PENDAHULUAN
Salah satu kebutuhan yang sangat penting dalam pengembangan produk yang memuaskan dengan harga bersaing adalah pemilihan ekonomis dalam hal desain teknik, bahan dan proses manufaktur.
Prosedur pemilihan bahan secara kuantitaif telah dikembangkan untuk analisa sejumlah besar data : sifat bahan dan proses.
Pemilihan bahan dan proses diperlukan untuk pengembangan produk baru atau produk yang sudah sudah ada dengan alasan :
1. Memanfaatkan keuntungan bahan baru dan proses 2. Meningkatkan performa pelayanan (service) mencakup umur pakai lama dan reliability tinggi 3. Memenuhi persyaratan legal baru 4. Menjelaskan tentang kondisi operasi yang berubah 5. Menurunkan biaya dan membuat produk lebih kompetitif.
KARAKTERISTIK PROSES PEMILIHAN
o
Pemilihan kombinasi bahan dan proses yang optimum merupakan pekerjaan yang tidak mudah dan dilakukan pada tahap pengembangan produk.
o
Pada tahap awal pengembangan produk baru, pertanyaan-pertanyaan berikut harus diperhatikan :
o
What is it?
o
What does it do?
o
How does it do it?
Jawaban ke-3 pertanyaan di atas akan membantu dalam menyusun spesifikasi
fungsi
komponen.
Selanjutnya
dilanjutkan
pertanyaan berikut : o
What are the important, or primary, design and material r equirements?
o
What are the secondary requirements and are they necessary?
dengan
o
Jawaban ke-2 pertanyaan di atas membantu spesifikasi : persyaratan performa komponen dan mendapatkan karakteristik bahan dan persyaratan proses.
o
Pada tahap manufaktur / pembuatan produk , beberapa perubahan pada bahan mungkin diperlukan dan masalah yang berhubungan dengan proses diatasi dengan penggantian atau pemilihan bahan yang tepat.
o
Tahapan-tahapan di atas dapat diringkas sbb. :
1. Analisis persyaratan performa 2. Pengembangan solusi alternatif terhadap masalah 3. Evaluasi solusi yang berbeda 4. Keputusan solusi yang optimum
ANALISIS PERSYARATAN PERFORMA BAHAN
Persyaratan performa bahan terbagi 5 kategori : persyaratan fungsional, persyaratan mampu proses (processability), biaya, keandalan (reliabilty) dan ketahanan terhadap kondisi kerja. Persyaratan Persyaratan Fungsional (Functional Requirements)
Persyaratan fungsional berhubungan langsung dengan karakteristik komponen yang dibutuhkan.
Contoh : jika komponen membawa beban tarik aksial maka kapasitas membawa beban (load-carrying (l oad-carrying capacity) suatu produk dapat ditentukan dengan tegangan tega ngan luluh (yield strength) bahan.
Tahanan kejut thermal (thermal shock resistance) berhubungan dengan koefisien muai, konduktivitas panas, modulus elastisitas, keuletan dan kekuatan bahan.
Persyaratan Mampu Proses
Processability adalah kemampuan suatu bahan untuk dikerjakan dan dibentuk menjadi komponen jadi.
Processability dalam hal metode manufaktur dapat berarti : castability (sifat mampu cor), weldability (sifat mampu las), machinibiliy (sifat mampu mesin), dll
Biaya
Biaya merupakan faktor pengontrol dalam evaluasi bahan karena dalam aplikasinya ada batas biaya (cost limit) untuk bahan yang memenuhi persyaratan.
Biaya proses dapat melebihi biaya penyimpanan (stock)
Persyaratan Persyaratan Reliability
Reliability adalah probabilitas suatu bahan saat melakukan fungsi yang diinginkan untuk umur yang diharapkan tanpa terjadi kegagalan.
Reliability sukar ditentukan karena tidak hanya tergantung pada sifat bahan akan tetapi juga produksi dan sejarah proses yang dipakai.
Biasanya bahan baru dan non-standard mempunyai reliability rendah dibanding dengan bahan yang sudah standard dan telah ada (establish).
Failure analysis digunakan untuk memprediksi bagaimana produk dapat mengalami kegagalan dan failure analysis ini dapat digunakan sebagai pendekatan sistematis untuk evaluasi reliability.
Penyebab kegagalan suatu bahan dapat dilacak melalui cacat bahan dan proses, kesalahan desain atau kondisi yang tidak diharapkan.
Ketahanan terhadap Kondisi Kerja (Service)
Lingkungan dimana produk atau komponen beroperasi sangat menentukan dalam menentukan persyaratan performa bahan
Lingkungan meliputi : lingkungan korosi, kondisi suhu sangat rendah atau tinggi
Klasifikasi Persyaratan Bahan
Persyaratan bahan dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu : 1. Persyaratan ketat (rigid) 2. Persyaratan lunak (soft) atau relatif
o
Persyaratan rigid merupakan persyaratan yang harus dipenuhi oleh bahan. Persyaratan ini biasanya digunakan untuk penyaringan (screening) bahan untuk menghindari kelompok yang tidak sesuai.
Contoh : bahan logam dikeluarkan jika melakukan pemilihan bahan untuk isolator listrik.
o
Persyaratan rigid bahan meliputi perilaku bahan pada kondisi : suhu operasi, ketahanan terhadap lingkngan korosi, keuletan, konduktivitas panas dan listrik atau isolator, dll.
o
Persyaratan proses meliputi : ukuran batch, laju produksi, ukuran produk dan bentuk, toleransi dan penyelesaian penyelesaian permukaan (surface finish).
o
Persyaratan lunak (soft) persyaratan yang bisa dikompromikan.
Contoh : sifat mekanis bahan, specific gravity dan biaya.
PENGEMBANGAN PENGEMBANGAN DAN EVALUASI PENYELESAIAN ALTERNATIF
Setelah spesifikasi dan klasifikasi persyaratan bahan dibuat, proses pemilihan selanjutnya adalah mencari bahan yang memenuhi persyaratan tsb. Membuat Penyelesaian Alternatif
Tahap ini dimulai dengan mengkaji lingkup li ngkup bahan teknik.
Kreativitas diperlukan untuk pengembangan idea-idea tanpa dipengaruhi pemikiran tradisional
Menciptakan alternatif tanpa mengabaikan feasibility
Tahap ini diakhiri dengan evaluasi bahan-bahan kandidat dengan menggunakan grafik pemilihan bahan.
Pada gr afik, afik, garis : E/ρ atau E/S : beban aksial, E 1/2/ρ : tekuk (buckling) dan E 1/3/ρ : bending dimana bahan dikatakan bagus jika di atas garis dan sebaliknya.
Formula untuk estimasi biaya per satuan sifat bahan seperti pada Tabel di bawah.
Pemilihan Penyelesaian Optimum
Pemilihan bahan yang optimum dilakukan dengan cara mempertimbangkan bahan kandidat berdasarkan persyaratan bahan yang telah ditetapkan.
Pemilihan bahan tidak harus menghasilkan penyelesain yang eksak karena harus mempertimbangkan kelebihan (advantage) dan batasan (limitation) yang saling bertentangan sehingga diperlukan kompromi kompromi dalam membuat keputusan.
METODE BIAYA PER PROPERTI (COST PER UNIT PROPERTY METHOD)
Biaya per satuan property dapat dipakai untuk pemilihan bahan yang optimal.
Perhatikan kasus batang silinder dengan panjang L bekerja gaya F maka luasan :
A = F/S dengan S : tegangan kerja bahan yang besarnya sama dengan tegangan luluh dibagi faktor keamanan.
Biaya tiap batang (C’) sebesar : S = Cρ CρAL = (Cρ (CρFL)/S C : biaya bahan tiap satuan massa dan ρ : massa jenis (density) bahan
Biaya tiap satuan kekuatan (cost of unit strength) : (ρ ( ρC)/S untuk F dan L sama digunakan untuk membandingkan bahan kandidat dimana bahan mempunai nilai optimum jika cost of unit strength paling rendah.
Jika 2 bahan dapat saling mengganti (substitusi), misal a dan b maka kedua bahan tersebut dapat dibandingkan berdasarkan relative cost per unit strength (RC’) : (RC’) :
Jika RC’ kurang dari 1 maka bahan a yang dipilih.
METODE WEI GHTED
PROPER PROPERTI TI ES
Optimasi pemilihan bahan dapat dilakukan dengan weighted properties method. Nilai sifat pemberat (weighted property value) dapat dilakukan dengan mengalikan nilai numerik sifat dengan faktor pemberat (weighted factor) atau
Jumlah nilai-nilai weighted properties ini menghasilkan comparative material performance index ( ) :
Material performance index :
dengan n : jumlah properties dan B : scaled value yang dinyatakan :
Untuk sifat bahan seperti : biaya, korosi, keausan, penambahan berat karena oksidasi, dll. nilai minimum biasanya dipakai pada pers. di atas se hingga :
Nilai numerik untuk properties seperti korosi biasanya dipakai : excellent, very good, good, fair dan poor dapat diberi nilai numerik masing-masing : 5, 4, 3, 2 dan 1.
Metode logic approach dapat digunakan untuk menentukan α dimana evaluasi disusun sedemikian sehingga hanya 2 sifat yang dipertimbangkan o
Untuk menentukan tingkat pentingnya sifat (property) dibuat tabel dengan goal di kolom kiri dan dibandingkan di kolom sebelah s ebelah kanan
o
Kombinasi property atau performance goal dibandingkan dan dievaluai dengan memberikan pernyataan ya atau tidak.
o
Dua sifat bahan dibandingkan dengan memberi nilai (1) untuk yang lebih penting dan (0) untuk yang yang kurang penting
o
Jumlah kemungkinan keputusan sebanyak : N = n (n-1)/2 dengan n : jumlah sifat (property)
o
Faktor pemberat (weighting factor) α untuk setiap goal : jumlah keputusan positif tiap goal (m) dibagi dengan jumlah keputusan yang mungkin (N) sehingga : Σα = 1.
o
Besar biaya (bahan, processing, finishing, dll.) ditentukan dengan persamaan : M = γ / (Cρ)
dengan M : figure of merit, γ : performance index, C : biaya total tiap satuan berat dan ρ : density bahan.
o
Contoh :
Pilih bahan optimum yang akan dipakai untuk tanki penyimpan cr yogenic Analisis : Persyaratan utama bahan untuk cryogenic adalah bahan harus mempunyai suhu transisi getas-ulet sebesar -196 oC sehingga baja karbon, baja paduan dan logam lain dengan struktur bcc tidak sesuai karena mengalami penggetasan pada suhu tsb. Logam dengan struktur fcc biasanya tidak ti dak mengalami penggetasan pada suhu rendah. Bahan harus memenuhi persyaratan berikut : 1. ketangguhan (toughness) tinggi pada suhu operasi 2. kekuatan tarik tinggi (yield strength) 3. kekakuan (stiffness) tinggi 4. berat jenis (density) rendah 5. Koefisien muai (thermal expansion) rendah 6. konduktivitas thermal rendah (conductivity) 7. panas jenis (specific heat) rendah Tabel di bawah memperlihatkan 7 sifat bahan di kolom sebelah kiri dan jumlah keputusan N(N-1)/2 = 7(6)/2 = 21.
Weighting factor α ditentukan dengan membagi jumlah keputusan positif dengan jumlah total keputusan.
Dari tabel di di atas, nilai α tertinggi adalah ketangguhan (toughness) yang berarti sifat yang penting dibanding dengan dengan lainnya. Tabel di bawah adalah sifat-sifat bahan (no. ( no. 1-7) untuk berbagai bahan kandidat.
Tahap selanjutnya adalah memberi skala dimana harga tert inggi dari toughness, yield strength dan modulus Young diberi nilai 100 sedangkan harga terendah sifat-sifat lainnya (specific gravity, thermal expansion coefficient, thermal conductivity dan specific heat) diberi skala 100 seperti Tabel di bawah.
Performance index (γ) dicari berdasarkan rumus : Faktor biaya dapat dicari dengan menghitung figure of merit (M) : M = γ / (Cρ)
Dari Tabel di atas terlihat bahwa bahan stainless steel SS 301-FH merupakan bahan optimum diikuti aluminium Al 2014-T6
