INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JALAN GANESHA NO. 10 Gedung Labtek V Lantai 2 (022) , (022) BANDUNG 40132

(1)

Nomor Dokumen: B100-01-TA1112.01.xxx Nomor Revisi: 01 Tanggal: 10/10/2014 Halaman 1 dari 18

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JALAN GANESHA NO. 10 Gedung Labtek V Lantai 2  (022)2508135-36,  (022)250 0940 BANDUNG 40132

Lembar Sampul Dokumen

Judul Dokumen TUGAS AKHIR TEKNIK ELEKTRO:

Pengembangan Modul Kendali untuk Mesin PCB Milling Berbasis FPGA

Jenis Dokumen PROPOSAL

Catatan: Dokumen ini dikendalikan penyebarannya oleh Prodi Teknik Elektro ITB

Nomor Dokumen B100- 01-TA1415.01.010

Nomor Revisi 01

Nama File B100

Tanggal Penerbitan 10 October 2014

Unit Penerbit Prodi Teknik Elektro - ITB

Jumlah Halaman 18

(termasuk lembar sampul ini)

Data Pemeriksaan dan Persetujuan

Ditulis

^Nama Ashbir Aviat Fadila Jabatan Anggota Tim

oleh

Tanggal

10 Oktober 2014

Tanda Tangan

Nama Fiqih Tri Fathulah Rusfa Jabatan Anggota Tim

Tanggal

10 Oktober 2014

Tanda Tangan

Nama Ariana Tulus Purnomo Jabatan Anggota Tim

Tanggal 10 Oktober 2014 Tanda Tangan

Disetujui

^Nama Ir. Farkhad Ihsan Hariadi, MASc

Jabatan Dosen Pembimbing

oleh

Tanggal

Tanda Tangan

Dokumentasi Produk Tugas Akhir

(2)

DAFTAR ISI

1 PENGANTAR ... 4

1.1 RINGKASANISIDOKUMEN ... 4

1.2 TUJUAN PENULISAN DAN APLIKASI/KEGUNAAN DOKUMEN ... 4

1.3 REFERENSI ... 4

1.4 DAFTARSINGKATAN ... 4

2 DEVELOPMENT PROJECT PROPOSAL ... 5

2.1 NEED,OBJECTIVE AND PRODUCT ... 5

2.2 PRODUCTCHARCTERISTIC ... 5

2.3 BUSINESSANALYSIS ... 6

2.4 PRODUCTDEVELOPMENTPLANNING ... 7

2.4.1 DEVELOPMENT EFFORT ... 7

2.4.2 COST ESTIMATE ... 9

2.4.3 DAFTAR DELIVERABLES, SPESIFIKASI, DAN JADWALNYA ... 10

2.4.4 CLUSTER PLAN ... 10

2.5 CONCLUSIONS ... 10

3 LAMPIRAN ... 12

3.1 CURICULLUM VITAE ... 12

3.2 D^AFTARKOMPONEN DAN P^ERHITUNGAN ... 17

3.3 RENCANA KERJA ... 17

(3)

Catatan Sejarah Perbaikan Dokumen

VERSI TANGGAL OLEH PERBAIKAN

1 10 Oktober 2014 Tim (Ashbir, Fiqih, Ariana) Dokumen versi pertama

(4)

Proposal Proyek Pengembangan Modul Kendali untuk mesin PCB Routing berbasis FPGA

1 Pengantar

1.1 RINGKASAN ISI DOKUMEN

Dokumen ini berisikan penjelasan konsep pengembangan produk Modul Kendali untuk Mesin PCB Routing berbasis FPGA dalam bentuk proposal proyek. Pada dokumen ini pertama dibahas latar belakang kebutuhan proyek, tujuan proyek, serta luaran proyek atau produk akhir yang diinginkan. Setelah itu dijelaskan pula analisis bisnis produk termasuk juga analisis pasar dari produk dan usaha pengembangan produk pada pasar atau bisnis nantinya. Terakhir dijelaskan perencanaan dari pengembangan produk yang meliputi usaha pengembangan terkait penggunaan sumber daya yang diperlukan, estimasi biaya, timeline kerja, dan pihak-pihak yang akan membantu ataupun mendukung pengembangan produk.

1.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen

Tujuan penulisan dokumen ini ialah sebagai dokumentasi dari ide dan gagasan untuk konsep produk yang akan dikembangkan. Dokumen ini akan menjadi acuan dasar dalam pengembangan Modul Kendali untuk Mesin PCB Routing berbasis FPGA.

Dokumen ini ditujukan kepada Tim Tugas Akhir Program Studi Teknik Elektro ITB sebagai salah satu prasyarat mata kuliah Tugas Akhir I.

1.3 REFERENSI

El Sharkawi, Mohamed A, Fundamentals of Electric Drives, Brooks/Cole Publishing Company, 2000.

Koren, Yoram, 1983, Computer Control of Manufacturing Systems.International Students edition. Singapore:Mc.Graw-Hill

Saputra, Muhammad Ifan, 2014, Pengendali Posisi Motor Stepper Lima Fasa dalam Rancang Bangun Modul Kendali Mesin Computer Numerical Control (CNC) PCB Milling. Bandung: STEI ITB

M. Leto, et all, “CAD/CAM Integration for NURBS Path Interpolation on PC Based Real- Time Numerical Control”, University of Palemo, Italy

_____, Reading Materials for IC Training Modules : Computer Numerical Control (CNC), IC Profressional Training Series, Industrial Centre, The Hongkong Polytechnic University, 2009

1.4 DAFTAR SINGKATAN

Table 1.4.1 Daftar Singkatan

SINGKATAN ARTI

CNC Computer Numerical Control PCB Printed Circuit Board

FPGA Field-Programmable Gate Array NURB Non-Uniform Rational B-Splines PC Personal Computer

NPV Net Present Value

(5)

2 DEVELOPMENT PROJECT PROPOSAL

2.1 Need, Objective and Product

PCB atau Printed Circuit Board merupakan suatu pola jalur yang terbuat dari logam konduktor dan terbentuk diatas papan bersifat isolator. Untuk membuat suatu PCB biasanya dilakukan secara menual melalui berbagai tahapan dan proses kimia yang rumit, tidak efisien, kurang teliti serta menghasilkan limbah yang berbahaya. Seiring dengan perkembangan teknologi maka proses pembuatan PCB ini menjadi lebih mudah dengan menggunakan mesin PCB-routing. Mesin PCB-routing ini adalah suatu alat sejenis mesin miling CNC (Computer Numerical Control) yang dikendalikan oleh komputer. Mesin miling CNC ini terdiri atas penggerak X-Y yang dapat bergerak dalam dua sumbu (sumbu X dan sumbu Y) dan spindle mesin yang bertugas untuk mengatur putaran serta pergerakan mesin bor pada sumbu Z. Oleh karena itu, agar dapat menjalankan mesin miling CNC dengan kecepatan dan tingkat akurasi yang tinggi maka dibutuhkan suatu modul kendali gerak X-Y dan modul kendali mesin spindle.

Tujuan dari penelitian ini adalah dihasilkan suatu modul kendali interpolator gerak X-Y dan kendali mesin spindle berbasis FPGA. Modul kendali gerak X-Y akan mengatur pergerakan dari motor stepper sehingga dapat melakukan gerakan pada sumbu X-Y, sedangkan modul kendali mesin spindle akan mengatur gerak mesin bor pada sumbu Z untuk melakukan pelubangan dan pengikisan pada board PCB. Pada modul kendali ini digunakan algoritma NURB ( Non Uniform Rational B-Spline ) yang dapat melakukan pengendalian dengan menggunakkan model matematis untuk menghasilkan dan merepresantasikan kurva dan permukaan yang menawarkan fleksibelitas yang besar dan akurat untuk penanganan analitis dan bentuk yang unik. .Modul ini nantinya dapat digunakan pada mesin PCB-routing komersial sehingga proses pencetakan PCB dapat dilakukan dengan cepat dan akurat.

Produk yang dihasilkan berupa modul kendali mesin miling CNC yang terdiri dari modul kendali interpolator gerak X-Y untuk mengatur gerak motor stepper pada sumbu X-Y serta modul kendali motor spindle yang mengatur gerakan mesin bor pada sumbu Z untuk melakukan pelubangan dan pengikisan pada board PCB. Modul kendali pada mesin miling CNC ini berbasis FPGA. Selain itu modul kendali ini juga dilengkapi dengan antarmuka modul kendali yang digunakan untuk mempermudah user dalam menjalankan mesin PCB- routing. Antarmuka ini bertugas untuk menerima data masukan dari pengguna untuk selanjutnya diproses pada modul kendali.

Mesin PCB-milling ini dirancang agar dapat menerima data masukan berupa Gerber file yang diberikan user kepada antarmuka untuk selanjutnya data tersebut diterjemahkan dan diproses pada mesin miling CNC dengan menggunakan algoritma NURB sehingga selanjutnya diberikan perintah kepada modul kendali motor stepper dan modul kendali mesin spindle agar melakukan tugasnya untuk menghasilkan PCB sesuai keinginan user.

2.2 PRODUCT CHARCTERISTICS

- Deskripsi umum mengenai konsep sistem/produk o Fungsi Utama

 Modul kendali dari sistem yang dirancang dapat melakukan pembuatan pola PCB satu layer.

o Feature Dasar

 Secara dasar, modul kendali mesin CNC yang dibuat dapat mengikis permukaan dan melakukan pemotongan sebuah plat sehingga dapat dibentuk sesuai dengan input pengguna.

(6)

o Feature Unggulan

 Modul kendali mesin pembuat PCB ini dapat diberikan data masukan sebuah Gerber file dari rancangan PCB sehingga pengguna dapat merancang sesuai kebutuhan yang ada. Selain itu dapat diatur pula ketelitian dan kecepatan proses pembuatan PCB.

- Karakteristik system/produk yang diperlukan :

o Modul kendali mesin CNC yang dirangcang dapat melakukan gerak dua dimensi sehingga dapat mengikis permukaan dan memotong suatu plat.

o Kecepatan dan ketelitian mesin dapat diatur agar disesuaikan dengan kompleksitas rancangan PCB.

Berikut ini adalah proses sistem mesin PCB-milling :

Input User

FPGA

Algoritma NURB

Modul Driver Stepper

Gerak X

Gerak Y

Mesin PCB- routing

Jalur PCB yang diinginkan Antarmuka

Modul Driver Mesin Spindle

Gambar 2.2.1 Proses Sistem Mesin PCB-routing

2.3 BUSINESS ANALYSIS

Dengan ada nya modul kendali ini maka perusahaan OEM(Original Equipment Manufacturer) atau System Integrator pembuat mesin CNC dapat menggunakan modul ini untuk mengendalikan mesin CNC khususnya untuk PCB-milling. Mesin CNC untuk PCB- milling ini sangatlah dibutuhkan pasar elektronika, terutama untuk kebutuhan pencetakan PCB dengan kualitas yang baik. Mengingat bahwa PCB adalah komponen utama dalam rangkaian elektronika dan hal ini dapat dilihat bahwa hampir semua elektronika mulai dari peralatan komputer, sampai radio saku menggunakan PCB yang berfungsi sebagai penyangga komponen secara mekanik juga sebagai alat hubung secara listrik (electrical interconection). Meningkatnya pasar produk elektronika merupakan suatu peluang besar bagi usaha jasa pembuatan PCB. Jumlah perusahaan yang menawarkan jasa pembuatan PCB skala purwarupa (prototyping) pada saat ini masih sedikit. Kegiatan riset dan pengembangan produk elektronika yang dilakukan oleh perusahaan, lembaga penelitian, dan perguruan tinggi sering mengalami kesulitan untuk mendapatkan layanan dengan mutu, harga, dan kecepatan delivery yang optimal. Sedangkan untuk melakukan investasi untuk menyediakan unit layanan pembuatan PCB di dalam perusahaan atau lembaga di atas dibutuhkan sumber daya: ruangan, fasilitas peralatan, serta tenaga ahli yang seringkali sulit atau mahal untuk disediakan. Di samping itu, pembuatan PCB dengan cara konvensional memerlukan banyak proses kimiawi yang akan menghasilkan air limbah yang memerlukan penanganan yang khusus.

(7)

Pembuatan PCB skala purwarupa dengan menggunakan teknologi proses mekanik ( mechanical milling ) menawarkan kemungkinan untuk bagi lembaga-lembaga seperti di atas untuk melakukan investasi fasilitas pembuatan PCB yang cukup sederhana, tidak memerlukan fasilitas ruangan yang khusus, serta tidak memerlukan SDM dengan jenis keahlian yang sangat khusus. Proses pembuatan PCB dengan menggunakan proses milling CNC (Computerized Numerical Control)

Dengan tersedianya modul kendali untuk mesin PCB-milling berbasis FPGA diharapkan akan terdapat pilihan modul kendali yang bisa memberikan fitur kapasitas / throughtput proses yang lebih tinggi pada mesin CNC yang dikendalikan.

Selain itu, modul kendali ini dapat pula dikembangkan untuk melakukan pengendalian jenis mesin CNC lain yang mempunyai tiga sumbu atau lebih. Hasil dari pengembangan produk ini juga dapat dipasarkan bukan hanya pada perusahaan PCB-milling saja namun juga dapat dipasarkan pada perusahaan lainnya seperti perusahaan pengukiran kayu otomatis dan sejenisnya.

Produk yang dihasilkan dapat ditawarkan kepada perusahaan di Indonesia yang membuat mesin CNC, untuk selanjutnya dapat digunakkan untuk membuat mesin PCB-milling pada perusahaan perusahaan bidang elektronika.

Perhitungan yang digunakan dalam menentukan Net Present Value (NPV) adalah sebagai berikut ini :

NPV = biaya estimasi produk (harga penjualan) – biaya pengembangan produk Hasil perkiraan biaya kegiatan pengembangan produk ini sebagaimana ditunjukkan pada tabel 2.4.2.1 adalah sebesar Rp 7.000.000. Hasil pengembangan dari penelitian ini berupa modul kendali CNC dua sumbu apabila dikomersialkan diharapkan dapat dijual dengan harga USD $650 setara dengan Rp 7.865.000 ( Kurs rupiah pada pembuatan dokumen ini USD $1=Rp12.100 ).

NPV = Rp 7.865.000 - Rp7.000.000

= Rp 865.000

Dari harga penjualan dan biaya pengembangan maka nilai NPV bernilai positif. Selain itu, sub modul kendali untuk motor spindel (inverter) dapat dijual terpisah dengan harga USD

$ 250 = Rp 3.025.000 ). Sehingga harga penjualan dari produk ini bersifat fleksibel karena dapat dijual terpisah.

2.4 PRODUCT DEVELOPMENT PLANNING

2.4.1 DEVELOPMENT EFFORT

Inventarisasi effort yang dibutuhkan/ dikeluarkan, dalam proses pengembangan :

1. Man-month

Produk ini akan dikerjakan oleh tiga orang mahasiswa S1 Elektro ITB yang merupakan satu tim anggota Tugas Akhir tahun ajaran 2014-2015. Selain itu dalam perancangan dan pembuatan produk ini juga dibimbing oleh satu orang dosen Teknik Elektro ITB.

Waktu perancangan dan pengerjaan produk ini dialokasikan selama 8 bulan dengan jam kerja masing-masing mahasiswa selama 9 jam per minggu.

(8)

2. Machine-time

Pada pengerjaan produk ini digunakan mesin ataupun hardware sebagai berikut:

 PC/Laptop sebanyak tiga buah (satu untuk masing-masing mahasiswa). Masing- masing PC/laptop akan dipakai minimal 9 jam setiap minggu selama 8 bulan proses pengerjaan

 Mesin CNC untuk PCB-routing yang dapat digunakan selama proses pembuatan produk (selama 8 bulan)

 FPGA yang dapat digunakan selama proses pembuatan produk (selama 8 bulan) 3. Development tools

Untuk pengembangan produk ini digunakan beberapa perangkat lunak penunjang:

 Multisim

 Quartus

 Modelsim

 Altium Designer dan/atau Eagle

 Visual Studio 4. Test equipment

Peralatan yang dibutuhkan untuk pengujian produk antara lain:

 Osiloskop

 Multimeter

 PC/laptop untuk pengujian antarmuka

 Papan PCB 5. Kebutuhan akan expert

Untuk menunjang pengembangan produk dibutuhkan berbagai ahli dalam berbagai bidang:

 Ahli Mesin CNC dan precision mechanics

 Ahli Elektronika Daya dan Inverter

 Ahli Algoritma Interpolasi B-Spline/NURB

 Ahli Pengembangan perangkat lunak untuk pemrosesan data Gerber file 6. Probabilitas keberhasilan pengembangan

Probabilitas keberhasilan pengembangan produk ini sangatlah besar. Hal ini dikarenakan beberapa hal berikut:

 Produk mesin PCB-Milling pada dasarnya merupakan produk yang telah cukup lama beredar di pasaran yang didukung oleh teknologi yang cukup mapan. Yang perlu dikembangkan adalah kemampuan modul kendali yang mempunyai kinerja yang lebih tinggi, lebih fleksibel untuk diprogram serta lebih tepat-sasaran secara ekonomis ( cost-effective ).

 Telah tersedianya platform mekanik berupa sebuah mesin PCB-milling komersial di Laboratorium Manufaktur Elektronika Pusat Mikroelektronika ITB. Yang akan dibuat adalah modul kendali berbasis FPGA untuk platform mekanik yang telah tersedia ini.

(9)

 Telah tersedianya dokumen hasil penelitian / Tugas Akhir sebelumnya di Program Studi Teknik Elektro ITB dengan topik yang serupa: Rancang bangun Modul Kendali mesin PCB-milling berbasis mikrokontroler STM32

Walaupun faktor pendukung keberhasilan di atas telah cukup banyak, masih terdapat beberapa faktor penghambat pengembangan produk ini, antara lain:

 Algoritma interpolasi NURB merupakan hal yang masih perlu dipelajari

 Masih dibutuhkannya proses pembelajaran dalam bidang Teknologi Mekanik Presisi (Precision Mechanics) dari mesin CNC dua sumbu lebih dalam dikarenakan seluruh anggota tim hanya mempunyai latar belakang pendidikan bidang studi Teknik Elektro

7. Jadwal dan Waktu diperlukan untuk pengembangan

Tabel jadwal dan waktu pengembangan produk dapat dilihat di bawah ini:

Tabel 2.4.1.1Jadwal dan Waktu Pengembangan Produk

Proses/Task Fase Deliverables Jadwal Kebutuhan

Resources Pengonsepan

proyek

Konsesp, Gagasan

Dokumen B100 Konsep Produk

23 September – 10 Oktober 2014

Studi literatur, ahli Penyusunan

spesifikasi dan persyaratan desain produk

Spesifikasi

Dokumen B200 Spesifikasi

Produk

10 – 24 Oktober 2014

Studi literatur, ahli Perancangan

dan pendesainan

produk

Desain

Dokumen B300 Desain dan

rancangan Produk

24 Oktober – 5 Desember 2014

Studi literatur, ahli, development

tools Pengimplement

asian rancangan dan desain

produk

Implement asi

Dokumen B400 Hasil Implementasi

Produk (Purwarupa)

19 Januari – 27 Maret 2015

Machine, development

tools Pengujian

produk Pengujian Dokumen B500 Hasil Pengujian

27 Maret – 3 April 2015

Test equipment

2.4.2 COST ESTIMATE

Berikut tabel estimasi biaya yang dikeluarkan untuk pengembangan, riset dan pembuatan produk.

Tabel 2.4.2.1 Rincian Harga Produksi untuk Pengembangan Riset dan Pembuatan Produk

Pengeluaran Jumlah Biaya Per-unit Biaya

FPGA 1 Rp 2.000.000 Rp 2.000.000

Driver Motor Stepper 5 Fasa 2 Rp 400.000 Rp 800.000 Inverter tiga fasa 1 Rp 1.000.000 Rp 1.000.000

Perangkat lunak Rp 1.000.000

(10)

Papan PCB Rp 200.000

Packaging perangkat 1 Rp 500.000 Rp 500.000 Komponen elektronika beserta alat

penunjang lainnya - Rp. 500.000

Biaya Total Rp 7.000.000

2.4.3 DAFTAR DELIVERABLES, SPESIFIKASI, DAN JADWALNYA

Tabel 2.4.3.1 Deliverables, Spesifikasi dan Jadwal Proyek Penelitian

Deliverables Spesifikasi Jadwal

Dokumen B100 Dokumen berisikan konsep produk 10 Oktober 2014 Dokumen B200 Dokumen ini berisikan spesifikasi dan

prsyaratan desain produk 24 Oktober 2014 Dokumen B300 Dokumen berisikan hasil dan proses

rancangan dan desain produk 5 Desember 2014 Purwarupa hasil

implementasi setiap submodul

Sub modul terdiri dari: GUI, modul kendali motor spindel, modul kendali gerak X-Y Setiap sub modul bekerja sesuai spesifikasi

Februari 2014 Purwarupa produk Setiap submodul terintegrasi dan bekerja

sebagai kesatuan modul kendali mesin

CNC untuk pembuatan PCB Maret 2014

Dokumen B400 Dokumen berisikan hasil dan proses

implementasi rancangan dan desain produk 27 Maret 2015 Dokumen B500 Dokumen berisikan hasil pengujian produk 3 April 2015 2.4.4 CLUSTER PLAN

Dalam pengerjaan proyek ini dilakukan kerjasama dengan beberapa pihak:

 Laboratorium Teknologi Manufaktur Elektronika ITB

Pada laboratorium ini telah tersedia platform mekanik mesin CNC dua sumbu untuk PCB milling lengkap dengan motor spindle untuk pengeboran dan pengikisan dan dua buah motor stepper untuk gerak X-Y. Selain itu, laboratorium ini juga menyediakan fasilitas ruangan beserta kebutuhan lainnya untuk pengembangan dan pembuatan produk. Hasil akhir produk juga akan diberikan kepada laboratorium ini untuk pengembangan lebih lanjut.

 Program studi Teknik Elektro ITB

Program studi Teknik Elektro ITB merupakan pihak yang dilakukan kerjasama terkait bidang riset, pengembangan, dan engineering

2.5 CONCLUSIONS

Dengan adanya penelitian ini akan dihasilkan suatu modul kendali untuk mesin PCB-routing berbasis Algoritma NURB. Modul kendali pada mesin routing ini tersusun atas modul kendali interpolator gerak X-Y dan modul kendali mesin spindle yang berbasis FPGA.