COMPUTER-AIDED PROCESS PLANNING BERDASAR PADA DESAIN BERBASIS FEATURE

(1)

COMPUTER-AIDED PROCESS PLANNING

BERDASAR PADA

DESAIN BERBASIS

FEATURE

Isa Setiasyah Toha Laboratorium Sistem Produksi,

Jurusan Teknik Industri - Institut Teknologi Bandung E-mail : [email protected]

& Hadeli1

Laboratorium Otomasi Sistem Produksi,

Jurusan Teknik Industri - Universitas Katolik Parahyangan. E-mail : [email protected]

Abstrak

Aktivitas pembuatan suatu produk, akan melalui beberapa tahap, yaitu : desain, perencanaan proses, perencanaan produksi dan proses produksi. Untuk mencapai suatu kapabilitas manufaktur yang tangkas, integrasi antar tahap tersebut merupakan suatu keharusan. Oleh karena itu penyelesaian pada masing-masing tahap harus diselaraskan sedemikian rupa sehingga membentuk suatu integrasi yang kokoh. Teknologi untuk mendesain berbasis komputer (CAD / Computer Aided Design) telah berkembang mulai dari pemodelan wire-frame 3 dimensi, model B-Rep (Boundary Representation), dan terakhir solid modeling. Meski demikian, tetap terdapat dua kekurangan dalam sistem CAD yang ada, yaitu bentuk konstruksi geometrinya terlalu mendasar untuk desain mekanik sehingga perubahan desain akan memakan waktu yang lama, serta tidak ada integrasi antar entitas desain. Selain itu basis data yang terjadi, informasinya tidak memadai untuk perencanaan proses.

Menghadapi persoalan-persoalan di atas, para peneliti mengembangkan feature, yang mencoba mengakomodasikan kekurangan-kekurangan tersebut sehingga dapat menjembatani antara tahap desain dan perencanaan proses. Penelitian yang telah dilakukan di LSP-ITB (Laboratorium Sistem Produksi – ITB) antara lain adalah mengembangkan perangkat lunak untuk pengenalan feature (feature recognition), dan CAPP (Computer Aided Process Planning) untuk menghasilkan perencanaan proses dan program NC (Numerical Control). Proses pengenalan feature otomatis ini memiliki beberapa kekurangan, antar lain keterbatasan dalam mengenali feature gabungan, dan kesulitan dalam mengenali berbagai feature yang kompleks. Oleh karena itu telah dilakukan juga penelitian yang berfokus pada desain berbasis feature. Metoda desain ini menghasilkan suatu format feature yang baru. Untuk menjembatani desain berbasis feature ini ke tahap produksi, maka penelitian ini mengembangkan CAPP yang memanfaatkan data feature yang dihasilkan oleh metodologi desain berbasis feature. Dari sejumlah feature yang terdapat dalam suatu komponen, CAPP ini akan menentukan operasi pemesinan, pengurutan operasi pemesinan, pemilihan cutting tool, pemilihan mesin, penentuan setup, perhitungan parameter pemotongan, perencanaan gerak pahat dan pembuatan program NC(Numerical Control). Melalui CAPP ini juga dapat diperkirakan lamanya waktu pengerjaan komponen tersebut, yang nantinya dapat dijadikan masukan bagi perkiraan waktu produksi untuk menentukan perkiraan saat-selesainya pesanan.

Kata kunci : feature, desain berbasis feature, CAPP

1. Pendahuluan

Paradigma persaingan pada dunia manufaktur telah berubah. Perkembangan industri dan perilaku konsumen pada tahun 1980-an sangat berbeda dengan kondisi 1990-an, dan juga pada masa yang akan datang. Untuk dapat bersaing pada dunia manufaktur di masa yang akan datang, diperlukan perubahan pada cara berbisnis, cara mendesain, memproduksi, merakit dan mendistribusikan produk, merencanakan sistem manufaktur, sampai pada cara berkomunikasi dan ber-partner dengan perusahaan lain yang secara potensial dapat menjadi salah satu supplier perusahaan (Askin, R.G., 1997). Hal lain yang mewarnai pergeseran paradigma ini adalah semakin menurunnya volume produk yang dibuat dan semakin tinggi variasi produk yang dibuat, yang ditandai dengan dikembangkannya berbagai konsep sistem manufaktur berdasarkan pesanan (Make-To-Order / Engineer-to Order). Beberapa tahun terakhir ini telah berkembang konsep yang disebut agile manufacturing. Agile manufacturing adalah suatu ekspresi baru yang

(2)

dipergunakan untuk merepresentasikan kemampuan dari produser produk ataupun jasa yang berhasil mengatasi perubahan yang cepat dan kontinu (DeVor, et al., 1997). Untuk dapat menjadi tangkas (agile) maka suatu perusahaan harus memiliki strategi, dan kemampuan untuk memanfaatkan ataupun mengembangkan sumber daya yang tersedia, sehingga perusahaan akan memiliki kemampuan untuk beradaptasi pada perubahan yang cepat. Hal ini harus tercermin dan terlaksana pada semua aktivitas perusahaan. Kesemua hal ini dilakukan untuk dapat merespons konsumen dengan cepat.

Aktivitas pada suatu perusahaan berdasarkan pesanan, terdiri dari tiga tahap, yaitu : pencarian order (order capture), perencanaan order (order planning), dan pelaksanaan order (order execution) (Veeramani dan Joshi, 1997). Pencarian order berkaitan dengan aktivitas proses tawar-menawar order dengan konsumen. Perencanaan order berkaitan dengan perencanaan proses manufaktur, perencanaan produksi, dan akusisi material yang dilakukan setelah sebuah order diterima dan sebelum dilakukannya pengerjaan order tersebut. Pelaksanaan order berkaitan dengan aktivitas di lantai produksi yang berkaitan dengan penyelesaian order. Untuk dapat menjadi tangkas, maka ketiga tahap ini harus diintegrasikan sehingga dapat merespon keinginan konsumen.

Aktivitas dari tahap perencanaan order antara lain adalah mendesain produk dan merencanakan proses. Kedua aktivitas ini dapat digolongkan dalam aktivitas perancangan dan persiapan. Menurut Wiendahl & Scholtissek, kedua aktivitas ini merupakan rangkaian aktivitas yang mengkonsumsi hampir sekitar 60% dari keseluruhan waktu (Toha dan Miranti., 1997). Hal lain yang perlu diperhatikan adalah, kedua aktivitas ini umumnya dilakukan secara terpisah. Agar dapat merespon secara cepat, maka perlu dikembangkan berbagai alat bantu yang dapat mengintegrasikan kedua aktivtas perancangan dan persiapan tersebut. Pada penelitian ini akan dikembangkan Computer Aided Process Planning (CAPP) yang memanfaatkan hasil desain berbasis feature yang telah dikembangkan oleh LSP-ITB (Toha & Wibisono, 1999). CAPP ini akan menentukan operasi pemesinan, pengurutan operasi pemesinan, pemilihan cutting tool, pemilihan mesin, penentuan setup, perhitungan parameter pemotongan, perencanaan gerak pahat dan pembuatan program NC (Numerical Control). Melalui CAPP ini juga akan diperkirakan lamanya waktu pengerjaan part tersebut, yang nantinya akan dijadikan masukan bagi perkiraan waktu produksi untuk menentukan perkiraan saat-selesainya pesanan..

2. Konsep Desain Berbasis Feature

Desain berbasis feature (Design by Features) adalah metoda desain yang memanfaatkan feature yang telah didefinisikan terlebih dahulu (Toha & Wibisono., 1999). Feature di sini didefinisikan sebagai bentuk-bentuk solid dasar yang akan membentuk sebuah desain komponen, yang disebut feature pembentuk. Desain berbasis feature pada dasarnya adalah pendekatan dimana sejak proses desain, inforamsi feature sudah disimpan. Desainer komponen memilih feature standar untuk membentuk model solid komponennya, dimana secara internal (oleh program) dilakukan operasi boolean tahap demi tahap sehingga dihasilkan bentuk komponen yang diinginkan. Informasi feature yang digunakan untuk membentuk sebuah komponen, disimpan ketika desainer membentuk komponen tersebut. Dengan menggunakan metoda ini, tidak perlu ada kebutuhan pengenalan feature. Bentuk-bentuk turunan dari penggunaan feature pembentuk yang berbeda-beda dapat diketahui dari informasi feature yang tersimpan. Kelebihan inilah yang menyebabkan desain berbasis feature dapat digunakan untuk merancang bentuk-bentuk yang lebih kompleks dari pendekatan lain seperti feature recognition dan human-assisted feature definition.

3. CAPP yang dikembangkan

Perencanaan proses adalah fungsi dalam serangkaian aktivitas sistem manufaktur yang menetapkan proses produksi beserta parameternya yang digunakan, untuk mengkonversi suatu material dari bentuk awalnya menjadi bentuk yang sesuai dengan desain yang diinginkan (Chang, et al., 1998). Perencanaan proses merupakan penghubung antara aktivitas desain dan produksi.

(3)

Secara tradisional, kegiatan desain dan perencanaan proses ini merupakan aktivitas yang terpisah. Munculnya metoda representasi produk dalam bentuk feature, membuka kemungkinan untuk melakukan integrasi dengan fungsi perencanaan proses (Lenau dan LiangHun., 1993). Kemajuan komputer dan perangkat-perangkat desain telah memungkinkan proses desain dilakukan di komputer dan data desain disimpan dalam bentuk file. Dengan demikian, dapat dikembangkan perangkat lunak perencanan proses berbasis komputer yang akan melakukan perencanaan proses dengan didasarkan pada file hasil desain. Skema dari aktivitas ini dapat digambarkan seperti pada Gambar 1. Lingkup penelitian Desainer Proses Desain Berbasis Feature 1. gambar desain 2. data feature komponen Perencanaan Proses Proses permesinan, urutan pengerjaan, tools, dsb Basis data feature pembentuk Basis data pengeta huan proses Basis data operasi Basis data tools Mesin CNC

Gambar 1. Skema konsep integrasi antara proses desain dan perencanaan proses

Perencanaan proses terdiri dari aktivitas untuk menentukan operasi pemesinan dan urutan operasi. Dalam membuat dan menyusun perencanaan proses, dipengaruhi oleh berbagai faktor dan membutuhkan banyak masukan (input) serta informasi, sehingga merencanakan suatu perencanaan proses merupakan permasalahan kombinatorial (combinatorial problem) (Cherng, et al., 1998). Secara umum, masukan bagi perencanaan proses adalah data desain, data material awal, data fasilitas (mesin, tool, fixture, dan sebagainya), data kualitas, dan data tipe produksi. Keluaran dari perencanaan proses ini adalah suatu dokumentasi dalam bentuk lembar rencana proses dan program CNC.

Feature pembentuk yang dikembangkan di LSP TI ITB direpresentasikan dalam bentuk seperti terlihat pada Tabel 1. (Wibisono, M.A., 1999). Pada prototipe yang telah dihasilkan, feature yang ber-fillet masih dalam pengembangan, sehingga dalam perencanaan proses yang dikembangkan disini belum memasukkan proses yang menghasilkan feature ber-fillet. Dari representasi di atas akan dilakukan identifikasi perencanaan prosesnya.

Tabel 1. Format data file feature komponen standar yang dikembangkan LSP ITB Dep.Circular Face

N Arah normal desain

D Kedalaman feature C Koordinat X titik pusat lingkaran E Koordinat Y titik Pusat lingkaran R Jari-jari lingkaran Dep.Linear-Arc Face N Arah normal desain

D Kedalaman feature X0 Koordinat titik Sudut awal X Y0 Koordinat titik Sudut awal Y X1 Koordinat titik Sudut X1 Y1 Koordinat titik Sudut Y1 C2 Koordinat titik pusat busur X2 E2 Koordinat titik Pusat busur Y2 R2 Jari-jari busur X2 Koordinat titik Sudut X2 Y2 Koordinat titik Sudut Y2 . sampai titik ke n

Dep.Circular Band Face N Arah normal desain

D Kedalaman feature C Koordinat X titik pusat lingkaran E Koordinat Y titik Pusat lingkaran R Jari-jari lingkaran B Lebar band

(4)

Pro.Circular Face N Arah normal desain

D Kedalaman feature H Ketinggian feature dari dasar C Koordinat X titik pusat lingkaran E Koordinat Y titik Pusat lingkaran R Jari-jari lingkaran Pro.Linear-Arc Face N Arah normal desain

D Kedalaman feature H Ketinggian feature dari dasar X0 Koordinat titik Sudut awal X Y0 Koordinat titik Sudut awal Y X1 Koordinat titik Sudut X1 Y1 Koordinat titik Sudut Y1 C2 Koordinat titik pusat busur X2 E2 Koordinat titik Pusat busur Y2 R2 Jari-jari busur X2 Koordinat titik Sudut X2 Y2 Koordinat titik Sudut Y2 . sampai titik ke n

Pro.Circular Band Face N Arah normal desain

D Kedalaman feature H Ketinggian feature dari dasar C Koordinat X titik pusat lingkaran E Koordinat Y titik Pusat lingkaran R Jari-jari lingkaran B Lebar band Dep.Linear Face N Arah normal desain

D Kedalaman feature X1 Koordinat titik Sudut X1 Y1 Koordinat titik Sudut Y1 X2 Koordinat titik Sudut X2 Y3 Koordinat titik Sudut Y2 . .

sampai titik sudut ke - n

Dep.Linear Band Face N Arah normal desain

D Kedalaman feature B Lebar band X1 Koordinat titik Sudut X1 Y1 Koordinat titik Sudut Y1 X2 Koordinat titik Sudut X2 Y2 Koordinat titik Sudut Y2 . . sampai titik ke n

Pro.Linear Band Face N Arah normal desain

D Kedalaman feature B Lebar band H Ketinggian feature dari dasar X1 Koordinat titik Sudut X1 Y1 Koordinat titik Sudut Y1 X2 Koordinat titik Sudut X2 Y2 Koordinat titik Sudut Y2 . . sampai titik ke n Pro.Linear Face N Arah normal desain

D Kedalaman feature H Ketinggian feature dari dasar X1 Koordinat titik Sudut X1 Y1 Koordinat titik Sudut Y1 X2 Koordinat titik Sudut X2 Y3 Koordinat titik Sudut Y2 . .

sampai titik sudut ke - n

Dep.Linear-Arc Face N Arah normal desain

D Kedalaman feature X0 Koordinat titik Sudut awal X Y0 Koordinat titik Sudut awal Y X1 Koordinat titik Sudut X1 Y1 Koordinat titik Sudut Y1 C2 Koordinat titik pusat busur X2 E2 Koordinat titik Pusat busur Y2 R2 Jari-jari busur X2 Koordinat titik Sudut X2 Y2 Koordinat titik Sudut Y2 . . sampai titik ke n Pro.Linear-Arc Face N Arah normal desain

D Kedalaman feature H Ketinggian feature dari dasar X0 Koordinat titik Sudut awal X Y0 Koordinat titik Sudut awal Y X1 Koordinat titik Sudut X1 Y1 Koordinat titik Sudut Y1 C2 Koordinat titik pusat busur X2 E2 Koordinat titik Pusat busur Y2 R2 Jari-jari busur X2 Koordinat titik Sudut X2 Y2 Koordinat titik Sudut Y2 . . sampai titik ke n

(5)

Contoh komponen yang dihasilkan menggunakan desain berbasis feature, dapat dilihat pada Gambar 2. Komponen pada Gambar 2 dapat ditampilkan dalam bentuk file teks sebagai berikut :

FEATURE FILE ContohSlot.ftr MATERIAL Mild_Steel 7.860 220.0 0.275 207.0 345.0 56.0 1.20 460.0 MATERIAL DIMENSION X 80 Y 80 Z 40 DEP.LINEAR FACE N 1 D -20 X1 0 Y1 30 X2 80 Y2 30 X3 80 Y3 50 X4 0 Y4 50 l p X+ Y+ Z+ t

Titik sudut 1 Feature 1 (x1,y1)

Titik sudut 2 Feature 1 (x2,y2) Titik sudut 3 Feature 1 (x3,y3)

Titik sudut 4 Feature 4 (x4,y4)

Tinggi feature 1 (d)

Gambar 2. Ilustrasi representasi feature pembentuk pada sebuah blok material

Pengembangan perencanaan proses ini mengacu pada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya di LSP-ITB, yaitu perencanaan proses berbasis feature yang dilakukan dengan menggunakan metoda pengenalan feature (Toha dan Damayanti, 1995).

Beberapa hal yang diperhatikan dalam pengembangan model ini adalah :

• Hubungan antar feature dalam suatu komponen mempengaruhi urutan pengerjaan, karena itu, pengerjaan suatu feature dapat mengakibatkan pembentukan permukaan baru bagi pengerjaan feature selanjutnya (Damayanti, 1995). Dengan demikian diperlukan informasi tentang ketergantungan antar feature

• Tiap feature memiliki minimal satu normal, yang menunjukkan arah pendekatan tool untuk pengerjaan feature tersebut. Sehingga untuk pengerjaan suatu komponen yang terdiri dari beberapa feature, terdapat banyak kemungkinan cara menyelesaikannya. Features yang memiliki normal yang sama dapat dikerjakan dalam satu kali setup. Oleh karena itu, feature yang berada dalam satu normal dikelompokkan sehingga waktu pengerjaan menjadi lebih cepat.

• Pengerjaan suatu feature dapat terdiri dari beberapa operasi yang akan membutuhkan tool tertentu (Chang, et.al., 1998), sehingga dalam setiap kali setup terdapat beberapa kali

(6)

penggantian tool, maka untuk mengurangi waktu penggantian tool, feature yang berada pada satu setup dikelompokkan berdasarkan penggunaan tool yang sama.

Langkah-langkah yang dilakukan dalam proses merencanakan proses ini dapat digambarkan dalam diagram aliran yang dapat dilihat pada Gambar 3.

File data feature

Pembentukan ketergantungan antar features Pengurutan Operasi (minimasi penggantian tools) Pengurutan Proses (minimasi jumlah setup) Urutan operasi NC Generator Identifikasi feature ke bentuk feature proses pemesinan Identifikasi informasi untuk kebutuhan perencanaan proses Lembar Rencana Kerja G-Code

Gambar 3. Model Sistem Perencanaan Proses yang dikembangkan 3.1. Identifikasi informasi untuk kebutuhan perencanaan proses

Dari file data feature komponen yang merupakan hasil dari proses desain, dapat diperoleh informasi sebagai berikut :

Deklarasi material : MATERIAL à Jenis material

{nama material} {parameter material}

Dimensi Material MATERIAL DIMENSION à Dimensi material

{tinggu sumbu X} {tinggi sumbu Y} {tinggi sumbu Z}

(7)

Informasi Feature {JENIS FEATURE 1} à Jenis features dan {parameter} dimensinya . . {JENIS FEATURE n} {parameter}

Informasi feature yang terdapat pada file ini akan dibaca dan diidentifikasi menjadi informasi-informasi sebagai berikut : informasi-informasi feature pemesinan, arah normal, ukuran (parameter dimensi), memiliki / tidak memiliki fillet. Hasil pembacaan ini akan disimpan dalam sebuah bentuk basis data. Pada saat penyimpanan ke basis data, dilakukan pengurutan ulang titik-titik sudut yang terdapat di masing-masing features, diurutkan mulai dari titik (0.0) relatif terhadap arah normal, dan diurut sesuai dengan arah jarum jam. Hal ini dilakukan untuk memudahkan pada proses-proses selanjutnya.

Feature proses pemesinan yang dijadikan referensi dalam penelitian ini adalah pocket, blind slot, blind step, hole, slot no fillet, step no fillet. Pendefinisianfeature pemesinan pada bagian ini lebih diarahkan kepada kesamaan karakteristik, dan bukan kesamaan bentuk dengan feature pemesinan yang ada. Sebelum mengidentifikasi bentuk feature pemesinan yang terdapat dalam file data komponen, maka perlu dilakukan pemindahan dari file teks yang menyimpan file data komponen ke basis data, sehingga lebih mudah dalam melakukan proses berikutnya.

3.2. Identifikasi feature untuk proses pemesinan

Algoritma untuk identifikasi dilakukan dengan mencocokkan karakteristik dari masing-masing feature yang dijabarkan dalam data feature komponen dengan karakteristik feature pemesinan yang telah terdapat pada basis data CAPP, seperti diperlihatkan pada Gambar 4.

Algoritma untuk identifikasi koordinat ini dapat dituliskan sebagai berikut : (1) Ambil salah satu arah normal

(2) Bentuk koordinat maya sebesar sebuah material dengan titik-titik sudut sesuai dengan dimensi material dan normalnya.

(3) Ambil satu feature yang terdapat pada normal tersebut.

(4) Lakukan perbandingan titik sudut relatif terhadap koordinat material (5) Lakukan identifikasi karakteristik feature tersebut

(6) Catat informasi feature ke database

(7) Ulangi langkah 3-7 untuk feature selanjutnya.

Material Feature Blind Step (mx1,my1) (mx4,,my4) (mx3,my3) (mx2,my2) (x2,y2) (x3,y3) (x4,y4) (x1,y1)

Gambar 4. Koordinat material dan feature 3.3. Pembentukan ketergantungan antar features

Pembentukan ketergantungan antara feature dilakukan dengan mengikuti langkah berikut : (1) Kelompokkan tiap feature ke dalam normalnya masing-masing

(2) Untuk setiap normal yang terwakili, urutkan feature berdasarkan posisi (koordinat) (3) Untuk setiap feature, periksa ketergantungannya dengan feature lain yang berada di

(8)

Pemeriksaan ketergantungan ini dilakukan dengan meninjau koordinat Z relatif terhadap arah normal. Jika terdapat titik sudut dari dua feature berhimpit, maka akan terbentuk hubungan parent-child. Dimana parent adalah feature yang lebih atas pada arah normal tersebut dan child adalah feature yang berada di bawahnya. Sehingga aturannya dapat ditulis sebagai berikut :

IF permukaan feature A berada pada feature B THEN Feature B merupakan parent dari feature A

3.4. Pengurutan proses dengan kriteria minimasi jumlah setup Langkah utama dalam pengurutan proses ini adalah :

(1) Pilih normal yang memiliki jumlah feature paling banyak

(2) Periksa setiap feature pada normal tersebut, apakah hubungan ketergantungan antar feature masih tetap terjaga

Untuk langkah ini berlaku aturan :

IF parent feature A berada pada normal yang sama THEN Kedua feature dikelompokkan pada satu setup IF feature A merupakan parent dari feature B

AND feature A dan feature B terletak pada normal berbeda THEN Setup dilakukan untuk feature A

(3) Hilangkan duplikasi pengerjaan feature. Satu feature hanya boleh didekati dari satu normal

(4) Ulangi sampai semua features pada semua normal dikerjakan. 3.5. Pengurutan operasi dengan minimasi pertukaran tools

Penentuan urutan operasi yang yang dilakukan untuk membentuk setiap feature, dinyatakan dalam basis data aturan tertentu. Tabel aturan untuk operasi pembentukan feature dinyatakan dalam Tabel 2 berikut.

Tabel 2. Basis data pengetahuan proses

No. Features Operasi

1 Pocket 2 Blind slot 3 Blind step 4 Pocket 5 Slot 6 Step Rough Milling Finishing Milling

7 Hole Drilling / Milling

Representasi data feature komponen yang didesain dengan menggunakan metoda desain berbasis feature belum memasukkan informasi fillet, maka operasi yang dilakukan terhadap bentuk-bentuk feature yang ada cukup dilakukan dengan menggunakan operasi mill saja, dan tool yang dipergunakan adalah End Milling Cutter. Untuk operasi ini berlaku aturan :

IF operasi=mill THEN

Tool = “END MILLING CUTTER”

Khusus untuk operasi pembuatan lubang, langkah-langkahnya terdiri dari 3 langkah, yaitu center drill, guide drill dan drill.

(9)

Untuk pembuatan lubang berlaku aturan sebagai berikut : (1) Operasi guide drilling ditentukan dengan aturan berikut :

IF (feature=HOLE) AND (diameter>4mm) THEN Operasi Guide Drill = True

(2) Untuk jenis operasi drilling, aturan yang digunakan adalah sebagai berikut :

IF (operasi=CENTER DRILL) THEN

Tool = “CENTER DRILL CUTTER”

IF (operasi= DRILL or operasi=GUIDE DRILL) THEN

Tool = “DRILL CUTTER”

(3) Sedangkan khusus untuk feature through hole, aturannya adalah sebagai berikut : :

IF (feature= HOLE AND diameter > max diameter drill yang tersedia) THEN

Operasi = MILL AND diatemer tool <= diameter feature

Untuk melakukan pemilihan tool, dilakukan dengan memanfaatkan basis data tool yang berisi informasi mengenai karakteristik tool, jenis tool, panjang tool, diameter tool. Untuk meminimasi waktu pemesinan, dilakukan pemilihan diameter tool yang sebesar-besarnya, dan tentunya dibatasi oleh geometri dari feature yang dikerjakan. Untuk itu dibuat aturan untuk mendefinisikan diameter tool awal yang dapat digunakan sesuai dengan geometri feature.

Untuk operasi milling

IF (feature=STEP) THEN

Diameter Tool >= 1.25*lebar feature

IF (feature=SLOT) THEN

Diameter Tool =< lebar feature

IF (feature=BLIND HOLE) THEN

Diameter Tool =< lebar feature

Untuk operasi drilling

If operasi=CENTER DRILL THEN

Diameter tool=diameter center drill

If operasi=GUIDE DRILL THEN

Diameter tool ditingkatkan dengan kelipatan 4 selama diameter tool

< diameter feature If operasi=DRILL THEN

Diameter tool=diameter feature

Dalam menyusun langkah perencanaan proses ini, diusahakan agar tidak terlalu sering melakukan penggantian tool. Hasil dari tahap ini adalah diameter tool akhir yang terpilih bagi setiap feature. Langkah yang dilakukan adalah :

(1) Pilih satu setup

(2) Periksa tiap diameter tool yang diusulkan

(3) Periksa jumlah operasi yang dapat dikerjakan dengan menggunakan tool tersebut (4) Pilih tool dengan diameter yang dapat mengerjakan operasi paling banyak (5) Lakukan langkah 2-4 sampai semua operasi terpilih tool-nya

(10)

Aturan yang dipergunakan untuk menentukan apakah suatu feature dapat dikerjakan dengan diameter tool tertentu yang berbeda dengan diameter tool awal bagi feature tersebut adalah :

If feature=STEP AND diameter >= diameter tool feature THEN Diameter tool=diameter

If feature<>STEP AND diameter <= diameter tool feature AND lebar feature/diameter<=4

AND diameter/tinggi feature >= 1/6 THEN Diameter tool=diameter

Dengan melihat pada berbagai kendala dan aturan untuk ‘optimasi’ di atas, maka langkah untuk pengurutan proses dapat disusun sebagai berikut :

(1) Kelompokkan feature berdasarkan atas kesamaan tool yang sudah terpilih

(2) Periksa ketergantungan tool antar operasi dalam setiap kelompok, lalu perbaiki urutan pergantian tool

Basis data hubungan antara operasi dan tools dapat dituliskan pada Tabel 3.: Tabel 3. Tabel hubungan operasi - tools

No. Operasi Tools

1 Center Drill Center Drill Cutter

2 Guide Drill Drill Cutter

3 Drill Drill Cutter

4 Rough Mill End Mill Cutter

Ball End Mill Cutter 5 Finishing Mill End Mill Cutter

Ball End Mill Cutter Sedangkan basis data tools dapat dituliskan seperti pada Tabel 4.

Tabel 4. Tabel basis data tools No

Tools

ID Tools

Nama Kekerasan Diameter

(mm)

Panjang (mm)

Material

1 HS232 End Milling Cutter 100 10 58.75 HSS

2 HS336 Drill Cutter 100 5 50 HSS

3 HS398 Ball End Mill Cutter 100 20 100 HSS

3.6. Penentuan parameter pemesinan

Parameter pemesinan yang digunakan dalam hal ini adalah : kedalaman potong untuk setiap langkah potong, kecepatan spindel, dan kecepatan makan. Kedalaman potong direpresentasikan dalam bentuk persentase diameter pahat yang digunakan dalam proses pemakanan. Kecepatan spindel merupakan fungsi dari kecepatan potong dan diameter pahat. Kecepatan spindel ditentukan dengan rumus :

(mm) 4 . 25 12 (rpm) φ π× × × = V SS (1) dimana : SS : spindle speed (rpm) V : velocity φ : diameter pahat π : 22/7

Penentuan cutting tool speed ini juga dipengaruhi oleh jenis material benda kerja yang dipergunakan

(11)

Sedangkan feedrate (kecepatan makan) juga dipengaruhi oleh banyak faktor, yaitu kedalam dan lebar potong, jenis material benda kerja, kehalusan permukaan yang diinginkan, dan kemampuan mesin. Feedrate dihitung dengan menggunakan rumus :

SS FPT N

FR=2.54× × × (2)

dimana :

N : Jumlah gigi pada pahat. Untuk operasi drilling N=1

FPT : tebal gram yang dihasilkan oleh masing-masing gigi pahat untuk setiap putaran (cm)

SS : kecepatan spindle

Parameter lain yang perlu ditentukan adalah Material Removal Rate (MRR). Material Removal Rate adalah volume (sentimeter kubik) dari material yang dibuang per menit. MRR ditentukan oleh kedalaman pemotongan, diameter cutter, dan feedrate. Jika diketahui volume buang dari sebuah feature, maka dapat diketahui lama pengerjaan dari feature tersebut. Dengan demikian jika dalam sebuah komponen terdapat n feature, maka total waktu yang dibutuhkan untuk proses pemesinan adalah penjumlahan dari keseluruhan waktu pengerjaan di masing-masing feature (

∑

= n i i t 1

). MRR untuk setiap feature dapat dihitung dengan cara : FR WC DC MRR= × × (3) dimana DC : depth of cut (cm) WC : width of cut (cm) FR : feedrate

Output dari CAPP berupa lembar rencana proses yang memuat informasi mengenai setup, operasi, tool yang digunakan, serta parameter pemesinan, dan ditabelkan pada Tabel 5.

Tabel 5. Format Lembar Rencana Proses Order ID : {nomor ID}

Due Date : {due date} File feature : {nama file}

No. Feature Nama Feature Setup Arah Normal

Operasi Tool Parameter

pemotongan

Lama waktu operasi

Dari parameter yang telah didefinisikan di atas, maka dilakukan perhitungan estimasi lamanya waktu proses untuk masing-masing features. Waktu total pemesinan merupakan penjumlahan dari waktu proses untuk masing-masing features. Waktu ini kemudian akan dipergunakan sebagai salah satu komponen dalam perhitungan delivery lead time kepada konsumen

3.7. Pembuatan G-Code

Setelah menghasilkan Lembar Rencana Proses, maka CAPP ini juga menghasilkan NC code untuk mesin CNC milling. Mesin yang dimiliki di LSP-ITB adalah mesin vertical milling. Oleh karena itu, pengerjaan hanya bisa dilakukan dari sumbu vertikal (Z+), dan untuk pengerjaan pada berbagai sisi harus dilakukan setup berulang. G-Code untuk tiap-tiap feature disimpan dalam bentuk objek, dimana jika diperlukan objek feature dipanggil dan dimasukkan parameter, maka G-Code akan terbentuk. Proses pembentukan G-Code ini memperhatikan pada kondisi berikut ini :

1. Jika tidak terdapat feature yang saling berpotongan ataupun berhimpitan, maka masing-masing feature dikerjakan sesuai dengan G-Code yang telah terdapat dalam library object.

2. Jika terdapat feature yang saling berpotongan ataupun bersinggungan maka berdasarkan titik sudut akhir yang dibentuk oleh feature tersebut disusun ulang G-Code-nya

(12)

4. Contoh Aplikasi

Akan dibuat sebuah part dengan bentuk seperti pada Gambar 5.

File yang dihasilkan dari

desain berbasis feature seperti pada Tabel 6.

Y+ Z+

X+

Gambar 5. Komponen yang didesain Tabel 6. Isi file hasil desain berbasis feature

FEATURE FILE Produk.ftr MATERIAL Mild_Steel 7.860 220.0 0.275 207.0 345.0 56.0 1.20 460.0 MATERIAL DIMENSION X 80 Y 80 Z 40 DEP.LINEAR FACE N 1 D -20 X1 0 Y1 30 X2 80 Y2 30 X3 80 Y3 50 X4 0 Y4 50 DEP.LINEAR FACE N 1 D -20 X1 30 Y1 0 X2 50 Y2 0 X3 30 Y3 80 X4 50 Y4 80 DEP.CIRCULAR FACE N 1 D -40 C 15 E 15 R 5 DEP.CIRCULAR FACE N 1 D -40 C 65 E 15 R 5 DEP.CIRCULAR FACE N 1 D -40 C 65 E 65 R 5 DEP.CIRCULAR FACE N 1 D -40 C 15 E 65 R 5

(13)

Langkah-langkah yang ditempuh antara lain :

1. Identifikasi informasi untuk kebutuhan perencanaan proses

Dari file produk.ftr tersebut informasi tentang material adalah sebagai berikut :

Parameter material :

Jenis material : Mild_Steel

Density : 7.860 Young’s_modulus : 220 Poisson’s_ratio : 0.275 Yield_strength : 207.0 Ultimate_tensile_strength : 345.0 Thermal_conductivity : 56.0 Coefficient_of_linear_expansion : 1.20 Specific_heat : 460.0 Ukuran material : 80 X 80 X 40

2. Idenfitikasi feature untuk proses pemesinan

Terdapat 6 buah feature :

1. 2 buah slot

2. 4 buah hole

3. Pembentukan ketergantungan antar features

Pemeriksaan dilakukan dengan mengikuti aturan yang telah dijabarkan sebelumnya, dan melihat hubungan antar titik sudut dari masing-masing features, dan pada contoh tidak terdapat ketergantungan antar features

Tabel 7. Tabel pembentukan ketergantungan antar features

No. Name Normal Parent

1 SLOT 1 0 2 SLOT 1 0 3 HOLE 1 0 4 HOLE 1 0 5 HOLE 1 0 6 HOLE 1 0

4. Pengurutan proses dengan kriteria minimasi jumlah setup

Karena semua features berada pada satu normal yang sama, maka pada proses ini hanya terdapat satu normal.

5. Pengurutan operasi dengan minimasi pertukaran tools

Proses identifikasi tools dilakukan dengan mengacu pada aturan yang telah dijabarkan sebelumnya. Hasil yang didapatkan dapat dilihat pada Tabel 8:

Tabel 8. Tabel pengurutan proses dengan kriteria minimasi jumlah setup

No. Name Normal Parent

1 SLOT 1 0 2 SLOT 1 0 3 HOLE 1 0 4 HOLE 1 0 5 HOLE 1 0 6 HOLE 1 0

6. Penentuan parameter pemesinan.

Selanjutnya dilakukan perhitungan Spindle Speed, Feedrate, dan Material Removal Rate. Hasil dari tahap ini terlihat pada Tabel 9

(14)

Tabel 9. Tabel perencanaan proses No. Feature Name Opera-tion Tool Usulan Tool Terpilih SS FR MRR

1 SLOT Mill End

Milling Cutter dia. 20 End Milling Cutter dia. 20 481.5 14.7857 14.7858

2 SLOT Mill End

Milling Cutter dia. 20 End Milling Cutter dia. 20 481.5 14.7857 14.7858 HOLE Center Drill Center Drill Cutter Center Drill Cutter 481.5 3.669 0 HOLE Guide Drill Drill Cutter 5 Drill Cutter 5 481.5 3.669 7.338 3

HOLE Drill Drill

Cutter 10 Drill Cutter 10 481.5 3.669 14.676 HOLE Center Drill Center Drill Cutter Center Drill Cutter 481.5 3.669 0 HOLE Guide Drill Drill Cutter 5 Drill Cutter 5 481.5 3.669 7.338 4

HOLE Drill Drill

Cutter 10 Drill Cutter 10 481.5 3.669 14.676

7. Perhitungan lama pengerjaan

Hasil perhitungan lama pengerjaan dari setiap feature ditampilkan pada Tabel 10. Tabel 10. Tabel perhitungan lama pengerjaan

Feature No.

Name Operas1 Volume

(cm3) MMR (cm3/menit) Lama waktu (menit)

1 SLOT End Milling 32 14.7858 2.16

2 SLOT End Milling 32 14.7858 2.16

3 HOLE Guide Drill 3.14 7.338 0.428

3 HOLE Drill 9.4247 14.676 0.642

4 HOLE Drill 9.4247 14.676 0.642

5 HOLE Drill 9.4247 14.676 0.642

6 HOLE Drill 9.4247 14.676 0.642

(15)

Contoh lembar rencana proses yang dihasilkan diperlihatkan pada Tabel 11. Tabel 11. Lembar Rencana Proses untuk contoh Gambar 5 Order ID : PERCOBAAN

Due Date : 23 November 1999 File feature : produk.ftr

No. Feature Nama Feature Setup Arah Normal

Operasi Tool Parameter

pemotongan

Lama waktu operasi (menit)

1 SLOT 1 1 Mill End

Milling Cutter dia. 20 SS=481.5 FR=14.7858 MRR=14.7858 2.16

2 SLOT 1 1 Mill End

Milling Cutter dia. 20 SS=481.5 FR=14.7858 MRR=14.7858 2.16 3 HOLE 1 1 Center Drill Center Drill Cutter SS=481.5 FR=3.669 MRR=0 0 4 HOLE 1 1 Center Drill Center Drill Cutter SS=481.5 FR=3.669 MRR=0 0 5 HOLE 1 1 Center Drill Center Drill Cutter SS=481.5 FR=3.669 MRR=0 0 6 HOLE 1 1 Center Drill Center Drill Cutter SS=481.5 FR=3.669 MRR=0 0 3 HOLE 1 1 Guide Drill Drill Cutter dia 5 SS=481.5 FR=3.669 MRR=7.338 0.428 4 HOLE 1 1 Guide Drill Drill Cutter dia 5 SS=481.5 FR=3.669 MRR=7.338 0.428 5 HOLE 1 1 Guide Drill Drill Cutter dia 5 SS=481.5 FR=3.669 MRR=7.338 0.428 6 HOLE 1 1 Guide Drill Drill Cutter dia 5 SS=481.5 FR=3.669 MRR=7.338 0.428

3 HOLE 1 1 Drill Drill

Cutter dia 10 SS=481.5 FR=2.464 MRR=14.676 0.642

Cutter dia 10 SS=481.5 FR=2.464 MRR=14.676 0.642 8. Pembuatan G-Code

Untuk pembuatan G-Code ini, perlu ditentukan terlebih dahulu titik kerja 0. titik kerja 0 diambil pada titik (0,0) relatif terhadap arah normal. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 6

(16)

15 30 50 80 15 30 50 80 X+ Y+

Gambar 6. Posisi (0,0,0) pada benda kerja G-Code yang dihasilkan adalah :

N0010 G71 G90 T08 M06 N0020 G00 X-25.000 Y40.000 Z-5.000 S482 N0030 G01 X105.000 M03 N0040 G00 Z-10.000 N0050 G01 X-25.000 N0060 G00 Z-15.000 N0070 G01 X105.000 N0080 G00 Z-19.500 N0090 G01 X-25.000 N0100 G00 Z-20.000 N0110 G01 X105.000 N0120 G00 Z5.000 N0130 G00 X40.000 Y-25.000 N0140 G00 Z-5.000 N0150 G01 Y105.000 N0160 G00 Z-10.000 N0170 G01 Y-25.000 N0180 G00 Z-15.000 N0190 G01 Y105.000 N0200 G00 Z-19.500 N0210 G01 Y-25.000 N0220 G00 Z-20.000 N0230 G01 Y105.000 N0240 G00 Z5.000 N0250 M06 N0260 G00 Z5.000 T01 M05 N0270 F2.464 S482 M06 N0280 G81 X15.000 Y15.000 Z0.000 R1.000 M03 N0290 G81 X65.000 Y15.000 Z0.000 R1.000 N0300 G81 X65.000 Y65.000 Z0.000 R1.000 N0310 G81 X15.000 Y65.000 Z0.000 R1.000 N0320 G00 Z5.000 T02 M05 N0330 F2.464 S482 M06 N0340 G81 X15.000 Y15.000 Z0.000 R40.000 M03 N0350 G81 X65.000 Y15.000 Z0.000 R40.000 N0360 G81 X65.000 Y65.000 Z0.000 R40.000 N0370 G81 X15.000 Y65.000 Z0.000 R40.000 N0380 G00 Z5.000 T03 M05 N0390 F2.464 S482 M06 N0400 G81 X15.000 Y15.000 Z0.000 R40.000 M03 N0410 G81 X65.000 Y15.000 Z0.000 R40.000 N0420 G81 X65.000 Y65.000 Z0.000 R40.000 N0430 G81 X15.000 Y65.000 Z0.000 R40.000 N0440 G00 X0.000 Y0.000 M30 %

(17)

Pada saat yang bersamaan, pengembangan CAPP ini sedang dikembangkan untuk dapat mengidentifikasi adanya dua buah feature yang saling berpotongan. Dengan memanfaatkan persamaan garis yang dihasilkan oleh dua buah titik sudut pada sebuah features, kemudian diperiksakan terhadap garis yang dihasilkan oleh dua buah titik sudut pada features lain, maka dapat diperoleh titik-titik perpotongan jika kedua features tersebut berpotongan. Jika kondisi features berpotongan dapat diidentifikasi, maka untuk tidak akan terjadi proses redundan pada proses pengerjaan features berpotongan ini.

5. Kesimpulan

CAPP merupakan salah satu tahapan yang membantu untuk menjembatani fungsi desain dengan fungsi produksi. Dengan adanya CAPP tahapan perencanaan proses yang biasanya dilakukan secara terpisah, kini dapat diintegrasikan dengan fungsi desain. Dengan demikian lead time untuk menghasilkan suatu komponen menjadi lebih pendek. Selain itu, dengan adanya CAPP, dapat diperkirakan lama pemesinan komponen tersebut, sehingga dapat meningkatkan ketelitian untuk estimasi waktu yang diperlukan mulai dari order masuk sampai order dikirimkan kepada konsumen.

Selain itu, CAPP yang dibangun ini tidak perlu melakukan pengenalan feature, sehingga waktu yang diperlukan untuk proses kerja CAPP menjadi jauh lebih singkat. CAPP ini juga telah menghasilkan G-Code standar.

Daftar Pustaka

Askin, Ronald G., (1997), “Editor’s Note : Special issue of Design and Manufacturing on Agile Manufacturing”, IIE Transactions, Vol. 29 Number 10.

Chang, Tien-Chien, Wysk, Richard A., Wang, Hsu-Pin, (1998), “Computer-Aided Manufacturing 2/e”, Chapter 13, Prentice Hall International, USA.

Cherng, John G., Shao, Xin-Yu, Chen, Yubao, Sferro, Peter R. , (1998), “Feature-Based Part Modeling and Process Planning for Rapid Response Manufacturing”, Computers Industrial Engineering, Vol. 34, No. 2.

Damayanti, Dinda, (1995), “Perencanaan Proses Berbasis Features”, Tugas Sarjana, Jurusan TI-FTI.

DeVor, R., Graves, R., Mills, John. J., (1997), “Agile Manufacturing Research : accomplishments and opportunities”, IIE Transactions, Vol. 29 Number 10.

Lenau, Torben, Mu, LiangHun, (1993), “Features in integrated modelling of products and their production”, International Journal Computer Integrated Manufacturing, Vol 6, No. 1&2. Toha, Isa S., Damayanti, D., (1995), “Perencanaan Proses Berbasis Features”, Proceedings

Seminar CAD/CAM’95, Bandung.

Toha, Isa S., Miranti, M., (1997), “Pembangkit Routeing Komponen Berbasis AutoCAD”, Jurnal ITENAS, Vol 1., No. 3.

Toha, Isa S., Wibisono, Arif, (1999), “Desain Komponen Prismatik Berbantuan Feature Pembentuk”, Proceedings Seminar Sistem Produksi IV, Laboratorium Sistem Produksi ITB, Bandung

Veeramani, Dharmaraj, Joshi, P., (1997), “Methodologies for rapid and effective response to requests for quotation (RFQs), IIE Transactions, Vol. 29 Number 10

Wibisono, Arif M., (1999), “Desain komponen prismatik berbantuan feature pembentuk”, Tesis Magister , Bidang Khusus Teknik Industri, Program PascaSarjana ITB