ANALISIS MESIN DAN KOMPONEN KRITIS SEBAGAI
DASAR PENGEMBANGAN STRATEGI PEMELIHARAAN
DI PABRIK KELAPA SAWIT KEBUN RAMBUTAN
PT. PERKEBUNAN NUSANTARA 3
TESIS
Oleh:
YUHELSON 077015001/TM
PROGRAM MAGISTER TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISIS MESIN DAN KOMPONEN KRITIS SEBAGAI
DASAR PENGEMBANGAN STRATEGI PEMELIHARAAN
DI PABRIK KELAPA SAWIT KEBUN RAMBUTAN
PT. PERKEBUNAN NUSANTARA 3
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelas Magister Teknik dalam Program Studi Magister Teknik Mesin, pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh:
YUHELSON 077015001/TM
PROGRAM MAGISTER TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
Judul Penelitian : ANALISIS MESIN DAN KOMPONEN KRITIS SEBAGAI DASAR PENGEMBANGAN STRATEGI PEMELIHARAAN DI PABRIK KELAPA SAWIT KEBUN RAMBUTAN PT. PERKEBUNAN NUSANTARA 3
Nama Mahasiswa : Yuhelson Nomor Pokok : 077015001
Program Studi : Magister Teknik Mesin
Menyetujui Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Ketua
(Prof. Dr. Ir. Sukaria Sinulingga, M.Eng) (Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri)
Anggota Anggota
Ketua Program Studi, Dekan,
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng) Tanggal lulus: 18 Mei 2010
Telah diuji pada Tanggal: 18 Mei 2010
NAMA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME Anggota : 1. Prof. Dr. Ir. Sukaria Sinulingga, M.Eng
2. Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri 3. Ir. Tugiman, MT
ABSTRAK
Penelitian ini merupakan suatu studi kasus yang bertujuan untuk menghasilkan suatu rancangan strategi pemeliharaan di Pabrik Kelapa Sawit Rambutan PTP Nusantara 3. Metode yang digunakan adalah melakukan analisis data kerusakan mesin kritis dan komponennya dengan menggunakan aplikasi distribusi Weibull, sehingga dapat menentukan nilai-nilai karakteristik sistem pemeliharaan, yaitu; keandalan, laju kegagalan, MTBF, ketersediaan, kriteria kerusakan, biaya kegagalan, biaya preventif, dan waktu antar penggantian koponen. Dari hasil analisis menggunakan diagram Pareto ditemukan bahwa mesin-mesin yang kritis adalah
Screw Press, beserta komponen kritisnya, yaitu: Left & Right Handed Worm, Bushing, Press Cylinder, Rebuild Worm, Bearing SKF 29326, Left Handed Shaft, and Right Handed Shaft.
Berdasarkan analisis kerusakan tersebut selanjutnya dibuat rancangan Strategi Pemeliharaan, sehingga dapat menurunkan frekuensi kegagalan Screw Press, menurunkan kerugian produksi, dan meningkatkan keandalan, ketersediaan, dan MTBF. Strategi pemeliharaan didisain berdasarkan interval waktu penggantian komponen, kemudian dibuat modifikasi penjadwalan pemeliharaan optimum. Analisis dari strategi pemeliharaan yang baru memperlihatkan bahwa keandalan
Screw Press (1) meningkat dari 0.4207 menjadi 0,8259, Screw Press(2) dari 0,4024
ke 0,8259, Screw Press(3) dari 0,4504 ke 0,8259, dan Screw Press(4) dari 0,4204 ke 0,8259. ketersediaan dari Screw Press(1) meningkat dari 0,8564 menjadi 0,9524,
Screw Press(2) dari 0,9201, ke 0,9524, Screw Press(3) dari 0,8585 ke 0,9524, dan Screw Press(4) dari 0,875 ke 0,9524. Kemungkinan frekuensi kegagalan dari Screw Press(1) is menurun dari 37 menjadi 19, Screw Press(2) dari 23 ke 19, Screw Press(3) dari 25 ke 19, dan Screw Press(4) dari 23 ke 19.
Penelitian ini memperlihatkan bahwa analisis kerusakan mesin sangat berguna untuk mengambil kebijakan dalam perencanaan strategi pemeliharaan pada suatu pabrik..
.Kata kunci: mesin kritis, keandalan, ketersediaan, screw press, strategi pemeliharaan.
ABSTRACT
This study presents a case study to find out the maintenance strategy at the Rambutan Palm Oil Factory of PTP Nusantara 3. The methodology in this research was by analyzes the failures data of critical machines and it’s components, by Weibull distribution applications, so it can founded the values of maintenance system characteristics, i.e: reliability, failure rate, mean time between failure, availability, failure types, failure cost, preventive cost, and replacement interval time. Based on
analysis of Pareto’s diagram founded that critical machines is Screw Press due
components critical, i.e: Left & Right Handed Worm, Bushing, Press Cylinder, Rebuild Worm, Bearing SKF 29326, Left Handed Shaft, and Right Handed Shaft
Based on analysis of the failures, the researcher tries to establish the Maintenance Strategy, so it can be reduce the Screw Press frequency failure, reduce the loss production, and improve the reliability, availability, and MTBF. Maintenance strategies are created based on replacement interval time of subsystems, and then create the optimal maintenance scheduling that has been modified. Analysis of the new maintenance strategy of different subsystems shows that the reliability of Screw Press(1) can be improve from 0.4207 to 0,8259, Screw Press(2) from 0,4024 to 0,8259, Screw Press(3) from 0,4504 to 0,8259, and Screw Press(4) from 0,4204 to 0,8259 respectively. The availability of Screw Press(1) improved from 0,8564 to 0,9524, Screw Press(2) from 0,9201, to 0,9524, Screw Press(3) from 0,8585 to 0,9524, and Screw Press(4) from 0,875 to 0,9524. The probability of failure frequency of Screw Press(1) is reduced from 37 to 19, Screw Press(2) from 23 to 19, Screw Press(3) from 25 to 19, and Screw Press(4) from 23 to 19.
This study shows that analyzes of machine failure is very useful for deciding the policy in the planning of maintenance strategy at a factory..
Keywords: critical machines, reliability, availability, screw press, maintenance srategy.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas berkat rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Tesis ini dengan judul “Analisis Mesin dan Komponen Kritis Sebagai Dasar Pengembangan Strategi Pemeliharaan di Pabrik Kelapa Sawit Kebun Rambutan PT. Perkebunan Nusantara 3”, yang merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi setiap mahasiswa dalam menyelesaikan studinya di Program Studi Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik Unversitas Sumatera Utara (USU). Penelitian ini merupakan salah satu model untuk meningkatkan sistem pemeliharaan mesin pabrik kelapa sawit, seiring dengan kemajuan teknologi yang diterapkan di dunia industri saat ini.
Dalam kesempatan ini, penulis menghaturkan rasa terima kasih kepada Prof. Dr. Bustami Syam, MSME selaku Ketua Komisi Pembimbing, Ketua Program Doktor dan Magister Teknik Mesin USU, yang telah memberikan arahan dan bimbingan dalam penelitian dan penulisan tesis ini.
Ucapan terima kasih juga ditujukan kepada Prof. Dr. Sukaria Sinulingga, M.Eng dan Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri, selaku anggota komisi pembimbing, yang telah banyak memberikan arahan dalam penulisan tesis ini.
Ucapan terima kasih selanjutnya penulis sampaikan kepada Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng, selaku Dekan Fakultas Teknik USU yang telah memberi kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan penulisan tesis ini.
Akhirnya kepada seluruh dosen dan staf administrasi Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik USU yang telah memberikan pengetahuan dan fasilitas selama dalam pendidikan, serta seluruh rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan bantuan dan dorongan dalam penulisan tesis ini.
Demikianlah kata pengantar ini dibuat, dengan harapan hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi kemajuan ilmu pengetahuan, dan penulis mengharapkan saran dan kritikan dari pembaca agar penulisan tesis ini menjadi lebih baik.
Medan, Mei 2010 Penulis,
Yuhelson 077015001
RIWAYAT HIDUP
Nama : Yuhelson
Tempat/Tgl. Lahir : Padang Panjang/ 11 Maret 1958
Pekerjaan : Dosen Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Riau (UMRI)
Alamat Kantor : Kampus Universitas Muhammadiyah Riau (UMRI) Jl. KH. Ahmad Dahlan No. 88 Sukajadi Pekanbaru Riau
Email :yuhelson@yahoo.com
Pendidikan
Nama Sekolah Tahun Tamat
Sekolah Dasar Negeri No. 3 Padang Panjang 1971
Sekolah Teknik Negeri No.1 Padang Panjang 1974
Sekolah Teknik Menengah (STM) Karya Padang Panjang 1977 Fakultas Pendidikan Teknologi dan Kejuruan, Jurusan Teknik
Mesin Universitas Negeri Padang 1983
Riwayat Pekerjaan
No. Pekerjaan Tahun
1. Dosen Pendidikan Teknik Mesin Universitas Negeri Padang 1985 – 2004 2. Sekretaris Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Universitas
Negeri Padang 1994 - 1996
3. Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Universitas Negeri
Padang 1997 – 1999
4. Asisten Direktur II Sub Projek Management Unit TPSDP
Universitas Negeri Padang 2000-2001
5. Sekretaris Program SemiQue Jurusan Pendidikan Teknik
Mesin Universitas Negeri Padang 2003 - 2004
6. Dosen Akademi Teknologi Muhammadiyah Pekanbaru 2004 – 2008 7. Ketua Program Studi Teknik Otomotif Akademi Teknologi
Muhammadiyah Pekanbaru 2004 - 2007
8. Dosen Universitas Muhammadiyah Riau (UMRI) 2008 -sekarang
DAFTAR ISI
ABSTRAK ………. i
ABSTRAK ……… ii
KATA PENGANTAR ……… iii
RIWAYAT HIDUP ………... v
DAFTAR ISI ……… vi
DAFTAR TABEL ……… ix
DAFTAR GAMBAR……… xii
DAFTAR LAMPIRAN ……….. xv BAB 1 PENDAHULUAN ……… 1 1.1 Latar Belakang ………... 1 1.2 Perumusan Masalah ………... 4 1.3 Tujuan Penelitian ………. 1.3.1 Tujuan umum ……….. 1.3.2 Tujuan khusus ………... 5 5 6 1.4 Manfaat Penelitian ………... 6 1.5 Batasan Penelitian ………. 7
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ……….. 8 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
Manajemen Pemeliharaan dan Kontrol ... Strategi Pemeliharaan (Maintenance Strategies) ... Penerapan Strategi Pemeliharaan ………... Keandalan (Reliability) ………... 2.4.1 Indeks keandalan ………..………… Tingkat Kekritisan Mesin ………. Distribusi Keandalan Weibull ………... 2.6.1 Fungsi kepadatan ……..……… 2.6.2 Fungsi keandalan ………. 2.6.3 Fungsi laju kegagalan ………..
8 9 17 19 23 23 24 25 27 28
2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 Ketersediaan (Availability) ……….. Biaya Pemeliharaan dan Perbaikan ………... Penentuan Interval Waktu Pemeliharaan …………... Analisa Gaya Screw Press ……… Pengelolaan dan Pengontrolan Suku Cadang ... 2.11.1 Dasar-dasar kontrol suku cadang ... 2.11.2 Jumlah pesanan ekonomis ... Kerangka Konsep Pemikiran ………...
29 31 32 33 35 35 37 39
BAB 3 METODE PENELITIAN ………. 40
3.1 3.2 3.3 3.4
Tempat dan Waktu ………... Bahan dan Alat ………... Sumber dan Jenis Data ………... Pelaksanaan Penelitian ... 3.4.1 Melakukan studi lapangan ... 3.4.2 Pengumpulan data ... 3.4.3 Pengolahan data ... 3.4.4 Analisa data ... 40 40 40 41 41 42 42 43
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN …….……….. 46
4.1
4.2
4.3
4.4
Gambaran Umum Perusahaan ……….. 4.1.1 Proses produksi ………... 4.1.2 Hasil produksi ……….. 4.1.3 Jam kerja Screw Press ………. 4.1.4 Proses maintenance di PKS Rambutan ……… Pengolahan Data ……….. 4.2.1 Identifikasi mesin dan komponen kritis ……….. 4.2.2 Harga komponen dan biaya pemeliharaan preventif … 4.2.3 Biaya tenaga kerja pemeliharaan ………. 4.2.4 Biaya kehilangan produksi ………. 4.2.5 Biaya penggantian komponen ………. Kriteria Kegagalan Screw Press ... 4.3.1 Kegagalan Left & Right Handed Worm ………. 4.3.2 Kegagalan Left Handed Shaft, Rigght Handed Shaft .. 4.3.3 Kegagalan Bearing ... 4.3.4 Kegagalan Bushing ……… 4.3.5 Kegagalan Press Cylinder ... Analisis Data ... 4.4.1 Pengujian distribusi data ………... 4.4.2 Estimasi parameter ……….. 4.4.3 Analisis keandalan Screw Press ……….. 4.4.4 Analisis keandalan sub-sistem (komponen Screw
Press) ………... 46 46 49 50 50 51 51 56 57 58 59 62 63 67 70 74 75 76 77 77 80 83
4.5
4.4.5 Analisis laju kegagalan Screw Press ……….. 4.4.6 Analisis laju kegagalan komponen Screw Press …….. 4.4.7 Analisis Mean Time Between Failure (MTBF) ……… 4.4.8 Menentukan ketersediaan (Availability) ………. 4.4.9 Analisis biaya pemeliharaan optimum ... 4.4.10 Analisis jadwal pemeliharaan optimum Screw Press... 4.4.11 Perbandingan sistem pemeliharaan yang lama dengan
sistem pemeliharaan yang dimodifikasi ……….. 4.4.12 Analisis penyediaan suku cadang ………. Pengembangan Strategi Pemeliharaan ……….………… 4.5.1 Prioritas utama mesin dan komponen yang akan
dimaintain ……… 4.5.2 Prosedur pelaksanaan pemeliharaan ………. 4.5.3 Jenis pemeliharaan ………... 4.5.4 Jadwal pemeliharaan preventive ……….. 4.5.5 Sistem penyediaan suku cadang ………... 4.5.6 Target strategi pemeliharaan ………
86 89 91 94 96 99 101 104 107 109 109 115 115 116 116
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ……… 117
5.1 5.2 Kesimpulan ……….. Saran ………. 117 121 DAFTAR PUSTAKA ……… 122
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Keberhasilan
Pemeliharaan ... 11
2.2 Annualized Costs Data for Single System ... 22
2.3 Annualized Costs Data for Parallel System ... 22
2.4 Jumlah dan Tingkat Kekritisan Peralatan Mesin di PKS Tor Ganda Tahun 2005 ... 24
4.1 Indikator Mutu Produksi PKS Rambutan ... 48
4.2 Produksi dan Bahan Baku PKS Rambutan ... 49
4.3 Jumlah Hari Kerja Tiap Bulan ... 49
4.4 Jumlah Jam Kerja Screw Press pertahun ... 50
4.5 Frekuensi Kegagalan Screw Press Tahun 2007 sd Tahun 2009 .. 52
4.6 Komponen Screw Press yang Mengalami Kegagalan ... 53
4.7 Frekuensi Kegagalan Komponen Screw Press Tahun 2007 sd Tahun 2009 ... 56
4.8 Harga Komponen Screw Press dan Biaya Pemeliharaan/hari ... 56
4.9 Biaya Tenaga Kerja Nganggur Akibat Kegagalan/hari ... 57
4.10 Biaya Tenaga Kerja Penggantian Komponen Preventif/hari ... 58
4.11 Jumlah Bahan Baku, Produksi dan Harga ... 58
4.12 Biaya Penggantian Komponen Akibat Kegagalan Tiap Komponen ………. 60
4.13 Biaya Penggantian Komponen Preventif Tiap Komponen …… 61
4.14 Gejala dan Penyebab Kegagalan Bearing ………. 73
4.15 Nilai Siginifikansi Level Masing-masing Distribusi …………. 76
4.16 Parameter β dan η Untuk Screw Press dan Komponennya …… 78
4.17 Nilai Keandalan Screw Press ………. 82
4.18 Interval Waktu Pemeliharaan Berdasarkan Tingkatan Keandalan ………. 83
4.19 Nama Komponen Screw Press dan Kode. ... 84
4.20 Nilai Keandalan Komponen Screw Press... 85
4.21 Interval Waktu Pemeliharaan Berdasarkan Tingkatan Keandalan Sub-sistem ……….. 86
4.22 Nilai Laju kegagalan Screw Press ………. 87
4.23 Nilai Laju Kegagalan Komponen Screw Press ……… 90
4.24 Nilai MTBF Komponen Screw Press ……… 93
4.25 Interval Waktu Penggantian Optimum Untuk Tiap-Tiap Komponen ... 97
4.26 Matrik Jadwal Penggantian Komponen Screw Press... 100 4.27 Perbandingan Kondisi Screw Press Sistem Lama dengan Sistem Baru ... 102
4.28 Perbandingan Total Biaya Sebelum, Sesudah Penjadwalan dan Sesudah Penjadwalan Modifikasi ... 103
4.29 Perbandingan Keandalan R(t) Sebelum, Sesudah Penjadwalan dan Sesudah Penjadwalan Modifikasi ... 103 4.30 Jumlah Kebutuhan Komponen Per Tahun dan Harga
Komponen ... 106
4.31 Stok Minimum Untuk Batas Pemesanan Kembali ... 107
4.32 Prosedur Penerapan Pemeliharaan Terjadwal ……….. 111
4.33 Prosedur Penerapan Pemeliharaan Berbasis Kondisi ……... 112
4.34 Prosedur Penerapan Pemeliharaan Korektif …………..…... 113
4.35 Jadwal Penggantian Komponen Screw Press ………... 115
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1 Kerangka Pikir Pengembangan Strategi Pemeliharaan …... 12
2.2 Strategi Pemeliharaan ………... 13
2.3 Model Konseptual Diagram Keputusan Berdasarkan Karakteristik Reliability dan Availability ………... 14
2.4 Alogaritma Keputusan QRCM ... 16
2.5 Bagan Prosedur Pemeliharaan Terencana ... 18
2.6 Pengaruh Suatu Program Reliability Terhadap Biaya Masa Pakai ... 19
2.7 Biaya Masa Pakai Optimum ... 20
2.8 Single System Optimal Design-With RAM ... 21
2.9 Parallel System Optimal Design-With RAM ... 22
2.10 Pengaruh β pada Laju Kegagalan Weibull ………... 26
2.11 Pengaruh β pada Reliability ………. 26
2.12 Gambar kurva Bath-tub ... 28
2.13 Ilustrasi Ketersediaan ……… 30
2.14 Diagram Gaya Screw ………... 33
2.15 Grafik Penyediaan Suku Cadang ... 36
2.16 Kerangka Konsep Pemikiran ... 39
4.1 Skematik Diagram Pengolahan Pabrik Kelapa Sawit ... 47
4.2 Alur Proses Kegiatan Maintenance ………. 51
4.3 Frekuensi Kegagalan Mesin Tahun 2007 sd 2009 ... 52
4.4 Frekuensi Kegagalan Komponen Screw Press 1 ... 54
4.5 Frekuensi Kegagalan Komponen Screw Press 2 ... 54
4.6 Frekuensi Kegagalan Komponen Screw Press 3 ... 55
4.7 Frekuensi Kegagalan Komponen Screw Press 4 ... 55
4.8 Screw Press ………. 62
4.9 Left & Right Handed Worm ……….. 63
4.10 Diagram Benda Bebas Worm Screw ... 64
4.11 Penampang Normal Worm Screw ………. 65
4.12 Right Handed Shaft dan Left Handed Shaft ……… 68
4.13 Dimensi Rght Handed Shaft ... 68
4.14 Bearing Pecah ……….. 70
4.15 Bearing Aus ………. 70
4.16 Penggantian Bushing ………..…………. 74
4.17 Press Cylinder ……….. 75
4.18 Grafik Confidence Bounds Dua Sisi Screw Press 1 …………. 78
4.19 Grafik Confidence Bounds Dua Sisi Screw Press 2 ………. 79
4.20 Grafik Confidence Bounds Dua Sisi Screw Press 3 ………… 79
4.22 Reliability Screw Press 1, 2, 3, dan 4 ……….. 81
4.23 Reliability Komponen Screw Press ……….. 84
4.24 Laju Kegagalan Screw Press 1, 2, 3, dan 4……… 88
4.25 Laju Kegagalan Komponen Screw Press ………. 89
4.26 MTBF Komponen Screw Press ……… 92
4.27 Availability Screw Press 1, 2, 3, dan 4 ……… 95
4.28 Biaya Pemeliharaan Komponen Screw Press ……….. 96
4.29 Sumber-sumber Ketidakandalan (Unreliability) ……….. 108
4.30 Diagram Keputusan Strategi Pemeliharaan ……….. 110
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
1. Data Kerusakan Mesin ... 124
2. Daftar Mesin dengan Frekuensi Kegagalan Terbesar ……….. 127
3. Data Kerusakan Screw Press... 128
4. Frekuensi Kegagalan Komponen Screw Press... 136
5. Data Interval Waktu Kerusakan Screw Press... 137
6. Data Interval Waktu Kerusakan Komponen Screw Press... 140
7. Perhitungan Parameter Weibull ………... 143
8. Perhitungan Reliability dan Availability Screw Press ………. 149
9. Perhitungan Biaya Pemeliharaan ………. 153
10. Analisis Penjadwalan Screw Press Hasil Pengembangan Strategi Pemeliharaan ……….. 160 11. Gambar Screw Press ……… 162
