Optimasi Proses Spinning Terhadap Kekuatan Tarik Benang Dengan Metode Taguchi

Transkripsi

1 Optimasi Proses Spinning Terhadap Kekuatan Tarik Benang Dengan Metode Taguchi Giyanto, Supardi Sigit Dosen Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Industri Universitas Islam Syekh Yusuf Tangerang Abstrak Kekuatan tarik benang erat sekali hubungannya dengan proses pembuatan kain. Benang yang kurang kuat akan mudah putus sehingga akan mempengaruhi efisiensi produksi.untuk itulah perlu optimasi proses spinning terhadap peningkatan kekuatan tarik benang. Penelitian dilakukan di mesin ring spinning dengan menggunakan metode Taguchi. Faktor-faktor yang diteliti meliputi beban front top roller(10 kg, 12 kg, 14 kg), diameter front top roller (27,5 mm, 28,0 mm, 28,5 mm), Roller gauge (44 x 58 mm, 44 x 60 mm, 44 x 62 mm), dan tensor gauge(5,6 mm, 6,0 mm, 6,4 mm). Analisa data yang dipakai untuk menganalisa adalah rasio S/N. Karena kekuatan tarik benang yang diharapkan setinggi mungkin, maka rasio S/N yang dipakai adalah semakin besar semakin baik. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa semua faktor memberikan pengaruh yang signifikan. Dengan memakai setting optimal yaitu beban front top roller 10 kg, diameter front top roller 28,5 mm, roller gauge 44 x 62 mm dan tensor gauge 6,4 mm kekuatan tarik benang meningkat 3,095 % dibanding eksperimen dengan memakai setting awal. Hasil uji verifikasi mengkonfirmasi peningkatan kekuatan tersebut. Kata kunci: kekuatan benang, metode Taguchi, proses spinning Abstract Tensile strength of yarn to be intimately linked with the process of cloth. Threads that are less powerfull easily break so it will affect the efficiency of production. For process optimazation it is necessary to increase the tensile strength of spinning yarn. The study was conducted at the ring spinning machine by using Taguchi methode. Factors examined include : the front top roller load (10 kg, 12 kg, 14 kg), the front top roller diameter (27,5 mm, 28,0 mm, 28,5 mm), roller gauge (44 x 58 mm, 44 x 60 mm, 44 x 62 mm), tensor gauge (5,6 mm, 6,0 mm, 6,4 mm). Analysis of the data used to analyze is the S/N ratio. Because the yarn tensile strength as high as might br expected, then the ratio S/N criterion used is the larger the better. The experimental result showed that all factor had a significant infuence. Using optimal setting are : front top roller load 10 kg, a diameter of 28,5 mm front top roller, roller gauge 44 x 62 mm, and 6,4 mm tensor gauge yarn tensile strength increased 3,095 % compared with experiments using the initial setting. Verification test result confirm the increase in tensile strength. Key words : Tensile strength, Taguchi methode, spinning process 4

2 1. PENDAHULUAN Kualitas benang khususnya kekuatan tarik (tenacity) merupakan salah satu jaminan yang harus dipenuhi oleh perusahaan kepada pelanggannya. Oleh karena itu diperlukan perbaikan-perbaikan dan peningkatan kualitas secara terus menerus. Kondisi diatas berlaku juga pada pabrik pemintalan benang selalu berusaha untuk melakukan perbaikan dan peningkatan kualitas. Jenis benang yang ingin diperbaiki kualitasnya adalah benang kapas 100 % dengan nomer tex 30. Standar tenacity benang adalah 17,5 g/tex, sedangkan yang terjadi selama ini adalah 16,9 g/tex. Kekuatan tarik benang erat sekali hubungannya dengan proses berikutnya yaitu proses pembuatan kain. Benang yang kurang kuat akan mudah putus sehingga berakibat pada turunnya efisiensi produksi. Faktor - faktor yang dapat mempengaruhi kekuatan tarik benang ada beberapa hal (wibowo moerdoko 1973) antara lain : 1) Mengganti bahan baku dengan strengthnya tinggi 2) Menambah jumlah antihan benang 3) Memperbaiki kerataan benangnya. Dari 3 hal tersebut yang ingin diperbaiki adalah kerataan benangnya. Karena benang yang tidak rata banyak tempat tebal dan tipis pada benang dan pada tempat yang tipis tersebut benang akan mudah putus. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan kombinasi dari tiap level faktor pada tiap variabel proses yang dapat memaksimalkan kekuatan tarik benang. Variabel bebas yang diteliti meliputi : 1) Beban front top roller (10 kg, 12 kg, 14 kg) 2) Diameter front top roller (27,5 mm, 28,0 mm, 28,5 mm) 3) Roller gauge (44x58 mm, 44x60 mm, 44x62mm) 4) Tensor gauge (5,6 mm, 6,0 mm, 6,4 mm) Variabel terikat yang diuji adalah kekuatan tarik benang (tenacity). 2. METODOLOGI PENELITIAN Dalam penelitian ini metode Taguchi dipakai dalam merancang eksperimennya. Alasan pemilihan metode ini adalah efisiensinya. Dengan kata lain, metode Taguchi membutuhkan jumlah percobaan yang lebih sedikit dibandingkan rancangan eksperimen yang klasik. Secara skematis metodologi penelitian bisa dilihat pada gambar 1. Studi Pustaka Studi Pendahuluan Definisi karakteristik kualitas Penentuan faktor-faktor yang berpengaruh Pemilihan faktor terkendali & tidak Penentuan level faktor terkendali Pemilihan orthogonal array Pelaksanaan eksperimen Analisa hasil eksperimen dan Penentuan kombinasi Respon teknis Gambar 1. Flowchart Metodologi Penelitian 5

3 Dari hasil studi pendahuluan dan ditunjang oleh daftar pustaka serta hasil brainstorming dengan para karyawan dapat diidentifikasi faktorfaktor yang dapat mempengaruhi kekuatan tarik benang. Adapun faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kekuatan tarik benang dapat dilihat pada gambar 2 berikut : Gambar 2. Diagram sebab akibat yang mempengaruhi kekuatan tarik benang Dari analisa diagram sebab akibat serta pertimbangan dari pihak perusahaan dapat diambil beberapa variabel, yaitu: 1) Variabel respon, yaitu: kekuatan benang, yang didapatkan dari hasil uji tarik benang. 2) Variabel bebas/faktor, terdiri dari: Metode Material mixing Strength rendah Tidak ada standar Banyak Serat pendek Mesin manusia Malas Tidak terawat Kurang terampil pendidikan Setting tidak tepat Faktor A adalah beban front top roller, yaitu a1=10 kg, a2=12 kg, dan a3=14 kg. Kekuatan tarik Faktor B adalah diameter front top roller, yaitu b1= 27.5 mm, b2= 28.0 mm, b3= 28.5 mm. Faktor C adalah roller gauge, yaitu c1= 44 x 58 mm, c2= 44 x 60 mm, c3=44 x 62 mm. Faktor D adalah tensor gauge, yaitu d1= 5.6 mm, d2=6.0 mm, d3=6.4 mm. Matriks Orthogonal Matriks orthogonal merupakan matriks eksperimen dimana setiap kolom menggambarkan level-level faktor atau kondisi yang dapat diubah pada setiap eksperimen dilakukan. Sedangkan setiap baris menggambarkan level faktor yang sudah ditetapkan dalam eksperimen. Matrik disebut orthogonal karena antar faktor-faktor kendali tidak terjadi interaksi, dan efek dari faktor yang satu dapat dipisahkan dengan efek faktor yang lain, sehingga jumlah eksperimen yang dilakukan dapat direduksi. Adapun penulisan matriks orthogonal adalah sebagai berikut : di mana : L a (b c ) L = rancangan bujur sangkar latin a = jumlah baris, mengindikasikan jumlah percobaan dibutuhkan b = jumlah level yang dipakai c = jumlah kolom, menunjukkan jumlah faktor yang dipakai. Penentuan matriks orthogonal yang dipakai bergantung pada derajat bebas, banyak faktor kendali, serta level faktor kendali. V f =(banyaknya faktor) x (banyaknya level -1) V OA =(banyaknya faktor) x (banyaknya level -1) dimana : V f =Total derajat bebas seluruh faktor dan level 6

4 V OA =Total derajat bebas dari matrik orthogonal. Sehingga pemilihan matriks orthogonal V OA V f Matrik ortogonal untuk 3 level mempunyai pilihan sebagai berikut : L 9 (3 4 ), L 27 (3 13 ),L 81 (3 40 ). Dalam eksperimen ini terdapat 4 faktor dengan rancangan 3 level, maka jumlah derajat kebebasan adalah : Derajat bebas untuk faktor dan level ( V f ) sebagai berikut : V f = 4 (3 1) = 8 Derajat bebas untuk matrik ortogonal (V OA ) untuk L 9 (3 4 ) : V OA = 4 (3-1) = 8 Karena derajat bebas V f sama dengan derajat bebas V OA untuk L 9 (3 4 ), maka matrik ortogonal yang dipakai adalah L 9 (3 4 ). Nomor Percobaa n Tabel 1. Matrik Ortogonal L 9 (3 4 ) Fakto Fakto Fakto Fakto r A r B r C r D Dalam metode Taguchi ini dipakai signalto-noise ratio (SNR) untuk mengevaluasi kualitas dari suatu produk. SNR mengukur tingkat kinerja dibandingkan efek dari faktor noise. Selain itu, SNR juga mengindikasikan stabilitas kinerja dari karakteristik output terhadap gangguan faktor noise. Karena kekuatan benang diharapkan setinggi mungkin, maka SNR yang dipilih adalah larger the better, yang diwakili oleh rumus: 10log 3. HASIL PENELITIAN 10 1 n 1 2 n i 1 yi 3.1. Pengolahan Data Data yang diperoleh dari hasil pengujian kekuatan tarik benang pada lampiran 1 sampai lampiran 9, kemudian untuk mengetahui apakah ada pengaruh perbedaan antara kombinasi perlakuan terhadap kekuatan tarik benang akan dianalisa terhadap efek mean dan efek rasio S/N yang pembahasannya sebagai berikut : Perhitungan Terhadap Efek Mean Tabel 2. Perhitungan terhadap efek mean Trial Ulangan Mean No ,26 17,18 17,22 17, ,32 17,34 17,33 17, ,55 17,58 17,63 17, ,36 17,34 17,37 17, ,38 17,35 17,36 17, ,34 17,36 17,35 17, ,18 17,22 17,23 17, ,24 17,27 17,25 17, ,30 17,28 17,31 17,297 Total 155,93 155,92 156,05 17,330 Perhitungan Efek mean 17,22 17,33 17,587 A Level ,379 Efek untuk faktor A = rata-rata respon terbesar rata-rata respon terkecil = 17,379 17,253 = 0,126 Dari efek tiap-tiap faktor pada Tabel 3 dapat dilihat urut-urutan pengaruh tiap-tiap faktor mulai yang terbesar sampai yang terkecil. Karena jenis karakteristik kualitas kekuatan benang adalah larger the better, maka dipilih faktor yang 7

5 menghasilkan respon terbesar sebagai rancangan usulan. Tabel 4. Efek Untuk Mean Efek = rata-rata respon terbesar- rata-rata respon terkecil Perhitungan terhadap rasio S/N Perhitungan ini dilakukan dengan karateristik large the better. Perhitungan rasio S/N untuk seluruh percobaan dapat dilihat pada tabel 6. Tabel 3. Perhitungan terhadap efek rasio S/N Trial Ulangan Rasio No S/N 1 17,26 17,18 17,22 24, ,32 17,34 17,33 24, ,55 17,58 17,63 24, ,36 17,34 17,37 24, ,38 17,35 17,36 24, ,34 17,36 17,35 24, ,18 17,22 17,23 24, ,24 17,27 17,25 24, ,30 17,28 17,31 24,759 Selanjutnya juga dihitung efek untuk SNR yang hasilnya ditunjukkan pada Tabel 5. Contoh perhitungan untuk Tabel 5 adalah sebagai berikut: 24,72124,77624,904 A Level ,00 Efek untuk faktor A = rata-rata respon terbesar rata-rata respon terkecil = 24,800 24,737 = 0,063 Tabel 4. Efek Untuk SNR A B C D Level 1 24, , , ,75 8 Level 2 24, , , ,75 9 Level 3 24, , , ,81 0 Efek 0,063 0,074 0,056 0,052 Rangkin g Optimu m A1 B3 C3 D3 Dari efek tiap faktor terhadap SNR didapat urutan dari yang efeknya terbesar sampai terkecil adalah faktor B, A, C, dan D. Bila informasi yang diperoleh dari Tabel 4 digabungkan dengan hasil dari Tabel 5, maka akan didapat rancangan usulan yang sama, yaitu B3, A1, C3, dan D3. Selain analisa efek mean dan SNR, hasil eksperimen juga dianalisa dengan analisa varian (ANOVA). Co ntoh perhitungan adalah sebagai berikut: Sum of square due to mean (SS m ) SS m ny *17, ,534 di mana n = jumlah seluruh percobaan y = rata-rata seluruh percobaan Sum of square (SS) n xixi SSm SS 2 SS A = (9*17,379 2 )+ (17,253 2 )+ (9*17,357 2 )- 8108,534 = 0, Total sum of square (SS T ) SS T = Σy 2 - SS m SS T = 8108, ,534 = 0, Sum of square due to error (SS e ) SS e = SS T ΣSS = 0, (0, , , ,056719) = 0, A B C D Level 1 17,379 17,262 17,274 17,293 Level 2 17,357 17,316 17,328 17,297 Level 3 17,253 17,411 17,387 17,399 Efek 0,126 0,149 0,113 0,106 Rangking Optimum A1 B3 C3 D3 8

6 Mean square MS = SS / df MS A = SS A / df = 0, / 2 = 0, MS e = SS e / df = 0, / 18 = 0, Setelah rancangan optimal didapat, maka harus diketahui pula prediksi respon dari rancangan optimal tersebut. Setelah itu eksperimen verifikasi dapat dilakukan untuk dibandingkan dangan hasil prediksi. Jika prediksi respon eksperimen verifikasi cukup dekat satu sama lain, maka dapat disimpulkan bahwa rancangan sudah cukup memadai dan sebaliknya. F-ratio F-ratio = MS / MS e F-ratio(A) = MS A / MS e = 0, / 0, = 71,770 Pure sum of square (SS ) SS = SS (df * MS e ) SS A = SS A (df * MS e ) = 0, (2 * 0,000563) = 0, Pure sum of square due to error (SS e ) SS e = SS T ΣSS = 0, ( , , ,055593) = 0, Persen kontribusi (ρ) ρ = (SS / SS T ) * 100% ρ A = (SS A / SS T ) * 100% = (0, / 0,314896) * 100% = 25,30% Hasil perhitungan selengkapnya untuk analisa varian ditunjukkan pada Tabel 6. Tabel 6. Hasil Analisa Varian Source SS v MS F SS ρ% A 0, , ,770 0, ,30 B 0, , ,974 0, ,17 C 0, , ,375 0, ,65 D 0, , ,559 0, ,22 Error 0, , , ,65 SS T 0, , , Mean 8108,534 1 Dari tabel ANOVA di atas tampak bahwa semua faktor yang dipilih memang memberikan pengaruh yang signifikan pada kekuatan benang. 4. UJI VERIFIKASI Untuk rancangan usulan (A1, B3, C3, dan D3), besar prediksi rata-rata proses adalah sebesar: prediksi A1 B13 C13 D13 3y = 17,379+17,411+17,399+17,387 (3*17,330) = 17,586 Selanjutnya besar rata-rata proses hasil prediksi ini akan dibandingkan dengan kondisi hasil eksperimen yang memakai setting awal, seperti yang tercantum pada Tabel 7. Adapun uji hipotesa yang dilakukan adalah sebagai berikut: H o : μ = μ 0 H 1 : μ μ 0 di mana μ adalah rata-rata dengan setting awal, dan μ 0 adalah rata-rata hasil prediksi. H o akan ditolak apabila t 0 < -t α,ν. x 0 t0 s / n 16,907 17,586 0, / 20 t 0 = -8, Nilai t 0 lebih kecil daripada nilai -t α,ν, yang besarnya -2,920 (untuk α = 5%). Jadi, dapat disimpulkan ada cukup bukti untuk menolak bahwa μ = μ 0. Dengan kata lain, hasil prediksi lebih baik dari hasil eksperimen yang memakai setting awal perusahaan. Selanjutnya, eksperimen verifikasi dilakukan karena hasil prediksi memang menunjukkan adanya perbaikan. Hasil dari eksperimen verifikasi dengan setting yang optimal juga disajikan pada Tabel 7. 9

7 Uji hipotesa untuk membandingkan hasil prediksi dengan hasil eksperimen memakai setting optimal adalah sebagai berikut: H o : μ = μ 0 H 1 : μ μ 0 di mana μ adalah rata-rata hasil eksperimen memakai setting optimal, dan μ 0 adalah rata-rata hasil prediksi. H o akan ditolak apabila t 0 > t α/2,ν. t 0 x 0 s / n t 0 = 0, , ,586 0, / 20 Harga t α/2,ν adalah sebesar 4,303 untuk α = 5%. Jadi, dapat disimpulkan tidak ada perbedaan antara hasil prediksi dengan rata-rata hasil eksperimen memakai setting optimal. Atau, dengan kata lain hasil eksperimen memakai setting optimal menunjukkan apa yang diprediksikan memang tercapai Pembahasan Penelitian tentang optimasi proses spinning untuk meningkatkan kekuatan tarik benang dengan menggunakan metode Taguchi akhirnya diperoleh keputusan sebagai berikut : Terhadap Nilai Rata rata Rangking faktor berdasarkan besar pengaruhnya terhadap kekuatan tarik benang kapas 100 % dengan nomor benang Tex 30 adalah sebagai berikut : Tabel 7. Respon efek faktor utama Faktor Level A B C D Level 1 17,379 17,262 17,274 17,293 Level 2 17,357 17,316 17,328 17,297 Level 3 17,253 17,411 17,387 17,399 Efek 0,126 0,149 0,113 0,106 Rangking Optimum A1 B3 C3 D3 Berdasarkan target larger the better, maka level yang dipilih untuk setting optimum adalah A1, B3, C3 dan D3. Dari hasil ANOVA diketahui bahwa semua faktor berpengaruh secara nyata terhadap rata-rata karakteristik kekuatan tarik benang Terhadap Faktor A (beban front top roller) Faktor A (beban front top roller) berpengaruh secara nyata terhadap rata-rata kekuatan tarik benang. Hubungan setting beban front top roller dengan kekuatan tarik benang seperti pada gambar 3. sebagai berikut : 17.4 Kekuatan tarik (g/tex) Beban front top roller (Kg) Gambar 3. Grafik hubungan antara beban front top roller dengan kekuatan tarik benang Dari grafik terlihat bahwa beban front top roller semakin besar sampai batas level penelitian (10 kg sampai 14 kg) nilai kekuatan tarik benangnya makin menurun. Beban front top roller 10 kg menghasilkan nilai kekuatan tarik benang yang paling optimum. Hal ini membuktikan bahwa dengan beban 10 kg kerataan benang semakin baik sehingga kekuatan benangnya meningkat, sedangkan untuk pembebanan yang lebih besar kekuatan benangnya menurun karena serat terbebani semakin berat sehingga banyak serat putus dan ketidakrataan benangnya meningkat Faktor B (diameter front top roller) 10

8 Faktor B (diameter front top roller) berpengaruh secara nyata terhadap rata-rata kekuatan tarik benang. Hubungan setting diameter front top roller dengan kekuatan tarik benang seperti pada gambar 4. sebagai berikut : Kekuatan tarik (g/tex) Gambar 4. Grafik hubungan diameter front top roller teehadap kekuatan tarik benang Dari grafik terlihat bahwa diameter front top roller semakin besar kekuatan tarik benangnya semakin meningkat. Hal ini disebabkan pada diameter front top roller semakin besar penjepitan seratnya semakin sempurna, karena titik singgungnya makin lebar. Sehingga kerataan benangnya menjadi baik dan kekuatan benangnya meningkat Faktor C (roller gauge) Faktor C ( roller gauge) berpengaruh secara nyata terhadap rata-rata kekuatan tarik benang. Hubungan setting roller gauge dengan kekuatan tarik benang seperti pada gambar 5. sebagai berikut : Diameter front top roller (mm) 17.4 Kekuatan tarik (g/tex) x x x 62 Roller gauge (mm) Dari grafik terlihat bahwa jarak antar rol peregang (roller gauge) level c3 yaitu 44 x 62 mm kekuatan tarik benangnya makin tinggi, roller gauge semakin sempit menyebabkan kerataan benannya kurang baik. Hal ini disebabkan pada roller gauge semakin sempit ujung serat yang satu sudah ditarik oleh rol peregang depan sedangkan ujung serat lainnya masih dijepit oleh rol peregang belakang. Akibatnya serat banyak putus, kerataan benangnya kurang baik sehingga kekuatan benangnya menurun Faktor D (tensor gauge) Faktor D ( tensor gauge) berpengaruh secara nyata terhadap rata-rata kekuatan tarik benang. Hubungan setting tensor gauge dengan kekuatan tarik benang seperti pada gambar 6. sebagai berikut : 11

9 Kekuatan tarik (g/tex) Tensor gauge (mm) 5. DAFTAR PUSTAKA 1. Bagchi, Tapan P., Taguchi Method Explained: Practical Steps to Robust Design, New Delhi: Prentice Hall, Moerdoko Wibowo, Evaluasi Tekstil Bagian Fisika: ITT Bandung 3. Pawitro dkk., Teknologi Pemintalan Bagian Kedua: ITT Bandung 4. SNI , Cara uji kekuatan tarik benang kapas : Badan Standarisasi nasional. Dari grafik terlihat bahwa jarak apron atas dan apron bawah ( tensor gauge) level d3 yaitu 6,4 mm kekuatan tarik benangnya makin tinggi, tensor gauge semakin sempit menyebabkan kerataan benannya kurang baik. Hal ini disebabkan pada tensor gauge semakin sempit ujung jalannya serat tidak sempurna karena terjepit oleh apron atas dan apron bawah. Akibatnya serat banyak yang mengambang ( floating fibre), kerataan benangnya kurang baik sehingga kekuatan benangnya menurun. 4. KESIMPULAN Beberapa kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah: Setting optimal yang dapat meningkatkan kekuatan benang adalah: Beban front top roller 10 kg Diameter front top roller 28,5 mm Roller gauge 44 x 62 mm Tensor gauge 6,4 mm Dengan setting optimal kekuatan tarik benang meningkat 3,905 % dibandingkan dengan eksperimen memakai setting awal. 5. Sugiarto N. & Shigeru Watanabe Teknologi Tekstil: Penerbit Pradnya Paramita, Jakarta. 6. Salura, Teori draft dan ketidakrataan benang : ITT Bandung 7. Soejanto Irwan, Desain eksperimen dengan metode Taguchi : Penerbit Graha Ilmu, Jakarta. 8. Wahyudi Didik, Studi kasus optimasi proses sizing benang di PT.XYZ : Jurnal ilmiah Universitas kristen petra, Surabaya 9. W-Klien, A Pratical guide to ring spinning,short staple fiber series : Volume Zinser, Hand Manual Book For Ring Frame Machine: Zinser Germany 11. Belavendram, Nicolo, Quality by Design: Taguchi Techniques for Industrial experimentation, London: Prentice Hall International, Montgomery C., Douglas, Design and Analysis of Experiments, 4th edition, New York: John Wiley and Sons, Locher, Robert H. & Mator, Joseph E., Designing for Quality: An Introduction to the Best of Taguchi s & Western Methods of 12

10 Statistical Experiments Design, New York: Quality Resources, Phadke, Madhav S., Quality Engineering Using Robust Design, New Jersey: Prentice Hall,