MODEL SIMULASI DISKRIT UNTUK PENJADWALAN KERETA
BARANG DENGAN PENGEMBANGAN ALGORITMA PENYALIPAN
KERETA DI JALUR GANDA UTARA PULAU JAWA, INDONESIA
Adhyatma Satya Wardhana1), Ahmad Rusdiansyah2)dan Nurhadi Siswanto3)
1)Program Pascasarjana, Jurusan Teknik Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS Sukolilo, Surabaya, 60111 e-mail:1)[email protected]
2,3)Jurusan Teknik Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.
Kampus ITS Sukolilo, Surabaya, 60111
ABSTRAK
Di utara Pulau Jawa Indonesia, lintasan kereta telah menggunakan jenis jalur ganda (double
track). Jalur kereta ini diperuntukan untuk kereta barang dan kereta penumpang, dengan
prioritas utama adalah kereta penumpang. Dalam prakteknya, penggunaan transportasi barang menggunakan kereta telah berkembang, sehingga diharapkan frekuensi jumlah kereta barang pada jalur ini dapat ditambah. Penelitian ini mengembangkan model simulasi diskrit untuk penjadwalan kereta barang pada jalur utara arah Surabaya-Jakarta dengan pengembangan algoritma penyalipan kereta penumpang terhadap kereta barang. Tujuan dari pengembangan ini adalah untuk meminimasi waktu perjalanan dari kereta barang maupun kereta penumpang. Dengan adanya minimasi waktu perjalanan tersebut, akan dapat dilakukan penambahan kereta barang pada lintasan, sehingga frekuensi pada jalur ganda ini dapat dimaksimumkan. Hasil penelitian telah menunjukkan bahwa pengembangan algoritma penyalipan lebih baik dibanding algoritma eksisting yang ada dan pada kondisi rangkaian kereta yang maksimum, jalur ganda utara Surabaya-Jakarta dapat ditambahkan sebanyak 3 kereta api barang. Selain itu dengan pendekatan simulasi diskrit ini, peneliti telah membuat model simulasi animasi pada
software Arena 14.0, sehingga dapat diamati proses perjalanan dan penyalipan yang dialami
oleh setiap kereta.
Kata kunci: Simulasi diskrit, penjadwalan kereta barang, kereta barang, double track PENDAHULUAN
Lintasan kereta api di Indonesia telah menggunakan jalur ganda (double track) sejak tahun 2014. Jalur ini berada di utara Pulau Jawa dari Jakarta hingga Surabaya sepanjang 735 KM. Menurut Manajer Angkutan DAOP 8 Surabaya, Sujarwo, saat ini pengangkutan barang jalur Surabaya-Jakarta dan sebaliknya dapat mencapai total sebesar 1.100 teus per hari atau setara dengan 200.750 kontainer per tahun. Hal ini masih jauh dari target pemerintah Indonesia sebagaimana yang disampaikan oleh Bambang Susantono selaku Wakil Menteri Perhubungan periode 2009-2014 bahwa keberadaan double track ini diharapkan mampu memindahkan 1 juta kontainer angkutan barang per tahun atau setara 5.479 teus per harinya dari transportasi jalan raya ke transportasi kereta api (dikutip dari Tribun Network, 26 Februari 2014). Permasalahan ini terjadi dikarenakan telah padatnya jalur double track tersebut, sehingga untuk menambah jumlah frekuensi kereta di jalur tersebut diperlukan adanya perbaikan didalam manajemen kereta api. Penelitian ini akan berfokus pada salah satu permasalahan manajemen kereta api angkutan barang yaitu penjadwalan kereta barang untuk memberikan solusi efektif terhadap terbatasnya kapasitas lintasan.
Peningkatan frekuensi kereta api barang sangat penting dilakukan, karena selain target dari pemerintah, penggunaan kereta api barang juga sudah menjadi kebutuhan bagi para pelaku logistik. Cacchiani et al. (2009) menyebutkan beberapa alasan pelaku logistik menjadikan kereta api barang menjadi pilihan utama transportasi barang ialah (i) Biaya transportasi kereta api lebih rendah, kurang lebih sebanyak 50%, dibanding transportasi darat lainnya.(ii) Kereta api lebih aman dibanding dengan transportasi darat lainnya, contohnya, resiko terjadinya kecelakaan sangat kecil karena kereta api mempunyai lintasan tersendiri yang tidak bercampur dengan moda transportasi lainnya.(iii) Penggunaan kereta api dapat menyebabkan berkurangnya frekuensi moda transportasi truck pengangkut kontainer di jalan. Dengan adanya pengurangan tersebut, maka dapat berkurang kemacetan dan resiko terjadinya kecelakaan di jalan raya.
Mu et al. (2011) menyatakan bahwa penjadwalan kereta barang merupakan permasalahan yang sering diteliti diantara 6 permasalahan manajemen angkutan kereta. Penjadwalan kereta api barang menjadi sulit untuk dikontrol dikarenakan dalam perjalanannya, kereta api barang berbagi lintasan dengan kereta api penumpang. Kereta api penumpang sendiri mempunyai prioritas dan kecepatan yang lebih tinggi dari pada kereta api barang, selain itu, kereta penumpang memiliki jadwal yang tetap dan tidak dapat dirubah Prioritas kereta api penumpang ini semakin membuat sulit rencana penambahan kereta barang didalam lintasan.
Berdasarkan pembahasan diatas, diperlukan evaluasi jadwal kosong diantara jadwal kereta penumpang yang nantinya dapat digunakan oleh kereta barang. Selain itu, menurut Cacchiani et al. (2009) diperlukan desain jadwal kereta api barang yang mempertimbangkan topologi jaringan rute alternatif yang memungkinkan. Dengan melihat jenis topologi jaringan rel kereta api di Indonesia yang berupa line double track, tentu penjadwalan kereta api lebih sulit dilakukan dibandingkan jenis topologi jaringan rel kereta api lainnya yang berupa
network. Hal tersebut disebabkan karena dalam perjalanannya, kereta api penumpang
berpotensi akan terjebak dibelakang kereta api barang yang berkecepatan lebih rendah. Dampak dari hal tersebut akan mengganggu prioritas dari kereta api penumpang. Oleh karena itu, dibutuhkan sebuah teknik antrian yang tepat dan efisien agar kereta api penumpang dan kereta api barang tidak mengalami kerugian dalam waktu perjalanan.
Beberapa penelitian mengenai perjalanan kereta api di Indonesia telah dilakukan sebelumnya, Putra (2011) mencoba menggunakan metode penerapan job shop dalam penanganan masalah penjadwalan kereta api di Indonesia saat masih menggunakan single
track. Susetyo (2009) melakukan pendekatan teori antrian dengan menggunakan visual scheduling system di single track Indonesia, dimana dengan teori antrian tersebut, kereta
melakukan pengecekkan di setiap stasiun untuk memeriksa kondisi lintasan di depan dan di belakang stasiun tersebut. Husna (2015) melakukan penelitian pada lintasan double track di Indonesia dengan metode pendekatan simulasi diskrit. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa lintasan double track sangat efisien dalam mengurangi waktu perjalanan kereta apabila dibandingkan dengan single track. Sun et al. (2014) memperkenalkan 4 strategi train control untuk perjalanan kereta api yang berfungsi mencegah terjadinya kecelakaan di lintasan serta meminimumkan waktu perjalanan.
Mu and Dessoucy (2011) melakukan penelitian penjadwalan kereta api barang pada
complex network. Pada penelitian ini, waktu keberangkatan kereta api barang diketahui hanya
satu hari sebelum keberangkatan kereta atau bahkan keberangkatan dilakukan tanpa ada penjadwalan sebelumnya sehingga dibutuhkan proses seleksi rute yang paling optimal. Kuo et al. (2010) mengusulkan seleksi slot kereta api barang diantara kereta api penumpang dengan menggunakan pendekatan coloumn generation–based methodology. Penelitian ini dilakukan
pada lintasan network single track. Beberapa penelitian lain juga mengintegrasikan penentuan rute yang optimum dengan penjadwalan kereta api barang, hal ini dikarenakan area amatan
penelitian adalah lintasan berjenis network double track maupun network single track. Bodin et al. (1980) mengusulkan non-linier, mixed integer programming formulation untuk penyelesaian permasalahan routing dan algoritma heuristik dirancang untuk penyelesaian masalah penjadwalan. Kemudian Crainic (1994) melakukan pengembangan menggunakan
mixed integer programming untuk menyelesaikan masalah penjadwalan kereta api barang
yang berkaitan dengan keputusan pemilihan rute. Selain itu Cacchiani et al. (2009) menggunakan integer linier programming dan lagrangian heuristic dalam pemecahan permasalahan jalur alternatif.
Penelitian ini mencoba menyelesaikan masalah yang telah dijelaskan pada paragraf pertama yaitu menambah jumlah kereta api barang pada lintasan dengan melakukan pengembangan strategi perjalanan untuk mengurangi waktu perjalanan kereta yang diadopsi dari penelitian Sun et al. (2014) yang terkait strategy train control perjalanan kereta api. Diharapkan dengan pengurangan waktu perjalanan maka frekuensi kereta api dapat ditambah. Penelitian ini sekaligus mengisi gap penelitian sebelumnya mengenai penjadwalan kereta api barang dimana penelitian ini akan menggunakan pendekatan simulasi diskrit pada single line
double track yang tidak memerlukan pemilihan rute dalam proses penyalipan kereta api,
sehingga proses penyalipan akan menjadi lebih rumit karena hanya terjadi pada stasiun. Selain itu, penelitian ini akan membandingkan hasil simulasi diskrit kondisi eksisting yang berlaku di Indonesia dengan hasil simulasi diskrit kondisi pengembangan penyalipan.
METODE
Penelitian ini secara garis besar penelitian terdiri atas empat tahap, yaitu penelitian terhadap algoritma konseptual eksisting kereta api di Indonesia, tahap pembuatan algoritma pengembangan penyalipan, tahap pengembangan model simulasi diskrit eksisting serta pengembangan, dan tahap uji model dengan penambahan kereta api barang pada model simulasi diskrit pengembangan. Tahap Penelitian pendahuluan dilakukan dengan identifikasi kondisi lapangan, permasalahan, dan pemahaman terhadap algoritma eksisting dari penelitian Husna, (2015). Identifikasi kondisi lapangan dilakukan dengan wawancara di PT. KAI DAOP 8 Surabaya.
Tahap Identifikasi Masalah
Saat ini kereta api barang di jalur double track utara Indonesia setiap harinya mampu mengangkut kontainer sebanyak 1.100 teus dan pemerintah berharap dengan adanya double
track ini, sebanyak 5.479 teus angkutan barang dari jalan raya mampu dipindahkan ke rel
setiap harinya. Setiap harinya terdapat 10 kereta api barang yang berangkat dari arah Surabaya–Jakarta diantara jadwal keberangkatan kereta penumpang. Stasiun keberangkatan dari kereta barang adalah stasiun Kalimas dan berhenti di Stasiun Tanjung Priok atau Kampung Badan.
Aturan perjalanan perjalanan kereta api di Indonesia adalah dengan memastikan kondisi di setiap stasiun dengan melakukan pengecekkan di stasiun belakang dan di stasiun berikutnya. Gambar 1 merupakan flowcart kondisi eksisting di Indonesia yang diteliti Husna, (2015).
Tahap Pengembangan Algoritma Penyalipan
Dengan meminimalkan jarak aman antar kereta dari kondisi eksisting, diharapkan mampu mengurangi waktu perjalanan dari setiap kereta yang sedang melakukan perjalanan di lintasan. Dalam model pengembangan ini akan di kembangkan algoritma perjalanan kereta api, yang membuat kereta api penumpang yang bersifat cepat dapat berjalan di belakang kereta barang yang bersifat lambat. Dikembangakan pula algoritma keberangkatan kereta barang dari stasiun tanpa harus menunggu menunggu kondisi di stasiun depan kosong.
Gambar 2 dan Gambar 3 merupakan flowchart pengembangan perjalanan kereta api dan
flowchart keberangkatan kereta api dari stasiun.
Gambar 1. Flowchart Eksisting Perjalanan Kereta Api Indonesia Tahap Pengembangan Model Simulasi Diskrit
Dengan bantuan software Arena 14.0, akan dikembangkan model simulasi diskrit kondisi eksisting dan model simulasi diskrit pengembangan dengan beberapa asumsi. Asumsi yang dipakai adalah (i) area pengamatan hanya arah Surabaya–Jakarta, arah sebaliknya dianggap sama, (ii) hanya menggunakan 18 stasiun, yaitu stasiun yang di gunakan kereta api barang berhenti untuk dilakukan penyalipan, (iii) tidak ada aktifitas kereta api penumpang melakukan loading-unloading penumpang.
Model Simulasi akan terbagi menjadi 3 bagian utama, yaitu (i) Proses kemunculan kereta barang, (ii) Proses kemunculan kereta penumpang, (iii) Proses pengecekkan kondisi di setiap stasiun. Gambar 4, gambar 5, gambar 6 merupakan model yang digunakan pada kondisi eksiting maupun kondisi pengembangan.
Entitas dalam model simulasi eksisting ini adalah kereta api barang dan penumpang. Entitas tersebut menggunakan modul create masing-masing dengan nama kereta lambat (barang) kereta cepat (penumpang). Entitas selanjutnya masing-masing diberi atribut berupa kecepatan 75 Km/jam dan 90 Km/jam. Selain itu, atribut lain yang menempel pada kereta adalah nomor kereta dan tujuan akhir dari kereta tersebut. Modul stasion adalah resource dalam model sistem simulasi ini. Modul hold dalam model simulasi ini berperan sebagai penahan entitas dalam melakukan perjalanan ke stasiun berikutnya. Modul hold tersebut berfungsi untuk menahan kereta pada stasiun selama kondisi stasiun berikutnya masih terdapat kereta yang sedang berhenti atau kondisi yang belum terpenuhi sesuai dengan model konseptual. Modul assign berfungsi sebagai pemberitahuan kondisi stasiun berikutnya, dan modul assign yang lainnya berfungsi sebagai batas waktu keberangkatan kereta penumpang. Modul leave berfungsi sebagai penghubung antar stasiun dan juga berfungsi sebagai
“penangkap” modultransporter yang akan ditempelkan pada entitas.
Tidak ada perbedaan modul yang dipakai dalam model simulasi, perbedaan dari kedua model tersebut hanya ada pada perintah modul assignment keberangkatan kereta api. Keberangkatan kereta penumpang pada model eksisting akan berangkat saat kondisi kereta barang didepannya telah berhenti di stasiun berikutnya. Sedangkan untuk model
START Kereta akan berangkat dari stasiuan Cek kondisi di belakang
Terdapat kereta yang sedang berjalan mendekati stasiun? Prioritas lebih tinggi? Tunggu hingga disalip Lakukan perjalanan pada kecepatan V menuju stasiun berikutnya Stasiun depan terdapat kereta yang sejenis? Kapasitas stasiun didepan masih mencukupi? Tunggu hingga kapasitas distasiun depan mencukupi YES YES NO YES NO finish NO NO YES
pengembangan, kereta penumpang akan berangkat pada selisih waktu aman antara kedua kereta melintasi suatu lintasan dengan kecepatan yang berbeda. Gambar 7 dan gambar 8 memperlihatkan perbedaan batas waktu keberangkata pada model eksisting dan model pengembangan. start Kereta melakukan perjalanan dengan kecepatan = V Cek kondisi di depan Terdapat kereta
di depan? Kereta cepat? Ikuti kecepatan kereta lambat dan jaga jarak aman Tetap berjalan dengan kecepatan V Cek kondisi di belakang Terdapat kereta di belakang?
Kereta cepat? Ada stasiun untuktempat berhenti? no yes no yes yes yes finish no no no Berhenti di stasiun untuk menunggu di salip yes Kereta lambat kembali berjalan di jalur Kereta lambat berhenti distasiun? no Kereta cepat menyalip di stasiun yes
Gambar 2. Flowchart Pengembangan Perjalanan KA
Gambar 4. Model Simulasi Kemunculan Kereta Barang
Gambar 6 Proses Pengecekan Kondisi Lintasan di setiap Stasiun
Gambar 3. Flowchart keberangkatan KA dari stasiun.
Gambar 5. Model Simulasi Kemunculan KA penumpang
Gambar 7. Batas Waktu Keberangkatan Kereta Penumpang Kondisi Eksisting
Gambar 8. Batas Waktu Keberangkatan Kereta Penumpang Kondisi Pengembangan
UJI SKENARIO DAN HASIL
Terdapat sebanyak 2 skenario dasar terhadap model yang dibangun. (i) membandingkan Lama Waktu Perjalanan (LWP) perjalanan 10 kereta barang pada model simulasi eksisting dengan model simulasi pengembangan, (ii) melakukan penambahan kereta barang pada model simulasi pengembangan sejumlah N kereta, hingga rata-rata LWP perjalanan mencapai rata-rata LWP perjalanan 10 kereta barang pada model eksisting. Jadwal kereta penumpang yang berjalan pada percobaan ini sejumlah 18 kereta dan pada uji skenario ini diperlakukan sebagai variabel tetap.
Tujuan dari skenario 1 adalah membandingkan LWP kereta api barang pada model eksisting dan model pengembangan. Gambar 9 adalah hasil running skenario 1.
Gambar 9. Perbandingan Output Model Eksisting vs Pengembangan
Pada Gambar 9 terlihat bahwa perjalanan kereta barang dengan menggunakan model simulasi pengembangan lebih cepat dibanding dengan menggunakan pada model simulasi eksisting dengan rata-rata LWP sebesar 3 jam. Hal ini dikarenakan adanya pengurangan jarak aman antar kereta pada model pengembangan. Selain itu juga dilakukan pengamatan terhadap LWP kereta api penumpang.
Gambar 10. Output LWP Kereta Penumpang Model Eksisting vs Pengembangan
Pada Gambar 10 terlihat bahwa LWP kereta penumpang dengan menggunakan model pengembangan lebih cepat dari LWP menggunakan model eksisting. Hal ini disebabkan karena kereta penumpang tetap mampu berjalan meskipun terdapat kereta barang sedang berjalan di depannya. Sedangkan pada model eksisting, kereta cepat harus dengan benar memastikan bahwa kondisi didepan telah kosong dan aman.
Pada skenario 2 dilakukan penambahan secara bertahap sejumlah 1 hingga N kereta barang pada model pengembangan hingga rata-rata LWP penambahan mendekati atau sama dengan LWP dari 10 kereta barang kondisi eksisting, yaitu sebesar 20,77 jam. Penambahan dilakukan dengan meletakkan jadwal baru pada waktu malam hari, dan secara berurutan dilakukan penambahan pada waktu sore, dan siang hari. Berikut hasil dari setiap penambahan kereta barang.
Gambar 11. Perbandingan Rata-rata LWP Tiap Skenario
Berdasarkan gambar 11, terlihat bahwa penambahan kereta barang adalah sebanyak 3 kereta barang atau total adalah 13 kereta barang dengan rata-rata LWP 20,73 jam dengan waktu terbaik penambahan dilakukan pertama kali sebelum jam keberangkatan akhir, dan secara bertahap ditambahkan pada slot waktu sore hari dan siang hari, dengan jeda keberangkatan minumum 1,5 jam antar kereta.
Dengan asumsi maksimal angkutan tiap kereta adalah 35 kontainer, 1 kontainer setara dengan 2 teus, maka dapat disimpulkan dengan menggunakan model pengembangan, dapat terjadi peningkatan angkutan menjadi 910 teus dalam satu arah atau 1820 teus perhari dalam 2 arah.
KESIMPULAN DAN SARAN
Pada penelitian ini dilakukan pengembangkan model eksisting dan model pengembangan untuk penjadwalan kereta barang dengan mempertimbangkan kondisi perjalanan kereta penumpang pada jalur ganda Surabaya-Jakarta. Kesimpulan yang dapat dibahas pada penelitian ini antara lain adalah:
1. Penelitian ini telah mengembangkan model simulasi diskrit eksisting berdasarkan algoritma kondisi eksisting yang ada.
2. Penelitian ini telah mengembangkan algoritma perjalanan kereta api terkait aturan penyalipan antar kereta dengan meminimalkan jarak aman antar kereta.
3. Penelitian ini telah menghasilkan model simulasi diskrit pengembangan perjalanan kereta berdasarkan algoritma pengembangan perjalanan kereta yang baru.
4. Berdasarkan percobaan numerik yang dilakukan, maka terdapat beberapa poin penelitian: a. Perjalanan kereta dengan menggunakan model simulasi pengembangan lebih cepat
dibandingkan model simulasi eksisting.
b. Penambahan maksimal kereta barang pada model simulasi pengembangan dengan kondisi yang telah diberikan adalah sebanyak 3 kereta.
c. Dengan kondisi rangkaian kereta yang maksimum dan dengan adanya penambahan 3 kereta barang, maka dalam sehari jalur Surabaya-Jakarta mampu mengangkut maksimal menjadi 910 teus dalam satu arah atau 1820 teus perhari dalam 2 arah.
d. Melihat hasil penambahan ini, maka strategi pengembangan ini belum mampu memenuhi target yang diinginkan pemerintah, yaitu 5.479 teus perhari
Saran yang diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah terkait perbaikan dalam pembuatan model simulasi diskrit pada kondisi eksisting dan pengembangan. Teknis yang pertama adalah, estimasi perhitungan jumlah titik stasiun dan jarak antar titik stasiun yang tepat akan membuat waktu simulasi akan mendekati kondisi di lapangan. Teknis yang kedua adalah, perlunya diadakan survei yang mendetail terkait aturan teknis perjalanan yang digunakan oleh PT. KAI. Apabila aturan teknis yang mendetail telah didapatkan, maka kedepannya model simulasi diskrit yang dikembangkan dapat dijadikan sebagai acuan animasi
monitoring bagi perjalanan kereta api di Indonesia. DAFTAR PUSTAKA
Cacchiani, V., Caprara, A., Toth, P., 2010, Scheduling Extra Freight Trains on Railway Networks, Transportation Research Part B, 44 (2010), 215-231.
Crainic, G., 1984. A Comparison Of Two Methods For Tactical Planning In Rail Freight,
Transportation. Oper. Res. Int. J, 84, 707–720.
Jamili, A., Shafia, M. A., Sadjadi, S. J., Tavakkoli-Moghaddam, R., 2012, Solving A Periodic Single-Track Train Timetabling Problem by An Efficient Hybrid Algorithm, Engineering
Applications of Artificial Intelligence, 25 (2012), 793-800.
Kelton, W. D., Sadowski, R. P., Sturrock D. T., 2007, Simulation With Arena 4.Ed., The McGraw-Hills, New York.
Kuo, A., Miller-Hooks, E., Mahmassani, H. S., 2010, Freight Train Scheduling with Elastic Demand, Transportation Research Part E, 46 (2010), 1057-1070.
Mu, S., Dessouky, M., Scheduling Freight Trains Traveling on Complex Networks,
Transportation Research Part B, 45 (2011), 1103-1123.
Murali, P., Dessouky, M., Ordonez, F., Palmer, K., 2010, A Delay Estimation Technique for Single and Double-Track Railroads, Transportation Research Part E, 46 (2010), 483–
495.
Husna, N., 2015, Model Simulasi Diskrit Perancangan Jadwal untuk Penentuan Jumlah
Perjalanan Maksimum Kereta Api Barang Jalur Ganda Surabaya-Jakarta, Tugas Akhir
Mahasiswa Jurusan Teknik Industri Insitut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Putra, R. S., Retnaningsih, S. M., 2011, Penjadwalan Kereta Api di Daerah Operasi 8
Surabaya, Tugas Akhir Mahasiswa Jurusan Statistika Institut Teknologi Sepuluh
Nopember, Surabaya.
Sujarwo, 2015, Penjelasan Seputar Kondisi Perkeretaapian dengan Integrasi Teluk Lamong ,
wawancara langsungdi PT KAI DaOP 8, Surabaya.
Sulistyawan, W., 2014, Jalur Kereta Double Track Jakarta-Surabaya Lintas Utara Beroperasi Maret, Tribun Network, 26 Februari 2014.
Sun, Y., Cao, C., Wu, C., Multi-Objective Optimization of Train Routing Problem Combined with Train Scheduling on A High-Speed Railway Network, Transportation Research
Part C, 44 (2014), 1-20.
Susetyo, 2009. Visual Scheduling System dengan Pendekatan Teori Antrian dalam Penjadwalan Kereta Api, Prodi Ilmu Komputer–Universitas Pendidikan Indonesia
