ANALISA PENAMBAHAN VARIAN CHASSIS FRAME-ASSY FE MITSUBISHI Di PT. GEMALA KEMPA DAYA

Transkripsi

1 ANALISA PENAMBAHAN VARIAN CHASSIS FRAME-ASSY FE MITSUBISHI Di PT. GEMALA KEMPA DAYA Dani Ismail School of Industrial Engineering, Faculty of Engineering, BINUS University, Jl. KH Syahdan No. 9, Palmerah, Jakarta, 11410, Indonesia, , (Dani Ismail, Dosen Pembimbing: Edi Santoso, Ir., M.Sc) Abstract As time goes by, the truck with a larger volume of cargo have more market appeal. KTB seized the opportunity and began doing research and development of light truck with a longer wheelbase. The chassis is part of truck that changed with the addition of the wheelbase modification. The purpose of research in GKD is determined which components on chassis that changes to meet customer requirements and obtained the optimal design of each component with reference to the strength of the chassis structure and minimum initial investment project. By using product design optimization method of Quality Function Deployment (QFD), and House of Quality (HoQ) matrix as analysis tools, the chassis components are the main focus, is the development of side member design, crossmember position, and reinforcement profile. Production process that selected for side member is full stamping, extension area of the side member to consider the segment line dies, can reduce the value of investment should be spend on tooling dies of 54.5%. With increasing length of side member, unbalanced crossmember spacing changed by extending crossmember no.2 to be uniformly distributed load. Final test is an analysis testing the chassis structure of several variations of the design concept, using FEA methods to software MSC Patran and Nastran. FE 74 long chassis with inner length 900mm and thick 4.5mm is the most optimal, which has a value of 233 MPa maximum stress and deflection of 1.23mm, not much different from the initial chassis structure which has a value of 181 MPa maximum stress and maximum deflection of 1.16mm. Keywords Chassis design, whelbase, House of Quality, MSC Patran and Nastran 2012, maximum stress and deflection. PENDAHULUAN Dewasa ini bagi perusahaan-perusahaan industri yang ingin mempertahankan atau mulai membangun posisi sebagai penguasa pasar, tidaklah cukup dalam jangka panjang hanya melakukan rekayasa atau sedikit perubahan dari solusi yang telah ada. Perusahaan-perusahaan ini harus juga mencari, menciptakan, mengembangkan, dan menjadi solusi baru dari kebutuhan pasar dengan inovasi dan varianvarian produk baru. Begitu pula yang terjadi pada persaingan bisnis penjualan kendaraan truk, dimana semakin dituntutnya peluncuran produk baru sebagai bukti bahwa perusahaan tersebut terus melakukan pengembangan untuk meningkatkan performa truk yang dapat memenuhi kebutuhan para pengguna. Untuk kendaraan niaga, saat ini PT. Krama Yudha Tiga Berlian Motors (KTB) telah memiliki total sebelas varian pada jenis truk ringan fuso colt diesel, dan dari seluruh model tersebut dimensi jarak sumbu roda kendaraan adalah 2500mm, 3350mm dan 3380mm. Dengan banyaknya pilihan tersebut ternyata masih terdapat segmen pasar yang belum terpenuhi kebutuhannya dengan produk yang ada saat ini. Adalah perusahaan distributor barang konsumer dan industri kecil, yang menginginkan armada truk yang memiliki volume ruang muat barang yang lebih besar namun tetap memiliki bodi ramping. PT. KTB dengan cepat merespon peluang tersebut dengan melakukan studi pengembangan truk ringan dengan memperpanjang jarak sumbu roda (wheel base) yang nantinya akan menjadi truk dengan kargo terpanjang dikelasnya, dengan nama proyek pengembangan FE 74 long. Beberapa hal teknis yang perlu

2 dipertimbangkan dalam memodifikasi struktur sasis adalah komponen apa saja yang mengalami perubahan bentuk, desain yang optimal pada setiap komponen tersebut, dan kekuatan dari struktur sasis secara keseluruhan setelah modifikasi perpanjangan. Tugas akhir yang dibuat ini akan menjelaskan gagasan yang diajukan kepada pelanggan terkait desain perubahan sasis dalam proyek FE 74 long yang dilakukan di PT. Gemala Kempa Daya. Gambar 1 Ilustrasi penambahan panjang proyek FE74 long Sumber: ktb.co.id Rumusan masalah dari penelitian ini adalah: pertama, mitsubishi mempertimbangkan untuk memproduksi masal truk yang memiliki keunggulan volume kargo yang luas. Kedua adalah sasis adalah bagian dari truk yang sangat terpengaruh dan berubah desain dengan adanya modifikasi penambahan jarak sumbu roda, perubahan apa saja yang dilakukan agar kebutuhan pelanggan terpenuhi. Kemudian batasan masalah digunakan agar pembahasan tidak menyimpang dari akar masalah dan apa yang menjadi tujuan dari penyelesain masalah tersebut, batasan pertama yaitu, penelitian terbatas pada modifikasi perpanjangan struktur sasis FE 74 long, Metode anlisa optimasi perancangan produk yang digunakan adalah metode Quality Function Deployment (QFD) dengan tool yang digunakan yaitu matriks House of Quality (HoQ), output dari HoQ berupa beberapa karakteristik produk dari sasis, yang menjadi sasaran untuk dikembangkan, mengacu pada inputan berupa permintaan dan kebutuhan pelanggan, dan terakhir adalah pengujian desain sasis menggunakan metode finite element method (FEA) dengan software MSC Patran dan Nastran. Tujuan atau sasaran akhir yang hendak dicapai dari dilakukannya studi ini adalah: Dapat ditentukan komponen sasis yang menjadi sasaran utama untuk dikembangkan dan dimodifikasi agar perpanjangan struktur sasis tepat sasaran sesuai keinginan pelanggan, Didapat desain side member yang optimal, dengan penambahan panjang 645mm. Merujuk pada pertimbangan kekuatan dan investasi awal proyek yang minimal, dan Rancangan desain sasis FE74 long dengan wheel base yang lebih panjang memiliki kekuatan yang mendekati atau bahkan sama dengan sasis mitsubishi yang menjadi model dasar pengembangan. METODE PENELITIAN Untuk menjawab masalah tentang desain perubahan komponen apa saja pada sasis, dengan adanya proyek FE74 long yaitu penambahan panjang wheel base dari 3355mm menjadi 4000mm, maka terdapat tahapan yang digunakan dalam penelitian, berikut adalah penjelasan lebih rinci mengenai tahapan diagram alir penelitian ini. Penelitian pendahuluan, pada tahap ini berisi latar belakang dikembangkannya proyek FE 74 long, yaitu kebutuhan dari segmen perusahaan kecil dan perusahaan distributor barang konsumer akan adanya truk dengan ruang muat barang yang lebih besar, selanjutnya adalah perumusan masalah dimana dengan adanya penambahan panjang truk diarea jarak sumbu roda maka komponen dari truk yang sangat berpengaruh dan mangalami banyak perubahan adalah sasis, maka masalah yang timbul adalah bagaimana desain sasis yang optimal dan perubahan komponen pada sasis dengan mempertimbangkan kualitas dan biaya. Tahapan selanjutnya adalah studi literatur, setelah ditentukan masalah dan tujuan akhir dari penelitian, maka langkah selanjutnya adalah mencari metode penyelesaian masalah yang cocok untuk mengolah data sehingga terjawab semua permasalahan. Terdapat dua metode optimasi yang digunakan dalam membantu penyelesaian masalah pada penelitian ini, pertama adalah metode optimasi perancangan produk QFD dan kedua adalah metode FEA yaitu pengujian desain dengan bantuan software MSC Patran dan Nastran. Metode QFD dipilih karena fungsi dari metode ini adalah pemusatan dalam hal pemenuhan kebutuhan pokok dari pelanggan, yaitu kesenjangan antara apa yang diharapkan dan kondisi yang

3 sebenarnya. Inputan utama dari mtode ini adalah suara kebutuhan pelanggan yang kemudian diolah dengan matriks HoQ sehingga didapat sasaran karakteristik dari produk mana yang diprioritaskan untuk dikembangkan, sehingga diharapkan meminimalisir terjadinya masalah seperti tidak tepat sasaran dalam mengembangkan produknya. Kemudian metode kedua adalah FEA, tujuan digunakannya metode ini adalah untuk mengurangi biaya pengujian desain sasis secara eksperimen, yang diganti dengan cara melakukan simulasi 3D data desain sasis menggunakan software MSC Patran dan Nastran. Setelah dilakukan analisa perancangan produk, maka dihasilkan beberapa pilihan alternatif desain sasis yang berbeda. Tahap ketiga yaitu pengumpulan data, Informasi yang diperlukan dalam penelitian diperoleh setelah melakukan proses pengumpulan data. Data yang diperlukan untuk analisa penyelesaian masalah ini adalah: Data suara pelanggan yaitu PT. KTB berupa permintaan dari segi teknis mengenai perpanjangan sasis FE 74 long, termasuk didalamnya data spesifikasi dan tes yang harus dipenuhi untuk menjamin bahwa komponen yang diminta sesuai dengan kebutuhan. Data ini terdapat pada lembar RDDP yang diajukan PT. KTB kepada PT. GKD. Data tigadimensi sasis, semua rancangan pada proyek FE74 long ini masih berupa simulasi gambar 3D yang digambar menggunakan software Solid Works Premium Gambar 2 Gambar 3D sasis dan komponen FE 74 Panjang total frame assy adalah mm, dengan lebar wheel base 3355 mm. Terdapat 7 crossmember, dengan keterangan sebagai berikut: 1. : Side member LH & RH 2. : Sub side member 3. : Crossmember front 4. : Crossmember assy, no.1 5. : Crossmember assy, no.2 6. : Crossmember assy, no.3 7. : Crossmember assy, no.4 8. : Crossmember assy, absorber 9. : Crossmember assy, no : Hanger, spare tire 11. : Crossmember assy, rear Data teknis dari setiap komponen sasis FE 74. Dalam proses pengembangan sasis FE 74 long dibutuhkan data sebagai dasar dan landasan bagi gagasan perubahan desain dan bentuk komponen sasis, data tersebut antara lain adalah: urutan proses produksi setiap komponen sasis, layout tooling berupa dies pembentuk komponen sasis, referensi bentuk desain komponen sasis dan sebagainya. ANALISIS DAN BAHASAN Pengumpulan Data, Tahap awal dalam metode QFD adalah pengisian matriks HoQ (House of Quality). Data yang akan digunakan sebagai bahan untuk analisa adalah berupa data atau informasi yang diperoleh dari penelitian pasar atas kebutuhan dan keinginan pelanggan. Suara konsumen tersebut merupakan inputan dalam HoQ, metode pengambilan data yang biasa digunakan adalah wawancara, namun dalam penelitian ini data kebutuhan pelanggan tertuang secara jelas dalam lembar RDDP. RDDP adalah singkatan dari request for design and development parts. RDDP adalah permintaan secara tertulis pelanggan (carmaker) kepada perusahaan pembuat komponen (suplier) untuk mengembangkan produk sesuai keahliannya. Selanjutnya inputan tersebut dianalisa menggunakan House of Quality,

4 Gambar 3 Matriks HoQ untuk proyek FE 74 long Output dari matriks HoQ ini adalah karakteristik produk mana yang difokuskan untuk dikembangkan sesuai proporsi pada nilai tingkat kepentingan, dari hasil matriks HoQ untuk proyek FE74 long ini terdapat lima karakteristik produk sasis pokok yang menjadi fokus pengembangan sasis FE 74 long, yaitu : proses produksi side member (poin weight/importance 488.5), bentuk side member (411.5), bentuk reinforcement (326.9), posisi crossmember (176.9), dan tegangan dan defleksi maksimum pada struktur sasis (103.8). Proses produksi side member FE74 long, terdapat dua pilihan proses produksi side member FE74 long, dengan penambahan panjang 645mm dari model awal. pertama adalah memanfaatkan side member model terdahulu yang dimodifikasi dengan cara memotong bagian tengan sasis menjadi dua (side member two pieces) dan menambahkan side member extension yang kemudian dilas dengan sasis awal. Dengan metode produksi ini mempunyai keuntungan investasi yang rendah, namun tidak efisien dan kekuatan dari sasis tersebut menurun dengan adanya proses pengelasan pada sasis. Dari penjelasan diatas maka diusulkan untuk memproduksi side member dengan cara full stamping tanpa pemotongan (side member one piece) yang seluruh prosesnya dengan cara pres seperti proses produksi side member model awal, yaitu dengan cara menambah panjang material awal dan memodifikasi dies pres pembentuk side member. Bentuk Side Member, Komponen sasis yang mengalami perubahan signifikan dengan dalam proyek FE74 long adalah side member, ketentuan dari pelanggan adalah memperpanjang wheel base sebanyak 645mm, Wheel base adalah area antara sumbu roda depan pada kendaraan (front axle) sampai sumbu roda belakang (rear axle). Dengan kata lain diberikan kebebasan menentukan digaris mana akan dilakukan perpanjangan 645mm pada side member. Dengan mempertimbangkan proses produksi side member yang dilakukan di PT. GKD, maka dilakukan studi posisi garis perpanjangan yang efisien dengan mempertimbangkan dies sebagai komponen atau tool cetakan pada proses pres side member, dimana investasi untuk tool ini mahal. Terdapat empat dies yang digunakan dalam proses produksi side member FE74 yaitu dies proses 1/3 blank separate, yang berfungsi untuk membelah material menjadi dua bagian

5 yang simetris. Dies proses kedua adalah dies 2/3 trim pierce dimana material hasil potongan blank separate dipotong sisi pinggir dan proses piercing atau pelubangan dengan diameter berbeda dan posisi yang berbeda pula sepanjang side member. Dies proses ketiga adalah dies 3/3 forming yaitu proses pembentukan profil C sepanjang side member, terdapat dua dies forming yaitu kiri dan kanan karena bentuk side member kiri dan kanan yang berupa miror sehingga tidak bisa hanya menggunakan satu dies. Semua proses dilakukan di mesin pres 4000 ton di PT.GKD. Untuk proyek FE 74 long ini, maka dengan ini diusulkan agar garis perpanjangan mengacu pada garis antar segmen dies blank pierce, dengan tujuan menurunkan nilai investasi untuk pembelian tooling berupa dies, karena hanya dibutuhkan dies sebesar 645mm yang diletakkan diantara dies awal, tanpa harus mengganti dies sepanjang 1500mm. Gambar 4 Lay out dies proses2/3 trim pierce FE74 long Dalam perhitungan analisa investasi dapat dilihat bahwa dengan hanya membuat dies diantara segmen tanpa harus mengganti satu segmen dies, maka investasi pembuatan dies dapat turun 54,5%. detail lembar analisa investasi dies dapat dilihat pada halaman lampiran.

6 Tabel 1 Tabel perbandingan investasi dies NO PREVIEW PART NAME DIE PROCESS DIE SIZE (mm) Price ( Draft Estimate ) T L W Dies Blank Separate Segmen Rp 1,005,720,218 1 Side Member RH LH (Replacement Dies) Trim Pierce Segmen3 Forming RH Segmen Rp 786,929, Rp 841,680,689 Forming LH Segmen Rp 841,680,689 Blank Separate Segmen Rp 391,779,459 2 Side Member RH LH (Insert Dies) Trim Pierce Segmen4 Forming RH Segmen Rp 379,585, Rp 405,097,131 Forming LH Segmen Rp 405,097,131 Bentuk Reinforcement, Pada desain yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa side member diperpanjang 645 mm di area extension, dengan perpanjangan tersebut maka jarak crossmember juga semakin melebar, sehingga akan terjadi momen yang besar dan terjadi defleksi jika tidak ditambahkan penguat atau reinforcement. mengutip dari handbook truck chassis design ausie(australian designed), terdapat beberapa parameter atau ketentuan dalam penambahan penguat pada struktur sasis a. jarak penempatan reinforcement b. profil frog-mouth c. Inner atau outer reinforcement Gambar 5 Parameter penambahan reinforcement

7 Dari dasar ketentuan tersebut maka dibuat beberapa alternatif model reinforcement baik inner ataupun outer, yang kemudian dari beberapa alternatif desain tersebut akan diuji dengan software FEA, profil mana yang paling optimal menahan defleksi pada struktur sasis, dan profil tersebut yang akan diajukan sebagai referensi rancangan kepada PT. KTB. Gambar 6 Alternatif desain profil inner & outer Posisi Crossmember, Item perubahan lainnya dengan adanya perpanjangan wheel base adalah posisi crossmember, setelah side member diperpanjang sejauh 645mm, makan crossmember no 4 dan 5 akan ikut mundur (Gambar 4.16), jarak antara crossmember no3 dan 4 yang jauh mengakibatkan distribusi beban yang tidak merata. Gambar 7 Jarak antar crossmember sebelum modifikasi Dengan jarak yang tidak seimbang tersebut yang mengakibatkan defleksi yang tidak merata pada side member disetiap antar crossmember, maka dengan dasar tersebut diusulkan untuk memundurkan posisi crossmember no3 sejauh 325mm. Kemudian dengan mundurnya posisi crossmember no3 tersebut terdapat masalah lain yaitu exhaust pipe (knalpot) yang awalnya menggantung pada crossmember no3 tidak lagi mempunyai pegangan. Maka disarankan kembali untuk membuat komponen lagi berupa bracket exhaust desain sendiri sebagai tumpuan dari exhaust pipe.

8 a. Posisi crossmember no3 setelah modifikasi Lubang untuk exhaust b. Exhaust bracket Gambar 8 Posisi crossmember yang diusulkan Tegangan Dan Deformasi Maksimum Pada Struktur Sasis, Setelah semua rancangan struktur sasis diterjemahkan dalam desain sasis yang diharapkan menjawab kebutuhan pelanggan, dihasilkan beberapa variasi dan alternatif yang akan diuji apakah struktur tersebut kuat dan dibandingkan antara desain satu dengan lainnya dengan acuan kekuatan sasis FE74 awal (tidak jauh berbeda). Software analisis yang digunakan PT. GKD adalah MSC FEA 2012, dimana terdiri dari MSC Patran dan MSC Nastran sebagai solver. Software tersebut dapat menganalisa tegangan atau stress yang terjadi pada suatu struktur yang diberi pembenan. Inputannya adalah gambar 3dimensi stuktur, nilai properti material yang digunakan, dan besar beban yang diberikan. Cara mengetahui kekuatan suatu struktur adalah dengan melihat output dari software MSC Nastran berupa tegangan maksimum yang terjadi pada struktur tersebut jangan sampai melebihi batas yield point dari material yang digunakan. Pada grafik tegangan regangan dapat dilihat bahwa material yang diberi gaya dengan besaran tertentu maka material tersebut akan mengalami peregangan, semakin besar gaya yang dikenakan selama belum mencapai yield stress, maka material akan kembali ke bentuk semula jika gaya dilepaskan. Batas inilah yang digunakan sebagai penentuan kuat tidaknnya suatu struktur, jika tegangan maksimum yang terjadi melebihi nilai yield stress material maka area maksimum tersebut pada keadaan sebenarnya akan patah.

9 Gambar 9 Grafik tegangan regangan Output yang kedua adalah besarnya deformasi struktur ketika mendapat pembebanan, nilai deformasi adalah nilai (perpanjangan) dalam mm. batasan deformasi yang dijinkan adalah tidak melebihi nilai elongation pada properti material yang digunakan. Jika Lo atau panjang awal adalah 4000mm dan nilai deformasi yang terjadi adalah 1,3 mm, maka nilai e adalah 0.03% ( ), dimana masih dibawah batas minimum elongation material yang diijinkan yaitu 34 %. Mengacu pada MMC & MFTBC Standard no MS tentang hot rolled steel sheets and strips for automobile use, MS tentang electric furnace hot rolled steel sheets and strips for automobile use, dan MSW tentang spheroidal graphite iron casting, mechanical properties pada material dari sasis FE74 long didapat: Tabel 2. Standar properties material. Designation Tensile strength (MPa) Yield point (MPa) Elongation (%) (Name) MJSH 440 W 440 or more MJSH 400 W 400 or more SS or more 245 or more - FCD min 320 min 7 Besar Pembenan, Besar GVWR adalah 8250 Kg, dengan safety faktor sebesar 2, maka beban yang akan diterapkan pada simulasi dikalikan dua yaitu sebesar Kg, dan perbandingan GVWR Front dan Rear: (berdasarkan Mitsubishi FUSO Japan). 1. Menentukan GVWR Front standar (cabin) GVWR Fr = GVWR total x 0,3 = x 0.3 = 4950 Kg = 4950 x 9.81 = N = N / Side 2. Menentukan GVWR Rear standar (payload) GVWR Rr = GVWR total x 0,7 = x 0.7 = Kg = x 9.81 = N = N / Side Displacement berfungsi sebagai constraint untuk menentukan bagian frame yang di fix support, pada kasus ini bagian frame yang akan di constraint adalah bracket spring no. 1, 2, 3, dan 4. Kemudian untuk Force berfungsi sebagai penentuan area pembebanan yang terjadi pada frame, pada kasus ini terdapat dua area pembebanan yang terjadi, yaitu pembebanan cabin pada bagian depan frame dan payload pada bagian belakang frame:

10 Constrain area Hanger assy front spring & shackle LH RH Hanger rear spring & shackle LH RH Gambar 10. Kondisi batas constraint area N N N N Gambar 11. Kondisi batas force area SIMPULAN Berdasarkan analisa desain yang telah dijalankan dan simulasi variasi modifikasi desain yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Dengan Metode House of Quality maka didapat komponen sasis yang menjadi fokus utama pengembangan:desain sidemember, posisi penempatan crossmember, dan bentuk profil reinforcement 2. Proses produksi Side member dengan cara full stamping dengan merubah panjang material dari awal proses, dipilih dengan pertimbangan kekuatan dari sasis dan kemanan pengguna. Kemudian modifikasi perpanjangan side member dengan mempertimbangkan garis perpanjangan mengacu pada garis antar segmen dies, dapat menurunkan nilai investasi yang harus dikeluarkan untuk tooling berupa dies sebesar 54,5%. 3. Dari beberapa variasi konsep rancangan sasis, sasis FE 74 long dengan inner panjang 900mm dan tebal 4,5mm adalah paling optimal, yaitu mempunyai nilai stress maksimum 233 MPa dan defleksi 1,23 mm. Tidak jauh berbeda dengan struktur sasis awal yang mempunyai nilai stress maksimum 181 MPa dan defleksi maksimum 1,16 mm. REFERENSI Abidin, Z. (2013) Program pelatihan Finite Element Method. Bandung: Laboratorium Dinamika KKP- Ilmu Rekayasa ITB Dudung, Drs. MPd. (2012). Merancang produk. (cetakan pertama). Bandung: PT Remaja Rosdakarya Ottosson, S. (2004) Dynamic Product Development (DPD). Linkoping University, Sweden, 11 Sinulingga. (2008) Pengantar Teknik Industri. Yogyakarta: Graha Ilmu Marsot, J. (2005) QFD: a methodological tool for integration of ergonomics at the design stage. French National Research and Safety Institute (INRS), 11 Wakeham (2009) Introduction to Chassis Design. University of Newfoundland and Labrador, 113(2), RIWAYAT PENULIS Dani Ismail, lahir di kota Kebumen 24 Juli Penulis menamatkan pendidikan S1 di Universitas Bina Nusantara jurusan Teknik Industri pada tahun 2013.Saat ini bekerja sebagai engineer di PT. Gemala Kempa Daya.

11 NO Simulasi FEA Sasis FE74 long FRAME ASSY MODEL MAXIMUM VON MISSES STRESS MAXIMUM DEFLECTION REMARKS A FRAME ASSY CONDITION Safet y fact or : 1. Frame Assy FE 74 Current MPa 1,16 mm 2. Frame assy FE 74 long KTB request Safety factor : MPa 1.32 mm 3. Frame assy FE 74 long GKD design (Outer MJSH 400 L: 750mm, t : 3.2mm)) Safety factor : MPa 1.33 mm

12 7. Frame assy FE 74 long GKD design (Inner MJSH 400 L: 650mm, t : 4.5mm) Safety factor : MPa 1.31 mm 8. Frame assy FE 74 long GKD design (Outer L: 750mm, t : 4.5mm) Safety factor : MPa 1.32 mm 9. Frame assy FE 74 long GKD design (Inner L: 900mm, t : 4.5mm) Safet y fact or : MPa 1.23 mm 10. Frame assy FE 74 long GKD design (Outer different profile L: 950mm, t : 3.2mm) Safety factor : MPa 1.26 mm