Araştırma, Enstrümantasyon, Otomatik Analiz ve Tepki
Allen V. Astin
National Bureau of Standards
Washington, D.C.
(18 Eylül 1959 tarihinde Pennsylvania’daki Leeds & Northrup Co. Araştırma ve Geliştirme Merkezi’nde yapılan bir konuşmaya dayanmaktadır)
Bilimsel enstrümantasyon, teknik ilerleme ve keşif üzerinde derin bir etkiye sahiptir. Alet imalatındaki her ilerleme ya da iyileştirmenin sanayiye ve dolayısıyla topluma önemli yararlar getirdiği bazen yeterince takdir edilmemektedir. Benzer biçimde, enstrümantasyonun bilimsel araştırmanın genel sürecinin bir parçası olarak oynadığı rolü de çoğu zaman olduğundan küçük görürüz.
Enstrümantasyon, bilimin ve teknolojinin kabul edilmiş bir dalı haline gelmiştir. Bunun nedeni yalnızca, aletlerin sayısındaki büyük artış ve bunların bilim, sanayi ve askeri teknolojideki çok yönlü uygulamaları değildir; aynı zamanda altta yatan ve birleştirici ilişkiler de söz konusudur. Başka bir deyişle, enstrümantasyon yalnızca ölçme aletlerinin toplamından ibaret değildir. Kullanım sistemlerini ve yöntemlerini; fiziksel sistemlerin tepki özellikleri kuramını; sinyallerin üretilmesi ve işlenmesinin kuramsal ve pratik incelemesini; geri besleme kavramını; otomatik analiz ve kontrolü; otomatik veri işlemeyi ve diğer işlevleri kapsar.
Geniş ve genel anlamda enstrümantasyon, fiziksel ölçümler yapmak ve bunların sonuçlarını işlemek için aygıtlar ve teknikler sağlama bilimi ve sanatıdır.
Enstrümantasyon, Gözlem ve Deney
Enstrümantasyon, fiziksel ölçüm sürecinin ve dolayısıyla gözlem ve deneyin açıkça temelidir. Ancak bilimde gözlem ve deney çoğu zaman daha ileri gözlem ve deneylerden oluşan bir döngüyü başlatır. Dr. James B. Conant, bilimin insanın diğer ilerleyici etkinliklerinden, “yeni kavramların deneyler ve gözlemlerden doğması ve bu yeni kavramların da daha ileri deney ve gözlemlere yol açması” ölçüsünde ayrıldığını belirtmiştir. Bilimsel araştırmanın bu yenileyici doğası, deney ve gözlem yöntemleri ile aygıtlarının sürekli olarak iyileştirilmesi ve genişletilmesi etrafında döner.
Daha yüksek doğruluğa sahip bir alet ya da sistematik hataları azaltacak şekilde bir aletin kullanılmasına yönelik yeni bir yöntem, yeni kavramların ortaya çıkmasına yol açabilir. Aynı şekilde, tamamen yeni aletler veya alet teknikleri devrim niteliğinde kavramlar üretebilir. Buna karşılık, yeni kavramlar da sürekli olarak yeni ya da iyileştirilmiş alet ve tekniklere yönelik talepler doğurur. Süreç karşılıklıdır ve enerji vericidir. Dolayısıyla bilimsel ilerleme ile aletlerin gelişimi birbirine bağlıdır.
Enstrümantasyonun altta yatan gücünü kavramanın bir başka yolu da, aletlerin bir laboratuvardan diğerine, bir bilim insanından diğerine ve araştırma ile geliştirmeden üretime aktarılan bilgiyi ürettiğini dikkate almaktır. Ulusal ve uluslararası standartlara iyi tanımlanmış zincirler aracılığıyla karşılaştırılan, dikkatle kalibre edilmiş aletler, tüm bilim insanlarının sonuçlarını ölçüm ve sayıların evrensel diliyle ortak bir anlamda ifade etmelerini mümkün kılar.
İletişim
Bu iletişim yönünü biraz daha ilerletmek gerekirse, enstrümantasyonun araştırma ile teknoloji arasındaki sözde boşlukları kapatmadaki kritik rolünü çoğumuzun gözden kaçırdığına inanıyorum. Ölçüm aygıtları, birçok disiplini hizmet altına alma ve araştırma ile teknoloji arasında oluşturulmuş karmaşık ayrımları dikkate almama konusunda ısrarlı bir özellik taşır. Enstrümantasyon ortak paydadır.
Örneğin, elektronik enstrümantasyona verilen güncel önemi ele alalım. Elektronik kayıt ve kontrol aletlerinin büyük çok yönlülüğü ve artan hassasiyeti sayesinde, bunlar çeşitli deneysel problemlere, süreç testlerine ve üretimin kontrolüne uygulanmıştır. Elektronik aletler, hem dikkatli gözlem ve ayarlamanın gerekli olduğu deney laboratuvarlarında hem de sürekli gözlem ve kontrolün önemli olduğu endüstriyel tesislerde hizmet verir hale gelmiştir. Elektronik enstrümantasyon, araştırma ile teknolojinin yakınlığını açıkça göstermektedir.
Teknolojinin yön değiştirerek araştırma üzerinde önemli bir etki yapabileceğini gösteren bir başka örnek olarak, radyo ve televizyon endüstrisinin talepleri, alet endüstrisi ve araştırma için vazgeçilmez olan çeşitli bileşenlerin erişilebilir hale gelmesine yol açmıştır. Radar alanındaki gelişmeler, mikrodalga spektroskopisi bilim alanını mümkün kılmıştır. Telemetri, uzay ve uydu araştırmalarının etrafında şekillendiği temel enstrümantasyon tekniğidir.
Otomasyon
Bu bizi, elektronik enstrümantasyonun modern önemine ve uygulamasına, yani otomasyona getirir. Çeşitli endüstriyel süreçlerin otomatikleştirilmesine yönelik parlak beklentilerin, son otuz yılda elektronik alanında kaydedilen olağanüstü ilerlemelerin doğrudan bir sonucu olduğuna inanıyorum. Artık, bunları fabrika üretimine dahil etmeyi son derece pratik kılan, geliştirilmiş ve basit algılama aygıtları ortaya çıkmıştır.
Bu elektronik aletler, otomatik kontrolde “geri besleme”nin pratik bir ilke olarak tam anlamıyla kullanılabilmesi gibi heyecan verici bir olasılığı da beraberinde getirir. Geri besleme, bugün anlaşıldığı biçimiyle, iletişim kavramının modern bir uzantısıdır—insan ile makine arasındaki iletişim ve bazılarına göre makine ile makine arasındaki iletişim. Elektronik aygıtlar, üretimin mesaj merkezleri, analiz merkezleri ve kontrol merkezleri haline gelmektedir.
Bu aygıtlar aracılığıyla bir fiziksel ölçüm yapılabilir, iletilebilir, analiz edilebilir, hesaplanabilir, standartlarla karşılaştırılabilir ve ardından üretim sürecinin başka bir aşamasındaki bir işlemi değiştirmek ya da kontrol etmek üzere iletilebilir.
Geri beslemenin sanayinin otomatikleştirilmesine nasıl hizmet edebileceğini kısmen açıklayacak iki örnek verilebilir. Birinci örnek, petrol üretiminde ölçüm, arıtma ve işleme kontrolü ile değiştirmenin elektronik aletlerle otomatik olarak gerçekleştirilmesidir. Ham petrolün kırma tesisinden akarken, arıtma sürecinin aletlerle ölçülüp kontrol edildiğini düşünün. Bu, gerçekten bir teknolojik ilerlemedir.
Benzer şekilde, un öğütme sürecinde, işlem devam ederken bir ürünü ölçmek ve değiştirmek için kullanılan otomatik kontrollerin en eski örneklerinden birini buluruz. Günümüz öğütme uygulamaları, elektronik aletlerden geniş ölçüde yararlanmaktadır.
Kararların Devri
Otomasyon, makine gücünün kas gücünün yerine geçirilmesinden çok daha fazlasıdır. Bununla birlikte, insanın belirli sınırlı türdeki kararları, algılama aygıtlarıyla sürekli örnekleme tekniği de dahil olmak üzere, makinelere devredebileceği derin bir kavramı taşır. Bu durum, bir sürecin herhangi bir ya da tüm aşamalarını makine analizi ve kontrolü sonucunda değiştirebilme esnekliği vadeder.
Sonunda, otomatik elektronik aygıtların üretim ile pazarlamayı birbirine bağladığını göreceğiz. Günümüzde, otomatik elektronik veri işleme donanımının tesis üretimini pazarlama ve yönetim sorunlarına bağladığı birçok örnek bulunmaktadır. Ne yazık ki bu örnekler, kayda değer ilerlemeden çok küçük ve tereddütlü adımların özelliklerini taşımaktadır. Otomasyona giden yol kendiliğinden değildir. Önemli ölçüde bilimsel çaba gerektirecektir.
Sanayide otomatik aygıtların giderek daha fazla kullanıldığı görülmektedir. Bu doğru olduğu ölçüde, teknoloji için olumlu bir durumdur. Ancak otomasyonun hâlâ emekleme aşamasında olduğu unutulmamalıdır. Yapılması gereken çok sayıda enstrümantasyon araştırması, geliştirmesi ve uygulaması vardır. Tamamen bütünleşik ve otomatik bir sanayiye ulaşmadan önce kat edilmesi gereken uzun bir yol bulunmaktadır.
Aygıtlar arasındaki iletişim sistemleri hakkında hâlâ önemli bir anlayış ihtiyacımız vardır. Çözülmesi gereken büyük bir felsefi sorun hâlâ mevcuttur. Makinelerin yüksek hızlı ve keyfi dünyasının, üretim ve pazarlamanın gerçek dünyasıyla mantıksal olarak nasıl başa çıkabileceğini daha iyi anlamalıyız. Teknolojiyi, gelişmiş kontrol aletleri aracılığıyla iletişim kuramına bağlamalıyız.
Özet
Enstrümantasyon, teknolojik araştırmada son derece önemli bir etkendir.
Birincisi, enstrümantasyon tüm deneysel araştırmaların anahtarıdır. İkincisi, araştırma ile teknoloji arasında hayati derecede önemli bir bağlantı sağlar. Üçüncüsü, ticari ve teknolojik büyümenin temeli olabilir. Dördüncüsü, hem büyük hem de küçük işletmelerin geleceği için önemli olabilir. Beşincisi ise, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki kaliteli alet üreticilerinin, bu ülkenin enstrümantasyon yeteneğini güçlendirmek ve teknik potansiyelini ileri taşımak için uzun süredir önemli katkılar sunduğu gerçeğidir.