontrol için kullanılan cihazlar varsa bunlar tanımlanır ya da bunları tanımlayan listelere atıf yapılır. Bu cihazların ölçme belirsizliklerindeki sapmaları gösteren kalibrasyon faaliyetlerinin nasıl planlandığı, nasıl kayıt altına alındığı, bozulan cihazlar tespit edildiğinde nasıl bir yöntem izlendiği açıklanır ve cihazların kalibrasyon sonuçlarını gösterecek şekilde bir etiketleme yöntemi tanımlanır. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 İnşaat ile ilgili kontroller başka kişi veya kuruluşlara yaptırılıyorsa benzer şartlar onlarda da aranır ve kalite el kitabında bu husus belirtilir. Bölüm 8.0. Ölçme, Analiz ve İyileştirme Bu bölümde, ISO9001:2000 standardının şart koştuğu ve aşağıda açıklanan ölçme, analiz ve iyileştirme faaliyetlerinden söz edilir. Bölüm 8.1. Genel Bu bölümde, genel olarak inşaatların şartlara uygunluğunu, kalite yönetim sisteminin doğru ve etkin bir şekilde işlediğini ve sürekli geliştiğini göstermek amacıyla, kuruluş tarafından gerekli izleme, ölçme, analiz ve geliştirme süreçlerinin planlanmakta ve uygulamakta olduğu taahhüdünde bulunulur ve ilgili dokümanlara atıf yapılır. Bölüm 8.2. İzleme ve Ölçme Bu bölümde, ISO9001:2000 standardının şart koştuğu ve aşağıda açıklanan kalite yönetim sisteminin iç tetkiklerle izlenmesi, müşteri memnuniyeti, süreçler ve inşa edilen yapıların izleme ve ölçme faaliyetlerinden söz edilir. Bölüm 8.2.1. Müşteri Memnuniyeti Bu bölümde, müşterilerin ne düzeyde memnun edilebildiği hakkında bilgilerin nasıl toplanacağı (anket, mülakat vb), nasıl değerlendirileceği ve geliştirileceği yönündeki çalışmalar açıklanır. Bölüm 8.2.2. İç Tetkik Bu bölümde, kalite yönetim sisteminin ISO9001:2000 şartlarına uyup uymadığının, dokümanlarda tanımlandığı şekilde uygulanıp uygulanmadığının, etkinliğinin sürekli olarak iyileştirilip iyileştirilmediğinin belirlenmesi için yapılması gereken kuruluş içi kalite tetkikleri kısaca anlatılır. İç tetkiklerin planlanması, iç tetkikçilerin görevlendirilmeleri, iç tetkiklerin uygulanması ve raporlanması ile ilgili yöntemi ayrıntılı olarak tarif eden İç Tetkik Prosedürü’ne atıf yapılır. Bölüm 8.2.3. Proseslerin İzlenmesi ve Ölçülmesi Bu bölümde, kalite hedefleri, inşaatın kalitesini doğrulama ve tedarikçilerin (taşeronlar) performansı da dahil olmak üzere kalite yönetim sistemi süreçlerinin nasıl izlendiği ve performanslarının nasıl ölçüldüğü açıklanır ya da bunları açıklayan dokümanlara atıf yapılır. Bölüm 8.2.4. Ürünün İzlenmesi ve Ölçülmesi Bu bölümde, inşaat malzemelerinden başlayarak, inşaat tamamlanıncaya kadar tüm aşamalarda faaliyetlerin nasıl izlendiği, şartların nasıl kontrol altında tutulduğu, yapılan kontrol ve testler açıklanır ya da bunları açıklayan dokümanlara atıf yapılır. Bu izleme ve ölçme faaliyetlerine, resmi kurumların kontrol ve denetimleri de dahildir. Bölüm 8.3. Uygun Olmayan Ürünün Kontrolü C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Bu bölümde, inşaat malzemelerinden başlayarak, inşaat tamamlanıncaya kadar tüm aşamalarda yapılan kontrol ve denetim faaliyetleri sonucunda uygun olmayan malzemelerin ve yapıların kullanımını önlemek için alınan önlemler, müşteri bilgilendirmesi, uygun olmayan malzeme ve yapıların değerlendirme yöntemi ve sonuçları ile bu konulardaki yetki ve sorumluluklar özetlenir, ayrıntıları içeren “Uygun Olmayan Ürün Değerlendirme Prosedürü” de dahil olmak üzere diğer ilgili dokümanlara atıf yapılır. Bölüm 8.4. Veri Analizi Bu bölümde, kalite yönetim sisteminin etkinliğini ve uygunluğunu göstermek ve kalite yönetim sisteminin etkinliğinin sürekli iyileştirilmesinin nerelerde yapılabileceğini değerlendirmek için kullanılan veriler tanımlanır. Bunları toplama ve analiz etme yöntemleri ve sorumlulukları açıklanır. Bu verilerin aşağıdaki konular dahil olmak şartıyla hangi konularda bilgi sağlayacağı belirtilir: • • • • Müşteri memnuniyeti derecesi, İnşa edilen yapının şartlara uygunluk derecesi, Süreçlerin ve yapıların karakteristikleri ve eğilimleri, Tedarikçilerin (taşeronların) performansı. Bölüm 8.5. İyileştirme Bu bölümde, kuruluş aşağıdaki araçları kullanarak kalite yönetim sisteminin etkinliğini sürekli olarak iyileştirme taahhüdünde bulunur: • Kalite politikası ve kalite hedefleri performans değerlendirme sonuçları • İç ve dış tetkiklerin sonuçları • Tutulmakta olan verilerin analiz sonuçları • Düzeltici ve önleyici faaliyetler • Yönetim gözden geçirmesi Yine bu bölümde, üründe, süreçlerde veya kalite yönetim sisteminde ortaya çıkan uygunsuzlukların düzeltilmesi ve tekrarının önlenmesi için uygulanması zorunlu olan düzeltici faaliyet sisteminin işleyişi özetlenir, sistemin ayrıntılarını anlatan “Düzeltici Faaliyet Prosedürü”ne atıf yapılır. Benzer şekilde, uygunsuzluklar ortaya çıkmadan nedenleri önceden tahmin edilerek önlem alınmasına yönelik bir sistemin işleyişi özetlenir, sistemin ayrıntılarını anlatan “Önleyici Faaliyet Prosedürü”ne atıf yapılır. 3. SONUÇ ve DEĞERLENDİRME Kalite el kitapları, kalite yönetim sisteminde planlanan faaliyetlerin uygulamaya geçirilmesinde, sorumlu personelin bilgilendirilmesini sağlayan, temel prensipleri ortaya koyan ve sistemin sürekli iyileştirilmesini hedef alan etkin bir yönetim aracıdır. Özet olarak inşaat sektörüne uygun bir kalite el kitabı hazırlanırken şu hususlara dikkat edilmelidir: C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 • • • • • • • Kalite el kitabı için belirlenmiş bir format yoktur. Ancak bir kalite el kitabı, firmanın gerçek politika ve uygulamalarını tam ve doğru olarak yansıtmalıdır. Kalite el kitabı ideal olanı değil, uygulanmakta olan sistemi ortaya koymalıdır. Kalite el kitabı dinamik olmalı ve firmanın değişen şartlarına göre güncellenmelidir. Kalite el kitabı firma içinde görev alanların yetki ve sorumlulukları hakkında karşılıklı bilgi sağlamalıdır. Kalite el kitabı genel kullanıma uygun olmalı ve organizasyonun çok küçük bir bölümünü ilgilendiren ayrıntılardan kaçınılmalıdır. Kalite el kitabı ait olduğu kalite yönetim sistemi standardının (ISO9001:2000) asgari gereklerini karşılamalı, sistem standardı ile çelişkili hususlar olmamalıdır. Kalite el kitabında inşaat sektöründe uyulması zorunlu olan yasal standartlar (TS8737 Yapı Ruhsatı Standardı gibi) açıkça tanımlanmalı ve el kitabı bu standartlara uygun bir sistemin yürütüldüğü taahhüdünü içermelidir. Bir işletmenin kalite yönetim sistemini tanımlayan kalite el kitabının inşaat sektöründe faaliyet gösteren işletmeler için sağlayacağı yararlar işletme içi ve işletme dışı şeklinde ikiye ayrılabilir. 1) İşletme içi sağlayacağı yararlar: • • • • • • • • Kalite el kitabı, özet olarak üst yönetimin tasarladığı çalışma prensiplerini içerdiğinden, yönetimde etkinlik sağlar. Örnek olarak, kullanım sırasında hatalı bir malzeme tespit eden bir çalışan, kalite el kitabı sayesinde nasıl davranması gerektiğini, ilk olarak nereye başvuracağını bilir ve zaman kaybetmeden yönetimin müdahalesi sağlanır. Kalite el kitabı sayesinde sistemli çalışma alışkanlığı kazanılır. İşler çalışanların inisiyatifinden kurtarılır. Kalite el kitabı görev, yetki ve sorumlulukların tam olarak belirleyicisi olduğundan, belirsizlikler azalır. Herkes neyi hangi sınırlar içerisinde yapacağını bilir. Kalite el kitabı sistemin sürekli geliştirilmesini gerektirdiğinden, hatalar zamanla azalır. Kalite el kitabı işlerin standart olarak yapılmasını sağlar. Kalite el kitabı, tüm faaliyetlerin birbirleri ile etkileşimlerini içerdiğinden, firmada etkin iletişim sağlar. Sürekli güncellendiği için yönetimle alt kadrolar arasındaki bilgi transferine de yardımcı olur. Kalite el kitabı aynı zamanda eğitim aracıdır ve personelin eğitim dokümanı olarak hizmet eder. Kalite el kitabı eğitim, kurum içi iletişim, sistemli çalışma ve standardizasyon sağladığından, bütün bunlar firmanın verimliliğine olumlu katkı sağlar. 2) İşletme dışı sağlayacağı yararlar: • • Kalite el kitabı, gerek internet üzerinden şirket tanıtımlarında, gerekse kataloglarda müşterilere tanıtım aracı olarak sunulabilir. Özellikle son yıllarda ülkemizde yaşanan üzücü deprem olaylarından inşaatlarda güvenlik son derece önem arz etmektedir. Firmanın kalite sistemini açıkça ortaya koyan bir kalite el kitabı, müşteriye güven verecektir. Bu güven beraberinde müşteri memnuniyetini getirecek ve aynı zamanda kalite el kitabı, müşteri artışı sağlayan bir pazarlama aracı olacaktır. Kalite el kitabı firmanın imajını güçlendirir, daha düşük maliyetli bir tanıtım ve reklam aracı olarak kullanılabilir. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 • Kalite yönetim sistemini belgelendirmek isteyen firmalar için kalite el kitabı bir zorunluluktur ve belgelendirmeyi yapmakla yetkili kurumun inceleyeceği ilk dokümandır. Bu açıdan da kalite el kitabı belgelendirme tetkiklerinde tetkikçilere rehberlik eder, kolaylık sağlar. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 4. KAYNAKLAR 1. Donald A. Sanders, Judith A. Sanders, Richard H. Johnson, Çeviren: Prof. Dr. Gönül Yenersoy, 1994, “ISO9000 Nedir? Niçin? Nasıl?”, 1. Baskı, Rota Yayıncılık, İstanbul. 2. Feigenbaum, A.V., 1991, “Total Quality Control”, Third Edition, Mc Graw Hill Inc., USA. 3. Hidayet Şahin, S. Celalettin KELEŞ, 2003, “TS-EN-ISO9001:2000 Dokümantasyonu”, 1. Baskı, Polimer Matbaacılık, Ankara. 4. Prof. Dr. Mahmut Tekin, 2006, “Kalite Güvence ve Standartlar-Meslek Yüksekokulları İçin”, 1. Baskı, Günay Ofset, Konya. 5. Türk Standartları Enstitüsü, 2001, “TS-EN-ISO9001:2000 standardı: Kalite Yönetim Sistemi (Şartlar)”, Ankara. 6. Türk Standartları Enstitüsü, 2007, TS-EN-ISO9001:2000 Kalite Yönetim Sistemleri Temel Eğitim Notu, İzmir. 7. www.tse.org.tr, 2007. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 GAZALTI KAYNAĞINDA İŞ GÜVENLİĞİ Yrd.Doç.Dr.Şevki Yılmaz GÜVEN1 ÖZET Gazaltı kaynağı, bir ark kaynak yöntemidir. Kaynak yeri, atmosferin zararlı etkilerinden kaynak torcundan gelen gaz veya karışım gazları tarafından korunmaktadır. Bir çok metal ve alaşımı için en uygun kaynak yöntemidir. Yaygın bir şekilde kullanım alanı vardır. Kaynak tekniği uygulamalarında, işçi sağlığı ve iş güvenliği açısından en büyük görev, gazaltı kaynakçısına düşmektedir. Bu sebeple, gazaltı kaynakçısının eğitimi büyük önem arz etmektedir. İş güvenliği açısından; kaynak makinalarının, donanımlarının çok iyi tanınması ve kullanılması, can emniyeti bakımından koruyucu giysilerin ve teçhizatların kullanılması, zararlı ışınlardan korunma, meslek hastalıklarına karşı gerekli önlemlerin alınması, kaynak atölyesinin havalandırılması ve gaz ölçme cihazlarının bulundurulması, ilk yardım bilgilerine sahip olunması ve iş yerinde çıkabilecek yangınlara karşı alınması gereken önlemler büyük önem arz etmektedir. Bu bildiride, gazaltı kaynak tekniği uygulamalarında iş güvenliği açısından bilgi ve uygulamaya yönelik konulara yer verilmiştir. Anahtar sözcükler: Gazaltı kaynağı, kaynak makinaları, iş güvenliği ABSTRACT Undergas welding is an arc welding method. Welding place is protected by mixed gases or gas coming by welding torch from the harmful effects of atmosphere. This is the most proper welding method for a lot of metals and alloys. It has a wide range of usage. In practices of welding technique, undergas welder has an important work in point of working safety and worker health. For this reason, the education of undergas welder has a great importance. In respect to working safety: it has the great importance of being used and well-known of welding machines and equipments and protecting clothes for life safety, protection from the harmful rays, the necessary precautions against for job illness, being aired of welding-shop and having had gas measuring equipments and the knowledge of first-aid, the necessary precautions against for fire at work-shop. In this paper, there have been subjects about the knowledge and application for working safety in practices of the technique of undergas welding. Key words : Undergas welding, welding machines, working safety. 1 SDÜ, Müh. Mim. Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Isparta, syguven@mmf.sdu.edu.tr C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 1. GİRİŞ Günümüzde gazaltı kaynak yöntemi, bir çok metal ve alaşım için en uygun kaynak yöntemi olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. İş yerlerinde, öncelikli olarak iş güvenliği ilk sırada yer almalıdır. İş güvenliği açısından bir çok konunun kaynak planlamacısı ve kaynakçı tarafından bilinmesi gerekmektedir. Çok büyük önem arz eden bu konuda, uygulayıcıların eğitimi ve bu eğitimin sürekliliği sağlanmalıdır. Eğitim alan gazaltı kaynakçısının gelişen teknolojilere uygun olarak kendi alanında sürekli olarak eğitiminin yenilenmesi ve öğrenilen bilgilerin de uygulamaya sokulması gerekmektedir. Gazaltı kaynağında iş güvenliği açısından öncelikli olarak iş planı yapılmalı ve meslek standartlarının çok iyi bilinmesi gerekmektedir. Gazaltı kaynağının yaygın kullanım alanından dolayı da, kaynak tekniği uygulamalarında araç, gereç ve ekipmanları etkin bir şekilde kullanarak, işçi sağlığı, iş güvenliği ve çevre koruma düzenlemeleri açısından en büyük görev, kaynak planlamacısına ve gazaltı kaynakçısına düşmektedir. Kaynakçı her şeyden önce temiz ve titiz olmalıdır. Kaynak esnasında kullanacağı araç, gereç ve donanımları iyi tanımalı ve kullanabilmelidir. İş güvenliği açısından; kaynak makinalarının, donanımlarının çok iyi tanınması ve kullanılması, can emniyeti bakımından koruyucu giysilerin ve teçhizatların kullanılması, zararlı ışınlardan korunma, meslek hastalıklarına karşı gerekli önlemlerin alınması, kaynak atölyesinin havalandırılması ve gaz ölçme cihazlarının bulundurulması, ilk yardım bilgilerine sahip olunması ve iş yerinde çıkabilecek yangınlara karşı alınması gereken önlemler ile kaynak eğitimi ve iş güvenliği büyük önem arz etmektedir. İş yerlerinde yeterince uyarı levhalarının ( fosforlu olanlar tercih edilmelidir) ve kaynak yanıkları için kullanım kiti bulunması da iş güvenliği açısından önemlidir. Bu bildiride, konunun anlaşılabilmesi için gazaltı kaynak teknikleri hakkında kısaca verilen bilgilerin yanında, gazaltı kaynak tekniği uygulamalarında iş güvenliği açısından bilgi ve uygulamaya yönelik konular, kaynak donanımlarının kısaca tanıtılması ve emniyetli kullanımları, kaynak elektrik tesisatında iş güvenliği, can emniyeti bakımından koruyucu giysilerin ve teçhizatların tanıtılması, zararlı ışınlardan korunma konuları ele alınmıştır. 2. GAZALTI KAYNAK TEKNİKLERİ Gazaltı kaynağı, kaynak yerinin bir gaz atmosferi ile korunarak yapıldığı bir ark kaynağıdır. Kaynak yapılan metalik malzemenin kaynak yeri, bir soy gaz veya bunların karışımı bir gaz ile yada bir aktif gaz atmosferi altında korunmaktadır. Koruyucu gazlar, ark bölgesine ve kaynak banyosuna temas etmekte olan havayı, kimyasal, metalurjik ve fiziksel bileşik oluşturmadan uzaklaştırmakla kaynak dikişini havadaki oksijen ve azot gazlarının etkisinden korumaktadır. TIG kaynak tekniği, İngilizcede “ Tungsten Inert Gas” kelimelerinin baş harfleri alınarak kısaca TIG diye isimlendirilmektedir. Almanca’da ise “wolfram” tungsten anlamına geldiğinden TIG kaynak tekniğine WIG kaynağı da denilmektedir. Bu kaynak tekniği özellikle ince metalik malzemelerin kaynağına uygundur. Gazaltı kaynak tekniklerinde kullanılan gazlar, DIN 32526’ da verilmektedir. Argon ve helyum gibi soy gazlar kullanarak “TIG/WIG ve MIG” kaynak teknikleri ile çeşitli metal ve alaşımlarının pasta ve dekapan kullanmadan, fazla deformasyona uğramadan kaynak edilmeleri mümkündür. “MAG” kaynak yönteminde koruyucu gaz olarak, CO2 gazı kullanılmaktadır. Plazma Kaynağında ise, argon veya helyum koruyucu gaz ile birlikte ayrıca C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 plazma gazı da kullanılmaktadır. Bazı hallerde argon plazma gazı olarak, helyum da koruyucu gaz olarak kullanılmaktadır. Oksijene aşırı ilgisi olan metalik malzemelerde TIG/WIG ve plazma kaynak yöntemleri kullanılır. TIG/WIG ve plazma gazaltı kaynağında ergimeyen elektrot (saf tungsten yada toryum ve zirkon alaşımlı-DIN 32558) , MIG ve MAG gazaltı kaynak tekniklerinde ise ergiyen elektrot (DIN 8559) kullanılmaktadır. Bunlara ilaveten başka gazaltı kaynak yöntemleri de olmakla birlikte iş güvenliği açısından aynı çerçeve içerisinde yer almaktadırlar (Ertürk,1988, 5-21). TIG/WIG, MIG, MAG ve Plazma kaynak teknikleri ile; çelik, paslanmaz çelik, bakır, alüminyum, nikel, magnezyum v.b. metaller ile bunların alaşımları sorunsuz bir şekilde kaynak edilebilmektedir. Gazaltı kaynak teknikleri ile her pozisyonda kaynak yapılabilir ve metal yığma hızı yüksektir. (Eryürek, 2003,2). 3. GAZALTI KAYNAK MAKİNALARI Genellikle bu tip makinaların giriş voltajları 220 ya da 380 V olmakla beraber, isteğe göre giriş voltajlı makinalar da üretilmektedir. Satın alınacak kaynak makinalarının, TSE onayıyla belgelenmiş ve uluslararası düzeyde ise ISO 9001 sertifikası almış olmasına dikkat edilmelidir. Gazaltı kaynak tekniklerinde kullanılan, kaynak transformatörleri alternatif akım ile çalışırlar. Transformatör-redresör kaynak makinaları ise alternatif akımı doğru akıma çevirirler. 25 Amperden 600 Ampere kadar kaynak makinaları üretimi yapılmaktadır. Bir TIG/WIG kaynak donanımı; kaynak makinası (Güç kaynağı), koruyucu gaz donanımı, torç (pens), bağlantı kablolarından ve gaz tüpünden oluşmaktadır. TIG/WIG kaynağında kullanılan kaynak makinalarının elektrik gücü elde ederek kaynak arkını oluşturmaktır. amacı; uygun akım ve voltta Genelde metallerin doğru akım ile kaynak yapılmalarına rağmen, alüminyum ve magnezyum ile alaşımlarının yüzeylerindeki oksit tabakasının parçalanması açısından alternatif akım ile kaynak yapılması daha uygun olmaktadır. MIG (Metal Inert Gas) –MAG (Metal Active Gas) kaynağında kullanılan kaynak makinaları, doğru akım kaynak makinası (düşen tip veya sabit gerilim kaynak makinaları), torç, kaynak elektrotu, bağlantı kabloları, gaz tüpü ve kaynak akımının geçişini, soğutma suyunun devreye girişini (bu özellik var ise), gazın ve telin hareketini sağlayan kumanda sisteminden oluşmaktadır. Aralarındaki en önemli fark MIG kaynağında argon, MAG kaynağında ise CO2 gazının kullanılmasıdır. Kaynak atölyesinde gaz tüpleri düşme olasılığına karşı kelepçe veya zincir ile sabitlenmeli ve gaz tüpleri ısı kaynaklarına yakın olmamalıdır. Gaz hortumları ezilmelere karşı korunmalıdır. Gaz tüpleri üzerinde bulunan manometreler sık sık kontrol edilmelidir. 4. KAYNAK ELEKTRİK TESİSATINDA İŞ GÜVENLİĞİ İş güvenliği açısından, iyi bir kaynak planı, kusursuz bir kaynak donanımı, iyi aydınlatılmış ve havalandırılmış bir kaynak atölyesi büyük önem arz etmektedir. Kaynak teknikleri, elektrik enerjisinin kullanıldığı bir sahadır. Bu bakımdan öncelikli olarak elektrik kaçaklarının olabileceği söz konusudur. Kusurlu ve arızalı elektrik tesisatı kullanımı sonucu elektrik çarpması söz konusudur. Ayrıca, iş yerin- de elektrik kontağı C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 sonucu yangın çıkabileceği de asla unutulmamalıdır. Bu sebeple iş yerlerinde kimyevi tozlu yangın söndürme cihazları yeterince bulundurulmalıdır. Yanıcı, parlayıcı ve tutuşması kolay olan malzemelerin bulunduğu yerlerde veya patlama tehlikesi olan yerlerde kaynak işlemleri yapılmamalıdır. Elektrik çarpması özellikle kaynak makinası boşta çalışırken meydana gelmektedir. Kaynak yaparken ark gerilimi 20 ila 30 V arasında olmasına karşın, boşta çalışma esnasında 65 ila 100 V arasındadır (Anık,1983, 333). Kaynak işlemine başlamadan önce kaynak makinasının ve tesisatın elektrik donanımı kontrol edilmelidir. Ezilmiş ve örselenmiş kablolar ile çatlamış, kırılmış prizler ve fişler kesinlikle kullanılmamalıdır. Aşırı yüklenen kaynak kablolarında ısınma meydana gelir, kablo izolasyonu erir ve hatta yanabilir. Kullanılacak kablolar maksimum elektrik akımı dikkate alınarak seçilmelidir. Yetkili bir elektrikçi tarafından bu kablolar ve aksamlar aynı özellikteki yenileri ile değiştirilmelidir. Bu esnada kaynak makinasında akım olmamalıdır. Bütün tesisat (kumanda kutusu, kaynak makinası ve diğer parçalar) iyi bir şekilde topraklanmalıdır. Elektriğin insan fizyolojisi için tehlikeli olması farklı koşullara bağlıdır. Elektriğe maruz kalınan süre, elektriğin vücutta izlediği yol elektrik çarpmasının etkilerini değiştirebilir, bu yüzden açıklanabilecek bir insan vücudunun dayanabileceği AC akım değeri yoktur. Ancak, 2 mA akım kas spazmlarına neden olur. 10 mA akım kalbin düzenli atmasını engeller. 20 mA akım kalbin etrafındaki kasları spazma uğratarak kalp atışını durdurur (http://www.biltek.tubitak.gov.tr). Doğru akım 20-30 Volttan sonra çarpılma hissi vermekte ancak tahribat yapmamaktadır. 30 V üstü doğru akım (DC) kaynakları tehlikelidir. AC 50 Volt’dan büyük değerler için) vücuttan geçen hata akımı ölümcül bir kazaya neden olabilir. IEC 60479-1'e göre kaçak akımın 30mA değeri, insan sağlığı açısından sınır değerdir. Kaçak akım koruma şalteri 30 mA (sınır değerinde) ve üstündeki değerlerde devrenin enerjisini ani olarak keserek güvenli bir koruma sağlar (http://percemler.wordpress.com). İnsan vücudundan geçen akımın etkisi, 220 V gerilime çarpılan bir insanın vücudundan yaklaşık 250 mA üzerinde akım geçmektedir. Elektrik akımı geçen vücutta adale krampları oluşması nedeniyle kazaya uğrayan kişi elektriğe tutulduğu yeri bırakamamaktadır. Elektrik akımının akış yönü üzerinde canlının kalbi bulunmuyorsa, kalp atışları hızlanmakta ve düzenliliğini yitirmektedir. Bunun sonucu kalp hareketleri durmakta, solunum ve kan dolaşımı kesilmesi nedeniyle ölüm olayları meydana gelmektedir. İnsan vücudundan geçen akımın şiddeti, gerilime ve vücudun direncine bağlıdır. Vücut direnci derinin yaş yada kuru olmasına, çarpılma yeri ile ayak arası mesafesine göre değişmektedir. Elektrik akımının yönü kalp üzerinden geçtiği takdirde kesin ölüm hali için 50 mA’ lik akım şiddeti yetebilmektedir. İnsan vücudundan geçen akımın etkisi: 1-10 mA: Karıncalanma hissi 10 mA : Kasılma başlaması (Kişi iletkene yapışabilir.) 20-30 mA: Diyafram kasılması (Solunum yolu tıkanma riski) C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 70-100 mA , 500 mA: Kalbin titremeye başlaması ve düzensizleşmesi. Kalbin durması ve ölüm Buradan da görüldüğü gibi akımın çok küçük değeri bile kalbin durmasına ve sonuçta kişinin ölmesine sebebiyet vermektedir (.http://www.federal.com.tr). Kaynakçı, iyi izole edilmiş kuru deri eldiven, kolluk, tozluk, deri önlük veya elbise (yanmaz tulum) ve altı kalın lastikli ayakkabılar giymelidir. Kaynak pensleri, akımı geçirmeyecek şekilde iyi izole edilmelidir. Elektrot kutupları değiştirilirken kaynak makinası kapatılmalıdır. Kapalı ve dar yerlerde kaynak işlerinde yalnız doğru akım kaynak makinaları kullanılmalı ve boşta çalışma gerilimini sınırlayan koruyucu şalter bulundurulmalıdır. Dar ve kapalı yerlerde yapılan kaynak işlerinde kaynakçının metalik kısımlara temasını önleyecek lastik veya kuru tahta altlıklar kullanılmalıdır. Kaynak makinasının bakımı ve tamiri esnasında sistemden elektrik kesilmelidir. Elektrik şoklarında hemen kaynak donanımının elektrik bağlantısı ana şalterden kesilmelidir. Kaynakçıya ilk yardım teknikleri uygulanmalı ve hemen sağlık kuruluşuna götürülmelidir. 5. HAVALANDIRMA Kaynak ve kesme işlemleri esnasında kaynakçının sağlığını etkileyebilecek dumanlar, tozlar ve gazlar oluşur. Kaynakçı, oluşan bu zararlı maddelerden kendisini korumalıdır. Bu nedenle çalışma alanları, kaynak yöntemine, malzemelere ve uygulama koşullarına göre, zararlı maddelerden arındırılmış temiz hava teneffüs etmeyi sağlayacak şekilde planlanmış olmalıdır (www.oerlikon.com.tr). Kaynak yapılan yerdeki oksijen zamanla azalmakta ve dolayısı ile solunum güçleşmektedir. Bundan dolayı kaynak işlemi yapılan atölyelerin sürekli havalandırılması gerekir. Kapalı yerlerde örneğin kazan içinde yapılan kaynak işlemlerinde elektrik ark kaynağında meydana gelen gaz, buhar ve duman aspiratörler vasıtası ile emilmelidir. Dar yerlerde yapılan kaynak işlerinde o yerin sıcaklığı artmakta ve sıcaklığın yanı sıra gaz, duman ve buhardan solunum zorlaşmaktadır. Normal olarak atölyelerde her kaynakçı için yaklaşık 100 m3 ’lük bir hacim öngörülmelidir (Rende, 2002). Havadaki duman konsantrasyonunun 20 mg/m 3 ‘ü geçmemesi gerekir. Kaynak yerinde gaz ölçme cihazları bulundurulmalı ve bu cihazlar her zaman çalışabilir konumda olmalıdır. Bazı zor şartlar altında gaz maskesi kullanmak da gerekebilir. TIG kaynak tekniğinde, başlıca zehirli gazlardan ozon, azotdioksit ve karbon monoksit oluşmaktadır. Kaynak yerine yakın yerde bulunan klorlu hidrokarbon, temizleyici maddelerden de fosgen, triklorethylen ve perklorethylen gazları oluşabilmektedir. MAG kaynağında ise, CO2 gazı üzerine ısının etkisi ile karbonmonoksit gazı açığa çıkmaktadır. MIG kaynağında da çevreye yayılan ultraviyole ışının oksijen üzerine etkisi ile ozon gazı oluşmaktadır. Tüm bu gazlar, kaynakçının sağlığı açısından zararlı gazlardır (Oğuz, 1990, 692). Ayrıca, kullanılan kaynak malzemelerinin malzeme güvenlik bilgilerinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Bu bilgileri kaynak firmaları kullanıcılara vermektedirler. Kaynak malzemesinin içeriği dışında, kaynak ark ısısı ile birlikte, metalik kaplamalardan (galvanizli C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 saç-çinko ve kurşun), boyalardan (çinko ve kurşunlu boyalar) ve yüzey koruyucu bileşiklerden (yağ, gres gibi kirlilikler) zararlı maddeler oluşmaktadır Kurşun, kadmiyum, çinko, krom içeren metallere de kaynak yaparken özel bir dikkat gösterilmelidir. Çünkü bu elementler zararlı ve zehirli maddeler oluşturur. Bu yüzeyinde plastik, yağ ve gres içeren malzemeler için de doğrudur. Yüzeyinde hidroklorikasit veya hidrokarbonlu bileşikler bulunan iş parçaları, kaynak öncesi bu bileşiklerden arındırılmalıdır. Çalışma ortamındaki solunacak havada ( zehirli gaz, duman ve toz miktarı) tehlikeli değerlere ulaşılmaması için, doğal veya teknik bir havalandırma mutlaka yapılmalıdır. Açık havada kaynak yaparken de zararlı maddelerin solunulan havaya girmediğinden emin olunmalıdır. Kazan içleri, penceresiz bodrum alanları, dehlizler, boru hattı, kuyular, tanklar, konteynerler, gemi inşasında hücre v.b. yerler kapalı alanlardır. Dar ve kapalı alanlarda kaynak yaparken, kirli havanın dışarıya atılması veya temiz hava ile çalışma alanının havalandırması yapılmalıdır. Havalandırma ihtiyacına göre, duman emme sistemleri ve duman emme bacaları kullanılmalıdır. Duman emme veya teknik bir havalandırmanın mümkün olmadığı yerlerde, hortumlu solumun cihazları veya basınçlı hava içeren solunum cihazları kullanılmalıdır. Kaynak dumanı kanserojen oranda nikel- bileşikleri veya krombileşikleri gibi maddeler içeriyorsa, özel şartlara göre havalandırma ve hava besleme yapılmalıdır (www.oerlikon.com.tr). Gaz zehirlenmelerinde baş dönmesi, mide bulantısı ve şuur kaybı belirtileri ortaya çıkar. Bu gibi durumlarda hemen sağlık kuruluşlarına gidilmelidir. 6 .KAYNAKÇI KORUMA DONANIMLARI Kaynakçının elektrik çarpmalarına karşı kullanması gereken araç ve gerecin yanında aşağıdaki konularda da bilinçli olması, uygun araç ve gereci kullanması can emniyeti bakımından önem arz etmektedir; kaynak yaparken, koruyucu maske, başlık, koruyucu elbise, güvenlik ayakkabısı, deri önlük, koruyucu tozluk ve deri eldiven gibi kişisel koruyucu malzemelerden yapılan, işe uygun olanları mutlaka kullanılmalıdır. Kaynak yapılırken kaynak makinasından gelen elektrik enerjisi, ark, ısı ve ışığa dönüşmektedir. Bu enerjiden kaynakçı için tehlikeli olan ultraviole, parlak ve enfraruj ışınlar oluşmaktadır. Özellikle göz ve cilt için çok zararlı olan bu ışınlardan kaynakçı kendisini korumalıdır. Parlak ışık, gözleri kamaştırır. Bunun için gözler uygun maske ile korunmalıdır. Arkın şiddetine göre çeşitli koyulukta koruyucu camlar geliştirilmiştir. Örneğin 20 ila 80 Amper için çok açık, 250 ila 500 Amper için koyu camlar kullanılmalıdır. Enfraruj ışınlar kaynakçıya sıcaklık verir, bunun önlenmesi için koruyucu bir elbise ile vücut korunmalıdır. Kaynakçı için en tehlikeli ışın ultraviole ışındır. Bu ışın, gözde ve ciltte yanıklara sebep olmaktadır. Yan yana çalışan kaynakçıların arasına perde konulmalıdır Kaliteli maske ve camları ile eldiven kullanılmalı ve koruyucu deri elbise giyilmelidir. (Anık, 1983, 335, Rende, 2002, Anık, 1980, 355, 356). LCD otomatik kararan kaynakçı başlıkları geliştirilmiş olup piyasada satılmaktadır. Ayrıca, gaz ve zerreciklere karşı koruyucu olan motorlu solunum sistemi ve hava beslemeli sistemler de firmaların ürün yelpazelerinde yer almaktadır. Kaynakçı koruma donanımlarına ait bazı standartlar şöyledir. Kaynakçı koruyucu maske cam filtresi DIN 4646-DIN 4647 T.1; Kaynakçı gözlüğü DIN 58211-VwB 6, 7 ; Yüz ve baş C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 maskesi DIN 58214-VwB 6, 7; Kaynakçı eldiveni DIN 4841; Deri önlük veya SeS ( yanmaz koruyucu giysi) (www.oerlikon.com.tr/pls/oerlikon/!TEC_PKG.safetyandhealth?). 7. GÜVENLİK VE SAĞLIK UYARI İŞARETLERİ 4857 sayılı İş Kanunu’nun 78 inci maddesine göre çıkarılmış olan, Güvenlik ve Sağlık İşaretleri Yönetmeliğine göre belirlenen bazı uyarı işaretleri aşağıda verilmektedir ( http://www.calisma.gov.tr/birimler/isggm/isaret_yonetmeligi.htm). İlk Yardım Telefonu Yangın Telefonu Şekil 1. 4857 sayılı İş Kanunu’na göre bazı uyarı işaretleri Makale konusu ile ilgili kişilere fikir vermesi açısından, şekil 2 de bazı uyarı levhalarına örnekler verilmektedir. (http://www.agsmarket.com/default.asp?git=7&kategori=10038). C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Şekil 2. Bazı uyarı levhalarından örnekler 8. SONUÇ VE ÖNERİLER Bu makalede, gazaltı kaynakçısı olarak istihdam edilecek elemanlara yönelik teknik, iş güvenliği, işçi sağlığı, standartlar ve yönetmelikler hakkında yol gösterici olarak bilgiler verilmektedir. 1. Kaynak tekniğinde, iş güvenliğinin amacı; çalışan kaynakçıyı korumak, kaynak atölyesinde veya iş yerinde rahat ve güvenli bir ortam sağlamak ve alınacak tedbirlerle iş kazalarını önlemek ve böylece verimi artırmak olmalıdır. 2. İş yerlerinde, sertifikalı kaynakçılar istihdam edilmelidir. Eğitimli kaynakçı yetiştirmek için açılan kurslardan faydalanılmalı ve kaynakçıların yeterlilik sınavlarına girerek sertifika almaları sağlanmalıdır. Bu konuda, Türk Standartları Enstitüsü’nün vermiş olduğu hizmetlerden faydalanmalıdır. 3. Türkiye, Avrupa Birliğine girme sürecinde olup, iş güvenliği bakımından Avrupa standartlarına uyum sağlamak zorundadır. İş güvenliği açısından standartların gözden geçirilmesi ve eksikliklerin giderilmesi gerekmektedir. 4. Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı’nın yayınlamış olduğu tüzük ve mevcut standartlarda koruyucularla çalışma ve dikkat edilecek hususlar belirtilmiş ise de çoğu zaman C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 uygulanmadığı görülmektedir. Gerek can ve mal güvenliği, gerekse ülke ekonomisinin kayıplarını önlemek için iş yerlerinde gerekli önlemler ihmal edilmeden uygulanmalıdır. 5. "Gazaltı Kaynakçısı Meslek Standardı", ISCO-88 sınıflandırma sisteminde "Kaynakçılar ve Alevle Kesiciler" ünite grubunda (Ana Grup 7, Alt-Ana Grup 72, Alt Grup 721 ve Ünite Grubu 7212) yer almaktadır. 6. İşverenin ve çalışanın yükümlülükleri yönetmelik ile belirlenmiş ve yayınlanmıştır (Resmi Gazete, 07.04.2004 tarih ve 25426 sayı). Gerek işverenler gerekse çalışanlar bu yükümlülüklerini öğrenmeli ve yerine getirmelidir. Ayrıca, kaynak işleri ağır ve tehlikeli işler sınıfına girmekte ve bu konu ile ilgili olarak da “Ağır ve Tehlikeli İşler Yönetmeliği” yayınlanmış (Resmi Gazete Tarih 16.06.2004 ve 25494 sayı) olup, kaynakçıların bu yönetmeliği mutlaka okumaları gerekmektedir. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 9. KAYNAKLAR 1. ERTÜRK,İ., Gazaltı Kaynak Teknikleri, Türkiye Halk Bankası A.Ş.,TŞOF Plaka Matbaacılık Tic. Ve San. A.Ş.,Ankara, 1988,5-21 2. ERYÜREK, İ.B., Gazaltı Kaynağı, 2. Baskı,Kaynak Tekniği Sanayi ve Tic.A.Ş.İstanbul,2003, 2 3. ANIK, S., Kaynak Teknolojisi El Kitabı, Ergör Matbaası, İstanbul, 1983, 333-335 4.http://www.biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz/index.php?kategori_id=20&sor u_id=2339) 5. http://percemler.wordpress.com/2007/02/07/elektrik-carpmasi-ve-sonuclari 6. http://www.federal.com.tr/tr/urun.php?pd_id=60&pg_id=186&lan=tr 7. www.oerlikon.com.tr/pls/oerlikon/!TEC_PKG.safetyandhealth? 8. RENDE,H., Kaynak Tekniğinde ve Demir Kesme İşleminde İş Güvenliği, Mühendis ve Makina, Mayıs 2002,Sayı 508, Cem Web Ofset, Ankara, 2002 9. OĞUZ. B., Demirdışı Metallerin Kaynağı, Oerlikon Yayınları, Erdini Basım ve Yayınevi, İstanbul, 1990, 692 10. ANIK, S., Kaynak Tekniği, Cilt I,İstanbul Teknik Üniversitesi Makine Fakültesi Ofset Atölyesi, Üçüncü Baskı, İstanbul, 1980, 355,356 11. http://www.calisma.gov.tr/birimler/isggm/isaret_yonetmeligi.htm 12. http://www.agsmarket.com/default.asp?git=7&kategori=10038 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 MİKROİŞLEMCİLER DERSİ LABORATUARI İÇİN YENİ DENEY SETİ TASARIMI Mustafa Engin1, Dilşad Engin2 ÖZET Bu çalışmada her öğrencinin kendi mikroişlemci deney setini dersin işleyişine bağlı olarak adım adım gerçekleştirdiği bir modüler deney seti tasarlanmış ve kullanımı için önerilmiştir. Öğrenciler gereksinim duyduklarında deney setlerine yeni donanımlar ekleyebilecek ve bu donanımlar için yeni programlar yazabileceklerdir. Yeni önerilen sistemde her öğrenciye bir görev verildiği için aktif olarak görevi yerine getirmeyen öğrenci dersten geçer notu alamayacaktır. Ayrıca öğrenci kendi deney setinin montaj ve lehimini yaptığı için ek bir beceri kazanmış ve gerçek iş hayatına daha yakın bir uygulama yapmış olacaktır. Anahtar sözcükler: Mikroişlemciler, mikrodenetleyiciler, 8051 uygulamaları. ABSTRACT In this paper microprocessor course experiments in which students must implement their own evaluation board step by step according to the course schedule has been described. Students can program a routine and design hardware whenever they need. Furthermore, since assignments are given to each student rather than to a group of students, none of the students who attends this course could obtain a grade without active participation. The implementation of evaluation board with mounting and soldering helps students to gain a more concrete understanding of the real world. Keywords: Microprocessors, microcontroller, 8051 applications. 1. GİRİŞ Genç nüfusun her geçen gün arttığı ve mevcut eğitim imkânlarının yetersiz kaldığı ülkemizde, araştıran, kendi kendine öğrenen ve öğrendiklerini uygulayan, üreten ve geliştiren bir bilgi toplumu oluşturabilmek için yeni ve ucuz eğitim materyalleri geliştirmek eğitimcilerin bir görevi olmalıdır. Özellikle teknik eğitim veren okullar kullandıkları laboratuar araç ve gereçleri kendi olanakları ile üretip geliştirerek öğrencilerin kullanımına sunmalıdır. Bunu yaparken klasik ders materyallerini gelişen teknolojiye uyarlayarak, öğrencilerin ders saatleri dışında da zaman ve mekândan bağımsız olarak söz konusu materyallere erişmelerine olanak tanınmalıdır. Bu çalışmada, Ege Üniversitesi Ege Meslek Yüksekokulu Endüstriyel Elektronik, Endüstriyel Otomasyon, Elektronik Haberleşme, Biyomedikal Cihaz Teknolojisi programlarında verilen mikroişlemciler dersi laboratuar uygulamalarında kullanılmak üzere her öğrencinin kendisinin montajını yapabileceği, güncel bir mikroişlemci içeren, yazılım ve donanımını birlikte öğretmeyi hedefleyen, her öğrencinin sahip olabileceği kadar maliyeti düşük bir deney seti tasarlanmıştır. 2. MİKROİŞLEMCİLER DERSİNİN GELİŞİMİ 1 mustafa.engin@ege.edu.tr,Yar.Doç.Dr. Ege Üniversitesi Ege Meslek Yüksekokulu Endüstriyel Elektronik Programı Bornova, İzmir, 35100 2 Dilsad.engin@ege.edu.tr, Öğr.Gör.Dr. Ege Üniversitesi Ege Meslek Yüksekokulu Endüstriyel Otomasyon Programı Bornova, İzmir, 35100 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 1974 yılında Intel firmasının ilk 8 bit mikroişlemciyi dünyaya tanıtmasından sonra birçok firma değişik özelliklere sahip mikroişlemciler üretmişlerdir. Bazı firmalar tüm uygulamalarda kullanılmak üzere genel bir mikroişlemci mimarisini benimserken bazıları da kullanılacağı uygulamaya yönelik özel mikroişlemci mimarisini tercih etmişlerdir (McKenzie, 1998). Günlük yaşantımızda kullandığımız saat, hesap makinesi, bilgisayar, otomobil, çamaşır makinesi, buzdolabı, fırın, klima gibi araçların hepsi bir veya birden fazla mikroişlemci içermektedir Mikroişlemciler 1980’li yılların sonlarına kadar sayısal elektronik dersinin bir konusu olarak üniversitelerde öğrencilere öğretilmiştir. 1990’lı yılların başından itibaren önemi kavranmış ve ayrı bir ders olarak okutulmaya başlamıştır. Mikroişlemcilerin kullanımın yaygınlaşması ile mikroişlemci üreticileri tarafından üretilen SDK–85, SDK86, ET3400, MEX68KE, MMD–1, MVME–105, IMSAI–8080, LABVOLT–65 gibi deney setleri mikroişlemciler laboratuarında kullanılmaya başlanmıştır. Bu deney setleri monitör ROM, RAM bellek, CPU, keyboard, 7-elemanlı LED gösterge ve diğer elemanları bağlamaya yarayan konnektörlerden oluşmaktaydı ve fiyatları $250-1500 aralığında değişmekteydi (Jeon, 2000). Bu tür deney setlerinin kullanıldığı mikroişlemci laboratuarlarında ilk yıllarda öğrencilerde görülen deney yapma isteğinin mikroişlemcilerin teknolojisinin çok hızlı gelişmesi nedeniyle üçüncü ve dördüncü yıllarda kaybolduğu görülmüştür. Diğer bir sorun ise donanım deneylerinde öğrencilere getirdiği kısıtlamalardır. Hatta birçok öğrenci mikroişlemcinin donanımını kara kutu olarak görmüş ve anlamaya çalışmamıştır (Becker ve Andetal, 2003). Bu tür deney setlerine öğrencilerden gelen eleştiriler ise iki temel başlık altında toplanmaktadır. Birincisi deney setinin sadece laboratuarda ve kısıtlı zamanda kullanılabilmesi sonucu yeterli deneme yapma şanslarının olmaması, ikincisi ise deney guruplarının kalabalık olmasıdır. Bunun sebebi de deney setlerinin maliyetinin yüksek olması nedeniyle okullar tarafından az sayıda satın alınmasıdır (Reinhardt, 2000). Meslek yüksekokullarında okutulan Mikroişlemciler dersinin içeriği 2003 yılında MEBYÖK projesi kapsamında mikroişlemcilerin yapısını, programlamasını ve sistem tasarımını kapsayacak şekilde ve yeni teknolojik gelişmeler dikkate alınarak yeniden düzenlenmiştir (MEB-YÖK, 2003). Mikroişlemciler dersi meslek yüksekokullarında Endüstriyel Elektronik, Elektronik Haberleşme, Endüstriyel Otomasyon, Biyomedikal Cihaz Teknolojisi ve seçmeli ders olarak Elektrik ve Ev Gereçleri programlarının müfredatlarında yer almaktadır. Tüm bu programların ortak bir mikroişlemci laboratuarını kullanmaları öngörülmektedir. 3. MİKROİŞLEMCİ DENEY SETİNİN SAHİP OLMASI GEREKEN ÖZELLİKLER Mikroişlemci dersinin amacı öğrencilere bir mikroişlemcinin yapısını, çalışmasını ve programlamasını öğretmenin yanı sıra mikroişlemci kullanılarak sistem tasarımını da öğretmektir. Bu hedeflere ulaştıracak deney seti; derste öğretilen teorik bilgiyi destekleyen deney yapmasına olanak tanıyan, devre elemanları güncel, ucuz ve kolaylıkla elde edilebilir, kullanımı basit, öğrenci gözetimsiz çalıştığında zarar verecek parça içermeyecek şekilde tasarlanmalıdır. Ayrıca kullanımı sırasında gereksinim duyduğu cihazlar laboratuarda bulunan standart cihazlar olmalıdır. 4. DENEY SETİNİN KAPSAMI Endüstri, bilgisayarlardan farklı olarak 8 bit, hızı ve belleme kapasitesi düşük olan fakat içerisinde sayıcı, seri port, paralel port, analog-sayısal ve sayısal-analog dönüştürücüler gibi birimler yer alan mikroişlemcilere gereksinim duyar. Endüstrinin bu ihtiyacına yanıt verecek C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 ilk işlemci 1980 yılında Intel firması tarafından mikrodenetleyici adı verilerek üretilmiştir. Bu mikrodenetleyici 8 bit bir mikroişlemci ve endüstride sıkça kullanılan sayıcı, paralel port, seri port ve yeterli miktarda bellek içeren bir tümdevredir. Mikrodenetleyici üretimi yıllık ortalama %13 artarak 2005 yılında 4,5 milyar adede ulaşmıştır (SIA, 2006). 2000 yılından sonra mikroişlemciler dersinde 8 bit mikroişlemcilerin yeni tasarımlarda kullanılmamaları nedeniyle mikrodenetleyiciler öğretilmeye başlanmıştır. Genellikle dünyadaki üniversiteler güncel olmaları nedeniyle MCS–51, 68HC11XX veya PIC ailesi mikrodenetleyicilerden birini mikroişlemciler dersinde öğretmektedirler. (Gümüşkaya, 1998), (Peatman, 1998), (Yeralan ve arkadaşları, 1995), (Predko, 1999). MCS–51 ailesi mikrodenetleyiciler 8 bit CPU, 16 bit sayıcı, RAM veri belleği, FLASH program belleği, paralel ve seri port, kesme denetleme birimi ve boolean işlemcisi içermektedir (Intel, 1994). İhtiyaç duyulduğunda dışarıdan bellek bağlamak için gerekli adres, veri ve denetim hatları mevcuttur. Yazaç ve bellek yapısının gelişmeye açık olarak tasarlanması nedeniyle sürekli olarak yenilenmiştir. Bu nedenle 8051’in üretim hakkını Intel’den 17 firma satın almış ve kendi pazarlarına yönelik olarak geliştirmişlerdir. Yazılım ve donanım olarak geriye dönük uyumlu olması tasarımcılar için büyük avantajdır. Bugün en yaygın kullanılan mikrodenetleyicidir. 68HC11XX ailesi mikrodenetleyiciler ilk olarak Motorola firması tarafından üretilmiştir. Daha sonra üretim hakkı Freescale Semiconductor firmasına devredilmiştir. Bugün 25 farklı çeşidi üretilmektedir. En yalın üyesi 68HC11D0’ın içerisinde 8 bit CPU, 4 adet paralel port, 1 adet seri port, 192 bayt RAM veri belleği, 4096 adet FLASH EEPROM program belleği ve kesme denetleme birimi yer almaktadır (Freescale, 1994). Yazılım ve donanım olarak yeni üretilen üyeleri eski üyelerine uyumludur. İçerideki program veya veri belleği yetersiz kaldığında dışarıdan bellek eklemek için adres, veri ve denetim hatları mevcuttur. PIC ailesi mikrodenetleyiciler Microchip firması tarafından 1990’lı yılların başında kullanımı basit ve ucuz mikrodenetleyici olarak pazara sunulmuştur. Microchip firması diğer firmaların aksine her işe uygun genel mikrodenetleyiciler üretmek yerine basit, orta, gelişmiş ve çok gelişmiş olmak üzere dört farklı grupta mikrodenetleyici üretmiştir. Her grup temel olarak 8 bit CPU, program belleği, RAM bellek, sayıcı, paralel port ve kesme denetleme birimi içermektedir (Morton, 2001). Kullanım alanına uygun olarak bu temel yapıya yeni birimler eklenmiştir. Her gurubun komutları, bellek yapısı ve çalışma şekli farklıdır. Çoğu yeni üyesi eski üyelerine donanım ve yazılım olarak uyumlu değildir. Dış bellek kullanımına sadece gelişmiş grupta izin verilmiştir. Bu üç mikrodenetleyici ailesinin en çok kullanılan üyeleri belirlendi ve bu mikrodenetleyici fiyatları, bulunabilirlik ve yazma sayılarına göre Tablo-1’ de karşılaştırıldı. Karşılaştırma sonucunda yazma-silme sayısının çok düşük olmasına rağmen fiyatının düşük olması ve kolay bulunabilmesi nedeniyle AT89S52’nin deney setinde kullanılmasına karar verildi. Tablo–1. Üç farklı aileden mikrodenetleyicilerin karşılaştırılması 3 Mikrodenetleyici Fiyat (YTL)3 Bulunabilirlik Yazma Sayısı AT89S52 3-4 Mümkün 1000 PIC16F877 10-13 Mümkün 100000 İzmir’de satış yapan 3 farklı firmadan alınmıştır. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 68HC11E 10-17 Sipariş ile 100000 Mikrodenetleyiciye bilgi girişi yapmamızı sağlayan giriş elemanı olarak matris dizili hex keyboard ve AD0832 analog sayısal dönüştürücüsü kullanıldı. Deney setinde gösterge olarak sayısal verileri doğrudan gösterebilen LED, 7-elemanlı LED gösterge, dot-matris LED gösterge, LCD gösterge kullanılmıştır. Bunların dışında çıkış elemanı olarak mikroişlemcinin çıkış portlarından yüksek akım girişli elemanların sürülebilmesi için içerisinde 8 adet transistör bulunan ULN2803 entegresi kullanılmıştır. Giriş ve çıkış elemanlarına ek olarak deney seti üzerine gerçek zaman saati entegresi DS1307, bilgisayar ile seri veri iletimi olanaklı kılan MAX232C entegresi ve veri saklamak için kullanılan 24C64 EEPROM entegresi eklenmiştir. Bunlara ek olarak dışarıdan istenilen başka birimler bağlamak amacıyla genişleme konnektörleri yerleştirilmiştir. Bilgisayardan makine dili programını mikroişlemcinin program belleğine yazmak için mikroişlemcinin üreticisi Atmel firması tarafından şeması verilen ATMEL ISP4 kablosu deney seti donanımına eklenmiştir. Şekil-1’de deney setinin blok şeması verilmiştir. Öğrenciler her hafta yapacakları deneylere uygun olarak elemanları lehimleyip mikroişlemci deney seti montajını tamamlarlar. Deney setinin açık şeması ek-A’da verilmiştir. Ayrıca açık şema, baskı devre şeması ve elemanlar hakkındaki ayrıntılı bilgiler web5 sayfasından elde edilebilir. Şekil-1. Deney setinin blok diyagramı. 5. DENEYLERİN KAPSAMI Öğrenci deney setini kullanmadan önce deney setini yazılım olarak simülasyonunu yapabilen ve ücretsiz olarak internet üzerinden elde edilebilen bilgisayar programları ile 8051’in komutlarının kullanımını ve içerisinde yer alan birimlerin başlangıç ayarlarını yapmayı öğrenir (keil, 2006, Ride, 2006). Bu aşamadan sonra deney seti üzerinde yer alan osilatör, reset, programlama ve besleme devrelerinin montajını yaparak deney setini çalıştırır. Bilgisayarda 8051 assembler programını açar ve kendisine verilen test programını yazarak 4 5 http://www.atmel.com/dyn/products/tools_card.asp?tool_id=2877 http://sorubank.ege.edu.tr/~mengin C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 derler. Elde ettiği makine programını mikrodenetleyiciye yazarak çalıştırır. İstediği sonucu elde edemediği durumda osilaskop ve ölçü aleti kullanarak arıza araması yapar. Sıradaki deneyi tamamlamadan bir sonraki deneye geçemez. Öğrenci deney setini çalıştırdıktan sonra sırasıyla veri aktarma, aritmetik, mantık, bit işlem yapan, komutlarla dallanma ve bağlanma komutlarını kullanarak port hatlarını denetleyen programlar yazar ve deney setinde çalıştırır. Deneylerin ikinci aşaması portlara bağlanan çevre birimlerini kullanımını kapsar. Bu aşamada öğrenci keybord, 7-seg, dotmatrix ve LCD gösterge bağlantılarını yapar ve bu birimleri kullanmaya yönelik altprogramları yazarak çalıştırır. Son aşamadaki deneylerde öğrenci, mikrodenetleyicinin üzerinde yer alan birimler ile sonradan eklenen LCD, DAC, ADC, RS-232 bağlantısı, step motor, röle gibi birimleri birlikte kullanan programları yazarak çalıştırır. 6. ÖRNEK DENEY: LCD GÖSTERGENİN KULLANIMI Bu deney öncesi derste LCD göstergelerin yapıları ve programlama teknikleri öğrenciye anlatılır. Öğrenci laboratuara gelmeden önce LCD göstergede görüntülenmesi istenen mesajı görüntüleyecek ana programı derste anlatılan altprogramları kullanarak yazar. Laboratuarda hazırladığı programı 8051 assembler programının editöründe yazarak kaydeder. Yazılan program assembler programında derlenerek makine diline dönüştürülür. Bu aşamada yazım hataları var ise düzeltilir. LCD göstergenin veri yaprakları kullanılarak bacak numaraları ve deney seti açık şeması kullanılarak bağlantıları belirlenerek LCD gösterge deney setine bağlanır. Deney setine güç verilir ve elde edilen makine programı Atmel ISP programı kullanılarak paralel port vasıtasıyla mikrodenetleyicinin program belleğine yazılır. Program üzerinden deney setine run moduna alınır. İstenilen mesaj göstergede görüntülenecektir. Eğer göstergede herhangi bir görüntü yok ise LCD göstergenin kontrast ayar potansiyometresi ayarlanarak görüntünün gelmesi sağlanır. Şekil-2’de deney setinin ve LCD deneyin tamamlanmış resmi verilmiştir. LCD deneyinde yazılan kaynak program ek-B’de verilmiştir. 7. BULGULAR VE GÖZLEMLER Öğrenciler tasarlanan deney setini ilk defa 2002 yılında kullanmaya başladılar. İlk yılında deney seti breadboard üzerinde adım adım hazırlandı, fakat öğrencilerin deney setini taşımaları sırasında bağlantılarda oluşan kopmalar bazı haftalar sağlıklı deney yapılmasına engel oldu. Sonraki yıllarda baskı devre kartı hazırlandı ve öğrenciler bu kart üzerinde deney setini adım adım hazırladılar. Deneylerin içeriği ise temelde bugünkü ile benzerdi, her yıl gelişen teknolojiye bağlı olarak eskiyen çevre birimleri çıkarıldı bunların yerine yeni çevre birimleri eklendi. Yeni eklenen birimlere göre deneyler her yıl tekrar düzenlendi. Bu yöntem öğrencileri gerçek iş yaşamına önceki yönteme göre daha iyi hazırlamaktadır. Önerilen yöntem öğrencilerin ve öğretim elemanının sorumluluklarını arttırmıştır. Fakat buna rağmen öğrencilerin yaptıkları deneylerden zevk almaları sonucunda yöntemin uygulanmaya başlandığı 2002 yılından sonra öğrencilerin yılsonu başarı notları incelendiğinde sınıfın not ortalamasında 2001 yılına göre ortalama %23’lük artış belirlenmiştir. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Şekil-2. deney setini tamamlanmış hali ve LCD deneyinden bir görünüm. 8. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Hazır deney setinin kullanıldığı eski uygulamadan farklı olarak yeni geliştirilen deney seti sayesinde öğrenciler mikroişlemciler laboratuarında yazılım ve donanım deneylerini daha iyi anlayacak ve mikrodenetleyicileri projelerinde kullanmaktan kaçınmayacaklardır. Öğrenciler istedikleri zaman ve istedikleri yerde deney setlerine yeni donanımlar ekleyebilir ve bu donanımlar için yeni programlar yazabilirler. Yeni önerilen sistemde her öğrenciye bir görev verildiği için aktif olarak görevi yerine getirmeyen öğrenci dersten geçer notu alamayacaktır. Ayrıca öğrenci kendi deney setini kendi lehimlediği için ek bir beceri kazanmış ve gerçek iş hayatına daha yakın bir uygulama yapmış olacaktır. EK-A Tasarlanan Deney Setinin Açık Şeması A B C +5 a b c d e f g dp P 1.3 P 1.2 P 1.1 P 1.0 K 00 7 6 4 2 1 10 9 5 RESET RS1 10 uf P 3.4 P 3.5 P 3.2 P 3.3 a b c d e f g dp G1 7SEG R2 8K2 RST 27 p C2 X1 27 p C1 3K3 S13 S9 S5 S1 k 8 C3 +5 19 31 1 a b c d e f g dp 14 15 12 13 9 18 12 Mhz P1.4 D k 3 1 2 3 4 5 6 7 8 S14 S10 S6 S2 K 01 7 6 4 2 1 10 9 5 T0 T1 I NT0 I NT1 a b c d e f g dp G2 7SEG AT89C52 R ES ET X2 X1 EA/VP P 10/T P 11/T P 12 P 13 P 14 P 15 P 16 P 17 U1 MOSI P 1.0 P 1.1 P 1.2 P 1.3 P 1.4 MOS I MIS O S CK R1 S15 S11 S7 S3 k 8 P 1.0 P 1.1 P 1.2 P 1.3 P 1.4 MOS I MIS O S CK k 3 1 2 3 4 5 6 7 8 MISO S16 S12 S8 S4 250-8 1 2 3 4 5 6 7 8 K2 RD WR R XD TXD A LE/P P SE N P 20 P 21 P 22 P 23 P 24 P 25 P 26 P 27 P 00 P 01 P 02 P 03 P 04 P 05 P 06 P 07 9 14 8 5 1 7 2 17 16 10 11 30 29 21 22 23 24 25 26 27 28 39 38 37 36 35 34 33 32 1 2 3 4 5 6 7 8 K7 1 2 3 4 5 6 7 8 K5 1 2 3 4 5 6 7 8 P2 +5 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 P 2.0 P 2.1 P 2.2 P 2.3 P 2.4 P 2.5 P 2.6 P 2.7 250-8 39 +5 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 K8 1 2 3 4 5 6 7 8 K6 P 0.7 P 0.6 P 0.5 P 0.4 P 0.3 P 0.2 P 0.1 P 0.0 +5 2X16 LCD K 00 K 01 K 02 K 03 K 04 K 05 K 06 K 07 250-8 RP1 1Kx8 a b c d e f g dp 250-8 G ND V cc V ee RS L CD RW EN D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 K ATOT A NO T LCD1 K 00 K 01 K 02 K 03 K 04 K 05 K 06 K 07 P 3.0 P 3.1 P 3.2 P 3.3 P 3.4 P 3.5 P 3.6 P 3.7 250-8 P 3.5 P 3.6 P 3.7 P 2.0 P 2.1 P 2.2 P 2.3 P 2.4 P 2.5 P 2.6 R3 P 2.7 10 k 2 P 0.7 P 0.6 P 0.5 P 0.4 P 0.3 P 0.2 P 0.1 P 0.0 G3 5X7 DOTMATRIX Gösterge P 3.7 P 3.6 P 3.0 P 3.1 P 2.0 P 2.1 P 2.2 P 2.3 P 2.4 P 2.5 P 2.6 P 2.7 P 0.0 P 0.1 P 0.2 P 0.3 P 0.4 P 0.5 P 0.6 P 0.7 250-8 C1 C2 C3 C4 C5 K00 13 3 K01 4 K02 K03 10 6 K04 K1 250-8 SCK K3 1 2 3 4 5 6 7 8 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 SW DIP-8 K12 620 1 2 3 CON8 8 7 6 5 4 3 2 1 K15 1 2 3 4 5 6 7 8 R4 S17 D1 2 1 C9 10 uf V- 3 ULN2803 4 RP2 10K 2 16 3 1 7 8 14 13 14 10 11 13 12 QA QB QC QD QE QF QG QH Q H' V+ VCC C 1- C 1+ 15 1 2 3 4 5 6 7 9 3 18 17 16 15 14 13 12 11 CON8 1 2 3 4 5 6 7 8 +K16 5 G ND 1 2 3 4 5 6 7 8 15 6 5 4 10 9 11 12 CON8 V- C 2- C 2+ T2I N R 2O UT C10 10 uf C8 10 uf P 3.1 P 3.0 250-4 4 3 2 1 K11 100 D ate : File : B S ize 250-3 1 2 3 K14 AD0832 C H1 C H0 100nF D11 3 2 +5 250-3 1 2 3 +5 +5 K13 100nF C13 SARI LED 4 C14 R ev ision 100nF A B C D 31-Jul-2007 S he et of C :\Docum ents a nd Se ttings\M. D raEngin\B wn By :elgele rim \2006protel\2006.ddb 4 Num be r 10 k CS 2 4 6 8 10 HEADER 5X2 1 3 5 7 9 JP1 D10 Yeşil LED + 5 C12 470 R6 MOSI SCK MISO RST DO DI C LK U6 +5 P1 1 6 5 7 MOS I SCK MIS O R ST 100nF C11 + 5 V CC R5 2K2 C6 3 Title O UT K 00 K 01 K 02 K 03 K 04 K 05 K 06 K 07 K9 7805 IN U2 T1I N R 1O UT 1 2 3 4 5 6 7 8 MAX232C T2O UT R 2I N T1O UT R 1I N U5 SN74HC595D S ER S RC LR S RC LK OE R CLK U4 1 100nF 1000 uF C4 C5 3 IN 1 O UT IN 2 O UT IN 3 O UT IN 4 O UT IN 5 O UT IN 6 O UT IN 7 O UT IN 8 O UT D IO DE CLAMP U3 +5 C7 10 uf +5 1 2 3 4 5 6 7 8 10 AC 16 15 14 13 12 11 10 9 V+ BRIDGE2 AC D9 K10 250-8 7 V AC 2 1 K4 250-3 8 GND VCC/REF 4 1 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 EK-B LCD Gösterge Deneyinin Kaynak programı ;Bu program LCD'yi başlangıç koşullarına ayarlar ve LCD'ye "LCD DENEYİNİ YAPTIM" ;yazısını yazdırır ;********************************************************** C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 ; LCD BAĞLANTILARI LCD_EN equ P3.7 LCD_RS equ P3.5 LCD_RW equ P3.6 LCDATA equ P2 ;************************************************************ org 0 Ana_program: call INIT_LCD ;LCD'nin başlangıç ayarlarını yap acall CLEAR_LCD ;LCD'yi temizle imleci evine döndür. mov a, #10000000b ;1.satır, 0. karakterden başla call LCD_ADRES ;adresi yazdır mov dptr,#mes1 ;görüntülenecek diziyi belirle call W_MSG ;sıfır ile sonlandırılmış diziyi görüntüle mov a,#11000000b ;kinci satıra geç call LCD_ADRES ;adresi yazdır mov dptr,#mes2 ;görüntülenecek diziyi belirle call W_MSG ;sıfır ile sonlandırılmış diziyi görüntüle sjmp $ ;bitti bekle ;LCD ile ilgili altprogramlar ;*************************************************************** CLEAR_LCD: Clr LCD_RS ;Komut işlemi Clr LCD_RW ;Yazma İşlemi Setb LCD_EN ;E vurusunu başlat MOV LCDATA,#01h ;LCD temizle CLR LCD_EN ;E vurusunu bitir Call WAIT_LCD ;Meşgul bayrağını test et RET ;İmleci Akümülatördeki adrese götürür, Değişen yazaç: Yok ;************************************************************ LCD_ADRES: clr LCD_RS ;Komut işlemi clr LCD_RW ;Yazma İşlemi setb LCD_EN ;E vurusunu başlat mov LCDATA, A ;Adresi LCD'ye yaz clr LCD_EN ;E vurusunu bitir call WAIT_LCD ;Meşgul bayrağını denetle ret ;LCD'yi resetler kullanıma hazırlar, Değişen yazaç: Yok ;************************************************************ INIT_LCD: Clr LCD_RS ;Komut işlemi Clr LCD_RW ;Yazma İşlemi Setb LCD_EN ;E vurusunu başlat MOV LCDATA,#38h ;function set komutu 0 0 1 DL N F x x CLR LCD_EN ;E vurusunu bitir Call WAIT_LCD ;Meşgul bayrağını test et Setb LCD_EN ;E vurusunu başlat MOV LCDATA,#38h ;function set komutu ikinci kez CLR LCD_EN ;E vurusunu bitir Call WAIT_LCD ;Meşgul bayrağını test et Setb LCD_EN ;E vurusunu başlat MOV LCDATA,#38h ;function set komutu üçüncü kez CLR LCD_EN ;E vurusunu bitir Call WAIT_LCD ;Meşgul bayrağını test et, göstergeyi aç Clr LCD_RS ;Komut işlemi Clr LCD_RW ;Yazma İşlemi Setb LCD_EN ;E vurusunu başlat MOV LCDATA,#0Eh ;Göstergeyi aç/kapa, imleci aç/kapa, imleci kırpıştır CLR LCD_EN ;E vurusunu bitir Call WAIT_LCD ;Meşgul bayrağını test et Clr LCD_RS ;Komut işlemi C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Clr LCD_RW ;Yazma İşlemi Setb LCD_EN ;E vurusunu başlat MOV LCDATA,#06h ;Entry mode komutu 0 0 0 0 0 1 I/D S CLR LCD_EN ;E vurusunu bitir Call WAIT_LCD ;Meşgul bayrağını test et WAIT_LCD: mov r1,#100 bekle: mov r0,#255 djnz r0,$ djnz r1,bekle ret ;Akümülatörün içerisindeki ASCII kodu LCD'ye yazar giriş: akümülatör (00-FF) ;************************************************************ WRITE_TEXT: SETB LCD_RS ;Veri işlemi SETB LCD_EN ;E vurusunu başlat MOV LCDATA,A ;ASCII kodu LCD'ye gönder CLR LCD_EN ;E vurusunu bitir Call WAIT_LCD ;Meşgul bayrağını test et RET W_MSG: Clr a movc a,@a+dptr ; Karakteri diziden al jz son ; Karakter == null ise bitir call WRITE_TEXT ; değilse görüntülemeye devam et inc dptr ; sonraki karakteri işaretle (point) sjmp W_MSG son: ret ;****************************************************************************** mes1: db " LCD DENEYiNi ",0 mes2: db " YAPTIM ",0 end RET C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 9. KAYNAKLAR 1. Becker, J. E., C. Bieser, A. Thomas, K. D. Müller-Glaser, Hardware /Software Co-Training by FPGA/ASIC Synthesis and programming of a RISC Microprocessor-Core Proceedings of the 2003 IEEE International Conference on Microelectronic Systems Education (MSE’03) p 111-113 2. Freescale Semiconductor, 1994. http://www.freescale.com/webapp/sps/site/taxonomy Gümüşkaya Haluk, Mikroişlemciler Ve 8051 Ailesi, Alfa yayınları, ISBN 975-316-086-01, İstanbul, 2002. 3. Intel, http://developer.intel.com/design/mcs51/ , 1980. 4. Jeon Jae Wook, A Microprocessor Course: Designing and Implementing Personal Microcomputers, IEEE Transactıons On Educatıon, Vol. 43, No. 4, 2000, p 426–433 5. MacKenzie Scott. The 8051 Microcontroller, Prentice Hall. 3rd. Ed., 1999 Keil, www.keil.com, 2006. 6. MEB-YÖK, Meslek Yüksekokulları Program Geliştirme projesi Endüstriyel Eğitim Programı, Ankara, 2002. 7. Morton John, PIC your personal introductory Course, second ediditon,Newnes,2001, Burlington, MA, USA, ISBN 0-7506 5038 9 8. Predko, Myke, Programming and Costomizing the 8051 Microcontroller, mcGraw-hill, 1999, New York, NY, USA, ISBN0–07–134192–7 9. Peatman John B. Design with PIC Microcontrollers, 1998, Prentice-Hall Inc. Upper Saddle River, NJ, USA, ISBN 0-13-759259-0 10. Reinhardt, Steven K., Integrating Hardware and Software Concepts in a Microprocessor - Based System Design Lab Workshop on Computer Architecture Education (WCAE’00), 2000 – www.eecs.umich.edu p 1-9. Ride, www.raisonance.com, 2006. 11. SIA, http://www.sia-online.org/downloads/SIA_AR_2006.pdf, 2006 12. Yeralan Sencer, Ashutosh Ahluwalia, Programing and interfacacing the 8051 Microcontroller, ISBN 0-201-63365-5, Addison-Wesley Publishing Company, Massachusetts, USA, 1995 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 TALAŞ VE STRAFOR KATILARAK TUĞLA ÜRETİMİ Yrd. Doç. Dr. Kemal. Köseoğlu1 ÖZET Bu çalışma içinde insan yaşamında önemli bir yeri bulunan tuğlanın içeriğine talaş ve strafor katılarak hafif tuğla üretimi üzerine deneysel çalışmalar yapılmıştır. Bu deneylerden elde edilen verilerle katkı maddeleri olarak kullanılan talaş ve strafor miktarlarıyla tuğlaların mukavemetleri, suemme, kuru ve pişme küçülmesi gibi Standart tuğla kalite kontrolleri araştırılmıştır. En önemlisi bu iki atık maddenin çevreye olan zararlarını engellemek içinde olumlu bir çalışmadır. Bu çalışma içerisinde tuğlanın ana hammaddesi olan demir oranı yüksek killer hakkında genel bilgilerde verilmeye çalışılmıştır. Deneysel çalışmalar iki aşamada yapılmıştır. Birinci aşamada talaşlı tuğla yapılmaya çalışılmıştır. Presleme, kurutma ve pişirmeden sonra kuruma- pişme küçülmesi, su emme, mukavemet ve yoğunluk testleri yapılmıştır. İkinci aşamada straforlu tuğla yapılmıştır ve talaşta yapılan bütün deneyler straforda da tekrarlanmıştır. Sonuç olarak katkı oranları arttırıldıkça mukavemetlerinin düştüğü görülmüştür. Bunun yanında su emme değerlerinde önemli farklılıklar gözlenmiştir. Anahtar sözcükler: Tuğla, tuğla killeri, talaş ve strafor ABSTRACT This study includes experimental work on production of light-weight brick, by adding Styrofoam and wood sawdust. The data obtained from the experiments are used to investigate the relations between the amount of the shavings and Styrofoam additives and the standard quality aspects of brick like endurance, water absorbance and shrinkage. Most important is, environmental impacts of these two wasted materials can be reduced. Text also covers general information on high level iron containing clays, which are the main ingredient for brick production. Experiments are carried out in two phases. In first phase, sawdust added brick was tried to be produced. Following the pressing, drying and kilning processes; shrinkage, endurance, water absorbance and density tests were applied. In the second phase, Styrofoam added brick was produced and same tests are executed. Results show that increased additive ratios lower the endurance. It is also noted that water absorbance values fluctuated substantially. Keywords: Brick, sawdust, Styrofoam. 1. GİRİŞ Tuğla killeri genellikle İllit-minerallerinden, azda olsa Montmorillonit, Kaolinit, Kuvartz ve Demir-mineralleri birazda organik maddeler ve suda çözünebilen tuzlardan mevcuttur. Tuğla üretiminde kullanılacak kil minarelerinde bazı özellikler aranır, aşağıdaki standart tuğla özellikleri ile deneylerimizde kullandığımız talaş ve straforun etkilerini karşılaştırma imkânına bulmuş oluyoruz. 1 Ege Üniversitesi, Ege MYO, Seramik Bölümü. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Plastiklik ; % 25–35 arsında olmalıdır. Su emme özelliği ; % 8 den yüksek olmamalıdır. Küçülme kaybı ; % 6 civarında olmalıdır. Pişme rengi; 1000 C nim üzerinde pişirildiğinde demir oksit rengini alması istenir, bunun içinde demir oksit yüzdesi hidratlarla birlikte % 8–12 arasında olmalıdır. Suda çözünen Tuzlar; Sülfat ve klorür tuzlardır. Maksimum değerleri % 1,5 altında olması istenir fazlası tuğlada çiçeklenme ve yüzeyde dökülmeler oluşur. Tane büyüklüğü dağılımı; 3mm deki tane iriliği dağılımı % 1 geçerse çatlamalara sebep olur en çok kumların tane iriliği göz önüne alınmalıdır. Tuğla üretiminde %20–35 kuvars kumu karıştırılır. Tuğla şekillendirilmesi yarı yaş presleme ile yapılmaktadır. Kurutulması ise genelde dışarıda doğal olarak yapılmaktadır. Tuğla Pişirilirken yaklaşık 250 C den sonra organik maddeler yanmaya başlar. Isıtma hızına bağlı olarak yaklaşık 500 C den sonra(Lawrence 1973) . Fırın oksijeni yetersizse, pişirme hızı yüksekse vitrifikasyon başladığı halde iç kısımda yanmamış organik maddeler olabilir aynı bizim deneylerimizde koyduğumuz ( talaş ve strafor )gibi. Dış kısım vitrifiye olduğu için içeriye oksijen giremez, fakat içerde oluşan CO2 gazları dışarı çıkamaz Bunun sonucu olarak şişme meydana gelir. Eğer şişme oluşamıyorsa siyah merkezileşme olur. Bu da iç kısmın, dolayısı ile tuğlanın gevrekleşmesine neden olur. Kil içinde katı kütle oranının fazla olması, pişme ve kuruma küçülmelerini azaltırken, şekillendirme problemlerini artırırlar. Hammadde içine bazı yağlayıcı maddeler katılırsa hem şekillendirme basıncı düşer hemse yüzey kalitesi artar. Basıncın düşmesi maliyeti de düşürür.(Hogue,1970 ). 2. MALZEME VE YÖNTEM 2.1. Malzeme Tuğla kili Turgutlu/Manisa’ dan sağlanmıştır. Tuğla kilinin kimyasal analizi Tablo1.de tane boyut analizi Tablo2.de ve Tablo 3.dede ( XRD ) ışınları verilmiştir.Kil minerallerinin bileşimleri ile bilimsel olarak ancak XIX. yüzyılın başlarında ilgilenmeye başlanmıştır. Bu konuda ilk çalışmalar kimyasal analizlere dayanmaktadır ve killerin saf cisimler olmadığı, birçok yabancı maddeler içerdiği sonucuna varılmıştı.(Grim,1962 ). Tablo 1. Tuğla kilinin kimyasal analizi. __________________________________________________________________ Bileşenler % Miktarı __________________________________________________________________ SiO2 63.21 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Al2O3 12.81 Fe2O3 6.96 CaO 4.02 MgO 1.55 K2O 2.11 Na2O 2.96 K.K 6.18 ___________________________________________________________________ Tablo 2. Tane boyut analizi ___________________________________________________________________ Tane boyu % miktarı > 63 mm <63mm-20mm 20mm-<2mm <2mm Tablo 3. X-ışınları difraksiyonu ( XRD) 36,5 25,0 29,5 9,0 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 M: Montmorrilonit K: Kaolinit İ: İllit Q:Kuvars F: Feldspat C: Kalsit D: Dolomit 2.2. Yöntem Kile %2.4.6.8, 10 oranlarında talaş ve %0,1–0,2–0,3–0,4, 0,5 oranlarında strafor katılarak ayrı ayrı numuneler hazırlanmıştır. Bu numuneler baskıda %8–12 nem oranında ve 30 mm çapında 45mm yüksekliğindeki boyutlarında metalsinindir kalıpta 350 bar basınçta şekillendirilmiştir. Daha sonra tuğlalar 80 C ‘ e etüvde kurutuldu. Pişirme işlemi kül fırında 950C de 140 dakikada yapıldı. 3. BULGULAR VE TARTIŞMA 3.1. Kurutma Pişirme Küçülmesi Standart Tuğlanın Toplam küçülmesi % 7 dır C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Talaş Katkılı Kuruma & Pişme Küçülmesi 7 Kuru - Pişirme (%) 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 Talaş miktarı (% ) Kuru - Pişirme (%) 7 8 Kuru 10 Pişme Strafor Katkılı Kuruma & Pişme Küçülmesi 6 5 4 Kuru Pişme 3 2 1 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Strafor miktarı (% ) 3.2. Mukavemet Standart Tuğlanın mukavemeti 210 kg/cm2 0,5 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Basınç Dayanımı (kg/cm2) Talaş ile Mukavemet Tayini 250 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 Talaş Katkı Miktarı (% ) Mukavemet (kg/cm2) Seri 1 Basınç Dayanımı (MPa) Strafor Katkılı Mukavemet 250 200 150 100 50 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Strafor Katkısı (% ) Strafor miktarı 3.2 Su Emme Standart Tuğlanın su emmesi % 8 dır. 0,5 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Talaş ile su emme tayini Su emme (%) 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 0,4 0,5 Talaş miktarı (%) Su emme miktarı(%) Strafor ile su emme 9 Su emme yüzdesi (%) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0,1 0,2 0,3 Strafor miktarı (%) Strafor ile su emme 3.4. Yoğunluk Standart tuğlanın yoğunluğu 2.02 dır . C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 2,5 Yoğunluk (%) 2 1,5 1 0,5 0 0 2 4 6 8 10 0,4 0,5 Strafor miktarı (%) Yoğunluk yüzdesi Pişme yoğunluk yüzdesi (%) Yoğunluk (% ) 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 0,1 0,2 0,3 Talaş miktarı (%) Pişme yoğunluk yüzdesi (%) 4. SONUÇ Bu çalışmadan elde edilen veriler doğrultusunda; C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 1 ) Talaş ve Kil karışımında oluşan tuğlalarda basınç dayanımının talaş miktarı arttıkça azaldığı, talaş miktarı 2gramdan 4 grama çıkarıldığında basınç dayanımının çok büyük ölçüde düştüğünü görüyoruz. Strafor katkılı tuğlaların ise basınç dayanımlarının %100 kilden oluşan numunelerden fazla olduğu gözlenmiştir, fakat strafor miktarı arttıkça basınç değerinin azaldığı görülmüştür 2 ) Talaş miktarı arttıkça su emme miktarının da arttığı görülmektedir. Straforda ise katkının artmasıyla su emme miktarında da azalma görülmektedir. 3 ) Ayrıca straforlu tuğlaların yapım aşamasında çeşitli zorluklarla karşılaşılmıştır. Straforun istenen tane boyutuna indirilmesi sırasında kırıcı da oluşan tıkanma ve straforun elektriklenme özelliğinden dolayı yaşanan zorluklar ve straforu sıkıştırma ve şekil verme sırasında yaşanan zorluklar bunlardan başlıcalarıdır. 4) Bu deneyde pişme aşamasında sıcaklık 1000C olarak belirlenmiştir. Ancak talaş ve strafor katkılı numunelerin 1000C nin altında bir sıcaklık seçilmesinin daha doğru olacağı anlaşılmıştır. Çünkü bu sıcaklıkta şekli bozulan numuneler olmuştur. Eger içine bazı yağlayıcı maddeler katılırsa hem şekillendirme basıncı düşer hemse yüzey kalitesi artar. 5 ) Çıkan sonuçlara bakarak strafor ilavesiyle yapılan tuğlanın daha detaylı bir çalışmayla ve daha özeneli işlemlerle hafif tuğla üretiminde talaş katkısı olan tuğlaya nazaran daha iyi bir alternatif olması mümkündür. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 5. KAYNAKLAR 1. Güneş M.E, Emrullahoğlu Ö.F. (2003). Tuğla üretiminde uçucu kül katkısının etkisinin incelenmesi, A.K.Ü. Afyon Müh. Fak. Seramik Müh. Bölümü, Araştırma Raporu Afyon. 2. 8.Ulusal Kil Sempozyumu bildiriler kitabı.(24–27 Eylül 1997.KÜTAHYA) sayfa 199– 203. 3. Stefanov, S.1985,Ceramic Glazes and Fritz, Ceramic Monograhps Handbook of Ceramics. Monograph 1.1.1., Interceram34.pp.1-6 4. Grim, R.E.1962 Applied Clay Mineralogy, Mc Graw Hill Book Company, inc. New York, pp.13–19. 5. Hogue, c.h.1970 Evalutıon and Effects of Additives in Brick Manufacturing: Amer. Cer. Soc. Bulletin Vol 49 No. 12 1052–8. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 MADENCİLİK SEKTÖRÜNDE BULANIK MANTIK VE BULANIK DENETİM UYGULAMASI VE ÖRNEĞİ Doç.Dr. Deniz Mamurekli1, Dr. Mürüvvet Mamurekli 2 ÖZET Yapay Zeka teknikleri kullanılarak risk değerlendirilmesinin yapılması maliyeti azaltmakta ve örneğin madencilik sektöründe hızlı karar alınmasını kolaylaştırmaktadır. Bilginin eksik, belirsizliklerle dolu veya değişkenler arası ilişkilerin az bilindiği durumlarda Bulanık Mantık dağınık bilginin toplanmasında ve bir olgu için belirlilik oluşturulmasında faydalı olabilmektedir. Bütün ağır endüstri kollarında olduğu olduğu gibi, madencilik sektöründe de büyük risk ve büyük yatırım ihtiyaçları en tipik gerekliliklerdir. Gerekli yatırımın ve ortaya çıkabilecek risklerin büyük olması yöneticileri, hataya hiç yer vermeyen, alternatifler arasında en doğru kararı verebilecek yapay zeka tekniklerini geliştirmeye zorlamıştır. Bu zorunluluklar, yapay sinir ağları ve bulanık mantık gibi Yapay Zeka tekniklerinin gelişmesine öncülük etmiştir. Bulanık denetim ile, projelendirme aşamasında, problemlere ilişkin bütün değişkenler tek tek incelenerek, en uygun kararın verilmesi sağlanır. Uzman operatörlerin karar vermek amacı ile kullandığı, uygun, çok uygun değil, yüksek, az yüksek, fazla, çok fazla gibi günlük hayatımızda sıkça kullandığımız nümerik olmayan dilsel niteleyiciler doğrultusunda esnek bir denetim mekanizması geliştirilir. Bulanık denetim de, bu tür mantıksal ilişkiler üzerine kurulmuştur. Bu çalışmada, bulanık denetim ve bulanık küme teorisi, temel işlemler, bazı endüstriyel uygulamaları ve kısaca bugüne değin geçirdiği evreler anlatılmıştır. Anahtar sözcükler: Bulanık Mantık, Yapay Zeka, Bulanık Denetim, Bulanık Set ABSTRACT Risk assessment using artificial intelligence techniques can reduce costs and ease agility to the decisions in some mining industry. When knowledge is intricate, fraught with uncertainties or little known about the inter-variable relationships, Fuzzy Expert Systems can be useful at gathering disperse information and accumulating certainty about a fact. Like all, high risk and big investment requirements are the most typical requisites in mining sector like as in all other heavy industrial branches. Higher needs of capital and greater risks enforced managers to develop artificial intelligence (AI) techniques without giving tolerance to any misjudgment during the consideration of several alternatives. These requisites were pioneered to improvement of the AI techniques; such as neural networks and fuzzy logic. During project step, all parameters dealing with the problems are analyzed individually and the most suitable assessment can be made by the use of Fuzzy Control Technique (FCT). A 1 2 Dç. Dr. Celal Bayar üniversitesi, SMYO, Soma, MANİSA Dr. Maden Yüksek Mühendisi, Nothingam, ENGLAND C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 flexible control mechanism is developed for frequently used non-numerical linguistic expressions in daily use during expert operators’ decisions; such as suitable, not so suitable, high, less high, much, so much. FCT is based on this type of logical links. In this study, Fuzzy Control and Fuzzy Set theory, basic operations, some industrial practices of the technique and its development stages till present have been briefly explained. Keywords: Fuzzy Logic, Artificial Intelligence, Fuzzy Control, Fuzzy Set 1. GİRİŞ Mantık tabanlı programlama, son yıllarda ilgi duyulan ve üzerinde çok çalışılan konulardan birisidir. Mantıkla programlamanın temel fikri, programlamayı ve hesaplamayı, problemin mantıksal tanımlaması ile yerdeğiştirip, cevabı otomatik ispat mekanizması ile çıkarmaktır. İlk olarak John McCarthy 1958 yılında matematiksel mantığın programlamada kullanılabileceğini yayımlamıştır. Bu tip programlama, 70'li yılların başlarında daha önceki otomatik teorem ispat ve yapay zeka alanındaki çalışmaların ışığında gelişmeye başlamıştır. İlk kullanılan mantıksal programlama dili Planner olup MIT (Massacusetts Institute of teknology)’den Carl Hewitt tarafından 1969 yılında tasarlanmıştır. Planner geriye yönelik izleme mantığını kullanan ve yüksek bilgisayar hafızası gerektiren bir programlama dili olduğundan ardından Planner’ın daha basitleştirilmişi olan Prolog geliştirilmiş ve QA-4, Popler, Conniver, QLISP gibi yapay zeka dilleri bunu takip etmiştir. Daha sonraları Mercury, Visual Prolog, Oz ve Fril gibi programlama dilleri Prolog dilinden geliştirilmiştir. Ayrıca mantıksal programlama dilleri arasında Planner’ dan ve Prolog dilinden geliştirilen ve geri yönelik izleme mantığını kullanmayan Ether gibi diller de vardır. Çalışmalar sonucunda ortaya konulan esnek bilgiişlem kuramı ile karşılaşılan pekçok karmaşık problem çözüme kavuşturulmuş ve kesinlik derecesi artırılmıştır. Esnek bilgiişlemin en önemli öğesi, 1965 yılında Prof. L.A. Zadeh tarafından ortaya konulan ve hızla gelişerek modern denetim alanında birçok bilim adamının ilgisini çeken araştırmaya açık yeni bir dal olan bulanık küme teorisidir. Daha sonra, bu Şekil 1. Esnek ve Kesin Bilgiişlemin Özellikleri kavram kullanılarak, bulanık mantık ve yaklaşım muhakemesi kavramları geliştirilmiştir. Bu kavramları ve uygulamalarını açıklamayı amaçlayan bu çalışma altı bölümden oluşmaktadır. 2. ESNEK BİLGİİŞLEM (SC) VE BULANIK MANTIK (FL) KAVRAMI İngilizce "Fuzzy" kelimesinin sözlük anlamı "bulanık, hayal meyal"dir. İlk defa 1965' te Prof. L.A. Zadeh tarafından kullanılan bu terim temelde, çok değerli mantık, olasılık kuramı, C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 yapay zeka ve yapay sinir ağları alanları üzerine oturtulmuş olup, olayların oluşum olasılığından çok, oluşum derecesi ile ilgilenen bir kavramı tanımlar. FL net olmayan, şüpheli, kesin olmayan, kaba veya eksik bilgi girdisinden kesin bir sonuca ulaşmak için basit bir yol sağlar. FL'nin problem kontrolü için yaklaşımı bir kişinin nasıl karar verebileceği olgusunu, sadece daha hızlı olarak taklit etmektir. Zadeh, bu güçlükler karşısında bize yeni bir bilgiişleme yöntemi önermektedir. Kendisi ikili mantığa, kesin sistemlere, nümerik yöntemlere ve kesin yazılıma dayalı hesaplama yöntemlerini "katı bilgiişlem" (hard computing) olarak adlandırmakta ve bunun yerine bulanık mantık (FL), yapay sinir ağları (NN), olasılıksal akıl yürütme ve genetik algoritmalara (GA) dayalı "esnek bilgiişlem" (soft computing) kullanılması ile, kesin çözümü olmayan güçlüklerin aşılabileceğini savunmaktadır. Şekil 1 de bu iki bilgiişlem sisteminin karşılaştırılması görülmektedir. Günlük yaşantımızda karşılaştığımız sistemler, genellikle karmaşık ve doğrusal olmayan bir yapıya sahiptirler. Dolayısıyla; bu tür sistemlerin davranışlarını anlayabilmek ve gelecekteki davranışları için öngörüde bulunabilmek için kullandığımız, analitik tekniklere dayalı yöntemler, çoğu zaman yetersiz kalabilmekte ve bir matematiksel modelin kurulması sırasında, daha başlangıç aşamasında bile çok büyük güçlüklerle karşılaşılabilmektedir. Bunun nedeni belkide, modelleme ve davranış analizi yapmak için kullandığımız bilgiişlem ve hesaplama ortamının, gerçek fiziksel sistemlerin karmaşıklığı ile bağdaşamayacak derecede kategorik ve katı olmasındandır. SC’ nin ana bileşenleri FL, NN teorisidir. SC’nin Olasılıksal Akıl yürütümü (PR), DNA hesaplamaları kaos ve öğrenme teorileri alanlarında başarılı uygulamaları vardır. Esnek bilgiişlemin en etkin uygulamaları: Fuzzy nedenleme, esnek bilgiişlem algoritmaları, büyük miktarda karmaşık veri kullanan yarı-otokontrollu zeki SC algoritmaları, belirsizlik analizleri, risk analiz ve yönetimi için gözlem-tabanlı karar analizleri ve karar destek sistemleri kelimelerle işlem, gözleme bağlı işlem teorisi (CTP), ve kesinleştirilmiş doğal dil (PNL). Şekil 2. Esnek BilgiişlemYöntemlerinin Kullanımı ile MIQ’nun Artması Esnek bilgiişlemden, daha düşük maliyet, daha yüksek makina zeka derecesi (MIQ), iletişimde ekonomi ve kolay işlenebilme durumlarında yararlanılır. Şekil 2’ de esnek bilgiişlem ile MIQ yüksek oranda arttırılabilirliği verilmiştir. Tablo 1’ de bu öğelerin, herbirinin ayrı ayrı meziyetlere sahip olması ve farklı alanlarda eniyileri vermeleri nedeni ile tek tek kullanımlarından çok birarada kullanımları daha yaygınlığı verilmiştir. Tablo 1. BM, YPSA, GA, Yapay Zeka ve Denetim Kuramının Göreceli Özellikleri C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Matematiksel Modelleme Veri Operatör Bilgisi Gerçek Bilgi DoğrusalsızlıkOptimizasyon Öğrenme Zaman Gösterimi Denetim Kuramı Yapay Sinir Ağı Bulanık Mantık Yapay Zeka Genetik Algoritmalar Sembol Açıklama 3. İyi veya Uygun Orta Başka Bilgiler veya Teknikler gerektirir Uygun değil FL KULLANIM ŞEKLİ VE ALANLARI Bulanık mantık, iki değerli mantıktan farklı olarak insanın günlük hayatta karşısına çıkan belirsiz durumlar karşısında akıllı kararlar verebilmesi sağlayan muhakemeyi modellemeye çalışır (Klir, 1997). Temelde insan düşünüş tarzını örnek alır. Oldukça kapsamlı ve ayrıntılı bir matematiksel temeli varsa da, ana özellikleri şu şekilde açıklanabilir. Geleneksel mantıkta bir kelimeyi oluşturan elemanlar, kesin elemanlar olup, bir eleman bir kümenin ya elemanıdır ya da değildir (var ya da yok, 0 veya 1). Bu tür kümelere kesin kümeler denir. Eğer 40 yaşı orta yaş olarak kabul edecek olursak, geleneksl kümelendirmede, 30 yaşın altındaki kişiler "genç", 30-50 arası "orta", 50 yaşın üstüde "yaşlı" kümelerine sokulabilir. Dolayısı ile 25.5 yaşındaki birisi "genç" iken, 30.5 yaşındaki diğer bir kişi "orta yaşlı" olarak anılabilecektir.Bir endüstriyel denetleyici için bu durumu ele alacak olursak; eğer bulanık denetleyicide fiziksel büyüklüklerin dahil olduğu kümeler birbirinden böyle kesin çizgilerle ayrılmışlarsa, denetim çıktısınında ani değişiklikler göstermesi kaçınılmaz olacaktır. Örneğin, soğuk/sıcak sınırının 25 ˚C olduğu bir sayısal açık/kapalı denetleyicide, 24.5 ˚C soğuk olarak algılanacak, buna karşın 25.5 ˚C sıcak olarak ele alınarak denetim çıktısı ani olarak değiştirilebilecek, örneğin buhar vanası ani olarak kapatılabilecektir. Bu gibi durumlarda, özellikle, uzunluk, zeka gibi derecelendirilebilir karakteristiklerin değerlendirilmesinde, klasik iki değerli mantığın yetersiz kaldığı açıkça görülmektedir. Tablo 2’ de Bulanık denetim uygulamaları verilmiştir Tablo 2. Bulanık Denetim Uygulamaları ÜRÜN Asansör denetimi SLR fotoğraf makinası Video kayıt aleti FİRMA Fujitec/Toshiba Mitsubishi, Hitachi Sanyo-Fisher, Canon, Minolta Panasonic Çamaşır makinası Matsushita BULANIK MANTIĞIN İŞLEVİ Yolcu trafiğini değerlendirir, böylece bekleme zamanını azaltır Ekranda birkaç obje olması durumunda eniyi fokusu ve aydınlatmayı belirler Cihazın elle tutulması nedeni ile çekim sırasında oluşan sarsıntıları ortadan kaldırır Çamaşırın kirliliğini, ağırlığını, kumaş cinsini sezer ve ona göre yıkama programını seçer C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Elektrikli süpürge Matsushita Su ısıtıcısı Matsushita Klima cihazı Mitsubishi Otomobil aktarma organı ABS fren sistemi Çelik endüstrisi Sendai metro sistemi Subaru, Nissan Nissan Nippon Steel Hitachi Çimento sanayi Tansiyon aleti Isı denetleyicisi Mitsubishi Chem. Omron Omron PLC Televizyon El bilgisayarı Hisse senedi alımsatım programı Hata diagnozu Omron Sony Sony Yamaichi Securities Guangzhou Üretim planlanması Turksten Yerin durumunu ve kirliliğini sezer ve motor gücünü uygun bir şekilde ayarlar Isıtmayı kullanılan suyun miktar ve sıcaklığına göre ayarlar Ortam koşullarını sezerek en iyi çalışma durumunu sezer, odaya birisi girerse soğutmayı artırır Araba kullanış stilini ve motor yükünü sezerek en iyi dişli oranını seçer Tekerleklerin kilitlenmeden frenlenmesini sağlar Geleneksel denetleyicilerin yerini alır Hızlanma ve yavaşlamayı ayarlayarak rahat bir yolculuk sağlamanın yanısıra durma pozisyonunu iyi ayarlar, güçten tasarruf sağlar Değirmende ısı ve oksijen oranı denetimi yapar Tansiyon ölçer Bir PID denetleyici ile hibrid çalışır, ani değişikliklerde PID denetleyicinin görevini üstlenir Fabrikalarda süreç denetiminde kullanılır Ekran kontrastını, parlaklığını ve rengi ayarlar El yazısı ile veri ve komut girişine olanak tanır Hisse senedi portföyü idaresi Bu süreöte hatanın nereden kaynaklandığını bulur Üretim planlamasında bulanık mantık kullanılır. FL, kesin mantığın açık/kapalı, soğuk/sıcak, hızlı/yavaş gibi ikili denetim değişkenlerinden oluşan kesin dünyayı, az açık/az kapalı, serin/ılık, biraz hızlı/biraz yavaş gibi esnek niteleyicilerle yumuşatarak gerçek dünyamıza benzetir. Bu mantık içinde 35 yaşındaki bir insan, duruma göre genç ya da yaşlı kümelerine dahil edilebilir. Yani, bir eleman birden fazla kümeye ait olabilir. Ancak, üyelik ağırlıkları farklıdır. FL, çeşitli problemlerin olasılıkları belirten yeni bir bilgi-tabanlı yoldur denilebilir. FL çamaşır makinesi (yük büyüklüğünü, deterjan yoğunluğunu belirleyen ve yıkama döngülerini bu durumlara göre düzenleyen), buzdolabı gibi elektrikli ev aletlerini kontrol etmek için kullanılabilir. Frenleri uygun bir şekilde kontrol edebilmek için ABS fren sistemlerinin sıcaklık ölçümünde özel sıcaklık aralıklarını belirleyen birçok farklı fonksiyon kullanılır. Her fonksiyon 0-1 aralığındaki gerçek bir değere aynı sıcaklık değerlerini kaydeder. Bu gerçek değerler daha sonra frenlerin nasıl kontrol edilmesi gerektiğini belirlemek için kullanılabilir. 4. MATEMATİKSEL TEORİ-TANIM Belirsizlik kavramının, biçimsel şekilde anlaşılmasını sağlayan başlıca iki teori vardır: "Değişken Küme Teorisi (Alternative Set Theory)" ve "Bulanık Küme Teorisi (Fuzzy Set Theory)". Bu çalışma kapsamında, sadece Bulanık Küme Teorisi üzerinde durulmaktadır. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Bulanık mantığın kurucusu olan Zadeh, bu kavramı açıklarken başlıca üç temel nokta üzerinde durmuştur. Bu kavramlar aşağıda açıklanmaktadır.: a. Dilsel Değişken Kavramı (Linguistic Variables): Dilsel değişken ile doğal ve yapay dilde değerleri kelime veya cümleler olan değişkenler anlatılmak istenir. Bu kavram sayesinde, geleneksel metodlarla tanımlanamayan karmaşık veya kötü tanımlı fenomenlere, yaklaşık bir karakterizasyon getirilebillir. Özel olarak doğruluk bir dilsel değişken olarak ele alınırsa ve değerleri de doğru, çok doğru, tamamiyle doğru vb. ise bu noktada, bulanık mantığa varılır. Şekil 3. Dilsel ( Yaş ) Değişkeninin Hiyerarşik Yapısı Yaş değişkeninin sayısal değerleri olan 0,1,2,.....,100 yaş dilsel değişkeninin temel değişkenleridir. Buna bağlı olarak genç dilsel değeri, temel değişkenin değerleri üzerindeki belirtisiz kısıtlama olarak yorumlanabilir ve temelde bu kısıtlama, gence yüklemek istediğimiz anlamdır. Dilsel değişken kavramının daha iyi anlaşılması için Şekil 3' de, dilsel değişken yaş, bunun değerinin anlamını gösteren belirtisiz kısıtlama ve yaş temel değişkeninin değerleri arasındaki hiyerarşi görülmektedir. Dilsel değişken iki kuralla ilişkilidir: Sözdizim kuralları (Semantic) ve Anlam kuralları (Stnatic). Sözdizim kuralları değişken değerinin isminin üretilmesi ile ilgili dilbilgisi kuralları, Anlam kuralları da her bir değerin anlamını hesaplamak için algoritmik işlemler içerir. Bu kurallar dilsel değişken kavramı içerisine doğrulukta sokulabilir ve bu dilsel değişkene; (doğru)+(şimdi-doğru-değil)+(hemen-hemen-doğru)+.....+(yanlış)+(yanlış-değil) vb. dilsel değerler verilebilir. Bu kavram özellikle yaklaşım muhakemesinde çok önemlidir. Önerme terimleri ile "U A'dır" şeklindeki bir ifadede; U: nesnenin ismini, A: U evrensel kümesinin mümkün bulanık alt kümesini gösteriyor şeklinde kabul edecek olursak; A, U'nun özelliği veya niteliği ile ilgili dilsel değişkeninin değeridir. Örneğin: Ali gençtir Yaş(Ali)=Genç Burada iki temel kavram vardır: i) µ(A) - A'nın anlamı (Üyelik ağırlığı) ii) v(A) - Önermenin doğruluk değeri V(A)[0,1] arası değerler alır. Önerme içinde a'nın [0,1] arası aldığı değer, üyelik ağırlığı değeri, aynı zamanda önermeninde doğruluk değerini (V(a)) verir. µ(A) ne kadar 1'e yakınsa, objenin kümeye ait olması o denli güçlü ve önermenin doğruluğuda o denli yüksek olur. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 b. Üyelik İşlevi (Membership Functions) Üyelik ağırlığı belirli bir değerin, bir bulanık küme içerisinde yeralmasının güvenirliğinin bir işaretidir. Üyelik işlevleri biçimsel olarak, denetlenen sürecin özelliklerine göre değişik şekillerde olabilir. Genelde üçgen, çan veya yamuk olarak Şekil 4’de verilmiştir. Sekil 4. Genç Değişkenin Uygunluk Fonksiyonu Üyelik işlevleri, bulanık mantık içerisinde çok önemli bir yere sahiptir. Bulanık küme teorisi ile ilgili bütün problemler, bu işlevlerin tam olarak belirlenememesinden kaynaklanmaktadır. Üyelik işlevlerinin belirlenmesi için öncellikle, süreç ile ilgili parametreler, önemli karakteristikler çok iyi bir değerlendirmeye tabi tutulmalı ve daha sonra bu değerlendirme sonucuna bağlı olarak bir metod seçimi yapılmalıdır. Bu metodlardan bazıları; çeşitli deneyler sonucu elde edilen tanımlama ve fonksiyonlar, sürecin özelliklerine ve parametrelerine göre uzman tarafından belirlenen üyelik ağırlıkları, yapay sinir ağları ile bulunan üyelik ağırlığı sonuçları, analitik hiyerarşik karar verme prosesi ya da bazı özel bilgisayar programları olarak verilebilir. c. Kullanılan İşlemciler (Many Valued Operators) i.Bulanık Küme (Fuzzy Set) Evren kümesi olarak tanımlanan U kümesini ele alalım. Bir bulanık küme (A), evren kümesinin her elemanına [0,1] arasında bir üyelik değeri vererek tanımlanan µA(u) üyelik işlevi ile Eşitlik 4.1’ deki gibi tanımlanır. U = {u1, u2, u3, u4, u5, u6, u7, u8, u9} A = { u2, u3, u4, u5, u7} (4.1) µA(u) : U = {u1, u2, u3, u4, u5, u6, u7, u8, u9}→{0,1} Bulanık küme, yukarıda tanımlanan üyelik işlevinde sadece 0 ya da 1 değil, ara değerlere de izin verilerek belirlenen işlevle tanımlanır. Klasik bir kümenin üyelik işlevi ile tanımlanması; C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 µA(u1)= 0 µA(u2)=1 µA(u3)=1 Bulanık küme için; µA(u1)= 0.2 µA(u4)=1 µA(u5)=1 µA(u6)=0 µA(u7)=1 µA(u8)=0 µA(u9)=0 µA(u4)=0.4 µA(u5)=0.9 µA(u7)=1 µA(u8)=0.4 µA(u2)=1 µA(u3)=0 µA(u6)=0.2 µA(u9)=0.1 Bir bulanık küme, sıralı ikililerden oluşur. İkililerde ilk terim "domain" olarak tanımlanır ve doğruluk değerini ifade eder. İkinci terim ise "codomain" olarak adlandırılır ve üyelik ağırlığını verir. Genel gösterim: A = {<x,c>, x∈U, c∈L} Ax = c∈L=µA(x) x; domain c; codomain ii.Bulanık Önerme (Fuzzy Proposal) "Seçilmiş bir konu" üzerindeki önerilerin kümesi olan U evren kümesini ele alalım. Bu evren kümesinin her elemanına (her öneriye) bir "doğruluk değeri" atayarak tanımlanan, "doğruluk fonksiyonu" bir bulanık önermeyi tanımlar. Doğruluk fonksiyonu,µA(u) ile gösterilir. Bu gösterimde A bulanık önermenin ismi, u ise U evreninin tipik elemanı (konu hakkındaki önermeleri) gösterir. Örnek: (Sonlu evren için) Seçilmiş konu: Deney odasının ışıklandırma durumu Evren: {Aydınlık, yeterli ışık, yetersiz ışık, karanlık} U1={1 0.6 0.1 0} fiziksel / dilsel karşılığı "Oda aydınlık" U2={ 0.6 1 0.6 0} dilsel karşılığı "yeterli ışık var" U1 önermesinde, "oda aydınlık" ifadesi %100 doğru iken, "yeterli ışık var" önermesi, %60 doğru olarak tanımlanmıştır. iii.Üyelik İşlevlerinin Belirlenmesi 1. Farklı Üyelik İşlevleri a) Keşifsel (Heuristically) Tabanlı Üyelik İşlevleri A. Zadeh ve onu takibeden yazarların kullandığı fonksiyonlar, Eşitlik 4.2’ de verilmiştir. 1 1 µgenç(x)= 2 1 + x − 25 5 x ≤ 25 x > 25 (4.2) C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 x ≤ 50 0 1 µyaşlı(x)= 2 1 + x − 50 5 x > 50 B. Krusinka ve Liebhart'ın kullandığı fonksiyonlar, Eşitlik 4.3’de verilmiştir. µ( x ) = 1 1 x−a + arctg , 2 π b x∈[-∞ , +∞] (4.3) C. Dimitru ve Luban'ın kullandığı fonksiyon, Eşitlik 4.4’de verilmiştir. 1 2 x +1 , a2 1 2 2 µ( x ) = − x − x +1 , a a2 µ( x ) = x∈[0 , a] (4.4) x∈[0 , a] D. Suarowski'nin kullandığı fonksiyon,Eşitlik 4.5’ te verilmiştir. µ( x ) = 1 1 π a+b + sin( (x − )) , 2 2 b−a 2 x∈[a ,b] (4.5) b) Özel Problemlere Bağlı Olarak Türetilen Üyelik İşlevleri A. Zimmerman tarafından türetilen lineer fonksiyonu, Eşitlik 4.6’ da verilmiştir. µ( x ) = 1 − x , a x∈[0,a] (4.6) B. Heshmaty ve Kandel tarafından kullanılan diğer lineer modeller Eşitlik 4.7’ de verilmiştir. α − x 1 − a µ(x)= 0 α −a ≤ x ≤α +a (4.7) diger durumlarda Bu model vektörler için genelleştirilebilir. C. Üyelik fonksiyonu lineer değil ise, lineerleştirilebilir (Hannan, Sakama ve Yano): µ(x)= α(1-e(b-x)(b-a)), x∈[a,b] C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 D. Bartolan ve Degani tarafından kullanılan eşli lineer fonksiyonlar, Eşitlik 4.8’de verilmiştir. 0 w1 µ(x)= x−a b−a 1 w2 (4.8) d−x d −c 0 E. Dimitri ve Luban'ın kullandığı fonksiyon, Eşitlik 4.9’ da verilmiştir. µ( x ) = c) 1 1+ (4.9) x α Daha Çok Teorik İhtiyaçlara Dayanan Üyelik Fonksiyonları µ(x)= A. Karar verme için, Schwab, splin fonksiyonlarını esas alan üyelik işlevlerini kullanmıştır. Schwab, bu fonksiyonda 11 axiom kullanmıştır. Üyelik fonksiyonu, pekçok parametre içerir. B. Civanlar ve Trussel'in olasılık yoğunluğu fonksiyonlarına dayanan üyelik işlevleri: λp(x) eğer λp(x) ≤ a 1 eğer λp(x) > 1 λ, eşitliklerden çözülebilir. C. Suarovski, üyelik işlevlerini, bazı ihtiyaçları temel alan iki parçaya ayırmıştır. 0 eğer x≤ a µ(x)= µ1(x) eğer a< x ≤ b µ2(x) eğer c< x d) Bulanık Kümeler Üzerinde Temel İşlemler C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 "Uzunluk" bulanık kümesini ele alarak temel işlemleri ve özellikleri bu küme üzerinde göstermeye çalışalım: Bu kümenin elemanlarını insanlar oluşturuyor ve üyelik ağırlıkları da boylarına bağlı olarak belirleniyor. 150cm boyundaki insan için 0, 210cm boyundaki insan için ise 1, üyelik ağırlığı olarak tanımlanıyor. Orta uzunluktaki insanlar, 0 - 1 arası üyelik ağırlıklarına sahip olurlar. Küme gösterimi: UZUNLUK= UZUNLUK_GÖRÜNTÜSÜ dür } {(BOY, DERECE=: DERECE BOY’un Bulanık küme ile ilgili bütün işlemler, üyelik ağırlıkları kullanılarak yapılır. Bulanık kümenin tümleyeni ise genellikle, üyelik ağırlığı (1-orijinal kümenin üyelik ağırlığı) olan elemanların kümesinden oluşur (Domain değişmez, codomain hesaplanır). Çift değilleme işlemi ile tekrar orijinal kümeye dönüş yapılabilir. Orijinal kümenin üyelik ağırlıklarında yapılan değişiklikler, tümleyen kümesini de etkiler. İstenilir ise, tümleyen kümesine, orijinal kümenin adının anlamına eşit anlamda farklı bir etiket verilebilir. Bulanık kümelerde kesişim "AND" bağlacı ile (∧) temsil edilir ve iki önermenin doğruluk değerlerinin minimumu alınarak belirlenir. Örnek: fuzun AND uzun_degil = min (fuzun, fuzun+degil) değişkeninde, "uzun AND uzun_değil" ifadesinin dilsel karşılığı "orta (middle sized)"dır. Bu ifadenin en büyük değerini ortalarda, en küçük değerini ise kenarlarda alması beklenir. "orta" kümesi aynı zamanda uzun_değil ve kisa_değil" kümelerinden de elde edilebilir. Birleşim kümesinin elemanları, birleşimi oluşturan kümelerden birine veya herikisine birden ait olabilir. İki bulanık kümenin üyelik ağırlıkları içinde herhangi bir nokta için, bu kümelerin üyelik ağırlıkları, her iki birleşim elemanının üyelik ağırlıklarından daha az olamaz. Birleşim "OR" bağlacı ile (∨) temsil edilir ve üyelik ağırlığı, kendisini oluşturan elemanların üyelik ağırlıklarından enfazla max olanın üyelik ağırlığına eşittir. fuzun OR kısa = max (fuzun, fkisa) "uzun OR kisa" üfadesinin dilsel karşılığı "Not orta" olur. Bu kümenin max değerini kenarlarda alması beklenir. Bulanık veri analizleri yapılırken, katı sınırlı ya da bulanık veriler kullanılır. Analizler için iki yaklaşım vardır: a) Katı sınırlı verilerin, bulanık veri analizine hazır hale getirilmesi, b) Genellikle bulanık kümeler için kullanılan uygulama metodları Analizler, kalitatif ve kuantatif analizler olmak üzere ikiye ayrılır: Kalitatif Analizler: Bu analizlerin amacı, diagnostik sistemler için bilgi toplamaktır. Burada veriler, matrisler halinde ( x= ((xij))) gösterilir ve bunlar üzerinde analiz işlemleri yapılır. Kantatif Analizler: Bu analizlerde, bulanık gözlem sonuçlarından elde edilen bulanık fonksiyonel ilişkiler (xi= (xi1,.....,xik)) kullanılır. Bulanık veriler, herbir elemana üyelik ağırlıkları verilerek ve çeşitli analiz teknikleri uygulanarak matris şeklinde gösterimlere dönüştürülürler. Daha sonra bu C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 matrisler üzerinde yapılan çeşitli değerlendirme işlemleri sonucu bulanık küme problemleri çözülebilir, karar verme işlevi yerine getirilebilir. Bu değerlendirmeler için kullanılan en yaygın metod, "Analitik Hiyerarşi Prosesi" çözümüdür. Analitik Hiyerarşik Karar Verme Metodu: Bu metodda amaç, verilen n alternatif arasından en uygun olanı seçmektir.Bu amaçla, her alternatif bir başkası ile karşılaştırılır ve Tablo 3'te verilen önem derecesine göre değerlendirmeleryapılarak rankları belirlenir. Örneğin; bir alternatif diğerine göre çok daha üstün ise a12=5, tersi durumunda a12=1/5değerleri verilir ve bir matris oluşturulur. Bu matrise, "İkili Karşılaştırma Alternatif Matrisi" adı verilir. Bu metodda değişik teknikler kullanılarak çözüme ulaşılır. Bu tekniklerden bazıları, Tablo 3’ de verilmiştir. Tablo 3. İkili Karşılaştırma Ölçekleri ve Anlamları Max eigen değerlerinin kullanılması İkili karşılaştırma alternatif matrisinin satırlarının toplanması Matrisin sütunlarının toplanması Matris satırlarının geometrik ortalarnın alınması yöntemi Bu yöntemler arasnda en sık kullanılanı "Eigen Vektör Kullanımı" yöntemidir. 5. ENDÜSTRİYEL UYGULAMALAR Endüstriyel bir sürecin denetimi için tasarım yapılırken herşeyden önce o sürecin bir dinamik modeline gereksinim vardır. Ancak pratikte bu her zaman mümkün olmayabilir. Süreç içindeki olaylar matematiksel modellemeye elverecek ölçüde açıkça bilinmeyebilir veya bir model kurulabilse bile bu modelin parametreleri zamanla büyük değişiklikler gösterebilir. Bazı durumlarda ise doğru bir model kurulsa bile bunun denetleyici tasarımında kullanılması karmaşık problemlere yol açabilir. Bu gibi sorunlarla karşılaşıldığı zaman genellikle bir uzman kişinin bilgi ve deneyimlerinden yararlanılma yoluna gidilir. Uzman operatör dilsel niteleyiciler olarak tanımlanabilecek; uygun, çok uygun değil, yüksek, biraz yüksek, fazla, çok fazla gibi günlük yaşantımızda sıkça kullandığımız kelimeler doğrultusunda esnek bir denetim mekanizması geliştirir. İşte bulanık denetim de bu tür mantıksal ilişkiler üzerine kurulmuştur. Bulanık Küme Teorisi (FST) Bulanık Kümelerdeki (FS) Bulanık İşlemcileri (FO) açıklamaktadır. Bazı durumlarda uygulamada uygun FO bilinmeyebilir. Bu nedenle, FL genelde IF/THEN kurallarını veya Bulanık Yardımcı Matrisler gibi eşdeğer yapıları kullanır. ELSE yönlendiriminin kurallar içersinde yer almamasının nedeni FL kuramının temeli olan belirsizlik mantığında yatmaktadır. Tanımlanan sınırlamalar dışında da olasılıkların olabileceği kavramını vermektedir. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Genellikle enaz, enfazla ve denge durumu olarak açıklanan AND, OR ve NOT mantıksal yönlendirim işlemcileri FL içersinde yer alır ve ilk olarak Zadeh’in orijinal yayınlarında açıklandığından Zadeh işlemcileri olarak da açıklanırlar. Bunun yanısıra kullanılan dilin doğasında yer alan ve kullanılan bir dizi matematiksel formülün anlamını iyileştiren genellikle “çok” veya “bir derecede” gibi edatlar da kullanımı Tablo 4’ de verilmişitir. Uygulamada, sorgulama ile mantık yürütümüne izin veren bir kurallar veri-tabanı oluşturulmasına izin veren Prolog programlama dili FL uygulamasına çok iyi uyum sağlamaktadır. Bu tip bir programlama mantıksal programlama olarak adlandırılmaktadır. Tablo 4. Bulanık Mantık ile Kesin Matematiksel Seçim Karşılaştırması Mantıksal Eşitlik IF adam IS TRUE AND boy >= 1.8 THEN uzun_boy IS TRUE; kısa_boy IS FALSE IF boy <= orta adam THEN kısa_boy IS BİR DERECEDE UYGUN IF boy >= orta adam THEN uzun_boy IS BİR DERECEDE UYGUN Açıklama Eğer bir adam 1.8 m ise uzun olarak düşünün Kural Kesin matematiksel seçim Cüce adam = [0, 1.3] m kısa adam = (1.3, 1.5] orta adam = (1.5, 1.8] uzun adam = (1.8, 2.0] dev adam > 2.0 m Bulanık Mantık UYGUN DEĞİL = 0 AZ UYGUN = 1 BİR DERECEDE UYGUN = 2 EPEY UYGUN = 3 TAM UYGUN = 4 Bulanık küme metodları, endüstrinin hemen hemen her alanına sahip olmuştur. Bu kullanımlar her geçen gün biraz daha genişlemektedir. Bu metodlar özellikle elektronik sanayinde bir patlama şeklinde ortaya çıkmış ve daha çok Japonya'da hemen hemen bütün eletronik aletlerin Fuzzy'leri yapılmaya başlanmıştır. Bu uygulamalar ve başlangıcından bu güne kadar geçirilen evreler Tablo 4'te görülebilir. Endüstride, fuzzy metodları daha çok, çoklu kriter tekniklerinin kullanıldığı karar verme süreci içinde kullanılır. Bu kullanım için özellikle şu sorular cevaplanmalıdır: 1. 2. 3. 4. İşletilecek bölgesel sistem içinde "ESNEK" bilgilere dayanan elemanlar ile klasik karar verme elemanlarından oluşan Fuzzy karakteristikleri arası ayrım nasıl belirlenebilir? Üyelik işlevi nasıl belirlenebilir? İlgilenilen sistem içinde, bu sisteme etkiyecek Fuzzy işlemlerinin kurallarının seçimi nasıl yapılacak? Fuzzy karar vermede ana basamakları belirlemek mümkün olabilir mi? Bir Bulanık karar verme prosesi şu basamakları içerir: 1. 2. 3. 4. 5. Verilen problem için uygun belirsizliklerin bulunup bulunmadığına bakılır. Eğer var ise, hedefler, kontroller vekoşullar belirlenir. Üyelik işlevleri ve gerekiyorsa, Fuzzy ilişkiler kurulur. İlgili Fuzzy işlemleri tanımlanır (kesişme, birleşme, değilleme....) Problemin çözümü için bir optimizasyon algoritması seçilir. Yeterlilik elde edilene kadar yukarıdaki adımlar tekrar edilir.Bu proses içinde, lineer ve quadratik programlama yada çözüm prosedürleri içeren algoritmalar kullanılır. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Bu mantık sisteminin endüstriyel uygulamaları ilk olarak çimento sanayinde başlamış, daha sonra elektronik, çelik endüstrisi, ekonomik analizler, çevresel problemler gibi pekçok alana yayılmıştır. Fuzzy mantık sisteminin, Analitik Hiyerarşik Karar Verme Prosesi'nin (AHP) kullanıldığı madenciliğe ait bir örnek aşağıda verilmiştir: Bulanık küme analizlerinin kullanıldığı bir karar verme süreci: Madencilik sonrası sahanın ıslahı için önerilen alternatiflerin değerlendirilmesi (GELİ- Eskihisar ocağı).Bu değerlendirme için, bulanık küme teorisinden yararlanılarak optimum madencilik sonrası arazi ıslahı alternatifin seçimine çalışılacaktır. İlk olarak alternatifleri etkileyecek nicel ve nitel faktörler belirlenir. Daha sonra, ikili karşılaştırma matrisleri oluşturulur ve karşılaştırma yapılır (AHP). Son olarak, optimum arazi ıslah planı için, hassaslık analizi yapılır. Alternatiflerin analizi için öngörülen akım şeması Şekil 6 görülebilir. Burada kullanılan AHP'de öncelikle problem küçük parçalara ayrılır, herbirinin önceliği belirlenir ve karşılaştırma matrisi oluşturulur. Şekil 3. Alternatiflerin Analiz Akım Şeması Alternatifler (Şekil 7): Alt.A: Bölge, insanların yaşayabileceği uygun bir hale getirilmek isteniyor. Bölgede, kamp alanları, orman alanları vb. bulunması planlanıyor. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Alt B: Arazinin tarımsal amaçlı kullanımı öngörülüyor. Alt.C: Arazinin büyük kısmı ağaçlık alanlara dönüştürülecek, yakınlarda bulunan tarihi alanlar ile birleştirilerek turizm amaçlı kullanıma açılacak. Şekil 4. Alternatifleri Etkileyen Faktörlerin Hiyerarşik Yapısı Matris Oluşturumları: 1) Ana nicel faktörler için matris Doğal Çevresel Fak (NEF) Kültürel Çevresel Fak (CEF) NEF 1 3 CEF 1/3 1 LGO 1/5 1/3 C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Hedef ve Amaçlar (LGO) 5 3 1 Daha sonra her faktör için, alt faktörler ile matrisler oluşturulur: NEF İçin matris: S 1 1/2 1/2 3 1/5 TOPRAK (T) SU (H) Flora&Fauna (FF) İKLİM (C) TOPRAK ÖRTÜSÜ (O) H 2 1 1/3 5 1/4 FF 2 3 1 9 1/2 C 1/3 1/5 1/9 1 1/4 O 5 4 2 4 1 Diğer alt faktörler içinde bu şekilde matrisler oluşturulur ve bütün matisler için ,"Eigen değerleri" (µdeğerleri) bulunur. Eigen değerlerinin bulunması: A*µ = Umax*µ Burada: A: Karşılaştırma matrisi µ: Eigen değeri Umax: Max Eigen değeri (A-U*I)*µ = 0 Öncelikle, Umax bulunur. Det [A-U*I] = 0 eşitliği ile Umax bulunur. Örnek: 1 1/3 1/ 4 A= 3 1 1/3 4 3 1 x µ= z A*µ = Umax*µ 1 1/3 1/ 4 3 1 4 3 x x 1 / 3 * y = Umax* y 1 y z z C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 1 1/3 1/ 4 Det[A-U*I] = 0 Det Det 3 1 4 3 1−U 1/3 1/ 4 3 1−U 1/3 =0 4 3 1 0 0 1 / 3 - U* 0 1 0 = 0 1 0 0 1 1−U Bu determinantın çözümü ile U değerleri bulunur. Daha sonra ilk eşitlikten yararlanılarak µ değerleri bulunur. Matris oluşturumları ve eigen değerleri herbir faktör için belirlenir ve; µnicel, µnitel, µ toprak, µsu,... bulunarak bileşke matris elde edilir. Kültürel-çevresel faktörler ve hedef ve amaçlar içinde aynı işlemler tekrarlanır. Son olarak ana bileşke matris bulunur. Bu işlem için toplam 17 matris türetilmiştir. Sonuçta; 0 .1681 0 . 3848 bulunur. Burada, en büyük değer olan 0.4471 Alt. C' ye aittir. Yani, en uygun 0 . 4471 arazi ıslah planı C-alternatifi olmaktadır. 6. SONUÇLAR VE TAVSİYELER FL insanın kontrol mantığını taklit ettiğinden birçok kontrollü sistem uygulamaları için mükemmel bir seçim olduğunu kanıtlamış, veri eldesi ve gruplandırılmasında daha iyi bir metot olduğu anlaşılmıştır. El yapımı küçük proseslerden bilgisayar kontrollü büyük proseslere kadar herşeye uyarlanabilmektedir. Bir insan operatörü gibi girdi verilerini değerlendirmek üzere mutlak olmayan çok tanımlayıcı bir dil kullanır. Bu çalışmada açıklanmaya çalışıldığı gibi, FL ve FC, endüstrinin hemen hemen her alanında kendine yer edinmiş ve ortaya konulduğundan bu yana bu konuda çok büyük gelişmeler elde edilmiştir. Bu mantık sistemini esas alarak oluşturulan bilgisayar programları ile hesaplanması ve karar aşaması çok uzun süren problemler kolaylıkla çözülebilmektedir. Bulanık mantık, madencilik ve özellikle çevre ile ilgili konular için henüz çok yeni bir kavram olmasına rağmen, önümüzdeki yıllarda bu alanlar için de çok büyük önem taşıyacağı yapılan çalışmalar ile ortaya konulmuştur. Bu mantık sistemini esas alarak oluşturulan bilgisayar programları ile hesaplanması ve karar aşaması çok uzun süren problemler kolaylıkla çözülebilmektedir. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 8. KAYNAKLAR 1. Bart Kosko, Fuzzy Thinking: The New Science of Fuzzy Logic (1993), Hyperion. ISBN 0-7868-8021-X 2. Biacino L., Gerla G., “Fuzzy logic, continuity and effectiveness”, Archive for Mathematical Logic, no. 41, pp. 643-667, 2002. 3. Cignoli R., D’Ottaviano I. M. L. and Mundici D., ‘’Algebraic Foundations of ManyValued Reasoning’’, Kluwer, Dordrecht, 1999. 4. Cox E., “The Fuzzy Systems Handbook”, 1994, ISBN 0-12-194270-8 5. Elkan C.”The Paradoxical Success of Fuzzy Logic”, Nov. 1993. Available from Elkan's home page. 6. Gerla G., Effectiveness and Multivalued Logics, Journal of Symbolic Logic, 71, pp.137162, 2006.. 7. Hájek P., “Fuzzy logic and arithmetical hierarchy”, Fuzzy Sets and Systems, 3, pp.359363, 1995. 8. Hájek P., “Metamathematics of fuzzy logic”, Kluwer, 1998. 9. Höppner F., Klawonn F., Kruse R. and Runkler T., “Fuzzy Cluster Analysis”, 1999, ISBN 0-471-98864-2. 10. Kevin M. Passino and Stephen Yurkovich, “Fuzzy Control”, Addison Wesley Longman, Menlo Park, CA, 1998. 11. Klir G. , UTE H. St.Clair and Yuan, B., “Fuzzy Set Theory Foundations and Applications,1997. 12. Klir G. and Yuan, B., “Fuzzy Sets and Fuzzy Logic”, 1995, ISBN 0-13-101171-5 13. Klir G. and Folger T., “Fuzzy Sets, Uncertainty, and Information”, 1988, ISBN 0-13345984-5. 14. Montagna F., “Three complexity problems in quantified fuzzy logic”, Studia Logica, 68, pp.143-152, 2001. 15. Scarpellini B., “Die Nichaxiomatisierbarkeit des unendlichwertigen Prädikatenkalküls von Łukasiewicz”, J. of Symbolic Logic, 27, pp.159-170, 1962. 16. Von Altrock C., “Fuzzy Logic and NeuroFuzzy Applications Explained”, 2002, ISBN 013-368465-2 17. Wiedermann J., “Characterizing the super-Turing computing power and efficiency of classical fuzzy Turing machines”, Theor. Comput. Sci. 317, pp.61-69, 2004. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 18. Yager R. and Filev D., “Essentials of Fuzzy Modeling and Control”, 1994, ISBN 0-47101761-2 19. Zadeh L.A., “Fuzzy algorithms”, Information and Control, 5, pp.94-102, 1968. 20. Zadeh L.A., “Fuzzy Sets”, Information and Control, 8, pp.338-353, 1965. 21. Zimmermann H., “Fuzzy Set Theory and its Applications”, 2001, ISBN 0-7923-7435-5. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 BORLAMA VE BİLYALI DÖVMENİN DEMİR ESASLI T/M MALZEMELERDE MEKANİK ÖZELLİKLERE ETKİSİ Selim Sarper YILMAZ1, Bekir Sadık ÜNLܹ,Remzi VAROL2 ÖZET T/M yöntemiyle üretilmiş toz metal parçalardan, demir esaslı malzemeler endüstride yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu malzemeler üretim sonunda hiçbir talaşlı işlem gerektirmeden son ürünün şeklini alması, kendinden yağlama özelliği olması nedeniyle yatak malzemesi olarak ve ayrıca tıp vb. endüstri uygulamalarında kullanılabilmesi açısından önem teşkil etmektedir. Bu çalışmada, demir esaslı FeCu-Grafit kompozitinden toz metal parçalar üretilmiştir. Bu parçalardan aşınma ve mekanik deney numuneleri üretilip, bazılarına borlama ve borlama+bilyalı dövme işlemi uygulanmıştır. Bu parçaların çekme, basma, eğme ve sertlik deneyleri ile mekanik özellikleri incelenip birbiriyle karşılaştırılmıştır. Anahtar sözcükler: Toz metalurjisi, Borlama, Bilyalı dövme, Mekanik özellikler ABSTRACT Ferrous based materials manufactured by P/M method are widely used in industry. These materials are very important no machining, can be use for self-lubricated property as journal bearing material, in addition medical etc. applies. In this study, powder metal parts were manufactured from composites ferrous based FeCu-Graphite by P/M method particulate reinforced. Wear and mechanical test samples were manufactured and boronising and boronising+shot peening was applied to some samples. Mechanical properties of these parts were investigated and compared by tensile, compressive, bending and hardness tests. Keywords: Powder metalurgy, Boronising, Shot peening, Mechanical properties 1. GİRİŞ Demir, bakır, demir-bakır, demir-karbon, demir-bakır-karbon, pirinç, bronz, paslanmaz çelik, nikel ve alaşımları çok kullanılan bazı T/M (toz metal) malzemelerdir. Bunların dışında metal dışı malzemeler (örneğin; oksitler, karbürler v. s.) metal tozlarla birlikte kullanılabilir. T/M, parça veya yarı mamul ürünlerin üretimi için kullanılan metal işleme yöntemlerinden biridir [1]. Bazı metallerin ergime sıcaklıklarının çok yüksek olması ve bu sıcaklıklara ulaşılamaması bazı özelliklerin ancak T/M ile sağlanabilmesi (kendinden yağlamalı yataklar gibi), süper alaşım ve sert metaller gibi önemli malzemelerin bu yöntem ile üretilmesi T/M yöntemini zorunlu kılan başlıca nedenlerdir [2, 3]. T/M parçaların mekanik özellikleri kalıcı gözenek miktarına, dağılımına, gözenek tipine, büyüklüğüne ve şekline bağlıdır. T/M parçalarda gözenek miktarı düştükçe yorulma dayanımının yanı sıra diğer bütün mekanik özellikler de iyileşmektedir. Bu genelleme kabaca kabul görürken iyileşme oranının hangi parça yoğunluğu değerleri üzerinde önem kazandığı tam açık değildir. Ancak düşük parça yoğunluklarında toplam gözeneklilik miktarı 1 2 Öğr. Gör. Dr., Celal Bayar Üniversitesi Turgutlu MYO Makina Bölümü, Turgutlu-MANİSA Prof. Dr., Süleyman Demirel Üniversitesi Müh. Mim. Fak., Mak. Müh. Bölümü, ISPARTA C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 ana faktör olarak gözlenirken, yüksek yoğunluklarda gözenek boyutu, şekli ve dağılımı ile birlikte matris malzeme mikro yapısı daha önemli faktörler olarak önem kazanmaktadır [4]. Toz metalürjisi yöntemleri ile üretilen kalıcı gözenekli sıradan makine parçalarının toklukları yeterli seviyede olmadıkları gibi mukavemetleri de ancak döküm malzemelerin mukavemet değerleri mertebesinde olabilmektedir. Bundan dolayı makine parçası olarak kullanıldıklarında çelikler kadar dayanıma sahip olmamaktadırlar [5]. T/M ürünlerinin özellikleri toz tanelerinin şekli, boyutu, bileşimi, yağlayıcı tipi, presleme basıncı, sinterleme sıcaklığı ve süresi gibi çok sayıda değişkene bağlıdır. Ürünlerin yoğunlukları geniş bir aralıkta değişirken, çekme mukavemetleri 70 ila 1250 MPa arasındadır. Genellikle mekanik özelliklerin çoğu yoğunluğa büyük bir bağımlılık gösterir. Düşük mukavemetli metallerden üretilen T/M ürünlerinin mekanik özellikleri dövme ürünlerinkine eşdeğerdir. Daha yüksek yoğunluklu parçaların üretimi için yüksek kapasiteli presler veya sıcak izostatik presleme yöntemi kullanılır. Böylece elde edilen toz ürünlerin mekanik özellikleri dövme ürünlerinin mekanik özelliklerine yaklaşır. % 100 yoğunluğa ulaşılması ve çok ince tane boyutunun sağlanması halinde ise toz parçaların mekanik özellikleri dövme ürünlerinin üzerine çıkar. T/M parçalarda gözenek miktarı azaldıkça tüm mekanik özelliklerde iyileşme gözlenir [1, 6]. Mekanik özelliklerinin yanı sıra fiziksel özellikler de, T/M parçaların porozite oranından etkilenir. Korozyon direnci artan porozite oranı ile birlikte azalır. Elektrik, ısıl ve magnetik özellikler de izafi yoğunlukla birlikte değişir. Öte yandan porozite ses ve titreşim söndürme özelliğini arttırır. Bu nedenle toz metalürjisi ürünlerinin önemli bir kısmı porozitenin sağladığı avantajları kullanmak üzere tasarlanmıştır [7]. Ayrıca; kendinden yağlamalı sinter malzemeler farklı sinterleme şartlarında (sıcaklık, süre) ve farklı iç yapılar ve farklı yoğunluklara sahip olurlar [8]. Uygulamalarda sık kullanılan kendi kendini yağlayan toz metal yataklar demir ve bakır esaslı yataklardır. Daha yüksek mekanik özellikler elde etmek için T/M yataklar alaşımlandırılarak üretilmektedir. Alaşımlandırma tekniği, toz karakteristikleri ve presleme şekilleri yatak malzemesinin yağlama, aşınma ve mikro yapı özelliklerini önemli ölçüde etkilemektedir [9, 10]. Üretilen T/M parçaların mekanik özellikleri kimyasal bileşimine de bağlıdır [11, 12]. Gözenek tipi, miktarı dağılımı ve toz şekli yatakların kendi kendini yağlama şartlarını iyileştirmek ve emdirilen yağ miktarını düzenlemek üzere kontrol edilmektedir [13, 14]. Borlama, termokimyasal bir yüzey işlemi olup, esas olarak borun yüksek sıcaklıkta çelik yüzeyine difüzyonudur. Bor verici olarak herhangi bir bor bileşiği kullanılabilir. Borlama ortamı diğer ilavelerle birlikte katı, sıvı veya gaz halinde olabilir. Son zamanlarda plazma borlama ve iyon implantasyon borlama yöntemiyle borlama yapılmaktadır. Bu ortamlarla çelik yüzeyinde tek fazlı Fe2B tabakası elde edilmesi amaçlanır. Borlanmış yüzeyler sürtünme katsayısı düşük, aşınma direnci yüksek hale gelir. Malzeme yüksek sıcaklıklarda sertlik ve tribolojik özelliklerini korur. Borlama işlemi ve elde edilen tabaka kalınlığı, işlem sıcaklığı ve süreyle de ilgilidir. Borlama işlemi, 800-1050 0C sıcaklıklarda ve 10 saate kadar yapılabilmektedir [15-17]. Çelikler için en uygun ve yeterli borlama şartları; katı borlama yöntemiyle 950 0C de, 4 saatte yapılan borlamadır [18]. Borlama ile malzeme yüzeyinde sert bir seramiğimsi tabaka oluşur. Örneğin Fe yüzeyine uygulanırsa FeB tabakası oluşur. Ancak ağır yükler altında oluşan yüzey gerilmeleri ile pullanma ve çatlamalar olabilir [19]. Bor tabakasına C elementinin de etkisi vardır. Az karbonlu çeliklerde daha kalın bor tabakası elde edilir [20]. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Borlama ile yüzey sertleştirme işlemlerine göre çok sert, iyi sürtünme ve aşınma davranışı elde edilebilmesinin yanında alaşımsız çeliklere de uygulanabilmesi, bu işlemin önemini ortaya çıkarmaktadır. Borlanmış tabakanın özelliklerine ait çalışmalar daha çok sertlik, aşınma ve korozyon özellikleri üzerinde yoğunlaşmaktadır. Borlamanın en büyük etkisi sertlik üzerine olup, ana malzeme cinsine ve yüzeyde oluşacak FeB ve Fe2B fazlarına bağlıdır. FeB fazı, Fe2B fazından daha sert ve gevrektir. Borlama ile elde edilen sertlik çeliklerde 1800-2100 HV, titanyumda ise yaklaşık 3000 HV’ dir. Ayrıca, çelik esaslı malzemeler için 20-200 µm’ lik bir tabaka kalınlığı elde edilmektedir [21, 22]. Borlama ile demir esaslı malzemelerin aşınma direnci, mekanik özellikleri ve yorulma dayanımı artar. Bu nedenlerden dolayı borlama işlemi demir esaslı T/M ve döküm malzemelerden üretilen parçalarda ve kaymalı yataklarda uygulanabilir [1, 23]. Bilyalı dövme işlemi ise; çok sayıda bilyadan meydana gelen bir bilya jetinin işlem görecek makine parçası veya elemanının yüzeyine, kontrollü şartlar altında, uygulanması işlemidir. Bilya jetine maruz bırakılan metal malzeme yüzeyinde homojen olmayan plastik deformasyon sonucu, bası gerilmeli bir tabaka meydana gelir. Yöntem olarak benzemekle birlikte, işlemin esas gayesi açısından kum püskürtülerek yüzey temizleme işleminden tamamen farklıdır. Bilyalı dövme işleminin gayesi metal malzemeden yapılmış parçaların yorulma, korozyonlu yorulma ve gerilmeli korozyon gibi hasar türüne karşı direnci arttırmaktır. Bununla birlikte dövme işlemleri sonucu dövülmüş parçaların yüzeyleri de temizlenmiş olmaktadır [24, 25]. Bilyalı dövme işleminde, dövülmesi istenen malzemeye göre daha sert, genellikle küre şekilli dökme demir, çelik, cam, seramik gibi malzemelerden yapılmış bilyaları dövülecek malzeme üzerine batmasını sağlayacak büyüklükte bir hız verilerek fırlatılması esastır. Çok fazla sayıdaki bilyaların akışı bir su jetine benzetilebilir [26, 27]. Dövme işlemi; talaşlı üretim veya ısıl işlem ile malzemelerde oluşan istenmeyen gerilmelerin malzeme yüzeyindeki dağılımını düzenler. Özellikle, tornalanmış veya taşlanmış yüzeylerde etkilidir. Çünkü, bu işlemler ile malzeme yüzeyinde meydana gelen istenmeyen çekme gerilmeleri, dövme işlemi ile faydalı baskı gerilme şartlarına dönüştürülür. Bilyalı dövme, özellikle istenmeyen gerilme birikimlerine neden olan çap değişimlerine, keskin kenarlarda, yüzey hatalarında düşük mukavemetli malzemelerin karbon kayıpları etkilerine ve kaynaklı parçaların ısı etkisi altındaki bölgelerinde etkilidir [28]. Bu çalışmada, borlanmamış, borlanmış ve borlandıktan sonra bilyalı dövme işlemi uygulanmış demir esaslı FeCu-Grafit T/M kompozitinin çekme, basma, eğme ve sertlik deneyleri ile mekanik özellikleri belirlenmiştir. 2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Mekanik deneyler için; FeCu-Grafit kompoziti, T/M yöntemiyle 400 MPa basınçta 55x10x10 mm boyutlarında preslenip, 1120 0C’ de sinterlenerek üretilmiştir. Borlanmamış FeCu-Grafit (1. Grup), borlanmış B-FeCu-Grafit (2. Grup) ve borlanmış+bilyalı dövme uygulanmış BB-FeCu-Grafit (3. Grup) numunelerden mekanik deney numuneleri hazırlanıp, mekanik deneyler yapılmıştır. Malzemelerin kimyasal bileşenleri Tablo 1’ de verilmiştir. Bu deneyler için 55x10x10 mm boyutlarındaki aynı malzemelerden üretilen standart çekme, basma, eğme ve sertlik numuneleri hazırlanıp, bu deneyler yapılmıştır. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Çalışmada kullanılan ASC 100.29 demir tozunun bazı fiziksel özellikleri Tablo 2’ de verilmiştir. Bu çalışmada kullanılan numuneler laboratuar ortamında üretilmiştir. Tablo 1. Numunelerin kimyasal bileşenleri (% ağırlık) (Höganas). Toz Cinsi Grafit Bakır Demir (% ağırlık) 0,2 3 Kalanı Yağlayıcı Stearat) 0,8 (Zn- Tablo 2. ASC 100.29 demir tozunun bazı fiziksel özellikleri (Höganas). Grade Tane Boyutu (µm) Görünen Akış Yoğunluk (s/50 (g/cm3) g) H2 Kaybı (%) C (%) Sıkıştırılabilirl ik (g/cm3) (600 MPa) ASC 100.29 20 - 180 2,96 0,8 0,002 7,21 24 Tablo 3’ de ASC 100.29 demir tozunun bazı temel mekanik ve fiziksel özellikleri Höganas (İsveç) katalogundan yararlanarak verilmiştir. Numuneler belirtilen demir tozunun içerisine Tablo 1’ de gösterildiği oranlarda alaşım elemanları ilave edilerek karıştırılması sonucu preslenmeye hazır hale getirilmiştir. Çekme, basma ve eğme deneyleri ALŞA marka 20 ton kapasiteli üniversal çekme cihazında yapılmıştır. Bu deneyler TS-138 ve TS-269’ a göre yapılmıştır. Sertlik ölçümleri SADT HARTIP-3000 marka sertlik ölçme cihazında yapılmıştır. Tablo 3. ASC 100.29 demir tozunun mekanik ve fiziksel özellikleri (Höganas). Çekme Dayanımı Akma (MPa) Dayanımı (MPa) 275 218 Yüzde Uzama (A5) 3,7 Yoğunluk (ρ) (g/cm3) 6,61 Sertlik (HV) 95 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Metalik malzemelerin mekanik özellikleri, kimyasal bileşimine ve metalurjik yapılarına bağlıdır. Malzemelerin mekanik özellikleri; çekme, basma, eğme, darbe ve sertlik gibi deneylerle belirlenebilir. Bu amaçla, T/M yöntemiyle borlanmamış, borlanmış ve borlanmış+bilyalı dövme uygulanmış FeCu-Grafit kompozitinin mekanik özellikleri belirlenmiştir. Burada çekme, kopma, basma ve eğme dayanımı [N/mm2] yani [MPa], sertlik ise [HV] olarak verilmiştir. Bu sonuçlar Tablo 4’ de gösterilmiştir. Ayrıca mikrosertlik değerleri de Şekil 1’ de gösterilmiştir. Sonuçlardan da görüldüğü gibi, FeCu-Grafit kompozitinin mukavemet değerleri incelendiğinde, belirgin bir akma değeri görülmemiştir. Borlama ve bilyalı dövme işlemiyle çekme, basma dayanımı bir miktar artmıştır. Eğme dayanımı ise bu işlemlerle bir miktar azalmıştır. Sertlik değerlerinde ise yüzeyde oluşan ferrobor tabakası nedeniyle önemli ölçüde bir artış meydana gelmiştir. Yüzde uzama değerleri ise oldukça düşük elde edilmiştir. Fakat C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 % 7.5 uzama değeri olduğundan sünek kırılma göstermiştir. Fakat borlanmış FeCu-Grafit kompozitinin yüzde uzama değerleri de % 4 olarak elde edilmiştir. Borlanmış+bilyalı dövülmüş numunede ise bu değer % 3 olarak elde edilmiştir. Bu her iki işlem uygulanmış numunelerde gevrek kırılma olduğunu gösterir. Bu durumlar Şekil 2-7 arasında çekme ve eğme numunelerinin kopma yüzeylerinden alınan SEM görüntüleriyle desteklenmiştir. Bu şekilde T/M yöntemiyle üretilen FeCu-Grafit kompozitlerinin mekanik özellikleri belirlenmiştir. Bu sayede bu parçaların kullanım yerlerine göre seçimi daha kolay sağlanabilecektir. Çekme, basma ve eğme deneyleri 50 kN kapasiteli Shimadzu-AG marka üniversal çekme cihazında 1 mm/dak hızda yapılmıştır. Bu deneyler TS-138 ve TS-269’ a göre yapılmıştır. Mikro sertlik ölçümleri Future-Tech FM-700 marka mikro sertlik ölçme cihazında vickers uç ile 100 gram yükte ve 10 saniye süreyle yapılmıştır. Tablo 4. Numunelerin mekanik deney sonuçları. Yüzde Basma Çekme Kopma Dayanımı Dayanımı Uzam Dayanımı (MPa) a (% (MPa) (MPa) ε) FeCu-Grafit 219 219 7.5 970 B-FeCu-Grafit 249 249 4 1250 BB-FeCu243 243 3 1320 Grafit Malzeme Eğme Sertlik Dayanımı (HV) (MPa) 454 402 369 200 1800 2200 Mikrosertlik (Vickers) 2500 2000 1500 1.Grup 2.Grup 1000 3.Grup 500 0 20 60 100 140 180 220 260 300 340 Yüzeyden Mesafe (µ m) Şekil 1. Numunelerin yüzeyden merkeze doğru mikrosertlik değerleri. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Şekil 2. FeCu-Grafit kompoziti çekme numunesinin kırılma yüzeyi SEM görüntüsü. Şekil 3. FeCu-Grafit kompoziti eğme numunesinin kırılma yüzeyi SEM görüntüsü. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Şekil 4. B-FeCu-Grafit kompoziti çekme numunesinin kırılma yüzeyi SEM görüntüsü. Şekil 5. B-FeCu-Grafit kompoziti eğme numunesinin kırılma yüzeyi SEM görüntüsü. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 Şekil 6. BB-FeCu-Grafit kompoziti çekme numunesinin kırılma yüzeyi SEM görüntüsü. Şekil 7. BB-FeCu-Grafit kompoziti eğme numunesinin kırılma yüzeyi SEM görüntüsü. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 4. KAYNAKLAR 1. Yılmaz, S. S. “Demir Esaslı T/M Parçaların Yüzey Sertleştirme İşlemlerinin Mekanik Özelliklerine Etkisi”, “ Doktora Tezi, C. B. Ü. Fen Bil. Enst., 2004, (Danışman: Varol, R.) Fiziksel ve 2. Lawley, A., “Atomization, The Production of Metal Powders”, MPIF, Princeton, 1992. 3. Turan, H., Sarıtaş, S., “Gaz Atomizasyonu ile Metal Tozu Üretimi”, Makine Tasarım ve İmalat Kongresi, 21-23 Eylül 1994, ODTÜ, Ankara. 6.Uluslararası 4. Douib, N., “Fatique of Inhomogeneoues Low Alloy P/M Steels” P/M, Vol. 32, 209-214 p., 1989 No:3, 5. Sarıtaş, S., “Fatique of Surface Treated Powder Forged Steels”, Heat Treatment 81, The Metal Society , s.147-157, Birmingham, 1981. 6. Tunay, R., F., Varol, R., Yılmaz, S., S., “Borlamanın T/M Çelik Parçaların Mekanik Özelliklere Etkisi” Gazi Üniversitesi 3.Uluslararası Toz Sempozyumu, s. 1221-1228, 2002 7. Çalışkan, C. “Toz Metalurjisi” , İstanbul Teknik Üniversitesi ,Bitirme Projesi, 2000. 8. Justino, J. G., Bernardini, P. A. N., “Self-Lubricating Bearings: Microstructural And Dimensional Evolution Under Industrial Processing Conditions”, Materials Science Forum, 299-300, pp. 356-363, 1999. 9. Ekşi, A., Kurt A., “Metal ve Seramik Tozların Bilgisayar Kontrollü Tek Eksenli Kalıpta Preslenmesi”, Ankara ODTÜ, II. Ulusal Toz Metalurjisi Konferansı, s. 557-565, 1999. 10. Kurt, A., “Toz Metal Bronz Yatak Malzemelerinin Özellikleri”, Yüksek Lisans Tezi, G. Ü., Fen Bil. Enst., Ankara, 1992 11. Demir A., Sarıtaş S., “Toz Metal Çeliklerin Mekanik Özellikleri”, Isparta A.Ü. Müh. Fak. Mak. Müh. Dergisi, Sayı.7 ,S. 1-13, 1993 12. Varol, R., Sarıtaş, S., “Bilyalı Dövme İşleminin Demir Esaslı T/M Parçaların Yorulma Özellikleri Üzerine Etkisinin Araştırılması”, Ankara Gazi Üniversitesi, I. Ulusal Toz Metallurjisi Konf., s. 407-418, 1996. 13. Bradury, S., “Powder Metallurgy Equipment Manual-3”, N. Jersey, Powder Metallurgy Assoc., P.191, 1996. 14. Sarıtaş, S., “ Toz Metallurjisi”, Ankara Makine Mühendisleri Odası, Makine Müh. El Kitabı s.64-82, 1992. 15. Matuschka, A. G., “Boronizing”, Carl Hanser Verlag, München Wien, 1980. C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl: 2007 Cilt: 2 Sayı: 8 16. Bayça, S. U., Şahin, S., “Borlama”, Mühendis ve Makina, Sayı 532, sayfa: 51-59, Mayıs 2004. 17. Pengxun, Y., "Gaseous boronizing with solid boron-yielding agents" Thin Solid Films. Y-1992, V-214, N-1 Jun 30, P:44-47. 18. Yılmaz, S. S., “Çeliklerde Bor İle Yüzey Sertleştirme”, Yüksek Lisans Tezi, C. B. Ü. Fen Bil. Enst., 1997, (Danışman: Akdağ, M.). 19. Karamış, M. B., Nair, F., Selçuk, B., "Borlanmış Malzemelerin Tribolojik Özellikleri", Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, 6. Denizli Malzeme Sempozyumu, 12-13-14 Nisan 1995 Denizli, Sayfa: 446-454. 20. Göy, Z., “Borlama”, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bil. Enst., İstanbul, 1984. 21. Atik, E., "Çeliklerin Borlanarak Aşınma Dayanımlarının Arttırılması" Mühendis ve Makine, Cilt:38, Sayı:445, Sayfa:17-20. 22.Demirci, A. H., “Fe-Esaslı Malzemelerin Borlanması İle Kavitasyon Dayanımının Değişimi”, 7.Uluslar arası Makine Tasarım ve İmalat Kongresi, 11-13 Eylül 1996, ODTÜ, Ankara. 23. Ünlü, B. S., “Kaymalı Yataklarda Tribolojik Özelliklerin ve Borlanmış Demir Esaslı Malzemelerin Yatak Olarak Kullanılabilirliğinin Belirlenmesi”, Doktora Tezi, C. B. Ü. Fen Bil. Enst., Manisa, 2004, (Danışman: Atik, E.). 24. Varol, R. “2024 Alüminyum Alaşımının Yorulma Ömrü Üzerine Farklı Bilyalı Dövme Parametrelerinin Etkisi” Doktora Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Konya1990. 25. Sarıtaş, S., Varol, R., Doğan, C., “The Effect of Shot Peening on the Fatigue Properties of Steels” Euro PM 97, Proce.of Advance Structural PM Compenent Production, Munih, Germany, October 15 – 17 1995. 26. Varol, R., Meriç, C., “Bilyalı Dövme: Teori ve Uygulamaları” Mühendis ve Makine 1992, 34(405), 15-22. 27. Selver, R., Boylu, K. S., Varol, R. “Bilyalı Dövme ve Borlama İşlemlerinin T/M Çelik Malzemelerin Bazı Özelliklerine Etkisi” Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 8-1 (2004) 141-144. 28. Başaran, A., “Toz Metalurjisi Parçalara Uygulanan Mekanik Yüzey İşlemlerinden Bilyalı Dövme” , Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Seminer Notu, 2003.