2.1. Metode Perancangan VDI 2221
Metode perancangan VDI 2221 merupakan metode perancangan yang di gagas oleh Persatuan Insinyur Jerman (Verein Deutscher Ingenieure/VDI) yang dijabarkan oleh Gerhard Pahl dan Wolfgang Beitz. Metode tersebut adalah “Pendekatan Sistematik terhadap desain untuk system teknik dan produk teknik”. Metode perancangan sistematis adalah suatu metode pemecahan masalah teknik dengan menggunakan tahap demi tahap analisis dan sintesis. Analisis adalah penguraian suatu sistem yang kompleks menjadi elemen-elemen dan mempelajari karakteristik masing-masing elemen tersebut beserta kolerasinya. Sintesis adalah penggabungan elemen-elemen yang sudah diketahui karakteristiknya untuk menciptakan suatu sistem baru.
2.2. Tujuan Metode VDI 2221
Efektifitas merupakan salah satu syarat utama dalam merancang suatu produk. Keinginan pemesan, situasi pasar, dan perkembangan teknologi harus diperhatikan untuk bisa menghasilkan rancangan yang baik serta sesuai dengan kebutuhan dan keinginan pemesan. Ketiga hal tersebut dapat diatasi dengan metode VDI 2221. Metode VDI 2221 bertujuan untuk memudahkan seseorang perancang marumuskan dan
mengarahkan berbagai varian desain yang ada karena dalam metode tersebut ide-ide yang ada disusun secara efisien dan sistematis.
2.3. Langkah Kerja Dalam Metode VDI 2221
Langkah kerja dalam metode ini terdiri dari 7 tahap yang dikelompokkan dalam 4 fase yaitu :
1. Penjabaran tugas (Clasification of task)
Meluputi pengumpulan informasi mengenai permasalahan dan kendala-kendala yang dihadapi, kemudian disusun suatu daftar persyaratan mengenai rancangan yang akan kita buat.
2. Penentuan konsep rancangan (Conceptual design) Meliputi tiga langkah kerja yaitu :
a. Menentukan fungsi dan strukturnya. b. Mencari prinsip solusi dan strukturnya.
c. Menguraikan solusi menjadi varian yang dapat direalisasikan. 3. Perancangan wujud (Embodiment Design)
Pada perancangan wujud ini dimulai dengan menguraikan rancangan dalam modul-modul yng diikuti oleh desain awal dan desain jadi.
4. Perancangan rinci (Detail design)
Tahap ini merupakan proses perancangan dalam bentuk gambar yang tersusun dan gambar detail termasuk komponen, spesifikasi bahan, toleransi dan lainnya. Pada tahap ini semua pekerjaan didokumentasikan sehingga pembuatan produk dapat dilakukan.
2.3.1. Penjabaran Tugas (Clasification of Task)
Pada langkah ini dilakukan perumusan dan daftar persyaratan yang disesuaikan dengan kehendak konsumen yang diharapkan dipenuhi oleh solusi akhir. Informasi ini akan menjadi acuan penyusunan spesifikasi.
Pekerjaan – pekerjaan yang dilakukan meliputi :
a. Mengumpulkan informasi atau data yang berhubungan dengan perancangan dan memeriksa kendala apa saja yang dihadapi.
b. Memeriksa kehendak-kehendak lain yang dapat menunjang pekerjaan. c. Merumuskan tugas yang diadapi.
Hasil kerja yang diperoleh ialah daftar kehendak (requirement list). Daftar kehendak merupakan dokumen penting dalam melaksanakan lengkah kerja lainnya. Pentingnya daftar kehendak menyebabkan penanganannya harus teratur dan sistematik dalam suatu format yang dinamakan spesifikasi.
Untuk mempermudah penyusunan spesifikasi dapat dilakukan dengan meninjau aspek-aspek tertentu seperti aspek geometri, energy, ekonomi, dll. Dari aspek-aspek tersebut dapat diuraikan syarat-syarat yang harus dipenuhi sehingga dapat dirumuskan tugas-tugas yang dihadapi oleh perancang.
Setelah spesifikasi diperoleh, maka dilakukan abstraksi dan formulasi. Tujuan dari abstraksi adalah untuk menentukan bagian mana dari spesifikasi yang merupakan bagian penting dan berlaku umum.
Pada saat melakuka abstraksi dan formulasi hal yang harus diperhatikan adalah membedakan sebuah persyaratan apakah sebagai tuntutan atau keinginan. Tuntutan adalah persyaratan yang harus dipenuhi pada setiap kondisi atau dengan kata lain apabila persyaratan tersebut tidak bisa dipenuhi, maka rancangan dianggap tidak benar atau gagal. Sedangkan keinginan adalah persyaratan yang diinginkan apbila memungkinkan.
2.3.2. Penentuan Konsep Rancangan (Conceptual Design)
Hal-hal yang dibahas dalam conceptual design adalah : 1. Menentukan fungsi dan strukturnya.
a. Struktur fungsi dari keseluruhan (Overall Function) b. Sub fungsi
2. Mencari prinsip solusi dan strukturnya. a. Metode Konvetional
b. Metode Intuitif c. Metode Kombinasi
3. Menguraikan menjadi varian yang dapat direalisasikan. a. Pembuatan konsep varian
b. Evaluasi
2.3.2.1. Menentukan Fungsi dan Strukturnya
Hal-hal yang dibahas dalam menentukan fungsi dan strukturnya adalah : a. Struktur fungsi dari keseluruhan (Overall Function)
Setelah masalah utama diketahui, kemudian dibuat struktur fungsi secara keseluruhan. Struktur fungsi ini digambarkan dengan blok diagram yang menunjukkan hubungan input dan output.
b. Sub fungsi
Apabila funsi keseluruhan cukup rumit, maka cara untuk mengantisipasinya adalah dengan membaginya menjadi beberapa sub fungsi.
2.3.2.2. Mencari Prinsip Solusi dan Strukturnya
Dasar-dasar pemecahan masalah diperoleh dengan mencari prinsip-prinsip solusi dari masing-masing sub fungsi. Dalam tahap ini dicari sebanyak mungkin variasi solusi. Ada tiga kategori dalam pencarian prinsip solusi menurut Pahl-Eitz yaitu :
a. Metode Konventional
Metode ini meliputi pencarian dalam buku literature, jurnal teknik dan brosur yang dikeluarkan oleh perusahaan.
b. Metode Intuitif
Solusi ini dating dengan pencarian dan pmikiran pajang. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk mengembangkan kemampuan intuitif ini antara lain dengan banyak malakukan diskusi dengan orang lain.
c. Metode Kombinasi
Metode ini mengkombinasikan kemungkinan solusi yang ada. Metode yangdapat digunakan adalah metode bentuk matrik, dimana sub fungsi dan prinsip solusi dimasukkan dalam kolom dan baris.
2.3.2.3. Menguraikan Menjadi Varian Ynag Dapat Direalisasikan
Apabila kombinasi yang ada terlalu banyak maka untuk memilih kombinasi yang terbaik menjadi lebih lama. Supaya halini tidak terjadi, maka apabila memungkinkan jumlah kombinasi dikurangi.
2.3.2.4. Pembuatan Varian Konsep
Informasi lebuh lanjut sangat diperlukan untuk pembuatan varian konsep yang dilakukan. Informasi tersebut dapat diperoleh dari :
a. Gambar atau sketsa untuk melihat kemungkinan keserasian. b. Perhitungan kasar berdasarkan asumsi yang dipakai.
c. Pengujian awal berupa pengujian model untu menemukan sifat utam atau pendekatan kuantitatif untuk persyaratan kualitatif mengenai kinerja dari suatu produk jadi.
d. Konstruksi model untuk visualisasi dan analisa.
e. Analogi model dan simulasi yang sering dilakukan dengan bantuan computer. f. Penelitian lanjut dan literature
2.3.2.5. Evaluasi
Evaluasi berarti menentukan nilai kegunaan atau kekuatan yang kemudian dibandingkan dengan sesuatu yang dianggap ideal. Secara garis besar langkah yang ditempuh adalah sebagai berikut :
a. Menentukan kriteria evaluasi
b. Pemberian bobot kriteria
Langkah ini merupakankriteria yang dipilih yang mempunyai tingkat pengaruh yang berbeda pada tingkat varian konsep. Sebaiknya evaluasi dititikberatkan pada sifat utama yang diinginkan pada solusi akhir.
c. Menentukan parameter kriteria evaluasi
Supaya perbandingan setiap varian konsep dapat dilihat dengan jelas, maka dipilih suatu parameter atau besaran yang dipakai varian konsep.
d. Memasukkan nilai parameter
Sebaiknya harga yang dimasukkan adalah harga normal. Nilai keseluruhan untuk varian konsep dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
OWV = Ʃ Wi . Vv
Dimana : Wi = bobot kriteria evaluasi ke j Vv = Nilai kriteria evaluasi ke j e. Memperkirakan ketidakpastian evaluasi
Kesalahan evaluasi dapat disebabkan oleh beberapa hal, antara lain : - Kesalahan subyektif, misalnya kurangnya informasi
- Kesalahan perhitungan parameter
2.3.3. Perancangan Wujud (Embodiment Design)
Tahap perancangan ini meliputi beberapa langkah, yaitu langkah penguraian menjadi modul-modul, pembentukan lay-out, penentuan lay-out jadi.
Perancangan wujud dimulai dari produk teknik, kemudian dengan menggunakan kriteria teknik dan ekonomi perancangan dikembangkan dengan menguraikan struktur
fungsi kedalam struktur modul untuk memperoleh elemen-elemen pembangun struktur fungsi yang memungkinkan dapat dimulainya perancangan yang lebih rinci.
Hasil dari tahap ini berupa lay out yaitu penggambaran dengan jelas rangkaian dengan bentuk elemen suatu produk ayau bahanny, pembuatan prosedurproduksi, dan pembuatan solusi untuk fungsi tambahan. Hasil ini kemudaian dianalisa untuk mendapatkan informasi lebih lanjut tentang kekuatan, kinematika, pemilihan bahan, proses dan sebagainya.
Pada langkah ini perlu dibuat suatu model untuk mengukur kinerjanya, kualitas, kemudahan dan beberapa kriteria lain dari hasil perancangan. Kemudain dilakukan pengembangan rancangan dari model-model tersebut sehingga diperoleh model yang terbaik.
2.3.4. Perancangan Rinci
Tahap ini merupakan akhir dari metode perancangan sistematis yang berupa presentasi hasil. Pada langkah kerja ini dilakukan pekerjaan-pekerjaan merinci gambar akhir, termasuk gambar terperinci mengenai tiap-tiap bagian elemen dari produk.
2.4. Tegangan Izin
Tegangna izin adalah tegangan yang terjadi akibat pembebanan yang berlangsung tak terbatas lamanya pada elemen mesin, tanpa mengakibatkan terjadinya kepatahan maupun perubahan bentuk yang menuju ke kerusakan. Pemilihan tegangan izin sangat menentukan untuk menghitung dan memeriksa kembali ukuran dari elemen mesin.
Besarnya tegangan izin tergantung pada beberapa hal : a. Bahan /material (logam atau nonlogam)
- Logam (fero, non fero)
- Non logam (kayu, keramik, dll) b. Jenis pembebanan
- Pembebanan tekan, menghasilkan tegangan tekan - Pembebanan tarik, menghasilkan tegangan tarik
- Pembebanan tekuk/bengkok, menghasilkan tegangan tekuk/bengkok - Pembebanan punter, menghasilkan tegangan punter
c. Jenis beban - Beban static
- Beban dinamik ulang - Beban dinamik ganti - Beban dinamik umum
2.5. Angka Keamanan
Beberapa pertimbangan untuk menentukan besarnya angka keamanan adalah : a. Angka keamanan kecil apabila :
- Besarnya gaya luar diketahui dengan pasti.
- Patahnya elemen konstruksi yang bersangkutan tidak membawa akibat yang fatal terhadap keseluruhan konstruksi.
- Kerusakan dari elemen konstruksi yang bersangkutan dapat diatasi dengan cepat.
- Besarnya gaya luar tidak diketahui dengan pasti.
- Patahnya elemen kostruksi yang bersangkutan berakibat fatal terhadap keseluruhan konstruksi.
- Kerusakan dari elemen konstruksi yang bersangkutan sukar diatasi (suku cadang yang langka/mahal, pengerjaan sukar, material susah didapatkan).
2.6. Bantalan
Bantalan adalah elemen konstruksi yang berfungsi untuk menopang beban serta menjaga posisi dari elemen konstruksi lain yang berputar.
Menurut sifat geraknya bantalan ada dua jenis : a. Bantalan luncur
b. Bantalan gelinding
2.6.1. Bantalan Luncur
Kelebihan dari bantalan luncur adalah :
- Tidak peka terhadap beban kejut dan goncangan. - Tidak terlalu peka terhadap debu dan kotoran. - Tinggi angka putaran tidak terbatas.
- Pada konstruksi belahan memudahkan proses bongkar pasang.
- Jika kelonggaran dapat diatur kembali, dapat dicapai karakter putaran yang presisi.
- Butuh momen awal yang besar untuk berputar. - Butuh banyak pelumas.
2.6.2. Bantalan Gelinding
Kelebihan dari bantalan gelinding adalah :
- Momen awalannya hampir sama dengan momen kerja. - Kebutuhan pelumas sedikit.
- Pemeliharaan mudah.
- Produknya standar (mudah didapat). Kekurangan dari bantalan gelinding adalah :
- Peka terhadap beban kejut.
- Angka putaran maksimum terbatas. - Peka terhadap debu dan kotoran.
