3 METODE PENELITIAN
Pada berbagai penelitian sudah ditemukan getaran berpengaruh terhadap performansi manusia, namun sejauh apa pengaruhnya belum diketahui. Penelitian ini menganalisa efek akselarasi getaran dari nilai rendah sampai tinggi dan menganalisa pengaruh arah getaran terhadap aspek fisiologi, psikologi, dan motorik manusia. Penelitian ini juga akan mengkaji pola respon manusia berdasarkan kenaikkan nilai akselarasi getaran. Hal ini merupakan novelty dalam penelitian ini. Penelitian terdahulu hanya melihat efek getaran tanpa membedakan akselarasi dan arahnya.
Penelitian dilakukan di dalam laboratorium menggunakan simulator getaran yang sudah dirancang dalam penelitian pendahuluan. Getaran mekanik dibangkitkan mendekati getaran yang terjadi di dalam pabrik gula dengan nilai akselarasi antara 1 sampai 10 m/s2 dan frekuensi yang diteliti di bawah 50 Hz. Simulator dapat membangkitkan getaran dalam dominan arah horizontal dan dominan arah vertikal.
Penelitian dilakukan dalam tiga tahap yaitu membangun simulator, simulasi, dan terakhir pengolahan dan analisis data. Membangun simulator dilakukan di Bengkel Metanium Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB. Simulasi getaran dilakukan di Laboratorium Ergonomika Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Tiga tahapan langkah-langkah penelitian diuraikan pada Gambar 7.
1. Perancangan Simulator
Perancangan simulator dilakukan dalam beberapa tahap yaitu : pengumpulan konsep rancangan dan pembuatan sketsa rancangan, perancangan mesin, dan pengujian mesin. Perancangan simulator diuraikan lebih detil dalam Bab Rancangan Simulator Getaran dengan Output Getaran dalam Arah Dominan Vertikal dan Horizontal.
2. Simulasi getaran
Simulasi dilakukan selama bulan Oktober 2012 dengan 14 orang responden semuanya laki-laki dengan rentang usia 20 sampai 33 tahun. Responden adalah mahasiswa program S1 dan S2 dan karyawan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB. Responden duduk di atas meja getar sehingga terpapar getaran dalam bentuk Whole Body Vibration. Selama simulasi responden terpapar getaran dan kebisingan.
3. Pengolahan dan analisis data
Pengolahan data terdiri atas dua bagian. Bagian pertama melihat efek getaran dari nilai rata-rata getaran dalam bentuk Root Mean Square akselarasi (aRMS). Bagian kedua melihat efek arah getaran terhadap fisiologi, psikologi, dan performansi manusia.
Hipotesis dan Variabel Penelitian
Penelitian ini tergolong penelitian eksploratif karena mengkaji lebih dalam teorema yang sudah ada, sehingga tidak menguji suatu hipotesis. Teorema yang akan dikaji lebih dalam adalah WBV berpengaruh terhadap kelelahan, energi (Griffin 1990), waktu respon (Newell 2008) dan ketidaknyamanan (Hacaambwa 2007). Dependent variable dalam penelitian ini adalah kelelahan, energi, waktu respon, dan tingkat ketidaknyamanan. Dalam penelitian ini variabel kelelahan dilambangkan dengan y1, energi dengan y2, waktu respon dengan y3, dan ketidaknyamanan dengan y4, Sedangkan independent variable adalah nilai akselarasi dalam bentuk rms acceleration dilambangkan dengan a.
Prosedur Percobaan
Percobaan di laboratorium dilakukan pada simulator yang membangkitkan getaran dalam arah translational. Simulator dibuat berupa meja yang bergetar pada berbagai arah dan besaran. Di atas meja getar ditempatkan kursi kerja yang ikut bergetar bersama getaran meja, seperti yang banyak terjadi di dalam pabrik. Getaran meja getar arah vertikal sesuai posisi vertikal responden yaitu arah naik turun, sedangkan arah horizontal adalah arah depan-belakang (fore-aft) dari responden. Sebanyak 14 orang responden bekerja diatas simulator dalam tujuh akselarasi getaran, dengan masing-masing kondisi getaran selama lima menit sehingga total waktu simulasi per-responden adalah tiga puluh lima menit. Setiap selesai lima menit proses simulasi satu kondisi getaran akan diselingi dengan istirahat selama sepuluh menit untuk menghilangkan kelelahan akibat kondisi pertama. Waktu sepuluh menit istirahat yang dilakukan responden pertama paralel dengan simulasi lima menit responden kedua ditambah lima menit waktu penggantian puli. Responden yang bekerja diatas meja tersebut terpapar akselarasi dalam bentuk Whole Body Vibration (WBV). Sekali simulasi dilakukan dengan dua responden yaitu R1 dan R2 secara bergantian. Penggantian arah getar pada simulator membutuhkan waktu 20 menit. Skedul waktu sekali simulasi seperti terlihat pada Gambar 8.
5 10 15 20 25 30 35 40 …. …60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110
R1 V1 V2 V3 H1 H2 H3 N
R2 V1 P V2 P V3 A H1 P H2 P H3 N
menit ke
-Keterangan :
V adalah simulasi getaran dominan arah vertikal H adalah simulasi getaran dominan arah horizontal N adalah kondisi tanpa getaran
P Proses penggantian puli A Proses penggantian arah getaran
Pengukuran getaran dilakukan langsung pada kursi operator. Selama simulasi, responden melakukan kegiatan pengoperasian komputer sebagai ganti kegiatan pengontrolan mesin yang banyak dilakukan operator di dalam pabrik. Program komputer yang dijalankan berisi simulasi untuk menguji waktu respon manusia.
Selama lima menit simulasi satu kondisi getaran, dua menit pertama digunakan untuk merasakan dan beradaptasi terhadap getaran. Berdasarkan Marjanen (2010) dibutuhkan waktu selama 5 detik untuk periode penyesuaian pada operator yang terpapar getaran. Tiga menit berikutnya responden melakukan simulasi waktu respon. Gambar 9 merupakan skema proses simulasi.
Gambar 9 Skema proses simulasi
Sampling Responden
Responden adalah laki-laki berusia antara 20 sampai 33 tahun. Pada rentang ini manusia berada dalam usia produktif. Usia berpengaruh terhadap performansi, sedang jenis kelamin berpengaruh terhadap aspek psikologi (Shibata 2012). Wanita cenderung lebih merasa tidak nyaman terhadap getaran, hal ini disebabkan karena kecenderungan pekerjaan yang diminati wanita adalah pekerjaan yang tidak mengeluarkan banyak tenaga dan tidak menyukai pekerjaan permesinan, berbeda dengan pria yang lebih banyak menyukai pekerjaan
permesinan. Faktor usia berpengaruh terhadap kecepatan respon dan fisiologi. Waktu respon akan lebih lama dan kelelahan fisik lebih tinggi dengan bertambahnya umur di atas usia tiga-puluhan tahun. Untuk mengurangi pengaruh aspek usia dan psikologis maka semua responden dipilih berjenis kelamin laki-laki, dengan rentang umur 20 sampai 33 tahun.
Sebelum melakukan simulasi responden memahami proses dan tingkat kondisi getaran yang akan dilalui. Panduan dalam penggunaan manusia sebagai responden dalam penelitian belum ada di Indonesia, namun penelitian ini mempertimbangkan efek simulasi terhadap manusia dengan mengacu kepada panduan yang dikeluarkan oleh National Health and Medical Research Council (2007,) Canberra – Australia. Dalam panduan tersebut disebutkan antara lain, tujuan penelitian dan manfaatnya bagi manusia harus dinyatakan dengan jelas, sudah terdapat literatur tentang bidang penelitian, dan sudah ada penelitian-penelitian sejenis yang sudah pernah dilakukan. Sedangkan dari sisi responden dinyatakan antara lain : efek simulasi terhadap responden harus diminimasi, tidak ada paksaan dalam perekrutan responden, tidak ada eksploitasi terhadap responden, responden mengetahui efek dan keuntungan dari simulasi, dan terjaganya prifasi responden. Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan getaran dapat mengakibatkan rasa tidak nyaman (Hacaambwa 2007), meningkatkan denyut jantung sampai kondisi kerja ringan (Griffin 1990), mengganggu keseimbangan (Mani 2010), dan meningkatkan kecepatan respon ((Newell 2008). Minimasi resiko yang mungkin terjadi dilakukan dengan melakukan satu kali simulasi getaran dalam waktu singkat yaitu lima menit dan dipastikan responden yang dipilih dalam kondisi sehat. Responden juga tidak mempunyai masalah dengan otot dan gangguan syaraf. Persetujuan responden untuk mengikuti simulasi dan pernyataan kondisi kesehatan dinyatakan dalam lembaran screening test yang diisi sebelum simulasi. Lembar screening test ini terdapat pada Lampiran 1. Data semua responden dalam penelitian ini disajikan dalam Lampiran 2.
Pengukuran
Terdapat lima jenis data yang dikumpulkan selama tiga puluh lima menit simulasi yaitu data akselarasi getaran, denyut jantung, tingkat kelelahan, ketidaknyamanan, dan kecepatan respon. Pengukuran getaran menggunakan
accelerometer tipe dual channel data collector dan pemasangan sensor menggunakan magnet. Pada tempat duduk responden ditempelkan lempengan besi sebagai tempat pemasangan sensor magnet. Setiap simulator menjalankan satu kondisi getaran, pengukuran dengan accelerometer dilakukan dua kali untuk mendapatkan getaran pada ketiga arah getar.
Tingkat kelelahan diukur secara psikofisika dilihat dari kemampuan mata responden melihat kedipan lampu menggunakan flicker. Psikofisika merupakan suatu metoda yang berhubungan dengan penilaian yang diberikan manusia berdasarkan kondisi fisik stimulus. Setiap selesai satu kondisi getaran selama lima menit, responden turun dari simulator getaran dan melakukan tes flicker. Manusia mempunyai kemampun melihat kedipan pada frekuensi di bawah 50 Hz. Kelelahan akan menurunkan kemampuan manusia melihat kedipan. Saat
menggunakan flicker kemampuan melihat kedipan dilakukan dalam dua kombinasi perubahan frekuensi. Pertama responden akan melihat lampu yang tidak berkedip dengan penglihatan mata normal karena aktualnya berkedip dengan frekuensi 60 Hz kemudian frekuensi lampu di dalam flicker menurun dan berhenti saat mata bisa mendeteksi terjadinya kedipan pada lampu tersebut. Frekuensi ini disebut frekuensi pertama. Berikutnya pengukuran dilakukan kembali dengan arah kebalikan. Responden melihat kedipan lampu didalam
flicker mulai dari frekuensi 10 Hz, kedipan akan bertambah cepat dengan naiknya frekuensi dan berhenti saat mata normal tidak dapat melihat kedipan lampu di dalam flicker. Frekuensi ini disebut frekuensi kedua. Kemampuan melihat responden adalah nilai rata-rata kedua frekuensi.
Waktu respon akan terekam langsung pada komputer selama kegiatan simulasi. Simulasi berisi stimulus berupa gambar yang muncul dalam posisi dan ukuran berbeda di layar komputer dan dalam interval waktu acak. Setiap muncul gambar responden akan bereaksi dengan menekan mouse komputer. Mouse dan
mause pad ditempatkan di atas paha responden untuk memudahkan gerakan. Reaksi hanya berupa klik tanpa mengikuti posisi munculnya gambar, sehingga meminimasi waktu gerakan. Waktu respon (response time) merupakan penjumlahan dari waktu reaksi (reaction time) dan waktu gerakan (movement time). Waktu reaksi adalah waktu yang dibutuhkan manusia untuk menanggapi stimulus mulai dari munculnnya stimulus sampai dimulainya gerakan menanggapi stimulus tersebut. Dan waktu gerakan adalah waktu melakukan gerakan sebagai tanggapan terhadap stimulus, dalam penelitian ini gerakan menanggapi hanya berupa satu ketukan pada mouse komputer, tanpa mengikuti lokasi munculnya stimulus di layar komputer. Tampilan uji waktu respon di layar komputer seperti pada Gambar 10. Gambar kucing adalah stimulus visual tanpa stimulus auditory yang muncul dalam interval waktu dan posisi acak, dan ukuran yang berbeda-beda.
Simulasi tanpa getaran dilakukan pada bagian akhir simulasi, setelah responden menjalani simulasi dengan getaran. Secara psikologis orang akan berusaha bertahan terhadap gangguan lingkungan. Simulasi tanpa getaran dilakukan pada bagian akhir agar responden memiliki kondisi psikologis dalam keadaan prima.
Rata-rata denyut jantung diukur menggunakan heart rate monitor. Selama simulasi rata-rata denyut jantung responden selalu dimonitor. Heart rate monitor
diset merekam data denyut jantung per-lima detik. Data denyut jantung kondisi istirahat diambil dari rekaman data heart rate pada kondisi stabil saat istirahat.
Ketidaknyamanan merupakan penilaian subjektif yang dilakukan oleh responden terhadap getaran yang dirasakan. Penilaian ketidaknyamanan dilakukan menggunakan kuesioner. Responden diminta menilai tingkat ketidaknyamanan yang dirasakan setelah terpapar satu kondisi akselarasi selama lima menit. Tingkat ketidaknyamanan berupa skala antara 0 sampai 10, nilai 0 untuk nyaman, 5 untuk tidak nyaman dan 10 sangat tidak nyaman.
Setelah selesai simulasi menggunakan meja getar setiap responden akan melakukan latihan step test sebanyak empat kali ulangan, setiap ulangan selama 5 menit. Ritme kecepatan langkah yang diukur yaitu 15 siklus/menit, 20 siklus/menit, 25 siklus/menit, dan 30 siklus/menit. Kecepatan langkah diatur menggunakan metronome. Setiap selesai satu kali ulangan responden istirahat selama lima menit. Pengukuran denyut jantung dilakukan selama latihan step test
untuk mendapatkan pola hubungan denyut jantung dan energi setiap responden.
Pengolahan Data
Pengolahan data performansi manusia didasarkan pada pengaruh akselarasi getaran. Dua ukuran getaran menilai getaran dalam dua pendekatan berbeda, yaitu frekuensi dan magnitudo. Pengukuran magnitudo getaran berupa amplitudo, kecepatan, dan akselerasi. Akselerasi merupakan pengukuran yang lebih teliti karena menilai perubahan getaran per-detik. Analisa pengaruh getaran berdasarkan frekuensi sudah banyak diteliti, analisa berdasarkan akselarasi masih sangat sedikit diteliti. Keempat variabel penelitian berupa aspek fisiologi yaitu energi, aspek psikologi berupa kelelahan dan ketidaknyamanan, dan performansi manusia berupa waktu respon diolah dan dikategorikan berdasarkan rms
akselarasi getaran dan kemudian dianalisa pengaruh kenaikan nilai akselarasi getaran terhadap masing-masing variabel tersebut. Tiga variabel penelitian yang berubah sesuai perubahan nilai akselarasi yaitu energi, ketidaknyamanan, dan kecepatan reaksi dianalisa lebih jauh berdasarkan pengaruh arah getaran.
Data akselarasi getaran dihitung dari nilai root mean square (rms) yaitu akar pangkat dua dari kuadrat setiap arah getar. Getaran merambat kepada responen melalui tempat duduk, sandaran kursi, dan kaki. Getaran yang diperhitungkan hanya yang merambat melalui tempat duduk responden, karena efek rambatan dari sandaran punggung dan kaki kurang dari 1.6%. Nilai Crest factor dihitung untuk melihat adanya getaran kejut. Jika terdapat getaran kejut maka nilai akselarasi getaran dihitung berdasarkan nilai Vibration Dose Value (VDV). Getaran kejut tidak terjadi dalam simulasi ini karena simulator tidak
dirancang untuk menghasilkan getaran kejut, dibuktikan dengan nilai crest factor
kuang dari 9.
Metode yang digunakan untuk kalibrasi pengukuran denyut jantung menjadi energi kerja adalah dengan menggunakan metoda step test. Dengan metode ini diusahakan suatu ukuran beban kerja dengan hanya mengubah tinggi bangku step test dan intensitas langkah. Denyut jantung sebanding dengan konsumsi oksigen. Rata–rata denyut jantung pada saat melakukan step test
dihubungkan dengan besarnya energi kerja yang digunakan saat step test tersebut dan dicari persamaan liniernya. Setiap responden mempunyai rumus konsumsi energi berdasarkan hasil step test masing-masing, karena pola konsumsi energi setiap individu akan berbeda tergantung kepada umur, jenis kelamin, aktifitas sehari-hari, berat badan, status nutrisi, motivasi dan lain-lain. Persamaan linier yang didapat digunakan dalam mencari besarnya energi pada saat terpapar getaran. Beban kerja yang pasti dapat diketahui dengan mengkalibrasikan antara kurva denyut jantung saat terpapar getaran dengan denyut jantung saat step test.
Pengaruh Getaran terhadap Aspek Fisiologi, Motorik dan Psikologi Manusia
Aspek fisiologi mengenai bagaimana tubuh manusia dapat berfungsi agar dapat bertahan hidup dan berkembang biak. Dalam penelitian ini aspek fisiologi akan dilihat dari sisi kelelahan manusia dan energi kerja. Motorik adalah gerakan yang dilakukan oleh tubuh manusia, kemampuan motorik manusia akan dilihat dari kecepatan respon yang dilakukan saat adanya gangguan berupa getaran WBV. Psikologi berhubungan dengan apa, bagaimana, dan mengapa suatu tingkah laku terjadi. Dalam penelitian ini psikologi dilihat dari penilaian subjektif responden berupa tingkat ketidaknyamanan yang dirasakan akibat getaran.
Semua data hasil simulasi akan melalui 2 tahapan sebelum diolah lebih lanjut. Tahap pertama adalah pengelompokan data berdasarkan tingkat akselarasi. Akselarasi dikelompokkan menjadi 9 level yaitu a < 0.5 m/s2, 0.5 < a < 1.5 m/s2, 1.5 < a < 2.5 m/s2, 2.5 < a < 3.5 m/s2, 3.5< a < 4.5 m/s2, 4.5< a < 5.5 m/s2, 5.5< a
< 6.5 m/s2, 6.5< a < 8.5 m/s2, dan 8.5< a < 10.5 m/s2. , untuk selanjutnya data akselarasi getaran dalam setiap level diwakili oleh nilai tengah masing masing level. Tahap kedua adalah uji keseragaman data. Dilakukan uji keseragaman data terhadap waktu respon, energi kerja, dan ketidaknyamanan berdasarkan kelas akselarasi. Batas kontrol yang digunakan berdasarkan = 0.01 dengan rentang daerah kontrol antara 2dibawah nilai rata-rata sampai 2 diatas nilai rata-rata. Data yang berada diluar daerah kontrol dibuang dan tidak digunakan lagi dalam pengolahan data.
Berikutnya akan dilakukan analisa signifikansi perbedaan efek akselarasi getaran dengan anova dan uji t untuk melihat perbedaan nilai rata-rata respon manusia pada setiap level akselerasi. Ploting rata-rata data berdasarkan level akselarasi untuk melihat pola perubahan nilai variabel penelitian berdasarkan perubahan akselarasi.
Pengaruh Arah Getaran terhadap Waktu Respon dan Fisiologi manusia
Akselarasi getaran dihitung dari nilai root mean square (rms) yang merupakan nilai akar kuadrat dari penjumlahan kuadrat akselarasi pada ketiga arah getar. Faktor pengali digunakan untuk memperkuat pengaruh masing-masing arah getar.
dimana : kx adalah faktor pengali untuk getaran arah fore-aft ky adalah faktor pengali untuk getaran arah lateral kz adalah faktor pengali untuk getaran arah vertikal
ax,ay,az adalah akselarasi getaran pada arah fore-aft, lateral, dan vertikal
Pengaruh arah getaran terhadap variabel penelitian diolah berdasarkan analisis multi regresi linier. Langkah pertama cara mencari faktor pengali adalah dengan menetapkan nilai faktor pengali untuk arah vertikal sebesar 1, kemudian faktor pengali untuk arah lateral dan fore-aft dicari dengan mengubah nilai faktor dengan kenaikan langkah 0.1 dimulai dari angka 0.5 sampai 2.7. Data yang digunakan untuk setiap iterasi harus sama, yaitu data yang sudah melewati uji keseragaman. Pada setiap perubahan faktor pengali dihitung juga nilai R2 sebagai patokan bagus tidaknya persamaan yang dihasilkan.
