MODUL PERKULIAHAN
Perancanga
n Produk
Faktor keamanan, Disain kokoh,Prinsip–
Prinsip disain, Detail
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Teknik Teknik Mesin
FAKTOR KEAMANAN (Safety Factor)
Pendahuluan
Faktor keamanan atau Safety Factor (SF) adalah suatu hal yang sangat penting dalam analisis dan perencanaan struktur secara keseluruhan. Permasalahan ini sudah menjadi subyek penelitian dan telah banyak dibicarakan di kalangan insinyur sipil, khususnya di bidang rekayasa struktur. Faktor keamanan elemen dan sistem struktur sangat tergantung pada ketahanan struktur (R : bahan dan geometri), dan beban yang bekerja (S : beban mati, beban hidup, beban gempa, beban angin, dan sebagainya.)
Beban yang berasal dari beban hidup, beban gempa, dan beban angin diasumsikan sebagai variabel random (probabilistik). Demikian pula halnya dengan ketahanan atau respons struktur yang tergantung pada sifat-sifat fisik material, dan bentuk geometrinya yang dapat dianggap juga sebagai variabel random. Meskipun hal tersebut (ketahanan dan beban) telah diketahui sejak lama sebagai variabel random, para ahli rekayasa struktur enggan mempertimbangkannya dalam perencanaan atau analisis berdasarkan konsep probabilistik.
Keenganan tersebut didasarkan pada alasan berikut : 1. Keraguan untuk penggunaan statistik dalam perencanaan atau analisis struktur. 2. Teori-teori berdasarkan statistika mengandung konsep-konsep yang tidak biasa digunakan di bidang rekayasa struktur. 3. Perencanaan atau analisis struktur berdasarkan teori probabilitas dikhawatirkan akan banyak memerlukan data, waktu, dan usaha yang lebih dibandingkan dengan penggunaan metode yang sudah ada.
Seiring dengan berkembanganya ilmu pengetahuan dan kemajuan di bidang teknik komputasi, pada tahun 1960an baru para ahli rekayasa struktur mempertimbangkan adanya ketidakpastian (uncertainty) dalam menentukan parameter-parameter dalam perencanaan ataupun analisis. Hal ini dapat dilakukan dengan bantuan perangkat lunak (software) untuk mempermudah dan mempercepat perhitungan ataupun simulasi.
Metode Perencanaan
Metode Tegangan Ultimit (Ultimate Stress Method) 3. Metode Perencanaan Batas (Limit State Method)
1. Metode Tegangan Kerja
Metode tegangan kerja atau sering disebut juga dengan metode tegangan ijin, hal ini dikarenakan penggunaan tegangan ijin yang merupakan tegangan leleh (runtuh) bahan dibagi dengan angka tertentu yang disebut dengan faktor keamanan (SF) seperti Pers. 2.1.
�� = �� /��
SF = faktor keamanan
Fu = tegangan leleh/ultimit
Fi = tegangan ijin
Pada metode ini, struktur dikatakan gagal (failure) jika tegangan yang terjadi akibat beban yang bekerja lebih besar dari tegangan ijin. Pada material liat (ductile), contoh baja, tegangan ultimit diambil dari tegangan leleh. Sedangkan pada material getas (brittle), contoh beton, tegangan ultimit diambil dari tegangan runtuh. Dengan metode ini, material masih dalam kondisi elastis, sehingga hukum Hooke masih bisa diberlakukan.
Untuk bahan baja, faktor keamanan biasanya diambil lebih kecil daripada bahan beton. Hal ini dikarenakan baja adalah bahan yang sangat kohesif, dan metode produksi yang pasti, sehingga ketidakpastiannya menjadi rendah. Pada beton, bahan penyusunnya cukup banyak dengan metode pencampuran yang tidak pasti, sehingga akan menimbulkan varian yang cukup besar dibanding baja.
Jika kombinasi beban diperhitungkan, sebagai contoh beban mati, DL – hidup, LL – angin, W – gempa, E, maka tegangan ijin dinaikkan 33%. Tetapi penentuan angka 33% tersebut tidak ada acuan yang baku, sehingga dapat dikatakan bahwa SF yang didefinisikan pada tegangan ijin tidak menggambarkan keamanan sesungguhnya.
pada semua struktur. Dengan kata lain, perencanaan dua buah struktur dengan menggunakan metode tegangan kerja untuk beban yang sama akan terjadi tingkat keamanan yang berbeda.
Sebagai contoh, dua buah struktur atap terbuat dari bahan yang sama, yang pertama berbentuk cangkang, yang kedua berbentuk balok dan pelat. Kedua jenis atap tersebut direncanakan dengan kombinasi beban yang sama, maka rasio antara DL dan LL+W+E pada tipe cangkang akan lebih rendah. Hal ini dikarenakan DL dapat diprediksi dengan lebih tepat dibandingkan dengan LL+W+E yang umumnya memliki varian yang cukup besar, dengan demikian struktur atap yang berbentuk cangkang akan mempunyai kemungkinan keruntuhan yang lebih besar.
2. Metode Perencanaan Plastis dan Metode Tegangan Ultimit
Dalam metode ini, faktor keamanan ditentukan dengan memperbesar nilai beban layan yang disebut juga dengan beban runtuh. Faktor pembesaran (multiplier) ini disebut sebagai faktor beban, yang didefinisikan sebagai rasio antara beban ultimit dengan baban layan seperti Pers. 2.2.
�� = �� /�� (2.2)
LF = faktor beban
Pu = beban ultimit
Ps = beban layan
Pada metode ini, faktor keamanan berhubungan dengan kapasitas struktur. Untuk memperjelas perencanaan plastis dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Dalam metode ini, faktor beban bervariasi, yang berarti untuk jenis beban yang berbeda akan memiliki faktor beban yang berbeda pula. Sebagai contoh, faktor beban untuk LL, W, atau E akan memiliki nilai yang lebih besar dibanding DL. Hal ini dikarenakan besarnya nilai varian untuk LL, W, atau E. Namun demikian, besarnya faktor beban sudah dipilih berdasarkan intuisi atau penilaian tertentu serta pengalaman para ahli rekayasa struktur yang dituangkan dalam bentuk peraturan (code).
Sebagai contoh, jika LF = 2 mengasumsikan umur bangunan 50 tahun. Kemudian LF ditingkatkan 50% menjadi 3, bukan berarti secara otomatis umur bangunan menjadi 3/2 50 = 75 tahun. Suatu struktur yang direncanakan dengan metode ini akan aman terhadap keruntuhan, dan berarti juga aman terhadap beban layannya.
3. Metode Perencanaan Batas
Kondisi batas adalah tercapainya suatu kondisi bagian struktur atau struktur menjadi tidak aman, atau tidak berfungsi sesuai dengan kriteria perencanaan awal. Kondisi batas dibedakan menjadi dua yaitu : 1. Kondisi batas ultimit (ultimate state) 2. Kondisi batas layan (serviceability state).
Faktor keamanan berhubungan langsung dengan kondisi batas ultimit dan batas layan, yang berarti bahwa peningkatan beban dibandingkan dengan ketahanan yang relevan pada struktur dimana pengaruh beban layan dibandingkan dengan harga yang spesifik. Dengan kata lain metode ini lebih baik dibanding dengan metode sebelumnya, karena metode ini menjamin keamanan yang pasti pada beban ultimit yang bekerja.
Latar Belakang
Desain produk merupakan hal yang sangat penting dalam bidang manufaktur. Desain produk yang baik akan dapat meningkatkan jumlah dan harga jual dari produk, sehingga dapat meningkatkan keuntungan. Akan tetapi, desain produk yang gagal mengakibatkan produk tidak terjual. Hal ini, akan menimbulkan kerugian tidak hanya dibidang desain saja, bidang yang lain pun akan terkena pengaruhnya.
Selanjutnya segitiga aspek produk di atas dikembangkan menjadi suatu persyaratan dalam desain, yaitu desain harus dapat dirakit, didaur ulang, diproduksi, diperiksa hasilnya, bebas korosi, biaya rendah, serta waktu yang tepat. Untuk itu dalam mendesain suatu produk, harus memperhatikan secara detail tentang fungsi-fungsi dari produk yang didesain. Guna mengetahui secara rinci tentang fungsi produk, dapat dilakukan dengan beberapa metode pendekatan, mulai dari metode yang sederhana hingga metode yang advance
Salah satu produk yang dikembangkan adalah Tespen. Kemampuan Tespen tersebut adalah untuk mengencangkan dan membuka mur serta mengetahui adanya arus listrik pada alat instalasi listrik atau rangkaian lisrik. Dimana Tespen sekarang ini sudah memiliki berbagai macam ukuran dan dimensi. Karena fleksibilitas dari Tespen tersebut, maka membuat jadi pilihan bagi konsumen baik konsumen Primer maupun konsumen sekunder untuk memakainya dalam menunjang atau membantu kegiatannya sehari-hari terutama yang berhubungan dengan kegiatan bengkel instalasi listrik, profesi yang berkaitan dengan rangkaian listrik serta kegiatan perbaikan atau perawatan dalam rumah tangga.
Tujuan
Pada pengembangan Tespen ini , tentunya mempunyai tujuan sebagai berikut :
a.Merancang dan mengembangkan produk terbaru Tespen multifungsi untuk memenuhi keinginan pelanggan.
b.Merancang dan mengembangkan produk Tespen multifungsi untuk memenangkan persaingan dari produk sejenis yang ada di pasaran.
c.Merancang dan mengembangkan produk Tespen multifungsi yang memiliki kegunaan yang sangat praktis dan otomatis (satu Tespen memiliki beberapa fungsi)
d.Menciptakan pasar yang lebih baik dengan produk unggulan produk Tespen multi fungsi.
Langkah-langkah
Pengembangan
1. Menentukan produk yang akan dikembangkan beserta gambar produk yang ada di pasaran
2. Mendapatkan alasan pengembangan baik dari kemungkinan peluang-peluang yang ada maupun dari kebutuhan pelanggan melalui proses interview.
3.Mengelompokkan interpretasi kebutuhan pelanggan untuk mempermudah pengidentifikasian. 4. Konsep Desain produk alternatif
6.Menentukan spesifikasi dari produk yang terpilih
7.Membuat pernyataan misi dari konsep produk yang terpilih. 8.Menentukan prinsip kerja dari konsep produk yang terpilih
Landasan
Teori
Produk merupakan sesuatu yang dijual oleh perusahaan kepada pembeli. Pengembangan produk merupakan serangkaian aktivitas yang dimulai dari analisis persepsi dan peluang pasar, kemudian diakhiri dengan tahap produksi, penjualan, dan pengiriman produk.
Kesuksesan ekonomi suatu perusahaan manufaktur tergantung kepada kemampuan untuk mengidentifikasi kebutuhan pelanggan, kemudian secara cepat menciptakan produk yang dapat memenuhi kebutuhan tersebut dengan biaya yang rendah. Hal ini bukan merupakan tanggung jawab bagian pemasaran, bagian manufaktur,attau bagian desain saja, melainkan merupakan tanggung jawab yang melibatkan banyak fungsi yang ada di perusahaan. Metode pengembangan produk berdasarkan kepada permintaan atau persyaratan serta spesifikasi produk oleh customer adalah metode yang cukup baik, karena dengan berbasis keinginan customer maka kemungkinan produk tersebut tidak diterima oleh customer menjadi lebih kecil. Dari sudut pandang investor pada perusahaan yang berorientasi laba, usaha pengembangan produk dikatakan sukses jika produk dapat diproduksi dan dijual dengan menghasilkanlaba.Namun laba seringkali sulit untuk dinilai secara cepat dan langsung.
Terdapat 5 dimensi spesifik yang berhubungan dengan laba dan biasa digunakan untuk menilai kinerja usaha pengembangan produk, yaitu:
1. Kualitas Produk
Seberapa baik produk yang dihasilkan dari upaya pengembangan dan dapat memuaskan kebutuhan pelanggan. Kualitas produk pada akhirnya akan mempengaruhi pangsa pasar dan menentukan harga yang ingin dibayar oleh pelanggan.
2. Biaya Produk
3. Waktu Pengembangan Produk
Waktu pengembangan akan menentukan kemampuan perusahaan dalam berkompetisi, menunjukkan daya tanggap perusahaan terhadap perubahan teknologi dan pada akhirnya akan menentukan kecepatan perusahaan untuk menerima pengembalian ekonomis dari usaha yang dilakukan tim pengembangan.
4. Biaya Pengembangan
Biaya pengembangan biasanya merupakan salah satu komponen yang penting dari investasi yang dibutuhkan untuk mencapai profit.
5. Kapabilitas Pengembangan.
Kapabilitas pengembangan merupakan asset yang dapat digunakan oleh perusahaan untuk mengembangkan produk dengan lebih efektif dan ekonomis dimasa yang akan datang.
Perancangan dan pembuatan suatu produk baik yang baru atau yang sudah ada merupakan bagian yang sangat besar dari semua kegiatan teknik yang telah ada. Kegiatan ini didapat dari persepsi tentang kebutuhan manusia, kemudian disusul oleh penciptaan suatu konsep produk, perancangan produk, pengembangan dan penyempurnaan produk, dan diakhiri dengan pembuatan dan pendistribusian produk tersebut.
Di dalam suatu produk yang akan dikembangkan, tiap – tiap elemen suatu produk mempunyai fungsi – fungsi sendiri. Diantara fungsi – fungsi satu dengan yang lain terkadang ada saling terkait, sehingga suatu fungsi komponen akan menentukan fungsi komponen lainnya.
Secara umum penentuan fungsi produk dapat dicari dengan dua langkah, yaitu :
Identifikasi dan penyusunan fungsi produk. Pengelompokan fungsi produk.
1.Proses Pengembangan Generik
Proses pengembangan produk yang umum terdiri dari enam tahap, yaitu:
a. Perencanaan :
kegiatan perencanaan ini sering dirujuk karena kegiatan ini mendahului persetujuan proyek dan proses peluncuran pengembangan produk aktual.
b. Pengembangan Konsep :
Pada fase pengembangan konsep, kebutuhan pasar target diidentifikasi,alternatif konsep-konsep produk dibangkitkan dan dievaluasi, dan satu atau lebih konsep-konsep dipilih untuk pengembangan dan percobaan lebih jauh.
c. Perancangan Tingkatan Sistem :
Fase perancangan tingkata sistem mencakup definisi arsitektur produk dan uraian produk menjadi subsistem-subsistem serta komponen-komponen.
d. Perancangan Detail :
Fase perancangan detail mencakup spesifikasi lengkap dari bentuk, material dan toleransi-toleransi dari seluruh komponen unik pada produk dan identifikasi seluruh komponen standar yang dibeli dari pemasok.
e. Pengujian dan perbaikan :
Fase pengujian dan perbaikan melibatkan konstruksi dan evaluasi dari bermacam-macam versi produksi awal produk.
f. Produksi awal :
2. Pengembangan Konsep : Proses Awal Hingga Akhir
Proses pengembangangan konsep mencakup kegiatan-kegiatan sebagai berikut :
a. Identifikasi kebutuhan pelanggan
Sasaran kegiatan ini adalah untuk memahami kebutuhan pelanggan dan mengkomunikasikannya secara efektif kepada tim pengembangan.
b. Penetapan spesifikasi target.
Spesifikasi memberikan uraian yang tepat mengenai bagaimana produk bekerja.
c. Penyusunan Konsep
Sasaran penyusunan konsep adalah menggali lebih jauh area konsep-konsep produk yang mungkin sesuai dengan kebutuhan pelanggan.
d. Pemilihan Konsep
Pemilihan konsep merupakan kegiatan dimana berbagai konsep dianalisis dan secara berturut-turut dieliminasi untuk mengidentifikasi konsep yang paling menjanjikan.
e. Pengujian Konsep
Satu atau lebih konsep diuji untuk mengetahui apakah kebutuhan pelanggan telah terpenuhi, mengidentifikasi beberapa kelemahan yang harus diperbaiki selama proses pengembangan selanjutnya.
f. Penentuan Spesifikasi akhir
Spesifikasi target yang telah ditentukan diawal proses ditinjau kembali setelah proses dipilih dan diuji.
g. Perencanaan proyek
h. Analisis Ekonomi
Tim, sering didukung oleh analisis keuangan, membuat model ekonomis untuk produk baru. i. Analisa Produk-Produk pesaing
Pemahaman mengenai produk pesaing adalah penting untuk penentuan posisi produk baru yang berhasil dan dapat menjadi sumber ide yang kaya untuk rancangan produk dan proses produksi.
j. Pemodelan dan Pembuatan Prototipe
Setiap tahapan dalam proses pengembangan konsep melibatkan banyak bentuk model dan prototipe.
Untuk mengembangkan suatu rencana produk dan pernyataaan misi proyek terdapat lima tahapan proses berikut :
1. Mengidentifikasi peluang
2. Mengevaluasi dan memprioritaskan proyek 3. Mengalokasikan sumberdaya dan rencana waktu 4. Melengkapi perencanaan pendahuluan proyek 5. Merefleksikan kembali hasil dan proses.
3. Membuat target spesifikasi
Target spesifikasi merupakan tujuan tim pengembangan yang berperan dalam menjelaskan produk agar sukses di pasaran. Kemudian target spsesifikasi ini akan diperbaiki tergantung kepada batasan konsep produk yang akhirnya dipilih.
Proses pembuatan target spesifikasi terdiri dari 4 langkah:
1. Menyiapkan gambar metrik dan menggunakan metrik-metrik kebutuhan, jika diperlukan. Metrik yang baik adalah yang merefleksikan secara langsung nilai produk yang memuaskan kebutuhan pelanggan.
Beberapa hal yang harus dipertimbangkan ketika membuat daftar metrik: a. Metric harus komplit
b. Metric merupakan variabel yang berhubungan (dependent), bukan variabel bebas (independent)
c. Metrik harus praktis
d. Beberapa kebutuhan tidak dengan mudah diterjemahkan menjadi metrik terukur. 2. Mengumpulkan informasi tentang pesaing.
Nilai ideal adalah hasil terbaik yang diharapkan tim. Nilai yang dapat diterima secara marginal adalah nilai metrik yang membuat produk diterima secara komersial.
4. Menentukan Spesifkasi Akhir
Menentukan spesifikasi akhir sangat sulit karena adanya trade-offs, yaitu hubungan berlawanan antara dua spesifikasi yang sudah melekat pada konsep produk yang terpilih. Tahap paling sulit untuk memperbaiki spesifikasi adalah memilih metode agar trade-off dapat terpecahkan.
5.Aktivitas Penyusunan Konsep
Konsep produk adalah gambaran atau perkiraan mengenai teknologi , prinsip kerja, dan bentuk produk. Konsep produk merupakan gambaran singkat bagaimana produk memuaskan kebutuhan pelanggan.
6.Tahapan Penentuan konsep produk
1. Memperjelas Masalah
Memperjelas masalah mencakup pengembangan sebuah pengertian umum dan pemecahan sebuah masalah menjadi submasalah.
2. Pencarian secara Eksternal
Pencarian eksternal bertujuan untuk menemukan pemecahan keseluruhan masalah dan submasalah yang ditemukan selama langkah memperjelas masalah.
3. Pencarian secara Internal
Pencarian internal merupakan penggunaan pengetahuan dan kreativitas dari tim dan pribadi untuk menghasilkan konsep solusi.
4. Menggali secara Sistematis
Penggalian secara sistematik ditujukan untuk mengarahkan ruang lingkup kemungkinan dengan mengatur dan mengumpulkan penggalan solusi yaitu yang merupakan solusi untuk sub-submasalah.
5. Merefleksikan pada Hasil dan Proses
7. Penyusunan fungsi produk.
Secara umum fungsi produk di bagi menjadi dua, yaitu ; fungsi utama (main function) dan fungsi tambahan (sub-function). Seperti diketahui, bahwa suatu produk bisa terdiri dari 1 (satu) bagian (part) atau lebih. Sedangkan sebuah bagian/part dapat terdiri dari satu atau lebih komponen. Komponen terdiri dari beberapa elemen.
Berdasarkan atas struktur pembentukan suatu produk diatas, maka fungsi suatu produk dapat dibagi menjadi fungsi utama (main function), fungsi bagian (part – function), fungsi komponen (component function) dan fungsi elemen (element function). Tetapi secara umum fungsi dibagi menjadi 2 (dua), yaitu fungsi utama (overall function) dan fungsi bagian (sub-function).
Untuk itu, setiap industri dalam merancang dan mengembangkan produk yang baik, akan melakukan langkah yang berbeda-beda tergantung dari jenis industri tersebut. Namun secara umum metode untuk merancang dan mengembangkan produk dapat digambarkan seperti pada
Alasan Pengembangan
Adanya Peluang
1. Keinginan masyarakat terhadap produk-produk yang multi fungsi
2. Prinsip kerja/cara penggunaannya sangat mudah dilakukan oleh siapa saja (user friendly) 3. Banyak terciptanya alat-alat teknologi yang menggunakan sistem rangkaian listrik.
