JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-5 1 Rancang Bangun Perangkat Lunak Reliability- Centered Maintenance untuk Gardu Induk Farid Rafli Putra, Nurlita Gamayanti, dan Abdullah Alkaff Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: lita@ee.its.ac.id Abstrak Gardu Induk memiliki peranan penting dalam proses transmisi listrik dan proteksi sistem kelistrikan terhadap gangguan. Kinerja gardu induk (substation) akan mengalami penurunan kondisi setelah beroperasi dalam jangka waktu tertentu sehingga berdampak pada kerugian operasional maupun non-operasional. Pada penelitian ini, dibangun perangkat lunak dengan pemrograman PHP dan MySQL yang berisikan informasi berupa database dan modelbase meliputi fungsi, kegagalan fungsi, bentuk kegagalan, efek kegagalan, konsekuensi kegagalan, data kerusakan dan teknis dari tiap peralatan serta komponen pada gardu induk untuk kegiatan perawatan dengan metode reliability-centered maintenance (RCM). Hasil pengujian menunjukkan bahwa metode RCM merekomendasikan sebanyak 75 proposed task untuk diterapkan pada gardu induk. Perangkat lunak yang dibuat dapat mempermudah pengguna dalam menentukan kegiatan perawatan gardu induk serta dapat diperbaharui dan diakses pada cakupan area tertentu. Kata Kunci Gardu Induk, Reliability-Centered Maintenance, Pemrograman PHP dan MySQL, Perawatan Aset R I. PENDAHULUAN ELIABILITY-centered maintenance (RCM) merupakan suatu proses yang akhir-akhir ini digunakan untuk menentukan apa yang seharusnya dilakukan untuk menjamin aset dapat berjalan dengan baik sesuai dengan fungsi yang diinginkan oleh pengguna [1],[2]. Salah satu aset yang memiliki peranan penting dalam industri listrik adalah gardu induk. Kegagalan fungsi tiap peralatan dan komponen dapat mempengaruhi kinerja gardu induk. Untuk mengatasi hal ini, dibutuhkan strategi perawatan yang baik dengan metode RCM untuk menjamin gardu induk dapat memenuhi fungsi sesuai konteks operasinya. Penerapan metode RCM untuk gardu induk harus didukung dengan dokumentasi proses data yang terstruktur dikarenakan banyaknya informasi pada RCM dapat menghambat kegiatan perawatan itu sendiri [2], [3]. Penelitian ini difokuskan untuk analisis secara kualitatif dan kuantitatif pada peralatan serta komponen gardu induk dengan menggunakan metode RCM. Analisis kualitatif meliputi penentuan kegagalan fungsi, bentuk kegagalan, efek kegagalan, konsekuensi kegagalan dan kegiatan perawatan. Sedangkan analisis kuantitatif meliputi model keandalan, laju kerusakan, dan interval perawatan berdasarkan data time-to failure. Selain itu dibuat perangkat lunak RCM yang dapat diakses pada cakupan area tertentu. Bagian berikutnya pada makalah ini menjelaskan tentang konsep RCM dan dilanjutkan dengan penjelasan tentang perancangan sistem meliputi deskripsi gardu induk, fault tree analysis, information dan decision worksheet RCM, penentuan model distribusi, serta rancangan perangkat lunak itu sendiri pada bagian berikutnya. Kemudian pada bagian selanjutnya menjelaskan tentang pengujian sistem perangkat lunak RCM untuk Gardu Induk Sukolilo Surabaya. Bagian akhir dari makalah ini berisi kesimpulan dan saran untuk pengembangan penelitian selanjutnya. II. RELIABILITY-CENTERED MAINTENANCE Reliability-centered maintenance pertama kali digunakan pada tahun 1975 untuk industri pesawat militer di USA. Seiring dengan dampak-dampak yang ditimbulkan maka pada tahun 1990 mulai diluncurkan RCM II yang merupakan hasil proses pengembangan RCM sebelumnya yakni dengan menambahkan safety dan environtment consequence pada decision diagram-nya [1]. RCM telah banyak digunakan pada berbagai sektor industri, mulai dari nuklir hingga listrik [3]. Penentuan strategi perawatan berbasis RCM melalui tujuh tahapan yang tercakup dalam information dan decision worksheet, mulai dari pemahaman terhadap fungsi sistem dan performansi standar yang diharapkan, hingga menentukan default action yang sesuai apabila alternatif proactive task yang tersedia tidak efisien dan efektif untuk diaplikasikan pada sistem [1]-[3]. Berikut tujuh pertanyaan dasar yang dijadikan tahapan untuk merancang strategi perawatan berbasis RCM, 1. Apakah fungsi serta standar performansi yang berkaitan dengan asset dalam konteks operasinya saat ini? (function) 2. Dalam kondisi seperti apakah asset gagal dalam memenuhi fungsinya? (functional failure) 3. Apa yang menyebabkan terjadinya kegagalan fungsi tersebut? (failure modes) 4. Apa yang terjadi pada saat kegagalan tersebut berlangsung? (failure effect) 5. Bagaimana masalah yang ditimbulkan akibat kegagalan yang terjadi? (failure consequences) 6. Apa yang dapat dilakukan untuk memprediksi atau mencegah terjadinya kegagalan fungsi? (proactive task) 7. Apa yang harus dilakukan jika proactive task yang sesuai tidak dapat diberikan? (default action) Penerapan RCM merupakan gabungan beberapa metode
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 2-5 2 untuk menganalisa keandalan suatu sistem, diantaranya fault tree analysis (FTA), failure mode and effect analysis (FMEA), dan perhitungan secara kuantitatif menggunakan model distribusi peralatan atau komponen. Untuk menghitung keandalan suatu sistem atau peralatan, langkah pertama adalah menentukan model probabilitas yang biasanya dinyatakan dengan distribusi statistik [4]. Dalam analisis keandalan, ada beberapa distribusi statistik, dan yang umum dipergunakan, antara lain distribusi eksponensial dan weibull. a. Distribusi Eksponensial Fungsi keandalan untuk distribusi eksponensial dinyatakan dengan persamaan: R t ( t) e (1) Laju kerusakan (failure rate): t ( t) h (2) Rata-rata waktu kerusakan (MTTF): 0 1 MTTF R( t) dt (3) dengan λ menyatakan parameter yang menentukan karakteristik life time dan t menyatakan lama operasi. b. Distribusi Weibull Distribusi ini biasa digunakan untuk komponen atau peralatan elektromekanik dengan fungsi keandalan dinyatakan dengan persamaan [4]: R( t) t exp ( ) (4) Laju kerusakan (failure rate) [4]: 1 ht ( t) t (5) Rata-rata waktu kerusakan (MTTF) [4]: MTTF 1 1 1 (6) dengan β adalah kemiringan (slope) dari fungsi weibull. Untuk interval perawatan, secara matematis ditentukan dengan menggunakan fungsi keandalan dari sistem atau peralatan. Penentuan interval perawatan dengan nilai keandalan dan lama operasi yang diinginkan, dinyatakan dengan persamaan [4]: R m t = R n s R(t ns) (7) dengan R m menyatakan nilai keandalan yang diinginkan, t lama waktu operasi yang dinginkan, n adalah intensitas banyaknya kegiatan perawatan yang dilakukan, dan s menyatakan interval waktu perawatan. Keberhasilan implementasi RCM akan menyebabkan peningkatan integritas keselamatan dan lingkungan, efektivitas biaya, uptime mesin, database yang lengkap, serta pemahaman yang lebih baik tentang tingkat resiko yang mungkin muncul [1]. III. PERANCANGAN SISTEM Bagian ini menjelaskan tentang beberapa tahapan dalam merancang sistem perangkat lunak sebagai pendukung penerapan RCM di gardu induk (lihat Gambar 1). Tahap pertama adalah mengetahui deskripsi dari gardu induk meliputi fungsi yang ada didalamnya untuk memahami konteks operasinya. Kemudian dilakukan identifikasi penyebab tiap kegagalan fungsi yang ada dengan fault tree analysis. Model fault tree digunakan untuk analisis RCM dan menentukan kegiatan perawatan dari tiap bentuk kegagalan. Setelah didapatkan model keandalan dari data kerusakan, information, dan decision worksheet RCM, dibuatlah suatu sistem pendukung penerapan RCM untuk gardu induk berupa perangkat lunak dengan menggunakan bahasa pemrograman PHP dan MySQL. Deskripsi Fungsi Aset (Gardu Induk Sukolilo) Merancang Perangkat Lunak RCM (PHP dan MySQL) Identifikasi Penyebab Kegagalan dengan Metode FTA Gambar 1. Tahapan merancang sistem perangkat lunak A. Gardu Induk Pada penelitian ini, data yang digunakan didapat dari Gardu Induk Sukolilo Surabaya. Selain untuk menurunkan daya listrik dan mendistribusikan daya ke beban, gardu induk juga memiliki fungsi lain yaitu proteksi sistem tenaga listrik dari gangguan arus dan tegangan berlebih, komunikasi dengan SCADATEL untuk pemantauan proses dari pusat, serta fungsi yang berkaitan dengan keselamatan agar sesuai dengan standar kerja yang telah ditentukan. Gambar 2. Functional block diagram GI Sukolilo Analisis Kualitatif RCM (Information and Decision Worksheet) Model Keandalan Peralatan/Komponen (Weibull ++ 7) Guna menunjang peran gardu induk pada sistem kelistrikan Surabaya, terdapat beberapa peralatan pendukung yang
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 3-5 3 memiliki fungsi masing-masing. Pada Gambar 2 merupakan functional block diagram (FBD) yang merepresentasikan keterkaitan tiap fungsi yang ada serta peralatan-peralatan yang mempengaruhi kinerja dari masing-masing fungsi. B. Pemodelan Fault Tree Terdapat lima fungsi yang dijadikan top event, untuk kemudian dianalisis dan didapatkan model fault tree-nya. Pemodelan fault tree ini dilakukan dengan menganalisa elemen-elemen kritis yang dapat menyebabkan terganggunya kinerja sistem atau peralatan sehingga tidak terpenuhinya fungsi dari gardu induk. Gambar 3 menunjukkan fault tree dari fungsi utama Gardu Induk Sukolilo, yaitu mentransmisikan tenaga listrik sebesar 20 kv. Fungsi utama dideskripsikan menjadi lima fungsi pendukung, yaitu menurunkan tegangan 150 kv menjadi 20 kv, membagi beban, proteksi dari gangguan, komunikasi operasi SCADATEL, dan fungsi untuk keselamatan tentang kesesuaian standar kerja yang berlaku. Simbol segitiga yang berisikan angka menunjukkan bahwa penyebab kegagalan tiap fungsi dianalisis lebih lanjut hingga didapatkan bentuk kegagalannya. Analisis fault tree dilakukan berdasarkan pada konteks operasi dan catatan kerusakan sebelumnya serta observasi secara langsung. hanya berpengaruh pada operasional dan kerusakan peralatan lainnya. Terdapat efek non-operasional, keselamatan, dan lingkungan yang juga diperhatikan. Hasil information worksheet ini diteruskan untuk dianalisis lebih lanjut guna mendapatkan strategi perawatan yang baik berdasarkan RCM decision diagram yang direkam dalam decision worksheet. D. Decision Worksheet RCM Worksheet ini digunakan untuk menganalisa konsekuensi dari masing-masing penyebab kegagalan (failure modes), untuk mencari jenis kegiatan perawatan (proposed task) yang layak dan juga keterangan siapa yang bertanggung jawab dalam melaksanakannya pada kolom can be done by. Pada tahap ini peneliti akan menentukan konsekuensi meliputi keselamatan (S), lingkungan (E), operasional (O), dan nonoperasional (N) (lihat Gambar 5). Dalam menentukan konsekuensi dan kegiatan perawatan yang sesuai, digunakan RCM decision diagram. Gambar 3. Model fault tree Gardu Induk Sukolilo C. Information Worksheet RCM Worksheet ini digunakan untuk mengidentifikasi bentuk dan efek kegagalan fungsi Gardu Induk Sukolilo yang terjadi akibat kerusakan peralatan dan komponen. Biasanya proses ini disebut juga dengan failure mode and effect analysis (FMEA). Berdasarkan model fault tree analysis dari lima fungsi yang dianalisis bentuk dan efek kegagalannya, terdapat 75 bentuk kegagalan yang memiliki efek masing-masing (lihat Gambar 4). Tiap fungsi dimungkinkan memiliki bentuk kegagalan yang sama, seperti bentuk kegagalan yang disebabkan oleh circuit breaker. Gambar 4. Contoh information worksheet RCM GI Sukolilo Pada worksheet ini, efek kegagalan yang ditimbulkan tidak Gambar 5. Contoh decision worksheet RCM GI Sukolilo Hasil dari analisis ini didapatkan 75 proposed task untuk lima fungsi Gardu Induk Sukolilo. Rinciannya adalah 5.33% (4 task) predictive maintenance, 26.67% (20 task) preventive maintenance, dan 68% (51 task) default action. Pihak-pihak yang bertanggung jawab dalam proses perawatan hasil analisis ini adalah electrician, mechanic, instrumentation, operator, dan supervisor. E. Penentuan Model Distribusi Data kerusakan tiap bentuk kegagalan yang didapat, diolah dengan weibull++7 software versi trial untuk mendapatkan model distribusinya. Data kerusakan dari suatu komponen dimasukkan, kemudian keluaran yang dihasilkan adalah alternatif distribusi berdasarkan urutan ranking, dimana distribusi dengan urutan ranking terbaiklah yang dipilih. Selain itu, software ini juga akan memberikan parameter distribusi yang nantinya dapat digunakan untuk mencari nilai MTTF dan diolah kembali untuk mendapatkan model keandalan, laju kerusakannya, dan interval perawatan. F. Perangkat Lunak RCM Gardu Induk Sistem perawatan gardu induk dengan menggunakan metode RCM ini teraplikasikan dalam bentuk perangkat lunak dan terdiri dari bagian RCM, gardu induk, analisis RCM, laporan, administrator dan pelengkap. Masing-masing bagian tentunya memiliki peran dan fungsi serta keterkaitan satu
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 4-5 4 dengan yang lainnya. Khusus untuk bagian analisis RCM hanya bisa diakses oleh admin dan pengguna yang telah terdaftar. Proses kerja perangkat lunak secara umum dapat dilihat pada Gambar 6. Pemilihan menu RCM Data tentang RCM pada database SQL Proses pemanggilan data dengan script PHP Gambar 6. Proses kerja perangkat lunak RCM secara umum Data tentang RCM sesuai dengan yang diinginkan Perangkat lunak ini bekerja dengan menggunakan database yang terdapat pada bagian administrator. Bagian ini merupakan perwujudan dari database MySQL yang ada sehingga lebih mudah dalam memodifikasinya. Modifikasi yang bisa dilakukan diantaranya, konten perangkat lunak, information dan decision worksheet, serta model keandalan komponen. Inti dari perangkat lunak ini terletak pada bagian analisis RCM. Pada bagian ini terdapat analisis kualitatif dan kuantitatif terhadap suatu kegagalan. Analisis kualitatif, seperti yang terlihat pada Gambar 7, meliputi hasil dari information dan decision worksheet RCM yang ada pada database ketika di-input-kan kegagalan fungsi yang terjadi. Hasil analisis kualitatif dan kuantitatif pada bagian analisis RCM kemudian disimpan pada laporan sebagai history kerusakan dan perawatan Gardu Induk Sukolilo. Dalam bagian ini, pengguna dapat mengetahui kerusakan yang sebelumnya terjadi dan jadwal perawatannya. IV. PENGUJIAN SISTEM Pengujian dilakukan dengan memberikan masukan tertentu pada perangkat lunak, sehingga akan dihasilkan suatu keluaran tertentu. Keluaran yang dihasilkan dari perangkat lunak akan dibandingkan dengan RCM worksheet dan dianalisis secara matematis sehingga dapat diketahui kesesuaiannya. Pelaksanaan pengujian dilaksanakan dalam kondisi sistem telah terintegrasi secara keseluruhan. Contoh kasus ketika terjadi kegagalan pada fungsi menurunkan tegangan 150 kv menjadi 20 kv dan bentuk kegagalannya adalah high pressure tank circuit breaker (CB) yang rusak. Pada Gambar 9, perangkat lunak akan menampilkan hasil analisis kualitatif yang sesuai dengan worksheet RCM. Data information worksheet RCM dari database Kegagalan fungsi yang terjadi Bentuk kegagalan yang mungkin serta efeknya Tindakan yang dilakukan beserta penanggung jawab Hasil analisis kualitatif pada suatu kegagalan fungsi Data decision worksheet RCM dari database Gambar 7. Proses analisis kualitatif Analisis kuantitatif meliputi nilai keandalan, laju kerusakan, MTTF, dan interval perawatan sesuai dengan model distribusinya. Gambar 8 menunjukkan flow chart analisis kuantitatif yang ada pada perangkat lunak. START Data waktu operasi (t) Nilai MTTF komponen Gambar 9. Hasil analisis kualitatif untuk kegagalan high pressure tank CB Untuk analisis kuantitatif lama operasi dihitung dari waktu saat kerusakan dikurangi dengan waktu awal operasi high pressure tank CB. Interval perawatan dihitung dengan memisalkan waktu operasi yang diinginkan 1200 hari dengan nilai keandalan yang diinginkan 0.88 sehingga hasilnya dapat dilihat pada Gambar 10. Mencari nilai keandalan berdasarkan waktu operasi (R(t)) Mencari laju kerusakan (h(t)) Nilai keandalan yang diinginkan Ekpektasi waktu operasi yang dinginkan Mencari jadwal (u) dan banyaknya interval perawatan (n) Mendapatkan nilai R(t), h(t), dan jadwal perawatan dari suatu bentuk kegagalan STOP Gambar 8. Flow chart analisis kuantitatif Gambar 10. Hasil analisis kuantitatif perangkat lunak untuk kegagalan high pressure tank CB
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 5-5 5 Perhitungan yang didapat sesuai dengan perhitungan manual secara matematis dari model keandalan dan laju kerusakan high pressure tank CB seperti yang terlihat pada Tabel 1 dengan waktu operasi (t) = 516 hari. Tabel 1 Hasil perhitungan kegagalan high pressure tank CB Hasil Model perhitungan R t = exp 0.0021t 2.8 0.28590857 h t = 0.0058(0.0021t) 1.8 0.0006701811/hari R m (t) = R 1200/u u=94 hari dan u R 1200 (1200/u)u 0.88 n=12 kali Data kerusakan terbaru, yaitu 516 hari pada contoh kasus untuk high pressure tank CB, direkap dalam data kerusakan dan dapat dilihat grafiknya pada bagian laporan. V. KESIMPULAN RCM dapat mempertahankan performa aset dan mengurangi resiko kegagalan serta konsekuensi terhadap operasional, non-operasional, keselamatan, dan lingkungan. Sistem perangkat lunak ini dapat mempermudah pengguna dalam menentukan kegiatan perawatan dan membantu karyawan atau operator baru dalam memahami serta menjalankan kegiatan perawatan dengan adanya catatan tentang tindakan yang dilakukan dan data history-nya. Perangkat lunak ini dapat dikembangkan dengan data kerusakan yang lebih lengkap dan memperhitungkan biaya operasional yang ada. Pengembangan juga dapat dilakukan dengan menerapkan perangkat lunak RCM ini untuk aset industri lainnya. Gambar 12. Halaman depan perangkat lunak LAMPIRAN Gambar 13. Bagian administrator UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada orang tua yang selalu memberikan doa serta dukungan tulus tiada henti, Bapak Prof. Ir. Abdullah Alkaff, M. Sc., Ph.D., dan Ibu Nurlita Gamayanti, S.T., M.T., atas segala bimbingan ilmu, moral, dan spiritual dari awal hingga terselesaikannya penelitian ini. Semoga penelitian ini dapat bermanfaat untuk perkembangan ilmu pengetahuan dan solusi bagi permasalahan yang ada di industri. Gambar 11. Tampilan log in administrator DAFTAR PUSTAKA [1] Moubray, John, Reliability-Centered Maintenance II, Industrial Press Inc., New York, 1997. [2] Siqueira, Iony P., Software Requirements for Reliability-Centered Maintenance Application, Proceeding of International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems, KTH, Stockholm, Sweden, June, 2006. [3] Carretero, J., Study of Existing Reliability-Centered Maintenance Approaches Used in Different Industries, Universidad Politecnica de Madrid, Madrid, 2000. [4] Alkaff, Abdullah, Teknik Keandalan dan Keselamatan Sistem, Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS, Surabaya, 1992.