1 Nurjannah 1 Mohamad Yamin 2
nurjannah@staff.gunadarma.ac.id1 mohay@staff.gunadarma.ac.id2
1,2) Program Pasca Sarjana, Jurusan Manajamen Rekayasa dan Manufaktur,
Universitas Gunadarma
ABSTRAK
Transportasi merupakan sektor yang selalu berkembang seiring dengan perubahan teknologi yang ada. Salah satu teknologi yang sedang berkembang pada sektor transportasi dan digunakan dalam perancangan prototipe kendaraan yaitu teknologi hybrid. Perancangan prototipe kendaraan hybrid ini digunakan untuk mengikuti kompetisi mengenai kendaraan yaitu Shell Eco Marathon (SEM). Teknologi
hybrid adalah penggabungan antara mesin listrik dengan mesin pembakaran
konvensional yang digunakan pada kendaraan tersebut. Teknologi ini dipilih karena manfaatnya, salah satu manfaat dari teknologi ini yaitu penghematan konsumsi bahan bakar dan ramah lingkungan. Sesuai dengan tujuan dari lomba SEM yaitu efisiensi penggunaan bahan bakar.
Penelitian ini membahas tentang perancangan prototipe kendaraan hybrid sesuai dengan keinginan pelanggan yang dirancang menggunakan aplikasi Quality Function
Deployment (QFD). Penentuan keinginan pelanggan berdasarkan pada peraturan lomba
SEM tahun 2014 untuk kategori Urban Concept dan dikembangkan oleh tim UG_CAR, Universitas Gunadarma. Selain menggunakan QFD, pada tahapan seleksi konsep menggunakan matriks pugh, yang berguna untuk menentukan alternatif konsep. Dari hasil pengolahan data tersebut terpilihlah konsep body pertama dengan nilai koefisien drag sebesar 0.111. Nilai koefisien dragnya yang lebih rendah akan berdampak pada atribut kebutuhan pelanggan diantaranya yaitu aman untuk dikemudikan, ergonomis, dan hemat bahan bakar.
Adapun dimensi untuk Desain untuk Manufaktur (DFM) prototipe kendaraan
hybrid yaitu tinggi total kendaraan yaitu sebesar 121,6 cm, lebar total kendaraan sebesar
130 cm, dan panjang total kendaraan sebesar 317,8 cm. Biaya proses manufaktur perancangan prototipe kendaraan hybrid yaitu sebesar Rp. 59.530.000-.
Kata Kunci: Hybrid, SEM, QFD, Pugh, DFM
Pendahuluan
Sektor transportasi saat ini sangat bergantung sebagian besar terhadap bahan bakar fossil, dan menggunakan 27% (tahun 2008) dari energi dunia yang diproduksi, dengan kenaikan penggunaan 1.4% per tahunnya. Pembakaran bahan bakar fosil di seluruh dunia adalah penyebab utama dari emisi carbondioxide (CO2), yang merupakan gas
utama dari rumah kaca dan 11% dari emisi CO2 dunia disumbangkan oleh sektor
memberikan kontribusi polusi udara, bukanlah sumber energi terbarukan. Disamping itu cadangan minyak dunia juga semakin berkurang, dan dipicu oleh situasi dan konflik dunia saat ini mengakibatkan harga bahan bakar melambung tidak terkontrol.
Dalam situasi ini, industri otomotif di seluruh dunia telah berinvestasi ke dalam teknologi alternatif untuk meningkatkan keekonomian bahan bakar, mengurangi emisi dengan tetap menjaga kinerja, keamanan, kehandalan, dan pemeliharaan yang diterapkan pada penggunaan kendaraan bermotor saat ini. Hibridisasi kendaraan konvensional merupakan salah satu jalan transisi sebelum ketersediaan kendaraan ramah lingkungan yang sustainabel.
Kendaraan Hybrid Electric Vehicle (HEV) merupakan penggabungan dari dua sistem penggerak yang bekerja pada suatu kendaraan. Hibridisasi kendaraan ICE dilakukan dengan mengintegrasikan sistem penggerak motor listrik ke penggerak ICE. Dengan memaksimalkan power dari kedua sumber daya tersebut disamping saling mengisi kekurangannya, hasilnya adalah efisiensi konsumsi bahan bakar dengan performa yang lebih baik. Sedangkan motor listrik tidak memerlukan pembakaran. Dalam hal ini daya disalurkan melalui motor listrik, untuk menggerakkan mobil.
Selain dari segi teknologi suatu produk secara umum tidak cukup untuk menjamin sukses komersial. Globalisasi pasar telah menghasilkan produk konsumen yang bervariasi dalam desain dan manufaktur. Kompetisi yang ketat tidak memungkinkan suatu perusahaan untuk menikmati keuntungan kompetisi dari teknologinya sendiri. Oleh karena itu penting untuk meningkatkan desain industri, hal ini berguna untuk memuaskan keinginan pelanggan dan membedakan produk dengan para pesaing.
Telaah Pustaka Teknologi Hybrid
Mobil hybrid merupakan penggabungan dari dua sistem yang bekerja pada mobil konvensional dan sistem yang bekerja pada mobil listrik. Mobil konvensional mengandalkan sumber tenaganya dari bahan bakar, seperti bensin, solar, atau gas untuk bergerak. Pemanfaatan mesin pembakaran internal, tenaga dari hasil pembakaran bahan bakar dimanfaatkan dan diubah menjadi gerakan, yang mampu menggerakkan mobil. Walaupun secara umum menunjukkan kinerja yang baik dengan harga yang murah, mobil konvensional mengeluarkan emisi gas buang yang tinggi dan menciptakan polusi yang banyak dan terus menghabiskan sumber daya alam.
Mobil hybrid menggunakan kombinasi dari mobil listrik dan mobil konvensional yang memanfaatkan pembakaran di mesin, dengan memaksimalkan kekuatan dari kedua sumber daya tersebut disamping saling mengisi kekurangannya, hasilnya adalah efisiensi konsumsi bahan bakar dengan performa yang luar biasa bisa diperoleh. Sedangkan mobil listrik tidak membutuhkan apapun dari pembakaran. Listrik diubah menjadi tenaga melalui motor listrik, untuk menggerakkan mobil. Sekalipun mobil bertenaga listrik ini ramah lingkungan, tidak bising dan memiliki akselerasi yang baik, dia membutuhkan pengisian dan infrastruktur yang tepat.
Perancangan dan Pengembangan Produk
Produk merupakan sesuatu yang dijual oleh perusahaan kepada pembeli. Pengembangan produk merupakan serangkain aktivitas yang dimulai dari analisis persepsi dan peluang pasar, kemudian diakhiri dengan tahap produksi, penjualan, dan pengiriman produk. Dari sudut pandang investor pada perusahaan yang berorientasi
laba, usaha pengembangan produk dikatakan sukses jika produk dapat diproduksi dan dijual dengan menghasilkan laba. Namun laba seringkali sulit untuk dinilai secara cepat dan langsung. Lima dimensi spesifik yang lain, yang berhubungan dengan laba dan biasa digunakan untuk menilai kinerja usaha pengembangan produk yaitu (Ulrich, Karl. T dan Eppinger, 2001) :
1. Kualitas produk. 2. Biaya produk.
3. Waktu pengembangan produk. 4. Biaya pengembangan.
5. Kapabilitas pengembangan.
Adapun proses peracangan dan pengembangan produk yang dilakukan peneliti sesuai pada gambar 1 di bawah ini.
Perencanaan
Produk
Identifikasi
Kebutuhan
Pelanggan
Spesifikasi
Produk
Penyusunan
Konsep
Seleksi
Konsep
Desain Untuk
Proses
Manufaktur
Gambar 1 Proses Perancangan dan Pengembangan Produk
Metodologi Penelitian
Gambar berikut ini merupakan metodologi penelitian yang digunakan.
Mulai
Pengumpulan Data:
\ Perencanaan Produk
\ Identifikasi Kebutuhan Pelanggan
\ Spesifikasi Produk
Mengidentifikasian Masalah dan Menetapkan Tujuan
Pengolahan Data:
Pembuatan Rumah Kualitas dengan QFD
Perancangan kendaraan hybird menggunakan aplikasi SolidWork Tinjauan Pustaka
A
Observasi dan WawancaraSeleksi konsep dengan menggunakan matrik Pugh
Selesai
Analisis Desain untuk Manufaktur Konsep Sudah Terpilih? Kesimpulan Ya Tidak
A
Penyusunan KonsepHasil dan Pembahasan Perencanaan Produk
Salah satu teknologi yang sedang berkembang dan digunakan dalam perancangan yaitu teknologi hybrid. Teknologi hybrid pada sektor transportasi yaitu penggabungan antara mesin listrik dengan mesin pembakaran konvensional yang digunakan pada kendaraan tersebut. Teknologi ini dipilih karena manfaatnya, salah satu manfaat dari teknologi ini yaitu penghematan konsumsi bahan bakar dan ramah lingkungan (http://www.toyota.co.id). Penerapan teknologi hybrid pada mobil yang akan dirancang menggunakan tipe paralel. Tipe ini dipilih karena model sistem penggerak dapat menggerakkan kendaraan secara mandiri ataupun secara bersamaan. Selain itu tipe ini memiliki posisi penempatan mesin penggerak yang lebih sederhana dan tidak memerlukan banyak tempat.
Kendaraan yang akan dirancang yaitu sebuah mobil prototipe, dengan kapasitas penumpang 1 orang yang bertindak selaku pengemudi kendaraan tersebut. Perancangan model mobil yang akan dibuat difungsikan sebagai kendaraan untuk jalan beraspal, dan dasar rancangan kendaraan mengikuti peraturan lomba Shell Eco Marathon 2014 untuk kategori Urban Concept. Guma memenuhi proses perancangan prototipe kendaraan
hybrid maka dibuatlah perencanaan pembuatan prototipe kendaraan hybrid. Tabel
berikut ini adalah waktu perencanaan perancangan kendaraan hybrid tersebut.
Tabel 1 Perencanaan Pembuatan Prototipe Kendaraan Hybrid
No Kegiatan Bulan Ke
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Persiapan Alat & Bahan 2 Pembuatan Rangka Kendaraan 3 Pembuatan Dudukan Shock
Absorber
4 Pembuatan Dudukan Sterring &
Rem
5 Pembuatan Dudukan mesin Matic 6 Pembuatan Dudukan Motor Listrik 7 Pembuatan Dudukan &
Kompartemen Pengemudi 8 Pembuatan As dan Breket Roda
Depan & Belakang 9 Pembuatan Alur dan Sistem
Pembuangan
10 Pembuatan Sistem Kontrol dan
Kelistrikan
11 Pengujian Kinerja Mesin Kendaraan 12 Pembuatan Body Kendaraan 13 Pengujian Kinerja Kendaraan
Secara Menyeluruh
Identifikasi Kebutuhan Pelanggan
Tahapan selanjutnya yaitu identifikasi kebutuhan pelanggan, yang dilakukan dengan cara observasi dan wawancara. Observasi dan wawancara dilakukan kepada team UG CAR, Universitas Gunadarma selaku pembuat dari proyek kendaraan hybrid. Data permintaan konsumen dibuat berdasarkan peraturan lomba Shell Eco Marathon 2014 untuk kategori Urban Concept yang dirangkum pada Tabel 2 di bawah ini.
Tabel 2 Matrik Kebutuhan Konsumen
Permintaan Konsumen Uraian
Aman untuk dikemudikan Semua komponen yang digunakan dapat berfungsi dengan baik
Mudah untuk digunakan Penggantian sistem manual ke hybrid dapat berjalan dengan mudah
Mudah untuk diservis Komponen yang digunakan mudah untuk ditemukan dan diperbaiki
Ergonomis Dimensi dari kendaraan hybrid sesuai dengan pengemudi
Ramah lingkungan Emisi bahan bakar kendaraan dapat berkurang Hemat bahan bakar Minimalisasi penggunaan bahan bakar minyak
Ringan Pengendalian berat komponen
Mesin listrik dapat bertahan lama
Batterai dapat bertahan lama dan kemudahan dalam pengisian ulang tenaga listrik
Sistem pengisian ulang bahan bakar mudah didapatkan
Tegangan listrik yang dibutuhkan standar yaitu 220V
Berdasarkan hasil wawancara dan observasi kepada pihak terkait didapatkan nilai untuk masing-masing atribut kebutuhan pelanggan sebagai berikut.
Spesifikasi Produk
Tahapan ini terdiri dari spesifikasi komponen utama yang digunakan dalam perancangan prototipe kendaraan hybrid, spesifikasi motor konvensional dan motor listrik, serta spesifikasi rangka prototipe kendaraan hybrid. Spesifikasi produk dijadikan sebagai karakteristik teknis dalan perancangan QFD.
Quality Function Deployment (QFD)
Perancangan QFD menggunakan House of Quality (HOQ) 1, yang merupakan penggabungan antara identifikasi pelanggan dan spesifikasi produk berdasarkan perencanaan produk yang dibuat. Gambar 4 berikut ini adalah hasil perancangan HOQ 1 dengan menggunakan QFD desaigner versi 5. Pada Perancangan HOQ 1 terdapat beberapa room yang dihilangkan seperti customer assesment dan technical assesment, hal tersebut dikarenakan prototipe kendaraan yang dirancang merupakan spesifikasi yang dibuat sendiri sesuai dengan keinginan pengembang. Produk tersebut juga tidak ditujukan untuk produksi massal, karena masih dalam bentuk prototipe sehingga masih diperlukan penelitian dan pengembangan lebih lanjut. Perancangan dibuat sesuai dengan peraturan Shell Eco Marathon 2014 untuk kategori Urban Concept, maka penilaian kompetitor dilakukan oleh pihak panitia lomba dengan kriteria yang telah ditentukan.
Perancangan Kendaraan Hybrid Dengan Menggunakan SolidWork
Gambar 4 adalah gambar rangka kendaraan hybrid dengan menggunakan aplikasi SolidWork. Pada gambar terdapat peletakkan dan pengaturan komponen utama yang digunakan akan terlihat secara keseluruhan. Berdasarkan gambar tersebut tampak pengaturan bagian dalam kendaraan yang terdiri dari ruangan kompartemen pengemudi, dudukan kursi pengemudi, peletakkan mesin penggerak, dan stir pengemudi.
1 2 1 ,6 c m 3 1 7 ,8 c m 1 3 0 c m 1 9 0 k g
Gambar 4 HOQ 1 Perancangan Prototipe Kendaraan Hybrid
Penyusunan Konsep
Berdasarkan pada hasil HOQ 1 dalam QFD dapat diketahui atribut yang menjadi prioritas keinginan konsumen yaitu ergonomis, ramah lingkungan, hemat bahan bakar, dan ringan. Atribut ini yang akan dikembangkan lebih lanjut oleh tim UG-CAR dalam
perancangan prototipe kendaraan hybrid. Tingkat kepentingan relatif untuk prototipe kendaraan hybrid berdasarkan HOQ 1, diketahui bahwa motor konvensional, motor listrik, dan baterai menjadi masalah utama dalam perancangan. Gambar 6 berikut ini adalah keterkaitan antara keinginan pelanggan dengan spesifikasi teknis.
Ergonomis Rangka dan Body Ringan Hemat Bahan Bakar Ramah Lingkungan Konsumsi Bahan Bakar Baterai Motor Listrik Motor Konvensional Dimensi
Gambar 6 Hubungan Antara Keinginan Pelanggan dan Spesifikasi Teknis
Kaitan antara keinginan pelanggan dan spesifikasi teknis yang paling dominan adalah dimensi dari rangka dan body. Hal tersebut yang menjadikan rangka dan body menjadi konsep pilihan, sehingga dapat memenuhi keingginan pelanggan dalam hal perancangan prototipe kendaraan hybrid. Pada perancangan prototipe kendaraan hybrid rangka yang dibuat sesuai dengan peraturan Shell Eco Marathon 2014 untuk kategori
Urban Concept. Rangka yang dibuat hanya satu, hal ini dikarenakan beban yang
diberikan pada rangka statis.
Dalam hal pemilihan konsep dibuat pilihan dalam penentuan body, penentuan
body prototipe kendaraan hybrid berdasarkan pada aerodinamis (koefisien gesek) yang
didapatkan dari analisis software SolidWork. Berikut ini adalah pilihan konsep dari
body kendaraan hybrid dengan nilai koefisien gesek untuk kecepatan 40 km/jam.
Gambar 7 Konsep Body Pada Prototipe Kendaraan Hybrid
Body pertama dengan
koefisien drag sebesar 0.111
Body kedua dengan koefisien
drag sebesar 0.136
Body ketiga dengan koefisien
Seleksi Konsep
Seleksi konsep menggunakan dengan matrik pugh dengan 3 alternatif konsep pilihan body prototipe kendaraan hybrid. Kriteria yang digunakan dalam seleksi konsep matriks pugh yaitu 9 atribut keinginan pelanggan. Penilaian kriteria yang digunakan dalam matriks pugh menggunakan simbol di bawah ini.
S = Sama. + = Lebih baik. - = Buruk.
Skala pada kolom rating yang digunakan yaitu 1 – 5, sesuai dengan skala kepentingan pelanggan pada QFD. Skala 1: tidak penting, skala 2 : kurang penting, skala 3: agak penting, skala 4: penting, dan skala 5: sangat penting. Berikut ini adalah matriks pugh yang digunakan dalam penelitian yang didapatkan dari www.juran.com.
Tabel 3 Matriks Pugh
Pugh Selection Matrix
Kebutuhan Pelanggan Rating (1-5) Alternatif Konsep
1 2 3
Aman Untuk Dikemudikan 3 + - -
Mudah Untuk Digunakan 3 S S S
Mudah Untuk Diservis 3 S S S
Ergonomis 5 + - -
Ramah Lingkungan 5 S S S
Hemat Bahan Bakar 5 + - -
Ringan 5 S S S
Mesin Listrik Dapat Bertahan Lama 4 S S S
Sistem Pengisian Ulang Bahan Bakar Mudah
Didapatkan 4 S S S
Sum of Positives 3 0 0
Sum of Negatives 0 3 3
Sum of Sames 6 6 6
Weighted Sum of Positives 13 0 0
Weighted Sum of Negatives 0 13 13
Desain Untuk Manufaktur
Berdasarkan seleksi konsep perancangan prototipe kendaraan hybrid maka terpilihlah konsep pertama, berikut ini adalah gambar prototipe kendaraan hybrid 3D menggunakan aplikasi SolidWork.
Proses manufaktur dalam perancangan prototipe kendaraan hybrid
menghabiskan biaya sebesar Rp. 59.930.000, dengan rincian biaya sebagai berikut ini.
Tabel 4 Rincian Biaya Proses Manufaktur Prototipe Kendaraan Hybrid
NO Jenis Kegiatan Biaya
(Rp)
Rangka Kendaraan
1 Belanja Besi & Plat Bahan Rangka 1,500,000
2 Pembuatan Rangka Kendaraan 1,500,000
Sistem Kemudi & Pengereman
3 Pembuatan Dudukan Shock Absorber 2,500,000
4 Pembuatan Shock dan Sistem Pengereman 700,000 5 Pembuatan Dudukan Steering & Rem 3,500,000 6 Pembuatan As dan Bracket Roda Depan & Belakang 1,500,000 7 Pembuatan Dudukan & Ruang Pengemudi 1,500,000
8 Pembuatan Sistem Kemudi 1,330,000
Mesin Kendaran
9 Pembelian Mesin Matic & Listrik 8,500,000
10 Pembuatan Dudukan Mesin Matic 1,500,000
11 Pembuatan Dudukan Motor Listrik 1,000,000
12 Pembuatan Alur dan Sistem Pembuangan 500,000
Sistem Kontrol & Kelistrikan
13 Pembuatan Sistem Kontrol 2,000,000
14 Pembuatan Sistem Kelistrikan 2,000,000
Body Kendaraan
15 Pembuatan Body Kendaraan 15,000,000
16 Belanja Tools Pendukung & Part Kendaraan 2,500,000
17 Finishing 2,500,000
18 Ongkos Tenaga Kerja 10,000,000
TOTAL PENGELUARAN 59,530,000
Penutup Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan yang telah dilakukan didapatkan kesimpulan untuk menjawab tujuan penelitian yaitu perancangan berdasarkan keinginan pelanggan. Keinginan pelanggan terdiri dari 9 atribut diantaranya yaitu aman untuk dikemudikan,
mudah untuk digunakan. Mudah untuk diservis, ergonomis, ramah lingkungan, hemat bahan bakar, ringan, mesin listrik dapat bertahan lama, dan sistem pengisian ulang bahan bakar mudah didapatkan. Berdasarkan keinginan pelanggan didapatkan spesifikasi teknis dengan menggunakan peraturan lomba Shell Eco Marathon 2014 untuk kategori Urban Concept. Spesifikasi teknis terdiri dari komponen utama yang digunakan, dimensi, kerangka, dan sistem kontrol.
Pemilihan desain manufaktur ditentukan berdasarkan hasil perancangan QFD dan seleksi konsep menggunakan matriks pugh. Berdasarkan hasil pembahasan dipilih konsep body pertama yang paling ideal dalam perancangan. Konsep body pertama memiliki koefisien drag yang lebih kecil dibandingkan konsep body lainnya, sehingga mempengaruhi keamanan dalam mengemudi, ergonomis, dan hemat bahan bakar. Biaya manufaktur pembuatan prototipe kendaraan hybrid yaitu sebesar Rp. 59.930.000-.
Saran
Saran yang dapat diberikan guna pengembangan perancangan prototipe mobil
hybrid selanjutnya yaitu pengembangan mengenai efisiensi penggunaan bahan bakar.
Selain itu perlu dilakukan pengembangan lebih lanjut dalam hal pengisian energi listrik ketika proses pengalihan mode penggerak motor listrik. Peningkatan penggunaan energi listrik dibandingkan penggunakan bahan bakar miyak, sehingga menciptakan kendaraan dengan lebih ramah lingkungan.
Daftar Pustaka
Autonomie, Hybrid Electric Vehicle, http://www.autonomie.net/ references/hev_26d.html, Diperbaharui Oktober 2010.
Burge, Struart., Dr., The Systems Engineering Tool Box, 2009
Cohen, L. Quality Function Deployment: How to Make QFD Work for You. One Jacob Way Reading, Addison-Wesley Publishing Company.
Massachussets, 1995.
Data Badan Pusat Statistik Republik Indonesia, 2008
Ehsani, M et al, Modern electric, hybrid electric and fuel cell vehicles: fundamentals, theory and design, CRC Press, 2005
Gasperz, Vincent. Total Quality Management. Edisi Pertama. Cetakan Keempat. PT. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta. 2005
Ginting, Rosnani. Perancangan Produk. Edisi Pertama. Cetakan Pertama. Graha Ilmu. Yogyakarta. 2010.
Herman, Sarah, Dkk., Project 10 Xebra: Hydraulic – Electric Hybrid, Michigan Engineering, 2007.
http://www.decision-making-confidence.com/pugh-matrix.html
Leitman, S and Bob Brant, Build your own electric vehicle, 2nd Edition, McGraw
Hill, 2009
Robbi, Arsada., Solidworks., Penerbit Informatika, Bandung, 2012.
Shell Indonesia. Indonesia Dominasi Shell Eco Marathon Asia 2014.
http://www.shell.co.id/id/aboutshell/media-centre/news-and-media- releases/2014/indonesia-dominasi-shell-eco-marathon-asia-2014.html.
Diterbitkan 10 Februari 2014
Tjiptono, Fandy & Anastasia D., Total Quality Mangement., Penerbit Andi., Yogyakarta., 2001.
Ulrich, Karl. T. dan Eppinger, Steven D., Perancangan Dan Pengembangan Produk., Salemba Teknika., Jakarta., 2001
US Energy Information Administration, International Energy Outlook, 2011, available online at www.eia.gov
