OPTIMASI PERBEDAAN WARNA DAN KILAP CAT BUBUK MENGGUNAKAN METODE PERMUKAAN RESPON ABSTRAK

Transkripsi

1 Prosdng Semnar Nasonal Manajemen Teknolog XXIV Program Stud MMT-ITS, Surabaya 3 Januar 016 OPTIMASI PERBEDAAN WARNA DAN KILAP CAT BUBUK MENGGUNAKAN METODE PERMUKAAN RESPON Sukram 1), Bobby Oedy P. Soepangkat ) Program Stud Magster Manajemen Teknolog Insttut Teknolog Sepuluh Nopember Surabaya 1) soekram@yahoo.com, ) Bops_1994@me.ts.ac.d ABSTRAK Pengecatan dengan menggunakan cat bubuk merupakan salah satu metode fnshng pada alumnum arstektural yang mensyaratkan jamnan produk selama 10 tahun. Produk pengecatan d PT XYZ memlk dua karakter kualtas yang krts (CTQ) yatu perbedaan warna (ΔE) dan klap cat bubuk. Kedua CTQ tersebut sangat dpengaruh oleh formulas cat bubuk dan proses pematangan. Parameter proses pematangan melput kecepatan konveyor, suhu oven dan pembukaan ductng. Setng parameter yang tdak tepat, akan menghaslkan selsh perbedaan warna (ΔΔE) antara produk hasl pematangan pada oven bagan atas dengan oven bagan bawah. Oleh sebab tu perlu dlakukan peneltan untuk menentukan pengaruh parameter proses terhadap ΔE, ΔΔE dan klap. Peneltan juga bertujuan untuk menentukan setng yang tepat terhadap parameter-parameter proses pematangan agar menghaslkan nla terkecl pada ΔE dan ΔΔE, serta nla klap yang memenuh rentang spesfkas produk. Metode permukaan respon dgunakan dalam peneltan n dan rancangan percobaan dsusun dengan menggunakan Box-Behnken Desgn. Respon-respon doptmas dengan menggunakan fungs desrablty. Peneltan juga menghtung penurunan baya kerugan yang terjad dengan menggunakan persamaan kerugan Taguch. Perhtungan optmas dengan menggunakan fungs desrablty menghaslkan ΔE, ΔΔE dan klap sebesar 0,7, 0,04 dan 77,7. Penurunan baya kerugan yang terjad adalah sebesar Rp ,94/unt atau 59,59%. Hasl proses pematangan yang optmal dcapa pada saat dgunakan setng kecepatan konveyor, suhu oven dan pembukaan ductng, sebesar 9,41 Hz., 193 C dan 74%. Kata kunc: Cat Bubuk, Klap, Pematangan, Perbedaan Warna, Permukaan Respon. PENDAHULUAN Industr alumnum untuk arstektural tumbuh dengan pesat menggantkan fungs kayu. Keunggulan alumnum adalah memlk tngkat kepressan yang bak, penamplan yang artstk, mampu memnmalkan celah dan proses fabrkas yang mudah. Pengecatan dengan menggunakan cat bubuk merupakan metode fnshng yang serng dgunakan (Kumar, 010). Produk pengecatan pada alumnum arstektural mensyaratkan jamnan produk selama sepuluh tahun dalam hal kekuatan dan tamplan produk. PT XYZ merupakan salah satu perusahaan penyeda layanan cat bubuk. Perusahaan menentukan dua karakter kualtas yang krts (Ctrtcal to Qualty/CTQ) pada tamplan lapsan cat bubuk, yatu perbedaan warna (ΔE) dan klap lapsan cat atau basa dsebut klap (gloss). Dua CTQ tersebut dpengaruh oleh materal cat bubuk dan proses pematangan. Salah satu karakter materal cat bubuk adalah warna. Semakn cerah warna cat bubuk semakn senstf terhadap perubahan warna. Warna beg pure whte 01 (PW-01) merupakan jens warna puth yang palng banyak dgunakan d proses produks. Warna PW-01 senstf terhadap panas dan memlk klap sedang, sehngga berpotens terjad perbedaan warna dan penurunan klap pada waktu proses pematangan. ΔE dapat dukur dengan menggunakan colormeter dalam satuan ISBN :

2 Prosdng Semnar Nasonal Manajemen Teknolog XXIV Program Stud MMT-ITS, Surabaya 3 Januar 016 CIE Lab yang memlk nla spesfkas maksmal 0,5. Pengukuran klap menggunakan glossmeter dan memlk spesfkas 77 ± 7 untuk warna PW-01. Proses pematangan d PT XYZ menggunakan oven jens tunnel oven dengan sstem floor ductng dan srkulas gas hasl pembakaran sebaga sstem pemanas. Tunnel oven dengan sstem floor ductng memlk kelemahan dalam hal kerataaan penyebaran panas. Suhu pada bagan bawah oven lebh tngg dbandng suhu pada bagan atas oven, sehngga mengakbatkan terjadnya perbedaan nla ΔE (ΔΔE) dantara kedua bagan tersebut. Beberapa faktor yang berpengaruh pada knerja oven adalah kecepatan konveyor, suhu oven dan pengaturan alran udara pemanas. Proses produks yang menggunakan setng nverter untuk kecepatan konveyor sebesar 9, Hz., suhu oven sebesar 19 C dan pembukaan ductng sebesar 100%, menghaslkan proses dengan jumlah produk cacat untuk ketga CTQ tersebut sebesar 3,58%. 7 Gambar 1. Sketsa tunnel oven dengan menggunakan floor ductng system Berbaga peneltan telah dlakukan untuk mengoptmas ΔE dan klap. Pada tahun 006, Fatem dkk. melakukan optmas klap pada cat untuk marka jalan dengan faktor nput formulas dan pgmen. Optmas ΔE dlakukan oleh Mrabedn dkk. (01) dengan faktor nput formulas. Peneltan-peneltan tersebut menggunakan metode mxture karena terkat dengan faktor nput formulas. Peneltan terbaru yang dlakukan oleh Bazrafshan dkk. (015) menggunakan metode permukaan respon untuk mengoptmas ΔE pada tnta percetakan. METODE PERMUKAAN RESPON Metode permukaan respon (response surface methodology) merupakan metode statstka dan matematka yang efektf untuk mempelajar hubungan antara beberapa faktor dengan respon yang bersfat kuanttatf. Metode n dapat dgunakan untuk tujuan pemetaan respon, optmas respon dan pemlhan konds operas. Menurut Irawan dan Astut (006) serta Montgomery (009) langkah-langkah dalam perancangan percobaan dengan metode permukaan respon adalah pengndentfkasan masalah, penentuan respon, pengdentfkasan faktor dan penentuan level, perancangan percobaan, pelaksanakan percobaan, analss statstk hasl percobaan, serta penaarkan kesmpulan dan pemberan rekomendas. Analss statstk hasl percobaan terdr dar penyusunan model regres, pengujan model dan optmas dengan menggunakan fungs desrablty. Perumusan model menggunakan regres orde dua bersfat lebh fleksbel, sehngga dapat menyelesakan kasus yang tdak dapat dselesakan dengan menggunakan orde satu. (Wu dan Hamada, 000). Persamaan regres orde dua dtamplkan pada persamaan 1. k y 0 x x j x x j ( 1) k 1 6 k 5 4 j 1. Burner. Pompa udara 3. Sensor panas 4. Ductng alran masuk 5. Ductng alran keluar 6. Konveyor 7. Cerobong gas buang ISBN :

3 Prosdng Semnar Nasonal Manajemen Teknolog XXIV Program Stud MMT-ITS, Surabaya 3 Januar 016 y adalah respon atau varabel tdak bebas, β 0 adalah ttk potong kurva (ntersept), β adalah koefsen regres dar x, β adalah koefsen regres dar x, β j adalah koefsen regres dar nteraks antara x dan x j, x adalah varabel bebas ke, ɛ adalah error. Pemodelan yang dhaslkan harus duj dengan menggunakan uj kecukupan model, uj koefsen regres, dan uj asums resdual. Persamaan regres hasl permodelan dgunakan sebaga dasar untuk melakukan optmas dengan menggunakan fungs desrablty. Fungs tujuan dar optmas dengan menggunakan fungs desrablty adalah memaksmalkan nla desrablty (D) yang merupakan fungs dar desrablty ndvdu (d) sepert dtunjukkan oleh persamaan. D = (d ΔE x d ΔΔE x d klap ) 1/3 ( ) Respon ΔE dan ΔΔE bersfat semakn kecl semakn bak sehngga d dhtung dengan persamaan 3. Nla d = 1 jka ŷ < T dan d = 0 jka ŷ > U. d = U yˆ U T T ŷ U (3) Klap bersfat nomnal terbak sehngga perhtungan nla d dlakukan dengan menggunakan persamaan 4. d = d = yˆ L T L U yˆ U T L ŷ T T ŷ U d = 0 ŷ < L atau ŷ > U L adalah batas bawah repon ke, T adalah nla target respon ke, U adalah batas atas respon ke dan ŷ adalah nla taksran respon ke. PERANCANGAN PERCOBAAN Perancangan percobaan dlakukan dengan menggunakan Box-Behnken desgn (BBD ) untuk tga respon yang dpengaruh oleh tga faktor. Respon dalam percobaan n adalah ΔE, ΔΔE dan klap, sedangkan faktor melput kecepatan konveyor, suhu oven dan pembukaan ductng. Masng-masng faktor memlk tga level sepert yang dtamplkan pada Tabel 1. Level dalam BBD adalah 1, 0 dan 1. BBD hanya perlu melakukan pengulangan pada ttk pusat mnmal sebanyak 3 kal untuk menghtung lack of ft. Seluruh ttk percobaan memlk jarak yang sama terhadap ttk pusat, yatu sebesar. Tabel 1 Tabel Penentuan Level Fakor No Parameter Proses Penentuan Level Bawah (-1) Tengah (0) Atas (1) 1 Inverter kecepatan konveyor ( x 1 ) 9,0 Hz. 9,5 Hz. 10 Hz. Suhu oven ( x ) 180 C 190 C 00 C 3 Pembukaan ductng ( x 3 ) 50% 75% 100% Transformas dperlukan untuk mengubah varabel bebas ke dalam level pengkodean faktor yang mengkut persamaan berkut n (Wu dkk., 000). xreal ( xmax xmn) / x ( xmax xmn) / (5) Perancangan percobaan dlakukan dengan menggunakan program Mntab 16 dan menghaslkan 15 kombnas percobaan yang dtamplkan pada Tabel. (4) ISBN :

4 Prosdng Semnar Nasonal Manajemen Teknolog XXIV Program Stud MMT-ITS, Surabaya 3 Januar 016 Tabel Rancangan Percobaan Box-Behnken Std. Run Pengkodean Tanpa Pengkodean Order Order X 1 X X 3 X 1 X X ,5 Hz. 180 C 100% ,5 Hz. 190 C 75% ,5 Hz. 190 C 75% ,5 Hz. 180 C 50% ,5 Hz. 00 C 100% ,5 Hz. 00 C 50% Hz. 00 C 75% Hz. 190 C 100% ,0 Hz. 190 C 50% ,0 Hz. 180 C 75% ,5 Hz. 190 C 75% Hz. 180 C 75% ,0 Hz. 00 C 75% ,0 Hz. 190 C 100% Hz. 190 C 50% HASIL PERCOBAAN Data hasl percobaan berupa ΔE, ΔΔE dan klap untuk produk pengecatan menggunakan cat bubuk PW-01 pada lembaran alumnum dengan ketebalan 1,1 mm dtamplkan pada Tabel 3. ΔE dhtung dengan menggunakan persamaan 6, sedangkan ΔΔE dhtung dengan menggunakan persamaan 7. E ( L) ( a) ( b) ( 6) ΔΔE = ΔE bawah ΔE bawah ( 7) Tabel 3 Data Hasl Percobaan Standard order Run order Kecepatan konveyor Suhu oven Pembukaan ductng ΔE ΔΔE Klap ,5 0,3 83, ,18 0,04 79, ,19 0,04 80, ,40 0,8 8, ,53 0,5 77, ,67 0,7 69, ,53 0,19 76, ,17 0,49 86, ,44 0,37 79, ,47 0,0 81, ,0 0,06 78, , 0,13 87, ,63 0,01 7, ,33 0,13 8, ,4 0,3 79,60 ISBN :

5 Prosdng Semnar Nasonal Manajemen Teknolog XXIV Program Stud MMT-ITS, Surabaya 3 Januar 016 ANALISIS STATISTIK HASIL PERCOBAAN Analss varans (ANAVA) dgunakan untuk menguj koefsen regres secara serentak. Tabel 4 menunjukkan bahwa regres, lner, kudratk dan nteraks berpengaruh sgnfkan pemodelan seluruh respon. Secara umum keseluruhan model berpengaruh sgnfkan secara statstk terhadap respon dan tdak ada lack of ft pada model. Tabel 4 ANAVA Term P untuk ΔE P untuk ΔΔE P untuk klap Regres 0,000 0,000 0,000 Lner 0,000 0,000 0,000 Kuadratk 0,001 0,000 0,009 Interaks 0,07 0,000 0,040 Lack of ft 0,11 0,709 0,687 Semua koefsen determnas R yang dtunjukkan pada Tabel 5 bernla lebh dar 90% sehngga kecukupan model terpenuh. Berdasarkan Tabel 5 dketahu bahwa tdak semua koefsen berpengaruh sgnfkan terhadap model. Tabel 5 Perkraan Nla Koefsen Regres Keterangan ΔE ΔΔE Klap Koefsen Nla P Koefsen Nla P Koefsen Nla P Konstanta 0, ,000 0, , ,000 X 1 0, ,001 0, , ,010 X 0,1688 0,000 0, , ,000 X 3 0,0895 0,000 0, , ,003 X 1 0, ,003 0, , ,039 X 0, ,000 0, , ,036 X 3 0, ,003 0,018 0, X 1 X 0, ,034 0, , X 1 X 3 0, ,044 0, , X X ,04 R 98,7 99,78% 96,14% ( E ( E ( klap PENYUSUNAN MODEL MATEMATIS Berdasarkan hasl pengujan-pengujan yang telah dlakukan, maka dapat dsusun model matemats yang menunjukkan pengaruh kecepatan konveyor ( x 1 ), suhu oven (x ) dan pembukaan ductng (x 3 ) terhadap ΔE y ), ΔΔE y ), serta klap y ) dalam persamaanpersamaan regres berkut n. yˆ E 0,1908 0,06698x1 0,1688x 0,0895x3 0,07580x1 0,19574x 0, 07459x 0,04014x1x 0, 3773x1x3 yˆ E 0, ,077133x1 0,007889x 0,018613x3 0,055078x1 0, 1687x 0,018x3 0,018315x1x 0, 99341x1x3 yˆ klap 79,88 1,845x1 4,983x,479x3 1,807x1 1,936x 1, 533x x3 Plot yang dhaslkan dar pemodelan dtamplkan pada Gambar untuk surface plot pada ΔE dengan kecepatan konveyor konstan. Grafk n berfungs untuk menunjukan pengaruh dua faktor terhadap sebuah respon. Gambar menunjukkan bahwa penngkatan suhu dan pembukaan ductng akan menurunkan ΔE hngga ttk tertentu, kemudan berdampak sebalknya. 3 ( 8 ) ( 9) (10) ISBN :

6 Prosdng Semnar Nasonal Manajemen Teknolog XXIV Program Stud MMT-ITS, Surabaya 3 Januar ΔE P. ductng Suhu o Gambar Surface plot untuk ΔE dengan kecepatan konveyor konstan OPTIMASI RESPON Fungs desrablty dgunakan untuk mengoptmas respon-respon yang bertujuan untuk memnmalkan ΔE dan ΔΔE serta mendekatkan klap pada nla target sebesar 77. Batasan optmas yang dlakukan dengan menggunakan program Mntab16 dtunjukkan pada Tabel 6 berkut n. Tabel 6 Batasan Optmas Respon Menggunakan Fungs Desrablty Respon Tujuan Batas bawah Target Batas atas α ΔE Memnmalkan - 0 0,5 1 1 ΔΔE Memnmalkan - 0 0,5 1 1 Klap Nomnal terbak Optmas dengan menggunakan fungs desrablty menghaslkan nla optmal ΔE sebesar 0,654, ΔΔE sebesar 0,0414 dan nla klap sebesar 77,7190, yang dperoleh pada saat nla D mencapa 0,783. Grafk optmas fungs desrablty dtamplkan pada Gambar 3. Pengaturan parameter proses pematangan yang menghaslkan respon yang optmal adalah kecepatan konveyor sebesar 0,171717, suhu oven sebesar 0, dan pembukaan ductng sebesar 0, Transformas faktor menghaslkan kecepatan konveyor sebesar 9,414 Hz., suhu oven sebesar 193,13 C dan pembukaan ductng sebesar 73,74%. Dengan demkan, untuk menghaslkan produk pengecatan yang memenuh spesskas dar CTQnya, proses pematangan dlakukan dengan kecepatan konveyor sebesar 9,41 Hz., suhu oven sebesar 193 C dan pembukaan ductng sebesar 74%. Hasl optmas menghaslkan proses dengan kecepatan konveyor dan suhu oven yang lebh tngg dbandng proses awal. Proses awal menggunakan setng kecepatan konveyor sebesar 9, Hz., suhu oven sebesar 19 C dan pembukaan ductng sebesar 100%. O p tm a l D H g h C u r L o w C o m p o s te De sra blty X 1 X X [ ] [ ] [ ] Δ E M n m u m y = d = Δ Δ E M n m u m y = d = k la p T a r g : y = d = Gambar. Grafk optmas fungs desrablty Setng hasl optmas selanjutnya dgunakan sebaga setng proses pematangan pada percobaan konfrmas. Hasl percobaan konfrmas dtamplkan pada Tabel 7. Setng hasl optmas menghaslkan proses yang lebh bak yang dtanda dengan penngkatan nla C p dan C pk dbandngkan dengan proses sebelum optmas. Setng hasl optmas menghaslkan rata- ISBN :

7 Prosdng Semnar Nasonal Manajemen Teknolog XXIV Program Stud MMT-ITS, Surabaya 3 Januar 016 rata untuk ΔE, ΔΔE dan klap sebesar 0,66, 0,0569 dan 77,979, dengan devas standar sebesar 0,0491, 0,087 dan 1,404. Tabel 7 Analss Kemampuan Proses Menggunakan Setng Hasl Optmas Item ΔE ΔΔE Klap Perbandngan Awal Optmas Awal Optmas Awal Optmas Mean 0,66 0,557 0,1756 0, , ,979 Devas standar 0,0945 0,0491 0,081 0,087 1,5445 1,5404 C p (kepressan) ,51 1,51 C pl ,39 1,73 C pu 0,8 1,66 1,3 5,15 0,63 1,3 C pk (keakurasan) 0,8 1,66 1,3 5,15 0,63 1,3 % < BSB % > BSA 0,67% 0 0 0,91 0 PENURUNAN BIAYA KERUGIAN Penurunan devas standar dan nla rata-rata yang lebh dekat dengan target menyebabkan terjadnya penurunan baya kerugan. Baya untuk perbakan pada cacat perbedaan warna dan klap adalah sebesar Rp ,00/unt. Baya n dgunakan untuk menghtung nla konstanta ( k) dengan menggunakan persamaan 11. A 0 adalah baya perbakan dan Δ 0 adalah tolerans spesfkas. Δ 0 untuk ΔE dan ΔΔE adalah sebesar 0,5, sehngga dperoleh nla k sebesar Rp ,00/unt. Klap memlk nla Δ 0 sebesar 7, sehngga memlk nla k sebesar Rp ,63/unt. 0 k A (11) 0 Nla k kemudan dgunakan untuk menghtung baya kerugan dengan menggunakan persamaan 1 untuk ΔE dan ΔΔE dan persamaan 13 untuk klap. L k S L Klap k S y Klap y klap m klap Hasl perhtungan baya kerugan ( L) dtamplkan pada Tabel 8. Penurunan baya kerugan yang terjad dengan menggunakan setng hasl optmas adalah Rp ,94/unt atau sebesar 59,59%. Tabel 8 Perhtungan Baya Kerugan Keterangan Awal Hasl optmas Penurunan L ΔE Rp ,78/unt Rp ,9/unt Rp. 1.56,49/unt L ΔΔE Rp..833,69/unt Rp ,04/unt Rp ,65/unt L klap Rp ,17/unt Rp..03,77/unt Rp , 80/unt L total Rp ,63/unt Rp ,60,/unt Rp ,94/unt KESIMPULAN Berdasarkan pemodelan, optmas, perhtungan baya dan pembahasan maka dapat dperoleh kesmpulan sebaga berkut: 1. Pemodelan pengaruh faktor kecepatan konveyor (x 1 ), suhu oven (x ) dan pembukaan ductng (x 3 ) terhadap respon ΔE, ΔΔE dan klap mengkut persamaan orde dua sebaga berkut. (1) (13) ISBN :

8 Prosdng Semnar Nasonal Manajemen Teknolog XXIV Program Stud MMT-ITS, Surabaya 3 Januar 016 ˆ y E yˆ ˆ E y klap 0,1908 0,06698x1 0,1688x 0,0895x3 0,07580x1 0, 19574x 0,07459x3 0,04014x1x 0, 3773x1x3 0, ,077133x1 0,007889x 0,018613x3 0,055078x1 0, 1687x 0,018x3 0,018315x1x 0, 99341x1x3 79,88 1,845x1 4,983x,479x3 1,807x1 1,936x 1, 533x x3. Optmas dengan menggunakan fungs desrablty menghaslkan nla ΔE sebesar 0,7, ΔΔE sebesar 0,04 dan klap sebesar 77,7 yang dlakukan pada setng parameter proses pematangan berkut n: Faktor (parameter proses) [nla kode] [nla mesn] Kecepatan konveyor 0, ,41 Hz. Suhu oven 0, ⁰C Pembukaan ductng 0, % 3. Persentase penurunan baya kerugan adalah sebesar 59,59%. SARAN Untuk memperbak peneltan n, maka dsarankan untuk: 1. Menentukan waktu berhent yang optmal agar menghaslkan CTQ produk yang masuk dalam rentang spesfkas produk.. Mengoptmas respon kekuatan hasl pengecatan dan tamplan secara serentak. DAFTAR PUSTAKA Bazrafshan, Z., Ataeefard, M., Nourmohammadan, F. 015, Modelng The Effect of Pgment and Processng Parameters n Polymerc Composte for Prntng Ink Applcaton Usng The Response Surface Methodology, Progress n Organc Coatng, Vol. 8, hal Fatem, S., Varkan, M.K., Ranjbar, Z., Bastan, S. 006, Optmzaton of Water-Based Road- Markng Pant by Expermental Desgn, Mxture Method, Progress n Organc Coatng, Vol. 55, hal Irawan, N., Astut, S.P. 006, Mengolah Data Statstk dengan Mudah Menggunakan Mntab 14, And, Yogyakarta. Kumar, S.R. 010, Comparaton of Wndows Made wth Dfferent Type of Materal-A Case Study, Internatonal Journal Of Cvl and Structural Engneerng, Vol. 1, hal Mrabedn, S.M., Jamal, S.S., Hahghayegh, M., Sharf, M., Mrabedn, A.S., Nasab, R.H. 01, Applcaton of Mxture Expermental Desgn to Optmze Formulaton and Performance of Thermoplastc Road Markngs, Progress n Organc Coatng, Vol. 75, hal Montgomery, D.C. 009, Desgn and Analyss of Experments, 7 th edton, John Wley & Sons, Inc., New York. Wu, C.F.J., Hamada, M. 000, Experments Plannng, Analyss, and Parameter Desgn Optmzaton, John Wley & Sons, Inc., New York. ISBN :