PROTOTYPE MESIN PENGUPAS UNTUK PENINGKATAN …
Transcript of PROTOTYPE MESIN PENGUPAS UNTUK PENINGKATAN …
Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 2 No. 1
62
PROTOTYPE MESIN PENGUPAS UNTUK PENINGKATAN KUALITAS
PRODUK PIPA LAPIS DI INDUSTRI PIPA
Albertus Budi Setiawan *
Program Studi Teknik Mesin Politeknik Manufaktur Negeri Bandung *,
E-mail : [email protected]
ABSTRACT
Research using prototyping method is commonly practiced nowadays, especially in developing of a new
product. This is based on data and information from Marketing Department, which focus to customers’
demand of a new competitive product. A trial test is carried out on a machine prototype following some
criteria made by the researcher, before launching it to market. This research develops a prototype of
machine to solve a problem happens in one of pipe industries producing polyethylene coated pipe. The cut-
back of coating is done at a certain length on both sides. The problem which has to be overcome is to make the cut-back of coating the same length for every pipe. To anticipate the failure probability of the machine
prototype, adopted from copy turning machine, the risk analysis using Failure Modes and Effects Analysis
(FMEA) is done. Based on the risk calculation result which covers rating multiplication of severity of failure,
number of occurrence of failure, and failure detection method, the Risk Priority Number (RPN) is 48. Trial
run-test is held implementing 2 (two) cut-back methods. The first is the previous cut-back method, and the
second is the new cut-back method. The trial run-test result using the previous cut-back method has a
different length ca 19 [mm], whereas the run-test result using the new cut-back method has a different
length ca 1 [mm]. The application of technology of the new cut-back machine prototype in pipe industries
will be saving of about Rp.3.704.500,- per 1000 product.
Keywords : prototyping, FMEA, RPN, copy turning.
PENDAHULUAN
Pipa-pipa baja untuk keperluan penyaluran
minyak, gas, dan air melalui bawah tanah /
penanaman pipa dalam tanah ataupun bawah laut
perlu dilakukan proses pelapisan (coating) pada
dinding luar pipa untuk memproteksi terhadap
serangan karat. Pipa-pipa yang telah terlapisi
seluruhnya dikupas kembali (cutback) lapisannya
sepanjang kurang lebih 10 cm disetiap ujung-
ujung pipa, untuk memudahkan proses pengelasan pada saat penyambungan pipa.
Industri pipa mengalami kesulitan untuk
menghasilkan panjang kupasan yang seragam
terutama untuk pipa-pipa berdiameter 4”, 6”, dan
8”.Ketidakseragaman panjang kupasan ini
disebabkan pipa berputar tidak sentris ketika sikat
baja pengupas memotong lapisan pada proses
pengupasan. .
Faktor-faktor yang mungkin berkontribusi
terhadap terjadinya ketidakseragaman panjang
kupasan tersebut adalah:
1 Bahan baku pipa sudah dalam keadaan
bengkok/melengkung,
2 Mesin (rotor) pemutar pipa beroperasi
terpisah/mandiri,
3 Jarak roda pemutar pipa pada mesin pemutar
tidak bisa diatur.
4 Mesin pengupas beroperasi terpisah/mandiri
5 Sikat baja pengupas berputar pada posisi yang
tetap, tidak mengikuti gerak eksentris pipa
saat berputar.
Penelitian yang akan dilakukan untuk
menjawab pertanyaan utama sebagai berikut:
1 Seberapa jauh pengaruh faktor lengkungan
pipa, mesin pengupas dan sikat baja pengupas
terhadap kualitas produk.
2 Sejauh mana modifikasi mesin dapat dilakukan pada mesin pengupas yang dapat
menghasilkan kualitas produk yang lebih baik.
Kondisi dan masalah seperti diuraikan di
atas harus dapat ditanggulangi dalam rangka
meningkatkan kualitas dari pipa-pipa lapis.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mempelajari seberapa jauh pengaruh faktor
lengkungan pipa, mesin pengupas dan sikat baja
pengupas terhadap panjang pengupasan pada
pipa,dan mengidentifikasi sejauh mana modifikasi
mesin dapat dilakukan pada mesin pengupas agar didapat hasil pengupasan yang seragam.
Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 2 No. 1
63
LANDASAN TEORI
Kesimetrisan potong pada produk–produk
silinder pada proses pemotongan yang
memanfaatkan putaran mesin dipengaruhi oleh
bahan baku yang sebelumnya telah dalam
keadaan simetris, bila keadaan bahan baku
simetris, maka geram akan terpotong secara
simetris pada proses pemotongan putar. Dalam
penelitian ini kondisi bahan baku pipa lapis tidak
dalam kondisi putar simetris, dan lapisan polyethylen pada pipa lapis dapat dianalogikan
sebagai geram yang akan dipotong (dikupas) pada
proses pemesinan.
Oleh sebab itu untuk memperoleh geram
(lapisan yang dikupas) dari pipa lapis harus
dilakukan proses pengupasan dengan
memanfaatkan putaran pipa yang tidak simetris
(eksentris). Dudukan pemotong (eretan) ditautkan
pada pipa untuk mendapatkan gerak ayun sesuai
dengan gerak pipa yang eksentris, selanjutnya
dilakukan pemotongan/pengupasan dengan memajukan sikat baja (alat potong) dalam kondisi
gerak tersebut, untuk mendapatkan ketebalan
potong yang sama.
1. Mesin bubut kopi [11]
Gambar 2. Mesin bubut copy
Teknologi bubut kopi mekanik dapat
dimanfaatkan dalam pembuatan prototype mesin
pengupas lapisan pipa. Lengkungan pipa
digunakan sebagai template yaitu replikasi dari
profil yang diinginkan. Stylus yang berpegas
ditautkan pada pipa dan sambil bergerak
longitudinal dengan saddle, juga bergerak transversal mengikuti profil dari template yang
memungkinkan sikat baja pengupas mengupas
lapisan dengan ketebalan dan panjang kupasan
yang sama.
2. Desain Engineering
Desain merupakan suatu proses yang terdiri
dari sistem, komponen, dan proses untuk
memenuhi tuntutan pemenuhan persyaratan,
dimana ilmu–ilmu dasar, matematik, dan ilmu–
ilmu rekayasa digunakan untuk menyatukan
seluruh sumber daya untuk memenuhi obyek yang
telah ditetapkan. Elemen–elemen dasar proses
dalam desain adalah penyusunan daftar tuntutan
dan kriteria, sintesis, analisis, konstruksi, ujicoba,
dan evaluasi, dengan mempertimbangkan
alternatif solusi, kelayakan, dan deskripsi system
secara detail. Faktor ekonomi, keamanan dan
keselamatan kerja, kehandalan, estetika, etika, dan
dampak sosial, perlu dipertimbangkan, sehingga secara teknik untuk sebuah desain yang baik
adalah :
a. biaya produksi yang rendah,
b. kebutuhan lahan yang mencukupi
c. berat produk yang memadai untuk
memudahkan penggunaan,
d. pemilihan material produk yang tepat untuk
mencegah kecepatan lelah / rusak,
e. penanganan (handling) penggunaan produk
yang mudah dan optimum.
3. Design For Manufacture and Assembly
(DFMA) [2]
DFMA berasal dari gabungan istilah DFA
(Design for Assembly) dan DFM (Design for
Manufacturing), konsep dasarnya adalah
menerapkan paradigma DFMA untuk
menganalisis permasalahan-permasalahan selama
proses manufaktur dan perakitan (assembly) pada
tahap perancangan awal. Hal ini berarti
mempertimbangkan semua faktor yang
mempengaruhi hasil akhir sedini mungkin dalam siklus perancangan. Jumlah waktu yang dipakai
dalam analisis pada tahap perancangan awal lebih
sedikit daripada melakukan perancangan secara
berulang, sehingga dapat mengurangi pengeluaran
biaya.
DFM mempertimbangkan proses manufaktur
dalam tahap perancangan awal, dimana seorang
perancang dapat melakukan pemilihan material
yang sesuai, teknologi yang tepat, mengestimasi
waktu proses manufaktur dengan jumlah produk
yang banyak dan proses yang cepat dengan skema
berbeda. Caranya adalah dengan membandingkan tiga
macam rencana perancangan dan rencana
teknologi, kemudian dilakukan perbaikan
secepatnya pada tahap perancangan awal
berdasarkan masukan informasi hingga
didapatkan rencana perancangan dan teknologi
yang paling memuaskan.
Tujuan Design for Manufacturing adalah:
1. Meningkatkan kualitas produk baru selama
masa pengembangan, termasuk desain,
teknologi, manufaktur, pelayanan, dll.
Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 2 No. 1
64
2. Menurunkan biaya, meliputi biaya
perancangan, proses manufaktur, delivery,
technical support, discarding, dll.
3. Memperpendek cycle time, meliputi waktu
perancangan, persiapan manufaktur, dan
perhitungan yang berulang.
Design concept
Design for assembly
(DFA)
Selection of materials
and processes and early
cost estimates
Best design concept
Design for
manufacture (DFM)
Prototype
Production
Suggestions for
simplification of product
structure
Suggestions for more
economic materials and
processes
Detail design for
minimum
manufacturing cost
Gambar 3. Tahapan proses DFMA
DFA merupakan pertimbangan dan
memecahkan permasalahan dalam proses
perakitan pada tahap perancangan awal dengan
memastikan semua komponen dapat dirakit
dengan kecepatan yang tinggi, biaya rendah dan
produktif. DFA merupakan sebuah cara dalam paradigma
perancangan dengan menggunakan semua metode
seperti menganalisis, mengestimasi,
merencanakan dan mensimulasi untuk
mempertimbangkan semua faktor yang
mempengaruhi selama proses perakitan dalam
keseluruhan proses merancang; memperbaiki
konstruksi perakitan sehingga menghasilkan
fungsi dan karakteristik produk akhir yang
memuaskan dengan biaya yang serendah
mungkin.
Prinsip Dasar DFMA :
1 Meminimalisasi jumlah komponen, semakin
sedikit komponen harga akan semakin murah.
2 Menerapkan modular rancangan, dengan
menerapkan modular rancangan, proses perancangan akan standar dan mudah
direalisasikan, sehingga meminimalisir
kesalahpahaman pembacaan gambar.
3 Meminimalisasi variasi komponen,
maksudnya adalah komponen dibuat
mendekati standar, sehingga proses
pengerjaanya tidak rumit.
4 Menerapkan multifungsional rancangan, yaitu
rancangan komponen yang dapat dipakai pada
fungsi bagian yang bermacam-macam.
Dengan demikian penggambaran lebih irit.
5 Merancang komponen fungsi ganda, yaitu komponen yang dapat digunakan pada
berbagai macam fungsi.
6 Merancang untuk penyederhanaan produksi,
maksudnya adalah merancang agar realisasi
produk tidak melalui prosedur yang berbelit-
belit.
7 Meminimalisasi penggunaan pengikat, karena
dengan banyaknya ikatan, akan menambah
banyak pula kontrol kekuatannya
8 Memaksimalisasi kesesuaian, yaitu kesesuaian
antara fungsi bagian satu dengan yang lain. 9 Meminimalisasi “handling”, karena dengan
banyaknya alur pengiriman benda kerja dari
satu unit pengerjaan ke unit yang lain akan
memperlambat waktu produksi, idealnya
adalah produk dikerjakan pada satu tempat.
10 Mengeliminasi/menyederhanakan pengaturan,
karena dengan banyak pengaturan akan
menambah rumit prosedur kerjanya.
11 Menghindari komponen fleksibel, karena
komponen yang fleksibel dapat
menyebabkan tertukar dengan yang lain, akibatnya perakitan menjadi lebih lama.
4. Failure Mode and Effect Analyses (FMEA) [7,8]
Kualitas makin memegang peranan penting,
seiring dengan tingkat persaingan yang makin
ketat, tuntutan pelanggan semakin tinggi pada
produk dengan harga bersaing dan kualitas yang
tinggi. Oleh karena itu untuk mencapai sebuah
produk yang berkualitas prima, perlu perhatian
khusus pada manajemen kualitas, dan salah satu
alat yang bisa digunakan adalah Failure Modes And Effect Analysis. FMEA adalah suatu
metodologi dalam menganalisa masalah kualitas
yang muncul sejak ditahap pengembangan,
sehingga tindakan koreksi dapat langsung
dilakukan, dan desain dapat langsung diperbaiki.
Dalam FMEA terdapat 3 variabel utama yang
perlu diperhatikan yaitu :
1. Severity : rating yang mengacu pada besarnya
dampak yang serius dari suatu kegagalan
(potential failure mode).
2. Occurrence : rating yang mengacu pada berapa banyak frekuensi munculnya kegagalan
(potential failure occurre).
Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 2 No. 1
65
3. Detection : yang mengacu pada metode
deteksi yang dapat mendeteksi kemungkinan
kegagalan atau kegagalan tidak sampai
berdampak yang membahayakan.
Gambar 4. Prosedur FMEA
Untuk setiap fungsi dievaluasi kemungkinan
kegagalan, kapan munculnya, cara mendeteksi,
dan penentuan nilai (rating). Dalam metode FMEA dikenal Risk Priority Number (RPN),
yakni angka yang menggambarkan area mana
yang perlu jadi prioritas perhatian kemungkinan
kegagalan. RPN diukur berdasarkan pertimbangan
rating dari ketiga variabel diatas yaitu severity,
occurrence, dan detection.
RPN = rating severity x rating occurrence x
rating detection.
Risk Priority Number (RPN) tersebar dari nilai
1 (minimum RPN) sampai 1000 (maksimum
RPN). Produk aman atau tidak terjadi kegagalan
(RPN 1) atau hampir sering terjadi kegagalan sehingga membahayakan (RPN 1000)
5. Overall Function and Function Structure [9]
Untuk memperkirakan kemungkinan
kegagalan produk dan akibat yang ditimbulkan
terhadap produk, pada pengguna, atau pada
lingkungan sekitarnya, pertama harus kita ketahui
fungsi utama produk kemudian diurai menjadi
fungsi kedua atau ketiga yang diintegrasikan
bersama untuk memenuhi fungsi utama. Fungsi–fungsi ini dikenal sebagai system blackbox yang
meliputi masukan, luaran, dan proses.
5.1 Fungsi Keseluruhan (FK) dan Fungsi
Bagian
Fungsi adalah perilaku atau behavior sebuah
produk yang diperlukan untuk mencapai atau
memenuhi syarat-syarat teknis yang
menggambarkan dengan jelas kegunaan dari
produk yang dibuat.
Fungsi Keseluruhan
Fungsi keseluruhan adalah fungsi produk secara menyeluruh sehingga jelas untuk apa
produk tersebut dibuat.
Gambar 5. Fungsi keseluruhan
Fungsi Bagian/Sub Fungsi
Fungsi bagian atau Sub-Fungsi adalah fungsi-fungsi bagian dari suatu konstruksi yang
satu sama lain saling menunjang untuk
tercapainya fungsi keseluruhan.
Gambar 6. Fungsi bagian
6. Kekuatan Bahan (Strength of Material) [4,5,6]
Pada dasarnya semua konstruksi peralatan
mekanik yang menerima beban harus mampu
menahan beban tersebut, hal ini sangat tergantung dari jenis konstruksi yang dirancang, beban yang
diberikan dengan adanya pengaruh grafitasi akan
menjadi gaya luar (gaya aksi) yang harus ditahan
oleh gaya dalam (reaksi reaksi) yang terjadi pada
setiap komponen konstruksi, dimana gaya dalam
ini akan ditahan oleh penampang yang ada yang
mengakibatkan terjadinya tegangan pada
penampang komponen konstruksi tersebut.
7. Polimer [12,13]
Polyethylen (PE) merupakan salah satu jenis polimer yang umum digunakan, disebabkan oleh
rendah berat jenis, kemudahan proses dan biaya
yang rendah. Salah satu pasar yang penting dan
sangat menjanjikan adalah pasar industri –
industri, dimana polyethylen (PE) menjadi salah
satu bagian yang harus diaplikasikan/digunakan
pada produk, seperti halnya pelapisan pada pipa-
pipa untuk melawan terjadi corrosion dalam
penggunaan produk pipa-pipa dilapangan.
Pelapisan pipa membutuhkan sekurang-kurangnya
Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 2 No. 1
66
mampu mencegah terjadinya corrosion, tanpa
perlu mengubah mechanical properties pipa yang
dilapisi seminimum mungkin sesuai tuntutan.
Saat ini telah dikembangkan plastik pelapis
pipa untuk menahan corrosion, yaitu high-density
polyethylen (HDPE) dan polypropylen (PP)
dicairkan bersama (melt-mixed), ditekan
(extruded),dan diroll menjadi lembaran-lembaran.
Pada pelapisan pipa lembaran dipanaskan
diantara titik leleh HDPE dan titik leleh PP, akan
diperoleh lapisan pipa dengan yielding stress sebesar 60 Mpa dan Young’s modulus sebesar 3,5
Gpa.
METODE PENELITIAN
1. Pengembangan Prototype
Sebelum pembuatan modifikasi mesin
pengupas lapisan pipa dipabrik pipa lapis, akan
dilakukan pembuatan prototype yang akan
diterapkan di mesin tersebut.
Metodologi penelitian dilakukan dengan 2 tahapan sebagai berikut :
1. Desain prototype dan pembuatan prototype
Desain prototype dirancang dengan
mempertimbangkan permasalahan dan proses
kerja mesin pengupas lapisan pada pipa,
pencarian alternatif–alternatif yang paling baik
dan dapat direalisasikan pembuatan prototype,
serta uji coba prototype.
2. Analisa proses menggunakan metode FMEA
Metode FMEA dimanfaatkan untuk
menganalisis resiko kegagalan proses dari prototype mesin pengupas lapisan, untuk
meyakinkan bahwa hasil uji coba prototype mesin
pengupas dapat direalisasikan untuk modifikasi
mesin pengupas lapisan yang saat ini masih
digunakan di perusahaan.
2. Kerangka pemikiran
Pengupasan lapisan PE pada pipa yang
berputar tidak sentris agar seragam panjang
pengupasannya perlu dipertimbangkan 2 metode
sebagai berikut :
a. Metode 1: Pipa lapis dipaksa berputar sentris, kemudian
sikat baja pengupas berputar dan mengupas
lapisan PE, sehingga kedalaman kupasan akan
sama dan panjang kupasan seragam.
b. Metode 2:
Pipa lapis tetap berputar eksentris dan sikat
baja berputar sambil mengikuti gerak eksentris
pipa, kemudian dilakukan pengupasan lapisan
pipa yang dilakukan secara simultan dengan
gerakan tersebut.
Gambar 7. Konsep pengembangan desain
3. Analisa masalah (Defining Problem)
Ujung pipa lapis harus dikupas dengan panjang yang seragam dengan menggunakan
mesin pengupas lapisan yang tersedia. Proses
pengupasan dengan memutar pipa dengan roda
pemutar secara bebas tanpa pengarah, kemudian
sikat baja pengupas yang juga berputar diarahkan
ke pipa lapis untuk mengupas lapisan
polyethylene. Rancangan modifikasi mesin
dibatasi dengan kondisi pipa yang tetap bengkok /
melengkung, dan kendala ruang (space) yang
terbatas.
Sebelum merancang pengembangan prototype mesin pengupas lapisan pada pipa, perlu
mempelajari lebih dahulu proses pengupasan
lapisan polyethylen yang saat ini masih
dijalankan. Proses pengupasan pada mesin
pengupas lapisan pada pipa dapat dijelaskan
secara garis besar sebagai berikut :
1. Mesin dan peralatan proses pengupas lapisan
pipa terdiri dari :
a. 2 buah mesin pengupas (untuk kedua
ujung pipa)
b. 1 buah alat penyangga merangkap pemutar pipa
c. 1 panggung tempat penyimpan pipa yang
akan di proses
Start
End
Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 2 No. 1
67
d. 1 panggung/rail penyangga pipa yang telah
diproses
2. Operasional mesin – mesin :
a. Pipa digelindingkan pada alat penyangga
dari tempat penyimpanan ke posisi tertentu
dan selanjutnya roda pemutar berputar
untuk memutar pipa.
b. Roda–roda pemutar pada alat penyangga
naik, mengangkat pipa yang telah berputar.
c. Mesin–mesin pengupas bergerak maju
pada posisi disetiap ujung pipa d. Sikat baja pengupas berputar dan naik
secara beraturan memotong lapisan pada
pipa, hingga terkupas seluruhnya.
e. Sikat baja pengupas turun, mesin pengupas
mundur ke posisi semula.
f. Roda–roda pemutar pada alat penyangga
putar turun, pipa tertahan pada
panggung/rail penyangga.
g. Pipa digelindingkan ke tempat
penampungan produk jadi.
4. Pengembangan Prototype (Developing
Prototype)
Dalam pengembangan prototype harus
dilakukan analisa fungsi keseluruhan dan bagian
terlebih dulu, agar konsep desain sesuai dengan
fungsi masing–masing, termasuk perhitungan
beban yang akan diterima prototype.
a. Fungsi keseluruhan
Fungsi utama dari prototype mesin pengupas
pipa adalah untuk mengupas lapisan PE pada pipa dengan panjang yang seragam, dan terkupas
seluruhnya.
Dalam hal ini digunakan sumber enerji dari
motor listrik mesin bubut, motor pemutar sikat
baja, dan secara manual digerakkan oleh operator
untuk mendekatkan sikat baja, serta menaik
turunkan untuk proses pengupasan, dan luarannya
adalah pipa lapis terkupas dengan panjang
seragam.
Gambar 8. Fungsi keseluruhan
b. Struktur Fungsi
Struktur fungsi utama dari proses pengupasan
terdiri dari dua fungsi yakni fungsi pertama
adalah memegang pipa dan memutarnya, dan fungsi kedua memindah eretan, mengikat pipa,
menaik – turunkan sikat baja yang berputar,
sehingga lapisan pipa terkupas. Prototype mesin
pengupas ini meniru tahapan proses pengupasan
yang ada dipabrik pipa sebenarnya hanya proses
ini menggunakan mesin bubut mengambil alih
fungsi roda pemutar untuk memutar pipa.
Gambar 9. Struktur fungsi
c. Fungsi bagian
Fungsi bagian menunjukkan proses pelupasan setelah sikat baja diputar, tempat dudukan sikat
baja dimajukan untuk melupas lapisan pada pipa
dengan tetap mengikuti gerakan ayun plat
dudukan utama, selanjutnya diundurkan setelah
pipa bersih dari lapisan.
Gambar 10. Fungsi pelupasan lapisan
5. Formulasi Solusi (Formulating Solution)
Dengan kondisi pipa yang tetap
bengkok/melengkung sehingga berputar tidak
memusat/sentris dalam proses pengupasan
lapisan, yang mengakibatkan ketidakseragaman
panjang kupasan, maka untuk memperoleh hasil
kupasan yang seragam tidak bisa tidak harus
dilakukan upaya agar pipa berputar sentris.
a. Gaya Lengkung Pipa Agar hasil pelupasan mendapatkan hasil yang
simetris, terkelupas dengan seragam dan rata
terkelupas maka pipa harus berputar secara
sentris, namun ternyata untuk proses sanding
tidak dilakukan pelurusan pipa terlebih dahulu,
sehingga kondisi pipa tetap dalam keadaan
melengkung dalam proses sanding. Oleh karena
diperlukan rekayasa teknik untuk menjadikan
putaran pipa menjadi sentris dengan memaksa
memberikan gaya berlawanan dengan gaya
defleksi untuk meluruskan pipa. Gaya dapat dihitung dengan rumus defleksi lengkungan pipa,
yang rata–rata nilai defleksi sebesar y = 4 [mm],
dengan panjang pipa sebesar L = 12,000 [mm],
dan jarak ujung–ujung pipa ke roda pemutar
sebesar a = 3,000 [mm]
Putar spindel mesin bubut
Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 2 No. 1
68
Gambar 11. Diagram momen
Gaya lengkung :
F = 6 .𝐸.𝐼.𝑦
𝑎2 (3𝐿−4𝑎)
Tabel 1. Gaya defleksi Nominal w E a L I F
(inch) do(mm) di(mm) (N/mm) (N/mm2) (mm) (mm) (mm
4 ) (N)
104.74 0.13 2,100,000 3,000 12,000 2,469,302.85 7,202.13
103.18 0.15 2,100,000 3,000 12,000 2,813,302.12 8,205.46
102.26 0.16 2,100,000 3,000 12,000 3,008,993.29 8,776.23
158.74 0.19 2,100,000 3,000 12,000 8,210,150.93 14,367.76
157.18 0.22 2,100,000 3,000 12,000 9,416,814.57 16,479.43
155.60 0.25 2,100,000 3,000 12,000 10,602,869.42 18,555.02
154.08 0.28 2,100,000 3,000 12,000 11,710,291.57 20,493.01
209.54 0.25 2,100,000 3,000 12,000 18,478,709.42 21,558.49
208.78 0.27 2,100,000 3,000 12,000 19,843,482.95 23,150.73
207.98 0.29 2,100,000 3,000 12,000 21,264,074.91 24,808.09
206.4 0.33 2,100,000 3,000 12,000 24,021,980.77 28,025.64
205.02 0.36 2,100,000 3,000 12,000 26,379,525.01 30,776.11
203.26 0.40 2,100,000 3,000 12,000 29,317,950.85 34,204.28
202.74 0.42 2,100,000 3,000 12,000 30,171,644.07 35,200.25
8 219.1
Diameter
4 114.3
6 168.3
6 Parameter desain
Parameter–parameter dari peralatan yang
menunjang proses pengupasan harus memenuhi
persyaratan sebagai berikut :
a. Ukuran tidak boleh melebihi 700x500x400 b. Mampu menahan beban dinamis dari gaya
akibat kondisi pipa yang melengkung
maksimal sebesar F = 35.200 [N] yang
dihitung pada pipa 8”
c. Mudah dioperasikan tanpa banyak pengaturan.
d. Langkah pemakanan pelupasan sebesar 50
mm
e. Mudah dalam perakitan/pemesinan
6.1 Alternatif-Alternatif
Beberapa alternatif dapat ditinjau dan
dipertimbangkan untuk membuat pipa berputar
sentris agar sikat baja dapat mengupas lapisan
pipa dengan seragam sebagai berikut :
Alternatif 1 : Senter/pemusat putar Senter putar dirakitkan pada mesin dengan
posisi sesumbu pipa yang akan dikupas, kemudian
diarahkan ke pipa agar pipa berputar sentris.
Batang penahan senter putar akan menahan beban
gaya defleksi yang dinamis.
Gambar 12. Alternatif senter/pemusat putar
Alternatif 2 : Roll pemusat
Roll pemusat diarahkan dari sisi luar pipa, dengan menekan pipa agar berputar sentris, yang
umumnya terdiri dari 3 buah roll yang diatur
secara simetri dengan sudut 1200 satu sama lain.
Roll diatur sedemikian rupa akan bergerak secara
bersamaan sampai pipa berputar sentris. Roll
pemutar menahan beban dinamis secara
bergantian karena perputaran pipa.
Gambar 13. Alternatif rol pemusat.
Alternatif 3 : Teknologi bubut kopi
Pipa yang berputar difungsikan sebagai
template, dengan bantuan stylus yang dikaitkan pada pipa akan menggerakkan dudukan sikat baja
sesuai gerakan pipa, kemudian dimajukan untuk
pengupasan.
Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 2 No. 1
69
Gambar 14. Alternatif teknologi bubut kopi.
6.2 Penilaian Alternatif
Penilaian alternatif berdasarkan kepada
aspek-aspek tertentu yang akan menentukan
layaknya suatu konsep rancangan untuk
direalisasikan. Aspek-aspek tersebut adalah aspek
teknik yang meliputi pencapaian fungsi utama,
konstruksi, mudah pengoperasian dan perawatan,
dan kehandalan.
Penilaian dilakukan dengan cara memberikan kriteria nilai- nilai sebagai berikut:
Tingkat Sangat baik Baik Cukup Kurang Sangat Kurang
Nilai 5 4 3 2 1
Tabel 2 Kriteria Nilai
Kriteria
No Aspek yang dinilai Bobot
%
1 Penahan beban 25 3 75 4 100 5 125 5 125
2 Pengoperasian 20 3 60 3 60 5 100 5 100
3 Perakitan 20 3 60 2 40 4 80 5 100
4 Perawatan 15 3 45 3 45 4 60 5 75
5 Langkah pemakanan 10 4 40 4 40 4 40 5 50
6 Ukuran 10 3 30 2 20 4 40 5 50
Nilai Total 100 19 310 18 305 26 445 5 500
Persentase 62% 61% 89%
Tabel 3 Penilaian Alternatif
Alt 1 Alt 2 Alt 3
Alternatif Nilai Ideal
7 Desain prototype Dengan parameter yang telah ditetapkan,
alternatif 3 sangat memenuhi persyaratan yang
akan menjadi acuan dalam desain awal
(prelimenary desain)
Gambar 15. Konsep desain awal
PENGUJIAN DAN ANALISIS PROTOTYPE
Setelah proses pembuatan prototype mesin
pengupas, dilakukan analisis dan pengujian untuk
mendapatkan hasil penelitian dalam
pengembangan prototype. Metode analisis
terhadap proses pengupasan dari prototype
digunakan sistem Failure Mode and Effect
Analyses dan akan dilakukan uji coba prototype
dengan memanfaatkan fungsi gerak dari mesin
bubut.
Gambar 16. Proses pengujian di mesin bubut
1. Sistem Failure Mode and Effect Analyses
(FMEA)
Dalam melakukan analisis prototype mesin
pengupas dievaluasi untuk setiap potensi bentuk
kegagalan dari setiap system komponen, dimana dampak kegagalan muncul segera dilakukan
perubahan desain untuk mengurangi dampak
tersebut. Setelah dilakukan identifikasi dan
analisa fungsi dari prototype mesin pengupas
lapisan pipa sebagai langkah awal menggunakan
metodologi FMEA, maka perlu ditetapkan lebih
dahulu bentuk dari kegagalan (mode of failure)
dari prototype mesin yang menunjukkan
ketidakmampuan untuk :
a. digeser menempati posisi
b. pengaturan posisi stylus c. pengaturan posisi awal pemotongan
d. putar sikat baja
e. gerak meja dudukan sikat baja.
Tabel 4. Fungsi prototype mesin pengupas Keterangan
1.0 Geser ke posisi kerja 1.1 Penempatan posisi prototype mesin Prototype dibawah posisi
pipa
1.2 Penempatan posisi sikat Sikat baja pada posisi awal
2.0 Pengaturan posisi 2.1 Penempatan stylus pada posisi bebas Posisi tidak menyentuh pipa
stylus 2.2 Pengaturan stylus Stylus menyentuh pipa
2.3 Penempatan kembali stylus pada posisi Posisi tidak menyentuh pipa
bebas
3.0 Pengikatan ke meja 3.1 Pergerakan meja utama bergerak Stylus menyentuh pipa
utama naik turun
3.2 Penyentuhan awal sikat baja Pengupasan awal
4.0 Putar sikat baja 4.1 Pemutaran spindel sikat baja Sikat baja pada posisi awal
4.2 Penghentian putaran sikat baja Sikat baja pada posisi awal
5.0 Gerak meja dudukan 5.1 Pendorongan meja dudukan spindel Sikat baja mengupas lapisan
sikat sikat baja naik
5.2 Penurunan meja dudukan spindel Lapisan terkelupas
sikat baja
Sub Fungsi Sub Fungsi
Tingkat 1 ( first level ) Tingkat 2 ( second level )
Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 2 No. 1
70
1.1 Severity Rating, Occurrence Rating, dan
Detection Rating
Parameter–parameter yang digunakan dalam
metode FMEA untuk menentukan kritis suatu
kegagalan adalah hebatnya dampak kegagalan,
frekuensi munculnya kegagalan, kemungkinan
berikutnya adalah memeriksa desain yang akan
mendeteksi potensi bentuk (mode) kegagalan
yang muncul.
Severity rating dirangking menurut tingkat
kehebatan dampak kegagalan (seriousness of the failure mode) pada prototype, frekuensi
kemunculan (occurrence) dirangking menurut
probabilitas kegagalan, yang ditunjukkan oleh
jumlah antisipasi kegagalan selama uji coba
prototype. Dampak dari kegagalan umumnya
digambarkan oleh dampak pada prototype yang
terlihat selama uji coba. Kemampuan deteksi
(detectability) adalah penaksiran (assessment)
dari kemampuan verifikasi dari konsep desain
untuk mengidentifikasi potensi kelemahan
sebelum uji coba.
1.2 Angka Prioritas Resiko (Risk Priority
Number / RPN)
Angka Prioritas Resiko didapat dari hasil
perkalian severity, occurrence dan detection dari
uji coba prototype, digunakan sebagai acuan
tindakan perbaikan.
Sebagai acuan perbaikan untuk prototype
mesin pengupas lapisan pada pipa ditetapkan
sebagai berikut :
a. Perbaikan prototype mesin pengupas lapisan pada pipa harus dilakukan, bila Angka
Prioritas Risiko (RPN) lebih besar dari 100.
b. Perbaikan prototype mesin pengupas lapisan
pada pipa harus dilakukan, bila angka Severity
lebih besar dari 5.
2 Pengujian dan Analisis Prototype
Prototype mesin pengupas yang diproduksi
mampu melakukan operasi dalam 2 bentuk
proses, yang pertama merupakan bentuk proses
sesuai dengan proses yang saat ini masih berjalan
di industri pipa, yang kedua bentuk proses sebagai usulan untuk optimasi langkah perbaikan proses
untuk mendapat keseragaman panjang
pengupasan. Oleh karena itu untuk menunjukkan
kemampuan prototype mesin pengupasan maka
dilakukan langkah pengujian prototype mesin
dalam 2 bentuk proses pengupasan lapisan yang
berbeda yaitu:
a. Langkah pengujian dengan proses lama
(sesuai dengan perusahaan).
Proses pengupasan dilakukan dengan meja
sikat pengupas bergerak bersama meja dudukan secara bersamaan tanpa diikatkan
dengan pipa.
b. Langkah pengujian dengan proses baru.
Proses pengupasan dilakukan dengan meja
sikat pengupas bergerak secara mandiri,
sementara meja dudukan begerak sesuai
dengan ayunan pipa yang berputar secara
eksentris.
2.1 Analisis Hasil Penelitian
Dari data pengujian prototype mesin pengupas
dengan melakukan uji dengan metode mesin
pengupas lama seperti yang dilakukan di
perusahaan saat ini, dan metode mesin pengupas baru, serta dilakukan data perhitungan Angka
Prioritas Resiko dengan metode RPN memberikan
hasil sebagai berikut :
2.1.1 Analisis Proses
a. Proses Lama
Dari Tabel 5: Hasil Pengukuran pada kolom
Proses Lama ( metode yang saat ini dlakukan
perusahaan ), menunjukkan ketidakseragaman
panjang pengupasan minimal sebesar 15 [mm]
dan maksimal sebesar 19 [mm].
b. Proses Baru
Dari Tabel 5: Hasil Pengukuran pada kolom
Proses Baru, menunjukkan ketidakseragaman
panjang pengupasan minimal sebesar 1 [mm] dan
maksimal sebesar 2 [mm].
2.1.2 Analisis ekonomi
Untuk prototype mesin pengupas lapisan
plastik dapat dilakukan analisa biaya yang terdiri
dari analisis biaya pemesinan dan analisis
pengerjaan ulang (rework) dengan manual.
a. Analisis biaya pemesinan :
Dari Tabel 6 : Bila diperlukan 1000 bh pipa
untuk dikupas, maka dengan proses lama
diperlukan waktu sebesar 5710 menit, dan dengan
proses baru sebesar 2830 menit, terjadi selisih
sebesar 2880 menit sama dengan 48 jam,
sehingga terjadi penghematan biaya pemesinan
sebesar Rp.2.640.000,-dengan tarif mesin
pengupas sebesar Rp.55.000,- perjam.
No Pengujian Proses Baru Proses Lama
1 Pipa Nomor 1 75 mm - 76 mm 70 mm - 85 mm
2 Pipa Nomor 2 76 mm - 77 mm 68 mm - 86 mm
3 Pipa Nomor 3 74 mm - 75 mm 68 mm - 85 mm
4 Pipa Nomor 4 76 mm - 78 mm 70 mm - 86 mm
5 Pipa Nomor 5 75 mm - 77 mm 69 mm - 86 mm
6 Pipa Nomor 6 77 mm - 78 mm 69 mm - 87 mm
7 Pipa Nomor 7 76 mm - 77 mm 70 mm - 87 mm
8 Pipa Nomor 8 74 mm - 75 mm 68 mm - 87 mm
9 Pipa Nomor 9 75 mm - 76 mm 71 mm - 86 mm
10 Pipa Nomor 10 75 mm - 77 mm 69 mm - 85 mm
Tabel 5 : Hasil Pengukuran
Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 2 No. 1
71
No Pemesinantsiap tkupas tukur tsiap tkupas tukur
1 Pipa Nomor 1 1.0 1,6 0.5 1.0 3.2 0.5
2 Pipa Nomor 2 1.0 1.6 0.5 1.0 4.8 0.5
3 Pipa Nomor 3 1.0 1.6 0.5 1.0 4.8 0.5
4 Pipa Nomor 4 1.2 1.6 0.5 1.2 3.2 0.5
5 Pipa Nomor 5 1.1 1.6 0.5 1.1 4.8 0.5
6 Pipa Nomor 6 1.0 1.6 0.5 1.0 4.8 0.5
7 Pipa Nomor 7 1.0 1.6 0.5 1.0 4.8 0.5
8 Pipa Nomor 8 1.0 1.6 0.5 1.0 4.8 0.5
9 Pipa Nomor 9 1.0 1.6 0.5 1.0 3.2 0.5
10 Pipa Nomor 10 1.2 1,6 0.5 1.2 3.2 0.5
Sub total 10.5 12.8 5.0 10.5 41.6 5.0
Total (ts+tk+tu) 28.3 57.1
Proses lama (menit)Proses baru (menit)
Tabel 6. Analisis waktu pemesinan
b. Analisis pengerjaan ulang (rework) :
Dari Tabel 5: Proses lama menunjukkan hasil
pengupasan yang sangat bervariasi dari 15 [mm] sampai dengan 19 [mm], yang seluruhnya keluar
dari toleransi, sehingga diperlukan pengerjaan
ulang (rework). Proses baru menunjukkan hasil
yang terdiri dari 7 buah pipa dengan perbedaan
panjang 1 [mm] dan 3 buah pipa dengan
perbedaan panjang 2 [mm], yang seluruhnya
masuk dalam toleransi, namun untuk 3 pipa ini
bisa dikategorikan untuk dilakukan pengerjaan
ulang (rework).
Dengan prototype proses pengupasan lapisan
pipa yang baru ternyata dapat menurunkan tingkat pengerjaan yang sangat tinggi sebesar 70 %, yang
berarti mengurangi biaya orang (jam kerja
manual) dan biaya alat bantu berupa pahat tangan,
batu gerinda, dan sikat baja. Pekerjaan ulang
untuk penyeragaman panjang diperlukan 2
pekerja, dan waktu yang diperlukan setiap pipa
rata-rata sekitar 12 menit. Alat bantu yang
diperlukan untuk setiap 100 pipa terdiri dari 1
buah batu gerinda, dan 2 buah sikat baja.
Penghematan pada proses pengerjaan ulang
(rework) untuk mengupas 1000 pipa terdiri dari :
Penghematan biaya tenaga kerja langsung
sebesar :
2 orang x 70% x 1000 pipa x 12/60 jam x
Rp.10.000,- = Rp.2.800.000,-
Penghematan alat bantu sebesar :
Batu gerinda : 10 x 70 % x
Rp.47.500,- = Rp.332.500,-
Sikat baja : 20 x 70 % x Rp.22.000,- =
Rp.308.000,-
2.1.3 Angka Prioritas Resiko
Estimasi Resiko terdapat hasil-hasil yang
perlu diberi perhatian seperti Severity dengan
rating 4 dan Risk Priority Number dengan nilai
48, pada fungsi–fungsi :
1. Penempatan stylus pada posisi bebas
2. Pengaturan stylus
3. Penempatan kembali stylus pada posisi bebas
4. Penyentuhan awal sikat baja
5. Pemutaran spindle sikat baja
6. Penghentian putaran spindle sikat baja
Severity rating sebesar 4 lebih kecil dari 5
sebagai batas keharusan prototype mesin
pengupas lapisan pada pipa untuk dilakukan
perbaikan, dan Angka Prioritas Resiko (Risk
Priority Number) sebesar 48 lebih kecil dari 100
sebagai batas keharusan prototype mesin
pengupas lapisan pada pipa untuk dilakukan
langkah perbaikan. Dari hasil analisis dengan
menggunakan Failure Mode Effects Analysis ini dapat ditetapkan prototype mesin pengupas
lapisan pada pipa tidak perlu segera dilakukan
perbaikan untuk mencegah terjadinya kegagalan.
KESIMPULAN
Dari hasil analisis yang telah dilakukan dapat
disimpulkan :
1. Proses pengupasan lapisan pada pipa yang
melengkung dengan menggunakan prototype
mesin pengupas dengan proses pengupasan yang lama seperti yang saat ini masih
dilakukan diperusahaan telah menghasilkan
ketidakseragaman panjang pelupasan yang
yang cukup besar perbedaannya sebesar 19
[mm].
Pipa memerlukan pekerjaan lanjut/ulang
(rework) untuk menyeragamkan panjang
pelupasan, sehingga menambah lama proses
produksi.
2. Proses pelupasan pipa yang melengkung
dengan menggunakan prototype mesin pengupas dengan proses pengupasan yang
baru seperti pengarahan menggunakan stylus
dan lengkungan pipa sebagai template seperti
layaknya mesin bubut kopi (copy turning)
menghasilkan perbedaan panjang pelupasan
sebagian besar pipa sebesar 1 [mm], sehingga
terjadi penyusutan tingkat pengerjaan ulang
sebesar 70%, dan penghematan waktu
produksi untuk 1000 pipa sebesar 4,8 jam.
3. Prototype mesin pengupas lapisan pada pipa
dapat digunakan untuk uji coba pengupasan
lapisan pada pipa dengan baik, dan sistem prototype ini dapat digunakan untuk
diaplikasikan pada mesin pengupas lapisan
yang saat ini berada di perusahaan.
4. Dengan memanfaatkan sistem prototype
mesin pengupas lapisan pipa pada industri
pipa lapis akan terjadi penghematan biaya
pengupasan 1000 pipa dengan perincian
sebagai berikut :
a. Biaya pemesinan sebesar Rp.2.640.000,-
b. Biaya pengerjaan ulang sebesar
Rp.3.440.500,-
Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 2 No. 1
72
DAFTAR PUSTAKA
[1] G.Pahl and W. Beitz, 1996, Engineering
Design A Systematic Approach, Spriner-
Verlag London
[2] Goeffrey Boothroyd, Peter Dewhurst,
Winston Knight, 1994, Product Design for
Manufacture and Assembly, Marcel Dekker
Inc.
[3] Kevin N. Otto, 2001, Product Design
Techniques in Reverse Engineering ang New Product Development, Prentice-Hall,
Inc.
[4] Alfred Boege, 1982, Das Techniker Buch,
Viewegs Fachbueher der Technik,
Braunsweig Germany
[5] Roloff /Matek, Mashinenelemente, 1980.
Viewegs Fachbueher der Technik,
Braunsweig Germany
[6] Alfred Boge, 1980, Mechanik und
Festigkeitslehre, Viewegs Fachbueher der
Technik, Braunsweig Germany. [7] Susanto, 2003.Injury Risk Assesment of CM
Bed Use Failure Mode And Effect Analysis
For System And Design Of The Bed,
PT.MAK Yogyakarta.
[8] Sheng-Hsien (Gary) Teng, dan Shin-Yann
(Michael) Ho, 1995, Failure mode and
effects analysis An intergrated approach for
product design and process control, North
Carolina A&T State University, Greensboro,
USA, dan Sterling Heights, USA.
[9] A.Freddi, 2006, Course on Design-CeUB
Bertinoro, Diem University of Bologna,
Italia.
[10] Ayi Ruswandi, 2004, Metoda Perancangan,
Polman Negeri-Bandung.
[11] Grazioli, 1974, Turning technology, Italia
[12] Jian-XiongLi,JingshenWu, Chi-Ming Chan, 2000, Thermoplastic nanocomposites, The
Hongkong University of Science and
Technology, Clear Water Bay, People’s
Republic of China
[13] K Varughese dan J Bethea, 1997, Dual
powder FBE system-a new approach in
multilayer systems for underground
pipelines, Herberts-O’Brien Inc, USA
[14] Semua bahan kuliah di Universitas Pancasila
Program Magister Teknik Rekayasa
Manufaktur.