8
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Perancangan Teknik
Para praktisi keteknikan professional secara luas perhatian dengan perancangan, mereka menyebut bahwa perancangan adalah merupakan esensi dari teknik, “perancangan adalah untuk menarik bersama sesuatu yang baru atau untuk menyusun sesuatu yang telah ada ke dalam sebuah cara baru untuk memuaskan kebutuhan yang dikenali dari lingkungan”1. Kita juga dapat mengadopsi definisi perancangan secara formal sebagai berikut “ Perancangan membangun dan menjabarkan solusi-solusi untuk masalah masalah yang belum terpecahkan sebelumnya, atau solusi-solusi baru untuk masalah-masalah dimana sebelumnya telah di selesaikan dengan cara yang lain” 2.
Perancangan teknik digambarkan sebagai pusat perpotongan budaya dan aliran rekayasa seperti digambarkan pada gambar 1.13 . Perancangan teknik juga merupakan sebuah aktivitas kreatif dalam cakupan ilmu pengetahuan meliputi matematika, kimia, fisika, thermodinamika, hydrodinamika, teknik elektronika, teknik produksi, teknologi material,
1
George E dieter and Linda C. Smidt, engineering desin introduction hal 1
2
J. F. Blumrich, Sience vol. 168, pp.1551-1554, 1970
3
G.Pahl and W Beitz, Engineering desain, A Systematic approach, Second edition London 1996 hal 2
elemen mesin dan teori perancangan dan lain-lain. Dan juga memerlukan pengetahuan praktis, pengalaman dan wawasan ekonomi.
Gambar 2.1 Perpotongan budaya
Perancangan teknik dapat diklasifikasi kedalam beberapa tipe perancangan yaitu:4
1. Perancangan Orisinil atau disebut juga perancangan inovatif. Bentuk perancangan ini ada pada urutan atas dalam hirarki perancangan, dimana hasil rancangan adalah orisinil dan merupakan konsep inovatif untuk mencapai sebuah kebutuhan. 2. Perancangan adaptasi, dimana perancangan tipe ini terjadi ketika
tim perancangan diadaftasi dari sebuah solusi yang telah dikenal untuk kepuasan sebuah kebutuhan yang berbeda.
3. Perancangan Ulang, Secara sering perancangan teknik ini di gunakan untuk pengembangan desain yang ada. Tugas dalam
4
George E dieter and Linda C. Smidt, engineering desin introduction hal 5-6 Ilmu Pengetahuan Ilmu Pengetahuan Teknik Produksi Teknologi Teknik Politik Sosiologi Psikologi Ekonomi Perancangan Teknik Desain Industri Arsitektur Seni
merancang ulang sebuah komponen produk dikarenakan kegagalan dalam servis produk tersebut, atau merancang ulang untuk menekan pengeluaran produksi. Seringnya perancangan ulang diakhiri tanpa perubahan frinsip kerja atau konsep dari rancangan orisinil.
4. Perancangan seleksi, dimana dalam hal ini tugas perancang adalah menyeleleksi komponen-komponen yang tepat dalam bentuk, kualitas dan harga dari vendor yang berkualitas.
5. Perancangan industri, bentuk perancangan ini adalah diarahkan pada sebuah bentuk visual. Perancangan ini lebih cenderung kearah artistik ketimbang keteknikan, namun demikian perancangan industri adalah aspek sangat vital pada beberapa rancangan.
2.2 Perancangan Produk dengan Metode VDI 2221
Metode perancangan adalah metode pemecahan teknik yang menggunakan suatu sistem yang komplek menjadi elemen-elemen dan mempelajari karakteristik masing-masing elemen tersebut beserta korelasinya sedangkan sintesis adalah penggabungan elemen-elemen yang telah diketahui karakteristiknya untuk menciptakan suatu sistem baru.
Produk pada hakikatnya tidak bisa dipandang hanya dari karakter fisik, atribut atau kandungannya tetapi harus dilihat berbagai komponen-komponen pembentuk produk. Rancangan-rancangan produk pada dasarnya perencanaan dan penetapan geometri, bahan dan teknik produksi dari suatu
produk baru atau produk pengembangan. Merancang merupakan suatu proses pemikiran.
Perancangan produk didefinisikan proses penyusunan konsep suatu produk baik produk baru maupun produk pengembangan dalam bentuk gambar teknik untuk memenuhi keinginan pelanggan atau untuk memanfaatkan inovasi, perencanaan produk merupakan perencanaan tentang apa, berapa dan bagaimana produk yang akan diproduksi.
Proses perancangan produk adalah salah satu cabang dari rekayasa dan rancang bangun yang banyak bermanfaat dalam menyelesaikan berbagai kebutuhan akan produk yang memenuhi kriteria dan keinginan konsumen. Merancang sebuah produk berarti menjabarkan ide yang dimiliki untuk menyelesaikan suatu masalah. Setelah ide itu didapat, yang menjadi perntanyaan berikutnya adalah metoda apa yang akan dipakai untuk mewujudkan ide tersebut sehingga menghasilkan karya nyata dan dapat dipertanggung jawabkan secara ilmiah. Metoda VDI 2221 yaitu pendekatan sistematis terhadap desain untuk sistem teknik dan produk teknik metoda ini merupakan buah pemikiran para insinyur dari jerman sebagai metoda perancangan produk.
Untuk mendapatkan produk mesin fitting valve spindle yang baik tidak terlepas dari metode perancangan. Hal yang mendasari proses perancangan mesin ini adalah kurang optimalnya mesin ini dalam memasang
valve spindle pada tabung LPG. Untuk itu dengan Metoda perancangan VDI
Ketepatgunaan dan efektivitas merupakan syarat utama dalam merancang suatu produk. Berbagai macam kebutuhan harus disesuaikan terhadap kondisi perusahaaan, pabrik, publik yang meminta jasa produk tersebut, situasi pasar dan perkembangan teknologi. Ketiga macam kebutuhan itulah yang dapat diatasi oleh suatu metoda yang disebut dengan metoda VDI 2221.VDI kependekan dari Verein Deutcher Ingeniure atau perhimpunan insinyur jerman menyusun langkah – langkah perancangan produk ditunjukan pada gambar 2.15 berikut ini :
Gambar 2.2 Bagan perencanaan produk menurut VDI 2221
5
Josep ponn, Udo Linderman, Sketching in early conceptual phase of product design guidelines and tools, muncen university hal 2
Tugas
Penjelasan dan Pertepatan Tugas
Menentukan Fungsi dan Struktur
Mencari Prinsif Solusi
Menguraikan menjadi modul yang dapat di realisasikan
Memberi bentuk pada modul
Memberi bentuk pada seluruh modul
Merinci pembuatan dan cara pembuatan Realisasi selanjutnya Daftar kehendak Struktur fungsi Prinsip solusi Struktur Modul Susunan Awal Susunan keseluruhan Dokumentasi Produk Memp el aj ari u lan g la ng kah s eb el umn ya da n ber ik ut ny a Hasil (Dokumen) Tahap
Merancang dapat dikatakan sebagai usaha untuk memenuhi suatu permintaan dengan cara yang dianggap paling baik memungkinkan untuk dilakukan. Merancang merupakan kegiatan teknik yang meliputi berbagai segi kehidupan manusia, bergantung dari ilmu pengetahuan dan teknologi.
Selain itu dalam merancang perlu juga dipelajari adanya keterkaitan yang ada pada sistem benda teknik yang akan dirancang. Kaitan-kaitan tersebut pada umumnya dapat berupa :
a. Kaitan Fungsi ( Functional Interrelationship ), adalah keterkaitan antara masukan dan keluaran dari suatu sistem untuk melakukan kerja tertentu yang berhubungan dengan lingkungan sekitarnya. b. Kaitan Kerja ( Physical Interrelationship ), adalah hubungan
diman kerja yang dilakukan adalah bagian dari proses fisika. Proses fisika ini berdasarkan pada efek fisik. Adapun efek fisika dapat digambarkan secara kuantitatif artinya hukum fisika menentukan banyak efek fisika yang terlibat. Fenomena kimia dan biologi termasuk didalamnya.
c. Kaitan Bentuk ( Form Interrelationship ), adalah perwujudan nyata dari bentuk dasar dan bahan menjadi struktur bangunan lengkap dengan penataan lokasi serta pemilihan gerak kinematik. d. Kaitan Sistem ( System Interrelationship ), bentuk teknik hasil
rancangan merupakan suatu sistem yang berinteraksi dengan sistem yang menyeluruh yaitu lingkungan yang ada di sekitarnya.
Dari gambar 2.2 dapat diketahui secara keseluruhan langkah metode VDI 2221 yang terdiri 7 langkah dengan pengelompokan menjadi 4 bagian utama yaitu :
Penjabaran Tugas (Classification of the task)
Penentuan konsep rancangan (Conseptual design)
Perancangan wujud ( Embodiment )
Perancangan detail ( Detail desain )
2.2.1 Penjabaran Tugas (classification of the task)
Tahap ini meliputi pengumpulan informasi mengenai syarat-syarat yang diharapkan dipenuhi oleh solusi akhir. Informasi ini akan menjadi acuan penyusunan spesifikasi. Spesifikasi adalah daftar yang berisi persyaratan yang diharapkan dipenuhi oleh konsep yang sedang dibuat.
Pada saat membuat daftar persyaratan hal yang penting adalah membedakan sebuah persyaratan, apakah sebagai suatu tuntutan (demand) atau keinginan (whises). Demand adalah persyaratan yang harus terpenuhi pada setiap kondisi atau dengan kata lain apabila persyatan itu tidak terpenuhi maka perancangan dianggap tidak benar.
Whises adalah persyaratan yang dinginkan apabila memungkinkan.
Jadi, misalkan suatu persyaratan membutuhkan biaya yang cukup tinggi tanpa memberikan pengaruh teknik yang besar, maka persyaratan tersebut dapat diabaikan.
Untuk mempermudah penyusunan sepesifikasi dapat dilakukan dengan meninjau aspek-aspek geometri, kinematika, gaya, energy, dan lain sebagainya. Selanjutnya dari aspek dapat diuraikan syarat-syarat yang bersangkutan dan kemudian dibuat daftar spesifikasinya. Daftar spesifikasi daftar aspek-aspek uraiannya yang akan ditunjukan pada table berikut ini :
Tabel 2.1 Daftar pengecekan untuk pedoman spesikasi
No Judul Utama Penjelasan
1 Geometri Lebar, Tinggi, Panjang, Diameter, Jarak, Jumlah
2 Kinematik Tipe gerakan, arah gerakan, kecepatan, percepatan
3 Gaya Arah gaya, besar gaya, frekuensi, berat deformasi, kekuatan, elastisitas, gaya inersia, resonansi
4 Energi Output, efesiensi, kerugian energy, gesekan, ventilasi, tekanan, temperature, pemanasan, pendinginan, pemasokan, kapasitas, konversi
5 Material Aliran dan transformasi material, pengaruh fisika dan kimia dari material pada awal dan akhir produk, material tambahan. 6 Sinyal Input, Output, bentuk, display, peralatan
kontrol
7 Keselamatan Sistem proteksi langsung, keselamatan operasional dan lingkungan
8 Ergonomis Hubungan operator mesin, tipe pengoperasian dan keserasian bentuk 9 Produksi Batasan pabrik, kemungkinan dimensi
maksimum, produk yang dipilih
10 Kontrol Kualitas Kemungkinan dilakukan kalibrasi dan setandarisasi
11 Perakitaan Aturan khusus, instalasi, pondasi
12 Perawatan Jangka waktu servis, penggantian dan refarasi, pengecatan, pembersihan
13 Biaya Biaya maksimum produksi 14 Jadwal Tanggal penyerahan
2.2.2 Penentuan Konsep Rancangan (Conseptual design)
Pada proses penentuan konsep rancangan ini dibahas bagaimana cara menentukan fungsi dan strukturnya, menguraikan menjadi varian yang dapat direalisasikan, pemilihan kombinasi dan pembuatan varian serta evaluasi. Diharapkan dari tahap penentuan konsep rancangan berikut mulai bisa dilihat gambaran perancangan yang akan terealisasi. Lebih jelas mengenai perancangan konsep dapat lihat dari gambar 2.3 berikut ini :
Gambar 2.3 Tahap-tahap perancangan dengan konsep Mempelajari Tugas
Spesifikasi
Abstraksi untuk menentukan masalah yang penting
Menetapkan struktur fungsi, fungsi keseluruhan sub fungsi
Mencari prinsif solusi untuk memenuhi sub fungsi
Mengkombinasikan seluruh prinsif solusi untuk menentukan fungsi keseluruhan
Memilih kombinasi yang cocok
Menyatukan menjadi konsep varian
Mengevaluasi konsep varian terhadap kriteria teknis dan ekonomis konsep Tahapan berikutnya Informasi Definisi Kreasi Evaluasi Analisa Keputusan P er enc ana a Kons eptual
2.2.2.1 Abstraksi
Tujuan abstraksi adalah mengetahui masalah utama yang dihadapi dalam perancangan. Prinsifnya adalah mengabaikan hal-hal yang bersifat khusus dan memberikan penekanan pada hal-hal yang bersifat umum dan perlu. Dengan demikian daftar spefisikasi yang sudah dibuat analisa dan dihubungkan dengan fungsi yang dinginkan serta kendala yang ada.
Abstraksi dapat dilakukan dengan langkah-langkah berikut :
Menghilangkan pilihan diri sendiri (personal
preference).
Mengesampingkan syarat-syarat yang tidak mempunyai pengaruh besar terhadap produk.
Mengubah data kuantitatif dan kualitatif.
Generalisasi (pengambilan kesimpulan umum) atas langkah sebelumnya.
Merumuskan masalah utama.
2.2.2.2 Pembuatan Struktur Fungsi
Struktur fungsi merupakan hubungan secara umum antara input dan output suatu system teknik yang akan menjalankan suatu tugas tertentu, sedangkan fungsi keseluruhan adalah kegunaan dari dari alat tersebut. Fungsi
keseluruhan ini kemudian diuraikan menjadi beberapa subfungsi yang mempunyai tingkat kesulitan yang lebih rendah, sehingga sub fungsi merupakan tugas yang harus dijalankan oleh komponen-komponen yang menyusun alat tersebut. Rangkaian dari beberapa sub fungsi untuk menjalankan suatu tugas keseluruhan disebut sebagai struktur fungsi.
Tujuan menetapkan struktur fungsi adalah untuk memperoleh suatu difinisi yang jelas dari sub sistem yang ada sehingga dapat diuraikan secara terpisah.
2.2.2.2.1 Fungsi Keseluruhan
Fungsi keseluruhan ini digambarkan dengan diagram balok yang menunjukan hubungan antara keluaran dan pemasukan dimana masukan dan keluaran tersebut berupa aliran energi, material dan sinyal.
Gambar 2.4 Skema Fungsi Keseluruhan
Fungsi Keseluruhan Ei Si Mi Eo o So Mo
Keterangan : Ei : Energi Input Si : Sinyal Input Mi : Material Input Eo : Energi Output So : Sinyal Output Mo : Material Output
2.2.2.2.2 Sub Struktur Fungsi
Apabila fungsi secara keseluruhan cukup komplek dan kurang jelas maka perlu diperjelas dengan menguraikan mejadi sub fungsi. Penguraian ini akan banyak manfaatnya antara lain :
- Memberikan alternatif kemudahan dalam melakukan pencarian solusi yang lebih baik. - Memberikan beberapa kemungkinan solusi. - Lebih memudahkan pemahaman tentang hasil
pencarian.
Pada saat pembuatan struktur fungsi, harus dibedakan antara perancangan ulang (adaptive
design) dengan perancangan orisinil (original design). Pada perancangan ulang dimulai dari
struktur fungsi yang kemudian di analisis, analsis ini akan memberikan kemungkinan bagi
pengembangan variasi solusi sehingga diperoleh solusi baru. Sedangkan pada perancangan orisinil yang menjadi struktur fungsi adalah spesifikasi dan masalah utama.
2.2.2.3 Pencarian dan Kombinasi Prinsif Solusi
Dasar-dasar pemecahan masalah diperoleh dengan mencari prinsip-prinsip solusi dari setiap sub fungsi. Dalam tahap ini dicari sebanyak mungkin variasi solusi metode pencarian prinsip pemecahan masalah menurut pahl-beiz dibagi dalam tiga kategori yaitu6 :
a. Metode konvensional
Pencarian dalam literatur, texs book, jurnal teknik dan brosur yang dikeluarkan oleh suatu perusahaan. Menganalisa gejala alam atau tingkah laku hidup dengan membuat analogi atau membuat sesuatu model yang dapat mewakili karakteristik dari produk
b. Metode intuitif
Pencarian solusi untuk masalah yang rumit biasa pula diperoleh dan intuisi atau suara hati. Solusi ini datang setelah periode pencarian dan pemikiran panjang. Solusi ini kemungkinan diperkembangkan dan diperbaiki. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk
6
mengembangkan kemampuan intuisi ini, antara lain dengan berdiskusi dengan orang lain.
c. Metode kombinasi
Metode ini mengkombinasikan kemungkinan solusi yang ada. Metode yang dapat digunakan adalah metode bentuk matriks. Dimana sub fungsi dan prinsip solusi dimasukkan kedalam kolom dan baris.
Secara sistematis sesuai dengan struktur fungsi jika ada sejumlah m1 prinsip solusi untuk fungsi F1, m2 prinsip solusi untuk sub fungsi F2 dan seterusnya mn prinsip solusi untuk Fn, maka setelah dilakukan untuk memenuhi fungsi keseluruhan ( overall function ). Prinsip-prinsip solusi harus dikombinasikan secara teoritis akan dapat diperoleh sejumlah n varian konsep solusi dimana :
N = m1 x m2 x ...x mn
2.2.2.4 Pemilihan Kombinasi yang Sesuai
Apabila kombinasi yang ada terlalu banyak, maka untuk memilih kombinasi-kombinasi terbaik menjadi lama, agar tidak terjadi hal tersebut maka apabila memungkinkan jumlah kombinasi harus dikurangi. Prosedur yang dilakukan adalah dengan mengeliminasi dan memilih yang terbaik. Di bawah ini adalah kriteria yang harus diperhatikan diantaranya:
- Kesesuaian dengan fungsi keseluruhan.
- Terpenuhinya demand yang tercantum dalam daftar spesifikasi.
- Dapat dibuat atau diwujudkan.
- Pengetahuan dan informasi tentang konsep yang bersangkutan memadai.
- Kelaikan sistem, kinerja dan kemudahan produksi. - Faktor biaya.
Apabila kombinasi yang ada masih cukup banyak, maka usaha selanjutnya adalah pemilihan kombinasi yang terbaik dengan memperhatikan segi keamanan dan kenyamanan serta kemungkinan pengembangan lebih lanjut.
2.2.2.5 Pembuatan Varian Konsep
Sebuah konsep apabila mungkin harus memenuhi beberapa persyaratan keamanan, kenyamanan, kemudahan diproduki, kemudahan dirakit, kemudahan perawatan dan lain sebagainya.
Informasi lebih lanjut sangat diperlukan untuk pembuatan varian konsep yang akan dilakukan. Informasi ini dapat diperoleh melalui :
1. Gambar atau sketsa untuk melihat kemungkinan keserasian.
2. Perhitungan kasar berdasarkan asumsi yang dipakai.
3. Pengujian awal berupa pengujian model untuk menetukan sifat utama atau pendekatan kuantitatif untuk persyaratan kualitatif mengenai kinerja dari suatu produk jadi.
4. Konstruksi model untuk visualisasi dan analisa. 5. Analogy model dan stimulasi yang sering
dilakukan dengan bantuan computer ( CAD). 6. Penelitian lebih lanjut dari literatur.
2.2.2.6 Evaluasi
Evaluasi berarti mentukan nilai kegunaan atau kekuatan yang kemudian dibandingkan dengan sesuatu yang dianggap ideal dalam metode perancangan dengan mengunakan metode VDI 2221. Secara garis besar langkah yang ditempuh adalah sebagai berikut :
1. Menentukan kriteria evaluasi (identification of
evaluation criteria), dalam bidang teknik kriteria
evaluasi didasarkan pada daftar spesifikasi yang telah dibuat.
2. Pemberian bobot kriteria evaluasi (weigthing of
evaluation criteria), criteria evaluasi yang dipilih
terhadap varian konsep. Sebaiknya evaluasi dititik beratkan pada sifat utama yang diinginkan evaluasi akhir.
3. Menentukan parameter kriteria evaluasi (compiling
parameter), agar perbandingan setiap variasi
konsep dapat dengan jelas, maka dipilih suatu parameter atau besaran yang dipakai oleh setiap konsep.
4. Memasukan nilai penaksiran (assesing value), sebaiknya harga yang dimasukan adalah harga nominal, apabila hal ini tidak memungkinkan maka nilai dapat dimasukan dalam bentuk kualitatif. Contoh ditunjukan pada table 2.2 berikut :
Tabel 2.2 korelasi harga kualitatif dengan harga nominal 7
VALUE SCALE PARAMETER MAGNITUDES
Use value analisys Pts VDI 2221 pts Fuel comsumption g/kWh Mass per unit power kg/kW Simplicity of components Service life km 0 0 400 3,5 Extremaly Complicated 20.10 3 1 380 3,3 30 2 1 360 3,1 Complicated 40 3 340 2,9 60 4 2 320 2,7 Average 80 5 300 2,5 100 6 3 280 2,3 Simple 120 7 260 2,1 140 8 4 240 1,9 Extremaly Sample 200 9 220 1,7 300 10 200 1,5 500.10 1 7
G.Pahl and W Beitz, Engineering desain, A Systematic approach, Second edition London 1996..hal 350
5. Menentukan nilai keseluruhan varian konsep (determining overall weigthed value/OWV).
Nilai keseluruhan untuk varian konsep dapat dihitung dengan rumus :
Dimana :
= Bobot kriteria evaluasi ke-i = Nilai kriteria evaluasi ke-i
6. Memperkirakan ketidak pastian evaluasi bisa disebabkan oleh beberapa hal antara lain :
a. Kesalahan subjektif seperti kurangnya informasi.
b. Kesalahan perhitungan parameter.
7. Apabila terdapat nilai OWV yang berdekatan dari varian konsep, maka akan dilakukan evaluasi dari titik lemah (Weak Spot).
Dengan dilakukan metode evaluasi di atas, maka diharapkan akan diperoleh solusi yang cukup memuaskan.
2.2.3 Perancangan wujud ( Embodiment )
Tujuan perencanaan wujud ini adalah untuk mengetahui masalah utama yang dihadapi dalam perancangan. Dalam tahap ini spesifikasi yang telah dibuat kemudian dianalisa dan dihubungkan
dengan fungsi yang diinginkan serta kendala – kendala yang ada. Tahap perancangan ini meliputi beberapa langkah perancangan yaitu :
- Langkah penguraian ke modul-modul ( module structure ). - Pembentukan lay out awal ( preliminary lay-out ).
- Penentuan lay out jadi ( definity lay out ).
Perancangan wujud dimulai dari konsep teknik, kemudian dengan menggunakan kriteria teknik dan ekonomi, perancangan dikembangkan dengan menguraikan struktur fungsi ke dalam struktur model untuk memperoleh elemen-elemen pembangunan struktur fungsi. Hasil dari tahap ini berupa lay out, yaitu penggambaran dengan jelas rangkaian dan bentuk elemen suatu produk. Hasil ini kemudian dianalisa untuk mendapatkan informasi lebih lanjut tentang kekuatan, getaran, kinematika, dinamika, pemilihan material, proses dan sebagainya.
Langkah ini adalah umpan balik pada langkah sintesis untuk pencarian alternative solusi yang lebih baik. Analisa diikuti evaluasi dimana dapat timbul kemungkinan perlu dibuatnya model atau
prototype untuk dapat mengukur kinerja, kualitas, kemudahan dan
beberapa kriteria lain dari hasil perancangan.
2.2.4 Perancangan detail ( Detail design )
Tahap ini merupakan proses perancangan dalam bentuk gambar dalam arti gambar tersusun dan gambar detail termasuk daftar komponen, spedifikasi bahan, toleransi dan lainnya, yang secara
keseluruhan merupakan dokumen lengkap dari pembuatan mesin atau sistem teknik lainnya, sehingga pembuatan produk dapat dilaksanakan oleh operator atau insinyur lain yang ditunjuk.
Pada tahap ini dilakukannya evaluasi kembali untuk melihat apakah mesin yang akan dibuat tersebut sudah sesuai dengan spesifikasi dan semua gambar produk lainnya telah selesai dan lengkap.
