Bölüm 1: Evrimi ve Yönü
James T. Culbertson
Matematik Bölümü, California State Polytechnic College
San Luis Obispo, Calif.
“Otomasyon” terimi, daha hantal olan “automatization” sözcüğünün yerine geçmek üzere yaklaşık 1947 yılında ortaya atılmış yeni bir kelimedir. Anlamının sınırları henüz kesinleşmemiştir; ancak kabaca ifade etmek gerekirse, otomatik aygıtlar yoluyla süreç denetimindeki herhangi bir iyileştirme otomasyonu oluşturur.
Otomasyonun erken ve açık bir örneği, 1713 yılında, Newcomen buhar makinesinin vanalarını açıp kapatma gibi tekdüze bir işi yapan zeki bir çocuk olan Humphry Potter tarafından otomatik vana denetiminin keşfedilmesidir. Potter, vana kollarını teller aracılığıyla piston koluna bağlamanın bir yolunu bulmuş, böylece vanalar doğru anlarda açılıp kapanmış ve insan denetimi otomatik denetimle yer değiştirmiştir. Buhar makinesinin daha sonraki otomasyonu, Watt’ın regülatörü ile hızının otomatik denetimini içermiştir; modern örnekler ise anılmaya değmeyecek kadar çok ve iyi bilinmektedir.
Genellikle otomasyon, bir etkinliğin ya da sürecin insan dışı, yani otomatik araçlarla denetimindeki herhangi bir iyileştirme olarak kabul edilir; ancak bazen terim daha dar biçimde tanımlanır. Buna göre bazıları, denetim geri beslemeye ya da öz-düzeltmeye dayanmıyorsa otomasyon olmadığını söyler. Bu, örneğin bir sürecin adımlarının manyetik bant gibi bir ortamla zamanlanıp sıra denetimiyle yürütüldüğü (önemsiz bir anlam dışında geri besleme bulunmadığı) birçok otomatik denetim durumunu dışlar; bu tür durumlar tamamen otomatik çeşitli frezeleme işlemlerinde görülür. Bununla birlikte, otomatik denetimin hem karmaşık hem de basit örneklerinde geri besleme genellikle yer alır. Çıktıya ilişkin bilgiler sürekli olarak servomekanizmaya geri beslenir ve bu mekanizma çıktısını buna göre düzeltir.
“Otomasyon” sözcüğünün kullanımına getirilen bir başka sınırlama da, bazen yalnızca elektronik donanım kullanımını ifade etmesidir; ancak bu kullanım istenmeyen bir kısıtlama getirir. Bununla birlikte, kesin tanımın çok büyük bir önemi yoktur; çünkü gerçekte otomasyonu oluşturan unsurlar üzerinde genel bir uzlaşı vardır. Ancak otomasyon ile daha ilkel bir süreci ifade eden mekanizasyonu ayırt etmeye dikkat etmeliyiz. Benzer şekilde, mekanizasyon da daha da ilkel olan alet kullanımıyla karıştırılmamalıdır.
En baştan başlayarak, tam otomasyona giden on aşama düşünebiliriz. Bunlar oldukça keyfî olarak seçilmiştir ve büyük ölçüde örtüşür; ancak bugüne ve geleceğe uzanan gelişmeleri tasvir etmeye yardımcı olabilirler.
Aşama 1. Etmen Yok
Yeryüzündeki yaşamın, yaklaşık 1.500 milyon yıl önce ilkel çorbadan çok yavaş bir gelişimle başladığına inanılmaktadır. O zamandan önce herhangi bir tür birey, yani etmen yoktu. Hiç kimse herhangi bir şey yapmıyordu.
Aşama 2. Etmenler Var ama Alet Yok
Önce karmaşık kendi kendini sürdüren kimyasallar, ardından giderek daha karmaşık virüsler, bakteriler ve tek hücreli organizmalar ortaya çıktı ve etkin olan, bir şeyler yapan bireyler ya da etmenler kesinlikle vardı. Milyonlarca yıl boyunca çok yavaş bir evrim gerçekleşti ve hayvanlar giderek daha karmaşık hale geldi. Bireyler ya da etmenler vardı, ancak hiçbir alet kullanmıyorlardı. Yalnızca davranış vardı, hareket eden bedenler vardı, fakat yapay bedensel uzantılar ya da aletler yoktu. Yaklaşık olarak M.Ö. 200 milyon öncesine kadar, belki kazara ya da çok önemsiz bir biçimde dışında, hiçbir aletin hiç kullanılmadığına inanmakta güvenliyiz.
Aşama 3. Etmenlerin Zaman Zaman Alet Kullanması ama Asla Alet Yapmaması
Hayvanlar daha da evrildikçe, davranışları daha karmaşık hale geldi ve bu aşamada, elverişli doğal nesneler zaman zaman alet olarak kullanıldı.
Günümüzdeki en ilginç örneklerden biri, yuva kazan yaban arısı Ammophila’dır. Dişi, bir yuva kazar, içine yumurtalarını bırakır, ardından bir tırtılı sokar ve larvalar çıktığında yiyecek olması için onu da yuvaya koyar. Daha sonra girişi toprakla kapatır ve işi, toprağı bir çakıl taşıyla bastırarak tamamlar. Burada uygun bir çakıl taşı seçilir ve açıkça bir alet olarak kullanılır.
Bununla birlikte, bunun gibi çok az örnek dışında, omurgasızların ve aslında kuşlar ile memelilerin altındaki tüm hayvanların alet kullanımı pratik olarak yok gibidir.
Galapagos Adaları’nın Darwin ispinozları ısrarlı alet kullanıcılarıdır. Bu kuşlar, ağaç kabuklarına gömülü böceklerle beslenir. Kaktüs dikenlerini seçer, gagalarında tutar ve avlarını dışarı çıkarmak için kullanırlar. Diken bulunamazsa, çalılardan koparabildikleri dallar gibi eldeki başka kullanışlı araçları da kullanırlar.
Filler bazen sırtlarını kaşımak için dallar koparır. Maymunlar, kendilerine aşırı ilgi gösterenlerin üzerine taşları yokuş aşağı yuvarlamayı sever. Babunlar, akrepleri öldürmek için onlara taş atar. İnsansı maymunlar bazen bir saman çöpünü yemek aracı olarak kullanır; samanın ucunu bir karınca yuvasına sokar, bir sıra karıncanın üzerine çıkmasını bekler ve sonra karıncaları yalar. Ayrıca erişilemeyen nesneleri almak için de çubuklar kullanırlar.
"Silah taşıyıcım N'Gombie ile birlikte çalılıkların arasından sürünerek ilerledim ve altısı neredeyse tam gelişmiş sekiz şempanze buldum; küçük bir açıklığın kenarında daire şeklinde oturuyorlardı. . . . Çok gürültü yapıyorlardı ve birbirlerini durmadan itip kakıyorlardı, ancak bir süre ne yaptıklarını anlayamadım. . . . Dürbünümle izlediğimde, şempanzelerin bu yuvalardan birinin girişinin etrafında oturduğunu görebildim. Her bir maymun, deliğin içine sokup bal kaplanmış halde geri çıkardığı uzun bir dal tutuyordu. Yalnızca bir delik vardı ve çoğunlukla dallarını kullanırken sırayla hareket etmelerine rağmen, sürekli kavgalar çıkıyor ve balının çoğunu yalayıp bitirenler yeni kaplanmış dalları kapmaya çalışıyordu. Elli yarda mesafeden yarım saatten fazla izledikten sonra, grubu rahatsız etmemek için geldiğimiz kadar sessizce uzaklaştık. Bu, vahşi bir hayvanın alet kullandığını bildiğim birkaç örnekten biridir."
Elbette evcil ya da esaret altındaki hayvanlara alet kullanmanın öğretildiği durumları dikkate almamıza gerek yoktur. Aletlerin yaygın kullanımını ancak insanın evrimiyle birlikte görürüz. Antropologlar, insanın atalarının, herhangi birini yapmalarından en az on milyon yıl önce, elde bulunan silahları ve diğer araçları oldukça ustaca kullanan kullanıcılar haline geldiklerine inanmaktadır.
"Açık arazide dik yürümeye başlayan, ancak beyinleri tipik insansı maymunlardan daha büyük olmayan bazı erken Hominidae’nin, alet kullanabilecek ölçüde anatomik olarak yeterince donanımlı olabileceğini düşündüren kanıtlar vardır. Yeryüzündeki yaşama uyum sağladıkları ölçüde, babunlar ve şempanzelerin koşullar gerektirdiğinde yaptığı gibi, doğaçlama aletler ve silahlar kullanabilirlerdi. . . . Hominidae, zaman zaman alet kullananlar aşamasında milyonlarca yıl kalmış olabilir."
Aşama 4. Etmenlerin Alet Toplaması ve Kullanması ama Alet Yapmaması
Aletleri giderek daha sık kullanan insanın ataları, yiyecek kesmek için keskin taşlar, atmak için uygun boyutta taşlar, sopa olarak kullanılabilecek elverişli dallar ve benzerlerini toplayan varlıklar haline geldikleri bir noktaya ulaştılar. Alt hayvanlar arasında, kümes hayvanlarının kursaklarındaki taşlar ve birkaç benzer sınır durum dışında, herhangi bir alet toplama kaydının bulunmadığı görülmektedir.
Aşama 5. Etmenlerin Kas Gücüyle Çalışan Aletler Yapması
Son derece basit birkaç örnek dışında, hayvanlar tarafından alet yapımı olduğu pek görülmez. Psikologlar, şempanzelerin bazen çok basit bir aracı birleştirecek içgörüye sahip olduklarını göstermiştir. Bir deneyde kafeste iki çubuk vardır ve maymun önce birini, sonra diğerini dener, ancak ikisi de kafesin dışındaki muzlara ulaşacak kadar uzun değildir. Ancak çubuklardan birinin bir ucu oyulmuştur; böylece diğer çubuk onun içine girerek tek, uzun bir çubuk oluşturabilir. Maymun bunu keşfeder ve ardından uzun çubuğu kullanarak muzları alır. Bunu bir kez yaptıktan sonra, elbette bir dahaki sefer çok hızlı yapar ve hatta diğerine uymuyorsa bir çubuğu biraz çiğneyerek inceltir. Bununla birlikte, insansı maymunlar arasında “alet yapımı”nın sınırı yaklaşık olarak budur; insansı maymunların altındaki hayvanlar ise görünüşe göre hiç alet yapmazlar.
İnsan, alet yapan bir hayvan olarak neredeyse benzersizdir. İnsanlarda alet yapımının yaklaşık iki milyon yıl önce başladığı tahmin edilmektedir. Başlangıçta düzensiz ve rastlantısaldı; ancak M.Ö. yaklaşık bir milyon civarında, günlük bir rutin ya da kabilesel bir uğraş haline geldi.
Taş Devri
İlk yapıtlar taştandı ve taş, olağanüstü derecede uzun bir süre boyunca en gözde hammadde olarak kaldı. Taş Devri, farklı yerlerde farklı zamanlarda sona erdi. Buna göre Taş Devri Yunanlarda M.Ö. 3000’e, Batı Avrupa’da M.Ö. 2000’e kadar sürdü; Avustralya yerlileri ise yüz yıl önce hâlâ Taş Devri’ndeydi.
Eski Taş Devri’nin ilk standart aleti, ele rahatça oturacak biçimde yontulmuş, büyük, badem biçimli, genel amaçlı bir araçtı. Bu ilkel el baltasından, kazıyıcılar, kesiciler, deliciler, biçimlendirilmiş ve sivriltilmiş çakmaktaşları ile havan ve tokmak gibi daha uzmanlaşmış araçlar zamanla gelişti.
İnsanlar başlangıçta yalnızca taş aletler yapsalar da, Taş Devri sona ermeden çok önce bu birincil araçları kullanarak özellikle ahşap olmak üzere başka malzemeleri de aletlere dönüştürdüler. Baltaya ahşap bir sap takmak son derece büyük bir ilerlemeydi; ardından çakmaktaşı uçlu mızraklar ve başka araçlar ile silahlar geldi. Modern ölçütlere göre ilerleme son derece yavaştı.
Yeni Taş Devri’nde (Batı Avrupa’da M.Ö. 10.000–2.000) taş aletler cilalı ve uzmanlaşmış hale geldi; ayrıca ahşap tokmaklar, kamalar, iğneler, kazma çubukları, ateş matkapları, kürekler, kepçeler, kürekler, bumeranglar vb. vardı. Bu dönemde yay ve ok ile tekerlek geliştirildi ve avcılar oldukça ustaca tuzaklar ve hayvan kapanları yaptılar.
Tunç Devri
Bakır, hammadde olarak kullanılan ilk metaldi. Eritilip taş ya da kil kalıplara dökülebileceğinin keşfi, alet yapım endüstrisinde devrim yarattı. Kısa süre sonra kalay eklenerek bronz elde edildi; bu, daha sertti ve daha keskin kenarlı aletler ile silahlar yapılmasını sağladı.
İlk metal aletler Yakın Doğu’da yaklaşık M.Ö. 4000’de yapıldı; Yunanlar için Tunç Devri yaklaşık M.Ö. 3000’de başladı. Taş Devri’nin aletleri bronzdan yeniden yapıldı ve buna ek olarak ilk kılıçlar, kazmalar, eğeler, testereler, kürek yerine kullanılan kürek çekme kürekleri, sabanlar, dokuma tezgâhları, çömlekçi çarkları ve saç fırçaları, boya fırçaları, tartım terazileri, kumpaslar ve yazma ile çizme araçları gibi çok çeşitli yeni gereçler üretildi. İlk kentler kuruldu ve insan daha karmaşık bir yaşam sürmeye başladı.
Hayvan gücünü kullanan ilk düzenekler belki Yeni Taş Devri’ndeki kızaklardı; daha sonra sabanlar ve savaş arabaları da hayvan gücüyle çalıştı.
Demir Devri
Yaklaşık M.Ö. 1000 dolaylarında insan, son derece bol bulunan bir hammadde olan demir cevherlerini ergitmeyi öğrendi ve aletlerin sayısı ile çeşitliliği büyük ölçüde arttı. İlk kez menteşeli maşalar, makaslar, kerpetenler, çivi yapmak için örsler, metal matkaplar, tel çekmek için bloklar, rendeler, basit ve bileşik makaralar, dişli çarklar, sulama için su vidaları ve kepçe çarkları, zeytinyağı çıkarmak için presler, koçbaşları vb. ortaya çıktı. Her tür alette iyileştirmeler yapıldı.
Ortaçağ ve Modern Zamanlar
Ortaçağdan modern zamanlara, kas gücüyle çalışan araç ve gereçlere şunlar eklendi: geliştirilmiş el presleri (baskı için), el pompaları (madenlerden su çıkarmak için), koşu bantları, hidrolik presler, yeni bir kilit ve anahtar türü, elektrostatik makineler, doğum forsepsi ve daha birçok alet.
Burada ele alınan tüm araçlar kas gücüyle çalışmaktadır; ancak Aşama 6’da tartışılan, güçle tahrik edilen birçok düzenek bu zamana kadar zaten yapılmıştı.
Kas gücüyle çalışan düzeneklerin yapımı, daktilolar, elle çevrilen teksir makineleri, el zımbaları, tampon krikoları, döner konserve açacakları ve çeşitli başka aygıtlarla günümüze kadar sürmektedir.
Yakın zamana kadar kullanılan harman makineleri, atla çekilen biçer ve bağlayıcılar, pedalla çalışan dikiş makineleri ve torna tezgâhları, elle işletilen sıkacaklar, eski tip saç kesme makineleri ve kollu toplama makineleri gibi birçok kas gücüyle çalışan makine, mekanizasyon nedeniyle artık neredeyse kullanılmaz hale gelmiştir.
İnsan tarafından işletilen makineler, kas gücümüzün artırıldığı ya da daha iyi bir biçimde yönlendirildiği şekilde, uzuvlarımızın ve parmaklarımızın uzantılarıdır. Bu nedenle sopa ya da kaldıraç, kolun bir uzantısı olarak düşünülebilir. Benzer biçimde iğne, ipliği kumaştan geçirmek için parmaklardan daha etkilidir; yumurtaları da yalnızca parmaklarımızı kullanmaktansa el tipi bir yumurta çırpıcısıyla daha iyi karıştırabiliriz.
Aşama 6. Mekanizasyon: Aletlerin Kas Dışı Güçle Sürülmesi
Mekanizasyon, su gücü, buhar, elektrik ya da başka bir kas dışı kuvvetin, her türden alet, gereç ya da makineyi çalıştırmak için kullanılması anlamına gelir.
Bazı durumlarda güç, bir saatin elle kurulması örneğinde olduğu gibi, dolaylı olarak kas gücüyle depolanabilir. Ancak bundan sonra saat, doğrudan yayın gerilimiyle çalışır ve mekanizasyona bir örnek olarak kabul edilir; ağırlık kaldırılarak kurulan sarkaçlı saatler için de benzer durum geçerlidir. Önceki bir makalede bu saatlerin, saat mekanizmalarının, gezegen saatlerinin (orrery) ve otomatların tarihini tartışmıştık. Bunlar, Sanayi Devrimi’nin güçle tahrik edilen makinelerine kıyasla göreli olarak zayıf, ancak güçle çalışan akrabalardır.
Mekanizasyonun büyük çağı, yaklaşık 1750’de İngiltere’de, birinci Sanayi Devrimi ile başladı; yani kas gücüyle çalışan makinelerden, su, buhar ve daha sonra elektrikle çalışan makinelere yaygın geçiş gerçekleşti. Ancak mekanizasyon örnekleri bundan çok daha önceye uzanır. En erken, belki de oldukça önemsiz olanı, yerçekimidir; örneğin arabaların bir yokuştan aşağı yuvarlanması ve teknelerin akıntıyla sürüklenmesi. Daha sonra çok basit ama ticari açıdan önemli bir örnek geldi: Tunç Devri’nde yelkenlinin keşfi ya da geliştirilmesi.
Mekanizasyonun ilk tam gelişmiş örneği, Demir Devri’nde, esas olarak tahılı una öğütmek için kullanılan su değirmeni gibi görünmektedir. İlk ilkel su çarkları 3 ya da 4 beygir gücü geliştiriyordu; ancak Roma mühendisleri kısa sürede 60 beygir gücüne kadar veren çarklar yaptılar. Dere kenarında yaşayan değirmenci önemli bir sanayici haline geldi. Biraz sonra yel değirmenleri de kullanıldı. Bununla birlikte, buhar gücü tanıtılana kadar kas, rüzgâr ve su, endüstrinin tek ana tahrik kaynakları olarak kaldı.
Sanayi Devrimi’nden önceki bir başka hayati —daha doğrusu ölümcül— örneğin de anılması gerekir: tabanca; bu, piston yerine bir mermi olması dışında, içten yanmalı motorla aynı ilkeye göre çalışır. Ateşli silahlar yaklaşık 1330’da geliştirildi.
Büyük ölçekli fabrika sanayileşmesi, pamuklu dokuma endüstrisindeki bazı geliştirmelerle başladı: uçan mekik (1733), spinning jenny (1765), güç tezgâhı (1780) vb. O zamandan beri tüm alanlarda mekanizasyonda sürekli bir artış olmuştur. Gıda işleme tesisleri, kimya tesisleri, cam ve şişeleme işletmeleri, seramik, plastik ve alet yapım fabrikaları, taş ocakları, dökümhaneler, tabakhaneler, bira fabrikaları, şarap imalathaneleri, damıtımevleri, mandıralar, matbaalar, fırınlar, konserve tesisleri, şeker rafinerileri, çamaşırhaneler, ipek fabrikaları, çelik fabrikaları, kereste fabrikaları, kâğıt fabrikaları ve daha niceleri önce kısmen, sonra giderek daha fazla mekanize oldu.
Büyük fabrikalar inşa edildi. Ekonomik koşulların gerektirdiği hemen her endüstriyel alet için kas gücü dışındaki güçler kullanılabildi. Bu gelişmeler iyi bilinmektedir ve anılmaya değmeyecek kadar çoktur. Bu mekanizasyon, ona eşlik eden iki endüstriyel iyileştirme sayesinde büyük ölçüde güçlendi: değiştirilebilir parçalar ve montaj hattı. İngiltere’de, Avrupa’da ve Amerika’da büyük endüstriler ortaya çıktı.
Mekanizasyon için buhar gücünün ilk kullanımları, görünüşe göre Somerset’in su kaldırmak için geliştirdiği “water commanding engine”i (1650) ve Savory’nin madenler için buhar pompasıdır (1698). Newcomen’in buhar makinesi (yaklaşık 1710) dakikada 12 strok yapıyor ve yaklaşık 6 beygir gücü geliştiriyordu. Daha sonraki Newcomen makinelerinde 15 inçlik silindirler vardı ve 80 beygir gücüne kadar derecelendiriliyordu. Watt, yaklaşık 1760’ta modern piston-silindirli buhar makinesini geliştirdi; 1780’de ilk gerçekten başarılı olanını yaparak 1830’da pratik bir lokomotife ve ardından buharlı gemiye giden yolu açtı. Birkaç on yıl sonra büyük, yüksek hızlı buhar ve hidrolik türbinler, yeni ve çok daha kullanışlı ana tahrik kaynağı olan elektrik için büyük jeneratörlere yol açtı. Dinamo Faraday tarafından 1831’de geliştirilmiş olsa da, 1880’lere kadar ticari elektrik santralleri yoktu. İlk olarak Edison’un elektrikli lambaları için kullanılan bu güç, kısa sürede sanayi için giderek daha fazla enerji sağladı. Yüzyıl dönümünden önce benzin ve içten yanma ortaya çıktı. Günümüzde ise kas gücünün bir başka çok önemli yerine geçen kaynağa sahibiz: son derece güçlü olan ve belki de son ana tahrik kaynağı olan nükleer enerji.
Bu tür ana tahrik kaynaklarını kasın “yerine geçenler” olarak adlandırmak, elbette, hafif bir ifade olur. Bunlar aynı zamanda kasın olanaklarını da ileriye taşır. Hiçbir kas gücü, bir uyduyu yörüngeye fırlatamazdı.
Aşama 7. Basit Otomasyon
Süreçlerin, Aletlerin ya da Makinelerin Yapay Yönlendirilmesi veya Denetimi
Otomasyon, insan gözlemi ve yönlendirmesinin yapay gözlem ve yönlendirme ile değiştirilmesi anlamına gelir. Genellikle otomasyon, güçle tahrik edilen makinelerin otomatik denetimi demektir — makinelerin, otomatik denetimler aracılığıyla başka makineleri çalıştırması. Bu nedenle otomasyon örneklerinin çoğu aynı zamanda mekanizasyon örnekleridir. Sıkça söylendiği gibi, mekanizasyon insanın kas gücünü, otomasyon ise bir adım daha ileri giderek insanın beynini ikame eder. Mekanizasyon ve otomasyon birlikte, sanayide insanların makinelerle yer değiştirmesini sağlayabilir.
Sınırdaki durumları sınıflandırmak zordur. Fitilleri otomatik olarak ilerleyen Hero’nun lambaları (M.S. 60), otomasyon örnekleri midir? Hero ayrıca, rahip ateşi yaktıktan sonra tapınak kapılarını açan ve ateş söndüğünde kapatan, ısıyla çalışan bir düzenek de yapmıştır.
Roma’nın mesafe göstergesi otomasyonun iyi bir örneğidir. Başlangıçta yol mesafeleri, bir savaş arabasının tekerleğinin bir telinin siyaha boyanmasıyla, tekerlek dönüşleri sayılarak kaydediliyordu. Bu hem zahmetliydi hem de özellikle Roma sayı sistemi ve hızlı bir sürücü ile zordu. Daha sonra, yaklaşık M.S. 100’de, her tekerlek dönüşünde bir mermerin bir delikten düştüğü şekilde tasarlanmış ünlü bir otomatik mesafe göstergesi geliştirdiler. Yolculuk sonunda bilyelerin sayılması, gidilen mesafeyi veriyordu.
Devamı Aralık sayısında Computers and Automation dergisinde.