Rekayasa Mutu Besi Beton dengan Metode Taguchi

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK MESIN Vol., No., Oktober 000: 0 08 Rekayasa Mutu Besi Beto dega Metode Taguchi Didik Wahjudi Dose Fakultas Tekologi Idustri Jurusa Tekik Mesi Uiversitas Kriste Petra Roche Alimi Dose Fakultas Tekologi Idustri Jurusa Tekik Mesi Uiversitas Kriste Petra Abstrak Dalam usaha utuk meigkatka kualitas besi beto jeis SR-4 dijumpai beberapa kedala. Salah satu kedalaya adalah cukup tiggiya tigkat variasi karakteristik mutu yield stregth yag terjadi. Sehigga dibutuhka suatu peelitia terhadap faktor-faktor yag berpegaruh da pegatura komposisi baha yag ideal utuk memiimalka variasi mutu tersebut. Utuk meyelesaika masalah tersebut diguaka metode Taguchi dalam peracaga eksperime. Kelebiha metode ii ialah mampu memiimalka akibat dari variasi terhadap respo serta eksperime dapat dilakuka dega efisie. Lagkah yag dilaksaaka ialah memilih faktor-faktor kedali da oise sekaligus peetua level-levelya da selajutya membuat matriks ortogoal utuk eksperime. Aalisa data dilakuka berdasar pegoptimala Sigal to Noise Ratio (SNR), aalisa Mea serta Aova. Hasil aalisa terhadap SNR da mea didapatka kesimpula bahwa kadar Karbo 0, %, kadar Siliko 0,5 %, kadar Maga 0,5 % merupaka komposisi baha peolog yag cukup memadai sehigga tigkat variasi yield stregth dapat dimiimalka. Kata kuci: Besi beto, Metode Taguchi, yield stregth Abstract I attempt to icrease the quality of SR-4-type iro rods several costraits are ofte faced. Oe of the problems is the high variability of yield stregth quality characteristic. A research of ifluetial factors ad ideal compositio of materials that ca miimize quality variability is eeded. To solve the above problem Taguchi method is used i desigig the experimet. The superiority of this method is the ability to miimize variability of respose ad the efficiecy of experimet. First steps that is take is choosig cotrol ad oise factors ad determiig the levels. The, the orthogoal matrix for experimet is built. Data aalysis are doe by optimizig sigal-to-oise ratio, aalysis of meas, ad aalysis of variace. Result of aalysis of SNR ad mea give a coclusio that Carbo cotet of 0. %, Silico cotet of 0.5 %, ad Maga cotet of 0.5 % are sufficiet compositio of additive material that will miimize variability level of yield stregth. Keywords: iro rods, Taguchi method, yield stregth. Latar Belakag Besi beto yag diproduksi secara umum terdiri 3 jeis Steel Roud Bar (permukaa polos), Steel Deform (permukaa berulir), Steel Shape (betuk kaal U). Baha baku besi beto adalah billet, merupaka balok baja berukura 00x00 mm, 0x0 mm, 0x0 mm dega pajag masig-masig sekitar 70 mm sesuai permitaa. Baha baku dari Billet Catata : Diskusi utuk makalah ii diterima sebelum taggal Februari 00. Diskusi yag layak muat aka diterbitka pada Jural Tekik Mesi Volume 3 Nomor April 00. adalah besi-besi tua, skrap, serta baha peolog yag dilebur pada electric arc furace (dapur busur listrik) da selajutya proses cetak megguaka cotiuous castig machie. Baha peolog berupa kokas, grafit, lime (batu kapur), ferro alloys, utuk medapatka usur-usur seperti C, Si, M, da laiya dimaa pegatura komposisiya turut berpegaruh terhadap mutu besi beto yag dihasilka. Jeis besi beto yag igi diperbaiki mutuya adalah jeis SR 4. Proses produksi yag telah dilakua saat ii sudah cukup baik. Pegujia mutu besi beto yag dilakuka 0

2 Rekayasa Mutu Besi Beto dega Metode Taguchi (Didik Wahjudi & Roche Alimi) adalah pegujia tarik, stadard Yield Stregth (Ys) yag berlaku ialah miimal 4 kg/mm². Sedagka yag terjadi selama ii tigkat Ys tersebut relatif bervariasi, hal ii yag mejadi masalah dimaa diigika mereduksi variasi tersebut sehigga dapat megotrol mutu besi beto yag dihasilka. Titik beratya ialah pada pegatura komposisi baha maupu perlakua proses sehigga mampu mecapai target mutu yag dikehedaki. Meyadari bahwa sifat mekaik besi beto terutama sifat tarikya dipegaruhi oleh bayak faktor seperti perubaha komposisi baha maupu perlakua proses selajutya, maka diperluka suatu peelitia utuk dapat memperbaiki/merekayasa baha da proses supaya dapat memberika perbaika mutu pada besi beto. Besi beto yag diproduksi termasuk dalam klasifikasi low carbo steel karea kadar karboya haya sampai 0,3 %. Jika ada sedikit perubaha komposisi baha aka berpegaruh pada mutu besi beto, sebagai cotoh misalya pada proses pelebura bila kadar karbo diperbayak maka besi beto aka lebih getas, da aka meigkatka kekerasa tetapi keuletaya cederug meuru. Sehigga sagat petig melakuka pegotrola utuk meetuka komposisi baha yag baik utuk meguragi variasi mutu besi beto yag dihasilka. Utuk megatasi masalah tersebut ada suatu metode peracaga yag berprisip pada peigkata mutu dega memiimalka pegaruh dari peyebab-peyebab perubaha (faktor derau) tapa meghilagka peyebabpeyebab (faktor derau) itu sediri. Metode tersebut ialah metode Taguchi. Dega metode ii dapat meetuka faktor-faktor maa yag cukup berpegaruh terhadap perubaha mutu besi beto khususya tigkat yield stregth. Metode Taguchi ii melakuka peracaga baik parameter, tolerasi dari kompoe, proses, serta dapat memperbaiki mutu.. Metode Taguchi Metode Taguchi merupaka metode peracaga yag berprisip pada perbaika mutu dega memperkecil akibat dari variasi tapa meghilagka peyebabya. Hal ii dapat diperoleh melalui optimasi produk da peracaga proses utuk membuat ujuk kerja/ performace kebal terhadap berbagai peyebab variasi suatu proses yag disebut peracaga parameter. Ada dua alat ukur utama dalam metode peracaga Taguchi, yaitu: Ukura mutu selama peracaga/pegembaga. Agar didapatka suatu idikator mutu yag baik da dapat dipakai utuk megevaluasi akibat perubaha suatu peracaga parameter khususya pada ujuk kerja produk maka diguaka model Sigal-to-oise ratio (SNR). Eksperime yag efisie utuk mecari iformasi tetag peracaga parameter seretak. Dari eksperime yag dilakuka harus dapat diperoleh iformasi yag salig terkait supaya perubaha-perubaha peracaga selama pembuata da pegguaa pelagga dapat dihidari, serta iformasi tersebut harus diperoleh dalam waktu da baha yag miimum. Utuk melakuka eksperime yag efisie tersebut diguaka Matriks Ortogoal. 3. Strategi Peracaga Lagkah-lagkah dalam melaksaaka strategi peracaga adalah petig sebab dapat meetuka dapat dihasilkaya racaga yag optimal. Peracaga dega metode Taguchi yag diguaka ialah peracaga parameter. Dalam peracaga ii ditetuka ilai faktor kedali terbaik, yag mampu memiimalka kepekaa fugsi proses terhadap semua faktor oise. Lagkah-lagkah dalam peracaga parameter ii adalah :. Megeali fugsi utama, efek sampig, da jeis kerusaka.. Megeali faktor-faktor oise. 3. Megeali karakteristik mutu yag aka diamati da fugsi-fugsi obyektif yag aka dioptimumka. 4. Megeali faktor-faktor kedali da perubaha-perubaha ilaiya. 5. Megeali matriks eksperime, selajutya dipilih matriks ortogoal. 6. Eksperime berdasarka peracaga di lagkah ke-5 utuk memperoleh data hasil eksperime. 7. Aalisa data, peetua level optimum dari faktor kedali. 8. Pemrosesa ilai-ilai parameter terbaik gua medapatka racaga usula. 9. Verifikasi racaga usula. 4. Peracaga Eksperime Proses pembuata besi beto mempuyai beberapa faktor petig yag memberika efek terhadap sifat mekaik khususya sifat 03

3 JURNAL TEKNIK MESIN Vol., No., Oktober 000: 0 08 tarikya. Faktor-faktor yag diaggap berpegaruh ii dipisahka berdasarka jeis faktor yag ada, yaitu faktor kedali da faktor oise, dimaa faktor oise merupaka faktor yag sulit utuk dikotrol da kurag medapat perhatia yag serius 4. Faktor-Faktor Kedali Faktor kedali/kotrol merupaka faktor utama yag diteliti pegaruhya terhadap respo. Peyetela terhadap level dapat dipilih utuk memiimasi kesesitifa respo produk terhadap faktor oise. Adapu faktor-faktor kedali dari dalam rekayasa mutu besi beto ii yaitu : Kadar usur C, karea kadar karbo berpegaruh besar utuk meetuka sifat mekaik besi beto yag dihasilka. Kadar karbo semaki tiggi maka sifat besi beto semaki keras, kekuata tarik mejadi tiggi tetapi sekaligus meuruka keuleta. Sehigga perlu melakuka pegotrola kadar karbo ii. Kadar usur Si, karea kadar siliko berpegaruh terhadap struktur mikro besi beto. Kadar siliko yag redah, megakibatka besi mejadi keropos/berigga akibat bayakya gas yag tidak terikat sewaktu pelebura. Sehigga dega pegatura kadar usur siliko diharapka struktur besi beto mejadi lebih baik. Peambaha baha utuk usur ii megguaka batua silika deg kadar siliko 99 %. Kadar usur M, karea kadar maga berpegaruh besar pada ductility (keuleta besi beto yag dihasilka. Kadar usur maga yag terlalu bayak berakibat sifat ulet mejadi lebih tiggi da sekaligus dapat meuruka kekerasa besi beto. Peambaha usur maga dalam proses pelebura juga memakai bebatua dega kadar maga 60 %. Tabel. Perubaha Nilai Level Faktor Kedali Faktor Level 3 A. Kadar Karbo 0, % 0, % 0,3 % B. Kadar Siliko 0,5 % 0,5 % 0,3 % C. Kadar Maga 0,4 % 0,45 % 0,5 % 4. Faktor-Faktor Noise Faktor-faktor oise yag tidak disimulasika: Mutu baha baku. Tigkat kierja pekerja. Ketepata pegukura. Faktor-faktor oise yag disimulasika: Temperatur billet di dalam burer. Tekaa air utuk pedigia billet. Tabel. Perubaha Nilai Level Faktor Noise Faktor Level A. Temperatur 00 ºC 00 ºC B. Tekaa 6 kg/cm² 7 kg/cm² 4.3 Peetua Fugsi Obyektif Utuk meyataka fugsi utama dari metode peracaga Taguchi diperluka adaya fugsi obyektif yaitu dega megoptimumka karakteristik mutu yag diigika. Fugsi obyektif ii petig utuk megetahui da meetuka tujua utama yag igi dicapai dalam eksperime metode Taguchi. Dalam rekayasa mutu besi beto ii, respo mutu yag diamati ialah yield stregth melalui pegujia tarik. Fugsi obyektifya adalah jeis omial-the best, karea diharapka tigkat yield stregth tidak kurag dari 4 kg/mm², juga tidak terlalu tiggi karea tidak efisie dalam pemakaia baha peolog. Adapu rumusa fugsi obyektif yag diguaka µ SNR = 0 log 0 σ 4.4 Pemiliha Matriks Eksperime Pada ekisperime metode Taguchi ii diguaka 3 faktor kedali dega 3 level yag masig-masig mempuyai derajat kebebasa. Maka derajat kebebasa total ditambah derajat sebesar utuk rata-rata populasi (overall mea) adalah (3x) + = 7. Dari 7 derajat kebebasa total, 3 faktor kedali serta 3 level faktor kedali diperoleh racaga matriks dega 9 baris da 3 kolom seperti terlihat pada Tabel 3. Selajutya masigmasig eksperime dikombiasika lagi dega matriks faktor oise. Adapu matriks faktor oise dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 3. Matriks Eksperime utuk Faktor Kedali Eksperime No. Faktor Kedali A B C Dimaa :,, 3 = Level-level dari faktor kedali 04

4 Rekayasa Mutu Besi Beto dega Metode Taguchi (Didik Wahjudi & Roche Alimi) Tabel 4. Matriks Eksperime utuk Faktor Noise Eksperime No. Faktor Noise A B 3 4 Dimaa :, = Level-level dari faktor oise pajag 0 kali diameterya ditambah 00 mm (utuk keperlua pegaga saat pegujia). Jadi utuk besi beto berdiameter 3 mm maka sampel dipotog dega pajag 30 mm. Adapu hasil pegujia selegkapya dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6. Hasil Eksperime Matriks perecaaa eksperime yag merupaka matriks kombiasi faktor kedali dega faktor oise yag berisi level-level tiap faktor dapat dilihat di Tabel 5. Tabel 5. Matriks Kombiasi Faktor Kedali da Faktor Niose 5. Aalisa Hasil Eksperime 5.. Aalisa dega SNR A. Perhituga SNR (Sigal-to-oise ratio) Perbadiga SNR yag dilakuka utuk jeis karakteristik mutu yield stregth selegkapya dapat dilihat pada Tabel 7. Tabel 7. SNR utuk Yield Stregth 5. Hasil da Aalisa Eksperime 5. Pelaksaaa Eksperime Pada pegujia tarik besi beto berdiameter 3 mm jeis SR 4, setiap eksperime pada lembar matriks ortogoal diambil cuplika sampel sebayak 3 buah secara acak. Satu sampel besi beto aka diuji dipotog dega Eksp. No. A B C m(kg/mm²) s² SNR(kg/mm²) 8,585 0,33 34,073 9,9 0,967 9, ,75 0,06 39, ,9975 0, 36, ,335 0, , ,335 0,548 33, ,6675 0,0748 4, ,505 0, , ,335 0, ,868 05

5 JURNAL TEKNIK MESIN Vol., No., Oktober 000: 0 08 B. Perhituga Efek Tiap Faktor Utuk perhituga efek tiap faktor diguaka rumus : efekfaktor a = SNR0 B. Perhituga Efek Tiap Faktor Tael. Efek Tiap Faktor utuk Mea Tabel 8. Efek Tiap Faktor utuk SNR A B C Level 34,53 37,489 3,8787 Level 35,73 3, ,9396 Level 3 35,953 36,598 38,893 C. Grafik Efek Tiap Faktor Gambar. Efek Tiap Faktor utuk SNR C. Perhituga Aova (Aalysis of Variace) Hasil Aova utuk SNR dapat dilihat pada Tabel 9 berikut ii. Tabel 9. Hasil Perhituga Aova utuk SNR D. Perhituga Aova Gambar. Efek Tiap Faktor Tabel. Hasil Perhituga Aova utuk Mea 5.. Aalisa dega Mea A. Perhituga Mea. Tabel 0. Mea utuk Yield Stregth Dari perhituga Aova baik utuk SNR maupu mea di atas maka dapat dilakuka aalisa sebagai berikut: a. Aalisa Aova utuk SNR Pada tigkat sigifikasi 5 % ada dua faktor yag mempegaruhi yield stregth yaki faktor B da C karea harga F-ratioya lebih besar dari F-tabel (,) (0,05) = 9,00. Sedagka utuk faktor A atau kadar karbo kurag berpegaruh sebab F- ratioya lebih kecil dari F-tabel. b. Aalisa Aova utuk Mea Pada tigkat sigifikasi 5 % terlihat haya faktor A yag berpegaruh yield stregth karea harga F-ratioya lebih besar dari F- tabel (,) (0,05) = 9,00. Sedagka faktor 06

6 Rekayasa Mutu Besi Beto dega Metode Taguchi (Didik Wahjudi & Roche Alimi) B da C kurag berpegaruh karea F- ratioya lebih kecil dari F-tabel. Secara legkap Tabel berikut aka meujukka perbadiga utuk faktorfaktor yag berpegaruh serta faktor-faktor yag tidak berpegaruh baik dilihat dari SNR maupu mea setelah ilai F-ratio masigmasig faktor dibadigka dega F-tabel. B. Aalisa Aova utuk Mea dega Poolig Tabel 5. Hasil Perhituga Aova utuk Mea dega Poolig Tabel 3. Perbadiga Efek Faktor Faktor SNR Mea A N Y B Y N C Y N Keteraga: N = Meujukka faktor tidak berpegaruh. Y = Meujukka faktor berpegaruh. 5.3 Racaga Usula Dari aalisa yag telah dilakuka maka diusulka sebuah racaga usula sebagai berikut: A, B, C3 5.4 Kotribusi Persetase Faktor-Faktor Setelah diketahui faktor-faktor yag mempuyai pegaruh terhadap hasil peelitia, maka perlu dihitug pula besar persetase faktor tersebut memberi pegaruh terhadap hasil eksperime. Namu sebelumya perlu dikumpulka terlebih dahulu faktor-faktor yag tidak mempuyai pegaruh terhadap hasil pada pooled e. Dega megumpulka faktor-faktor yag tidak berpegaruh pada pooled e berarti ilai Sum of square-ya merupaka bagia dari ilai Sum of square error (SE). A. Aalisa Aova utuk SNR dega Poolig Tabel 4. Hasil Perhituga Aova utuk SNR dega Poolig Dari Tabel di atas dapat dilihat bahwa kotribusi varias terbesar ialah faktor C yaki sebesar 50,045 %, selajutya faktor B sebesar 4,6 %. Sedagka pooled error haya memberika kotribusi sebesar 7,344 %. Dari Tabel di atas dapat dilihat bahwa kotribusi varias terbesar ialah faktor A yaki sebesar 74,37%. Sedagka pooled error haya memberika kotribusi sebesar 5,863 %. 5.5 Verifikasi Racaga Usula Setelah racaga komposisi baha yag optimal telah ditetuka maka diketahui pula prediksi respo dari racaga optimal tersebut. Kemudia barulah melakuka eksperime verifikasi utuk dibadigka dega hasil prediksi respo. Jika prediksi da eksperime verifikasi cukup dekat satu sama lai maka dapat disimpulka bahwa racaga cukup memadai. Sebalikya jika hasil eksperime verifikasi berbeda jauh dari hasil prediksi maka dapat dikataka racaga belum memadai. A. Prediksi η (SNR) Racaga yag diusulka ialah Al BI C3, karea faktor A tidak berpegaruh terhadap SNR maka faktor tersebut tidak dimasukka dalam prediksi η (SNR). η prediksi = m + (mb - m) + (mc3 m) = 35,59 + (37,489-35,59) + (38,893-35,59) = 4,05 B. Prediksi Error Peetua varias dari prediksi error sagat bergua utuk megetahui kedekata atara η eksperime verifikasi dega η prediksi. 0 = + B + C3 Dimaa: = jumlah baris dalam matriks eksperime B = jumlah pegulaga level dari faktor B dalam matriks 07

7 JURNAL TEKNIK MESIN Vol., No., Oktober 000: 0 08 C3 = jumlah pegulaga level 3 dari faktor C dalam matriks Sehigga 5 = + + = σ pred = 0 σ e + i r σ Dimaa: = jumlah eksperime verifikasi r Sehigga 5 σ pred =,0695 +,0695 = 0, σpred = 0,865 = 0,98 Dega 95% Cofidece Iterval maka prediksi error sebesar = ± x 0,98 = ±,893. Sedagka hasil eksperime verifikasi utuk racaga Al B l C3 dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6. Hasil Eksperime Racaga Usula Eksp. No. Yield Stregth (kg/mm²) Xbar , , ,333 µ = yi = 4 i = ( 9, , ,333) = 9, 583 (9,333 9,583) + (30 9,3333) + σ = 4 (9,667 9,583) (9,333 9,583) + 9,583 SNR = 0log 0 = 39,335 0,0 = e 0,0 Dari hasil SNR dari eksperime verifikasi sebesar 39,335 mmujukka racaga cukup baik karea cukup dekat dega prediksi SNR sebelumya. 5.6 Perbadiga Kodisi Awal dega Racaga Usula Karakteristik mutu kodisi awal dapat dilihat pada Tabel 7. Tabel 7. Kodisi Awal Eksp. No. Yield Stregth (kg/mm²) Xbar , , ,667 Perbadiga atara kodisi awal dega racaga usula dapat dilihat pada Tabel 8. Tabel 8. Perbadiga atara Kodisi Awal dega Racaga Usula Kodisi Awal Racaga Usula Yield Stregth (kg/mm²) 3, ,0 9,583 +-,67 Dari hasil perbadiga selag kepercayaa di atas maka dapat dilihat bahwa terjadi peurua tigkat respo tigkat yield stregth. Hal ii bisa dikataka cukup baik karea sudah sesuai dega harapa da bila dilihat dari segi efisiesi pemakaia baha maka racaga usula cukup baik dibadigka kodisi awal. Sedagka utuk melihat perbadiga varias atara kodisi awal dega eksperime verifikasi maka perlu dilakuka pegujia statistik utuk uji varias dua populasi. Da didapat bahwa varias hasil eksperime lebih kecil dari kodisi awal. Sehigga dega racaga usula yag telah dibuat mampu meuruka tigkat variasi pada yield stregth besi beto. 6. Kesimpula Dega melihat uji varias atara hasil eksperime racaga dega kodisi awal maka pegguaa metode peracaga Taguchi dapat memiimalka tigkat variasi yield stregth yag terjadi. Dega melihat hasil peelitia racaga usula da perbaika mutu hasil kodisi awal maka komposisi baha yag diusulka ialah A B C3 (kadar Karbo 0, %, kadar Siliko 0,5% da kadar Maga 0,5%). Daftar Pustaka. Bagchi, Tapa, P., Taguchi Methods Explaied: Practical steps to Robust Desig. New Delhi: Pretice-Hall, De Vor, et al. Statistical Quality Desig ad Cotrol: Cotemporary Cocepts ad Methods. New York: Macmila Publishig Compay, Motgomery, D.C., Desig ad Aalysis of Experimets, 4th ed. New York: Joh Wiley & Sos, Phadke, Madhav, S., Quality Egieerig Usig Robust Desig. New Jersey: Pretice- Hall, Taguchi, Geichi, System of Experimetal Desig, Vol., Michiga: America Supplier Istitute,