PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET 2015

Transkripsi

1 OPTIMASI MULTIRESPON MENGGUNAKAN METODE TAGUCHI, PCR-TOPSIS DAN ALGORITMA GENETIKA (STUDI KASUS: OPTIMASI KEKUATAN TARIK DIAMETRAL DAN DENSITAS RELATIF BIOKOMPOSIT PMMA-ZIRCONIA) Skripsi Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik RYAN DWI YULIASTOMO I PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET 2015 i

2 ii

3 SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH Saya mahasiswa Program Studi Teknik Industri Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Ryan Dwi Yuliastomo NIM : I Judul Tugas Akhir : Optimasi Multirespon Menggunakan Metode Taguchi, PCR-TOPSIS, dan Algoritma Genetika (Studi Kasus: Optimasi Kekuatan Tarik Diametral dan Densitas Relatif Biokomposit PMMA-Zirconia) Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir atau Skripsi yang saya susun tidak mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti Tugas Akhir yang saya susun tersebut merupakan hasil plagiat dari karya orang lain maka Tugas Akhir yang saya susun tersebut dinyatakan batal dan gelar sarjana yang saya peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau dicabut. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya dan apabila di kemudian hari terbukti melakukan kebohongan maka saya sanggup menanggung konsekuensinya. Surakarta, 12 Agustus 2015 Ryan Dwi Yuliastomo I iii

4 SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH Saya mahasiswa Program Studi Teknik Industri Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Ryan Dwi Yuliastomo NIM : I Judul Tugas Akhir : Optimasi Multirespon Menggunakan Metode Taguchi, PCR-TOPSIS, dan Algoritma Genetika (Studi Kasus: Optimasi Kekuatan Tarik Diametral dan Densitas Relatif Biokomposit PMMA-Zirconia) Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir atau Skripsi yang saya susun sebagai syarat lulus Sarjana S1 disusun secara bersama-sama dengan Pembimbing I dan Pembimbing II. Bersamaan dengan syarat pernyataan ini bahwa hasil penelitian dari Tugas Akhir atau Skripsi yang saya susun bersedia digunakan untuk publikasi dari proceeding, jurnal, atau media penerbit lainnya baik di tingkat nasional maupun internasional sebagaimana mestinya yang merupakan bagian dari publikasi karya ilmiah. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Surakarta, 12 Agustus 2015 Ryan Dwi Yuliastomo I iv

5 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyusun dan menyelesaikan laporan skripsi ini. Pada kesempatan kali ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih dengan setulus-tulusnya kepada: 1. Papa, Mama, dan Mbak Ika selaku keluarga yang penulis cintai, terima kasih telah memberikan kasih sayang, motivasi, doa, dan segalanya melebihi apapun. 2. Keluarga besar Teknik Industri Universitas Sebelas Maret khususnya teman-teman TI Keluarga besar Laboratorium Optimasi dan Perancangan Sistem Informasi. 4. Teman-teman kos dan kontrakan yang telah menemani penulis di Kota perantauan ini: Pandu, Faiz, Hadid, Abdul, Hisyam, Mul. 5. Industrial Engineering Gamers yang selalu menghibur penulis: Singgih, Oka, Erei, Haritsah, Dhika, Ferry, Hamid, Ajon. 6. Seseorang yang baru saja datang dan memberikan motivasi serta bantuan dalam penyelesaian skripsi penulis. 7. Dr. Eko Pujiyanto, S.Si., yang selalu percaya dengan kemampuan penulis untuk dapat menyelesaikan skripsi dengan sebaik-baiknya. 8. Bapak Dr. Wahyudi Sutopo, S.T., M.Si., selaku Kepala Program Studi Teknik Industri Universitas Sebelas Maret. 9. Bapak Ilham Priadythama, S.T., M.T., yang telah memberikan bimbingan dan motivasi selama studi. 10. Dr. Eko Pujiyanto, S.Si., M.T., dan Ibu Retno Wulan Damayanti, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, arahan, dan solusi dalam menyusun skripsi. 11. Dr. Cucuk Nur Rosyidi, S.T., M.T., dan Bapak Ilham Priadythama, S.T., M.T., yang telah memberikan saran dan kritik yang membangun dalam penyusunan skripsi. v

6 12. Staff dan karyawan Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret yang telah memberikan bantuan dan fasilitas selama studi: Mbak Tutik, Mbak Rina, Mbak Yayuk. 13. Serta pihak-pihak yang telah membantu penulis dalam bentuk apapun baik dukungan, doa, dan lain sebagainya. Semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan untuk pembaca pada umumnya. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna sepenuhnya, sehingga dibutuhkan kritik dan saran yang membangun. Terima Kasih. Surakarta, 12 Agustus 2015 Penulis vi

7 ABSTRAK Ryan Dwi Yuliastomo, NIM: I OPTIMASI MULTIRESPON MENGGUNAKAN METODE TAGUCHI, PCR-TOPSIS DAN ALGORITMA GENETIKA (STUDI KASUS: OPTIMASI KEKUATAN TARIK DIAMETRAL DAN DENSITAS RELATIF BIOKOMPOSIT PMMA-ZIRCONIA), Skripsi. Surakarta: Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Agustus Semen tulang akrilik dengan bahan dasar poly(methylmethacrylate) (PMMA) telah digunakan lebih dari 40 tahun pada implan gigi, prosthesis maksilofasial, gigi palsu, dan dalam bedah ortopedi sebagai bahan perekat sendi buatan. Zirconia (ZrO 2 ) telah banyak digunakan pada aplikasi medis karena memiliki banyak kelebihan seperti kekerasan dan kekuatan mekanik yang tinggi, resistansi terhadap abrasi, resistansi terhadap kerusakan fisik, dan biokompatibilitas. Pada penelitian ini, komposit semen tulang akrilik dibuat dengan mencampurkan serbuk PMMA dan zirconia. Untuk menentukan kekuatan mekanik komposit semen tulang akrilik, uji kekuatan tarik diametral (DTS) dan densitas dilakukan. Penelitian ini menggunakan kombinasi metode Taguchi, PCR- TOPSIS dan Algoritma Genetika untuk menyelesaikan persoalan multirespon. Desain eksperimen dirancang menggunakan metode Taguchi dan didapatkan Orthogonal Array (OA) L 16 (4 5 ). Nilai dari variabel respon yang dihasilkan akan diubah menjadi nilai PCR-TOPSIS. Nilai ini digunakan sebagai parameter untuk menentukan solusi optimal komposit PMMA-zirconia menggunakan Algoritma Genetika (AG). Solusi optimal yang didapatkan berdasarkan kombinasi tiga metode ini adalah persentase zirconia sebanyak 5%, suhu sintering sebesar 157 o C dan waktu sintering selama 75 menit. Kata Kunci: PMMA, zirconia, densitas relatif, DTS, Taguchi, PCR-TOPSIS, AG xiii + 61 halaman; 8 gambar; 22 tabel; 11 lampiran Daftar Pustaka : 10 ( ) vii

8 ABSTRACT Ryan Dwi Yuliastomo, NIM: I MULTIRESPONSES OPTIMIZATION USING TAGUCHI, PCR-TOPSIS, AND GENETIC ALGORITHM METHOD (CASE STUDY: DIAMETRAL TENSILE STRENGTH AND RELATIVE DENSITY OF BIOCOMPOSITE PMMA- ZIRCONIA), Essay. Surakarta: Industrial Engineering Departement of Engineering Faculty, Sebelas Maret University, August Acrylic bone cements of poly (methylmethacrylate) (PMMA) have been used for more than 40 years in dental implantology for expansion of dental implants, at maxillofacial prosthesis as gentamicin loaded beads, at prosthetics for fixing partial dentures, and in orthopedic surgery for the fixation of artificial joints with encouraging results. Zirconia (ZrO2) has been widely used in medical application because of their chemical and physical properties such as excellent refractoriness, chemical resistance, good mechanical strength, low thermal conductivity at high temperature, and good thermal stability. In this research, composite acrylic bone cement reinforced with bioceramic was prepared by mixing beads of PMMA and zirconia powder. Diametral tensile strength (DTS) and relative density are tests to determine the mechanical properties of composite. To solve this multi-response problem, Taguchi, PCR-TOPSIS (Process Capability Ratio-Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution), and GA (Genetic Algorthm) is combined. Experiments have been carried out using Taguchi L 16 (4 5 ) orthogonal array. The value of response variables have been transformed into PCR-TOPSIS. This new variable and its function are used to find the global optimum solution of composite PMAA-zirconia by using GA. According these three method global optimum of composite PMMA-zirconia are 5% of zirconia, C temperature, and 75 minutes sintering duration. Keywords: PMMA, zirconia, relative density, DTS, Taguchi, PCR-TOPSIS, GA xiii+ 61 pages;8 pictures; 22 tables; 11 attachments References : 26 ( ) viii

9 DAFTAR ISI ABSTRAK... vii ABSTRACT... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... I Perumusan Masalah... I Tujuan Penelitian... I Manfaat Penelitian... I Batasan Masalah... I Asumsi Penelitian... I Sistematika Penulisan... I-4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tulang... II Definisi Tulang... II Semen Tulang (Bone Cement)... II Aplikasi Bone Cement sebagai Bone Filler... II Zirconia (ZrO 2 )... II Pengertian Zirconia (ZrO 2 )... II Fase Zirconia (Monoklinik, Tetragonal dan Kubik) II Karakteristik Biologi... II Polymethylmethacrylate (PMMA)... II Karakteristik PMMA... II Kelebihan dan Kekurangan PMMA Sebagai Implan Tulang... II Sintering... II Diametral Tensile Strength (DTS)... II-12 ix

10 2.6 Densitas... II Metode Taguchi... II Optimasi Setting Level kasus Multirespon pada Metode Taguchi... II Filosofi dan Kelebihan dari Metode Taguchi... II PCR-TOPSIS... II Algoritma Genetika... II Prosedur Inisialisasi... II Fungsi Evaluasi... II Seleksi... II Rekombinasi... II Mutasi... II Penentuan Parameter... II-23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tahap Awal Penelitian... III Studi Literatur... III Menentukan Latar Belakang Masalah... III Menentukan Tujuan dan Manfaat Penelitian... III Tahap Perancangan Eksperimen... III Identifikasi Karakteristik Kualitas Semen Tulang.. III Penentuan Setting Level Faktor... III Penentuan Orthogonal Array (OA)... III Tahap Pelaksanaan Eksperimen... III Persiapan Eksperimen... III Pelaksanaan Eksperimen Pembuatan Spesimen... III Tahap Pengumpulan dan Pengolahan Data... III Pengujian Hasil Eksperimen dan Pendataan Hasil. III Optimasi Setting Level... III Tahap Akhir Penelitian... III Analisis dan Intepretasi Hasil... III Kesimpulan commit dan Saran... to user III-9 x

11 BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA 4.1 Pengumpulan Data... IV Setting Level Faktor berpengaruh... IV Penentuan Orthogonal Array... IV Hasil Pengujian Spesimen... IV Pengolahan Data Hasil Eksperimen... IV Metode Taguchi... IV Menghitung PCR-TOPSIS Karakteristik Kualitas. IV Menentukan Fungsi Kuadratik Z... IV Mencari Setting Level Faktor Optimal Menggunakan Metode Algoritma Genetika (AG)... IV Membandingkan Taksiran Nilai Setting Level Faktor Optimal Setiap Respon Antara Metode Taguchi PCR- TOPSIS dan Kombinasinya dengan Algoritma Genetika... IV- 19 BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL 5.1 Analisis Setting Level Optimal... V Analisis Proses Kompaksi dan Non Kompaksi... V-3 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan... VI Saran... VI-1 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR TABEL BAB II Tabel 2.1 Orthogonal Array L8(27)... II-15 BAB IV Tabel 4.1 Faktor dan Level Eksperimen... IV-1 Tabel 4.2 Matriks Orthogonal L IV-3 Tabel 4.3 Matriks Ortogonal Array... IV-3 Tabel 4.4 Hasil Perhitungan DTS... IV-4 Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Densitas Relatif... IV-5 Tabel 4.6 Hasil Perhitungan S/N Ratio DTS... IV-7 Tabel 4.7 Perhitungan S/N Ratio Densitas Relatif... IV-7 Tabel 4.8 Perhitungan PCR-SNR Karakteristik Kualitas DTS... IV-8 Tabel 4.9 Perhitungan PCR-SNR Karakteristik Kualitas Densitas... IV-9 Tabel 4.10 Perhitungan PCR-TOPSIS... IV-10 Tabel 4.11 Perhitungan Fungsi Kuadratik Z... IV-11 Tabel 4.12 Perhitungan Fitness Relatif dan Fitness Kumulatif... IV-13 Tabel 4.13 Bilangan Acak dan Kromosom Hasil Seleksi... IV-13 Tabel 4.14 Bilangan Acak Rekombinasi... IV-14 Tabel 4.15 Kromosom Hasil Rekombinasi... IV-15 Tabel 4.16 Bilangan Acak Mutasi... IV-16 Tabel 4.17 Kromosom Hasil Mutasi... IV-16 Tabel 4.18 Bilangan Acak Pelestarian... IV-17 Tabel 4.19 Kromosom Akhir Generasi ke IV-18 Tabel 4.20 Hasil Optimasi Algoritma Genetika... IV-19 Tabel 4.21 Perbandingan Taksiran Nilai Optimal... IV-20 xii

13 DA FTAR GAMBAR BAB II Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Vertebroplasty... II-4 Kyphoplasty... II-4 Vesselplasty... II-5 Struktur Kristal Monoklinik (a), Tetragonal (b) dan Kubik (c)... II-7 Serbuk PMMA... II-9 Diametral Tensile Strength... II-12 Area Anak yang Mungkin... II-23 BAB III Gambar 3.1 Flowchart Metodologi Penelitian... III-1 xiii