BAB II METODE PERANCANGAN SISTEMATIS Metode perancangan sistematis adalah metode pemecahan masalah teknik menggunakan tahap analisis dan sintesis. Analisis adalah penguraian sistem yang komplek menjadi elemen- elemen serta mempelajari karakteristik masing- masing elemen tersebut beserta korelasinya. Sintasis adalah penggabungan elemen- elemen yang telah diketahui karakteristiknya untuk menciptakan suatu sistem baru. Pada metode perancangan sistematis, suatu tahap merupakan kelanjutan dari tahap sebelumnya dan menjadi acuan tahap selanjutnya. Dengan tahap demi tahap tersebut, informasi yang bersifat kuantitatif diproses menjadi data yang bersifat kualitatif. Dengan kata lain hasil dari sebuah langkah baru selalu lebih nyata dari langkah sebelumnya. Dalam kenyataannya kondisi semacam ini tidak selalu tercapai, sehingga dibutuhkan pengulangan kerja. Prosedur pemecahan masalah secara umum dapat dilihat pada skema pada gambar 2.1 di bawah ini. 9
Tugas (Problem) Konfrontasi Informasi Definisi Kreasi Evaluasi Penyelesainan Keputusan Gambar 2.1 Prosedur pemecahan masalah secara umum Perancangan dalam bidang teknik merupakan suatu usaha yang ditempuh untuk mendapatkan penyelesaian masalah keteknikan menggunakan metode serta analisa teknik. Sehingga hasil rancangan tersebut memiliki daya guna, baik dari segi fungsi, penampilan, keamanan, kehandalan, maupun dari segi yang lain sesuai dengan tuntutan rancangan. Dalam perancangan itu sendiri banyak melibatkan berbagai disiplin ilmu seperti matematika, mekanika, termodinamika, teknik produksi, material, ekonomi, sistem, dan ilmu- ilmu yang lain sesuai dengan permasalahn yang ada dalam perancangan tesebut.
Selain itu, dalam perancangan juga dipelajari adanya keterkaitan antara aspek- aspek yang ada pada sistem rancangan. Keterkaitan tesebut pada umumnya berupa : a. Kaitan Fungsi (Funcional Interrelationship) Kaitan fungsi ini merupakan keterkaitan masukan dan keluaran dari suatu sistem untuk melakukan kerja tertentu yang berhubungan dengan lingkungan sekitarnya. b. Kaitan Fisik (Physical Interrelationship) Kaitan fisik adalah hubungan dimana kerja yang dilakukan merupakan bagian dari proses fisika yang menimbulkan efek fisik.adapun efek fisika ini dapat digambarkan secara kuantitatif, yang artinya hukum fisika menentukan benyaknya efek fisika yang terlibat. Fenomena kimia dan biologi termasuk di dalamnya. c. Kaitan Bentuk (Form Interrelationship) Maksud dari keterkaitan ini adalah perwujudan nyata dari bentuk dasar dan bahan menjadi suatu struktur lengkap dengan susunan serta pemilihan gerak kinematika. d. Kaitan Sistem (Sistem Interrelationship) Keterkaitan sistem ini merupakan bentuk teknik hasil rancangan yang berinteraksi dengan sistem yang menyeluruh, yaitu dengan lingkungan dimana sistem itu berada.
Langkah- langkah dalam metode perancangan sistematis dapat dikelompokkan menjadi empat tahap utama, yaitu : penjabaran tugas, perancangan konsep, perancangan wujud, dan perancangan terinci. Tahap- tahap utama tersebut diatas dapat digambarkan dalam diagram berikut. Tugas Pertepat dan perjelas tugas Menentukan fungsi dan strukturnya Mencari prinsip solusi dan strukturnya Menguraikan menjadi modul yang dapat direalisasikan Memberi bentuk pada modul Memberi bentuk pada seluruh modul Merinci pembuatan dan penggunaan Daftar persyaratan Struktur fungsi Prinsip solusi Struktur modul Rancangan awal Rancangan keseluruhan Dokumentasi produk Realisasi selanjutnya Gambar 2.2 Skema langkah kerja
2.1 Penjabaran Tugas (Clarificaton of Task) Tahap ini meliputi pengumpulan informasi tentang syarat- syarat yang diharapkan dapat dipenuhi oleh solusi akhir. Informasi ini akan menjadi acuan dalam penyusunan spesifikasi rancangan. Spesifikasi adalah daftar yang berisi persyaratan yang diharapkan dapat dipenuhi oleh konsep yang dibuat. Pada saat membuat daftar persyaratan, yang penting adalah membedakan sebuah persyaratan, apakah sebagai suatu tuntutan (demand) atau keinginan (wishes). Demand adalah persyaratan yang harus dipenuhi pada setiap kondisi, atau dengan kata lain apabila persyaratan itu tidak dipenuhi, maka perancangan dianggap tidak benar. Sedangkan wishes adalah persyaratan yang diinginkan apabila memungkinkan. Misalnya suatu persyaratan membutuhkan biaya yang cukup tinggi tanpa memberikan pengaruh teknik yang besar, maka persyaratan tesebut dapat diabaikan. Untuk mempermudah dalam penyusunan spesifikasi,dapat dilakukan dengan meninjau aspek- aspek tertentu, seperti aspek geometris, kinematika, gaya, energi, dan sebagainya. Selanjutnya dari apek- aspek tersebut dapat diuraikan syarat- syarat yang besangkutan. Daftar aspek- aspek beserta penguraiannya dapat ditinjukkan dalam tabel 2.1. Daftar spesifikasi sebaiknya ditulis dalam bentuk kuantitatif apabila memungkinkan. Untuk produk yang membutuhkan perawatan, daftar spesifikasi perlu didokummentasikan, hal ini sangat berguna untuk melakukan
perbaikan apabila terjadi kerusakan di kemudian hari. Format dan daftar spesifikasi ditujukkan dalam tabel 2.1 berikut ini. Tabel 2.1 Daftar Pengecekan Untuk Pedoman Spesifikasi Judul Utama Contoh- contoh Geometri Panjang, lebar, tinggi, diameter, jarak, jumlah Gaya Arah gaya, besarnya gaya, frekuensi, berat, deformasi, kekuatan, elastisitas, gaya inersia, resonansi. Energi Output, efisiensi, kerugian energi, gesekan, ventilasi, tekanan, temperatur, pemansan, pendinginan. Material Aliran dan transportasi material, pengaruh kimia dan fisika pada awal dan akhir produk, material tambahan. Sinyal Input, output, bentuk, display, peralatan control. Keselamatan Sistem proteksi langsung, keselamatn operasional dan lingkungan. Ergonomik Hubungan operator mesin, tipe pengoperasian, penerangan dan pengoperasian bentuk. Produksi Batasan pabrik, kemungkinan dimensi maksimum, produksi yang dipilih. Kontrol kualitas Kemungkinan dilakukan kalibrasi dan standarisasi. Perakitan Aturan khusus, instalasi, pondasi. Perawatan Jangka waktu servis, penggantian dan reparasi, pengecatan, pembersihan. Biaya Biaya maksimum produksi. Jadwal Tanggal penyerahan Kinematik Tipe gerakan, arah gerakan, kecepatan, dan percepatan
2.2 Perancangan Konsep Perancangan konsep mencakup tahap- tahap yang ditunjukkan pada gambar 2.3 dan akan dibahas pada sub bab berikut ini. Spesifikasi Abstraksi untuk menentukan masalah- masalah yang penting Informasi Menetapkan struktur fungsi dan fungsi keseluruhan sub fungsi Definisi Mencari prinsip solusi untuk memenuhi sub fungsi Kreasi Mengkombinasikan prinsip solusi untuk menentukan fungsi keseluruhan Memilih kombiasi yang sesuai Menyatukan menjadi konsep varian Perancangan kombiasi Evaluasi analisa Mengevaluasi konsep varian terhadap kriteria teknis dan ekonomis Keputusan Konsep Gambar 2.3 Tahap- tahap perancangan dengan konsep
2.2.1 Abstraksi Tujuan abstraksi adalah untuk mengetahui masalah utama yang dihadapi dalam perancangan. Prinsipnya adalah mengabaikan hal- hal yang bersifat khusus dan memberikan penekanan pada hal- hal yang bersifat umum dan perlu. Dengan demikian daftar spesifikasi yang sudah dibuat, dianalisa dan dihubungkan dengan fungsi yang diinginkan serta kendala- kendala yang ada. Abstraksi dapat dilakukan dengan langkah- langkah sebagai berikut : 1. Mengesampingkan persyaratan- persyaratan yang tidak mempunyai pengaruh besar terhadap produk. 2. Mengubah data kuantitatif menjadi data kualitatif. 3. Generalisasi (pengambilan keputusan umum) atas langkah sebelumnya. 4. Merumuskan masalah utama. 2.2.2 Pembuatan Struktur Fungsi 2.2.2.1 Struktur Fungsi Keseluruhan (overall function) Apabila masalah utama sudah diketahui, kemudian dibuat struktur fungsi secara keseluruhan. Struktur fungsi ini digambarkan dengan blok diagram yang menunjukkan hubungan antara input dan output, dimana input dan output tersebut berupa aliran energi, material ataupun sinyal.
2.2.2.2 Sub Fungsi Apabila fungsi keseluruhan cukup rumit, maka cara mengatasinya adalah dengan membagi menjadi beberapa sub fungsi seperti pada gambar 2.4 di bawah ini. Energi Energi Material Overall function Material Sinyal Sinyal Sub Function Sub Function Sub Function Sub Function Sub Function Sub Function Gambar 2.4 Pembuatan Sub Fungsi Pembagian ini akan memberikan keuntungan : 1. Memberikan kemungkinan untuk melakukan pencarian solusi lebih lanjut. 2. Memberikan beberapa kemungkinan solusi dengan melihat kombinasi solusi sub fungsi.
Pada saat pembuatan struktur fungsi, harus dibedakan antara perancangan murni (original design) dengan perancangan ulang (adaptive design). Pada perancangan murni yang menjadi dasar struktur fungsi adalah spesifikasi dan masalah utama, sedangkan pada perancangan ulang perancangan dimulai dari struktur fungsi yang kemudian dianalisa. Analisa ini akan menghasilkan kemungkinan bagi pengembangan variasi solusi sehingga diperoleh solusi baru. Pada langkah ini dilakukan penentuan fungsi- fungsi. Pada mulanya fungsi keseluruhan, kemudian apabila diperlukan dijabarkan menjadi fungsi bagian (sub function). Hasil kerja yang diperoleh adalah satu atau beberapa bagian struktur fungsi yang biasanya berupa gambar- gambar atau diagram- diagram sederhana. 2.2.3 Pencarian dan Kombinasi Prinsip Solusi Dasar- dasar pemecahan masalah diperoleh dengan mencari prinsip solusi pada masing- masing sub fungsi. Dalam tahap ini dicari sebanyak mungkin variasi solusi. Ada beberapa metode yang dapat dipakai, antara lain : a. Metode Konvensional Pencarian dalam literature, text book, jurnal teknik dan brosur yang dikeluarkan oleh perusahaan, menganalisa gejala alam atau perilaku
makhluk hidup dengan membuat analogi atau model, dimana model ini diharapkan dapat mewakili kerakteristik produk. b. Metode Intuitif Pencarian solusi untuk masalah yang rumit,bisa juga diperoleh dari intuisi atau suara hati. Solusi ini datang setelah periode pencarian dan pemikiran yang panjang. Solusi ini ada kemungkinan untuk dikembangkan dan diperbaiki. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk mengembangkan kemampuan intuisi ini, antara lain dengan cara berdiskusi dengan orang lain. c. Metode Kombinasi Metode ini mengkombinasikan kemungkinan solusi yang ada. Metode yang dapat digunakan adalah metode bentuk matrik, dimana sub fungsi dan prinsip solusi dimasukkan dalam kolom dan baris. 2.2.4 Pemilihan Kombinasi yang Sesuai Bila kombinasi yang ada terlalu banyak, maka waktu untuk memilh kombinasi terbaik menjadi lama. Agar tidak terlalu lama, maka jumlah kombinasi harus dikurangi, namun hal itu hanya bila memungkinkan untuk dilakukan. Prosedur yang dapat dilakukan adalah dengan mengeliminasi dan memilih yang terbaik. Beberapa kriteria yang perlu diperhatikan adalah : a. Kesesuaian dengan fungsi keseluruhan.
b. Terpenuhinya demand yang tercantum dalam daftar spesifikasi. c. Dapat dibuat atau diwujudkan. d. Informasi atau pengetahuan tentang konsep yang bersangkutan memadai. e. Kebaikan dalam hal kinerja dan kemudahan produksi. f. Faktor biaya. Apabila kombinasi yang ada masih cukup banyak, maka usaha selanjutnya adalah pemilihan kombinasi terbaik dengan memperhatikan : a. Segi keamanan dan kenyamanan. b. Kemungkinan pengembangan lebih lanjut. 2.2.5 Pembuatan Varian Konsep Sebuah konsep apabila memungkinkan harus memenuhi beberapa persyaratan seperti keamanan, kenyamanan, kemudahan produksi, kemudahan perakitan, kemudahan perawatan dan lain sebagainya. Informasi lebih lanjut sangat diperlukan untuk pembuatan varian konsep yang akan dilakukan. Informasi ini dapat diperoleh dari : 1. Gambar atau sketsa untuk melihat kemungkinan keserasian. 2. Perhitungan kasar berdasarkan asumsi yang dipakai.
3. Pengujian awal berupa pengujian model untuk menentukan sifat utama atau pendekatan kuantitatif untuk pernyataan kualitatif mengenai kinerja dari suatu produk jadi. 4. Konstruksi model untuk variasi dan analisa. 5. Analogi model dan simulasi yang sering dilakukan dengan bantuan komputer. 6. Penelitian lebih lanjut dari literatur. 2.2.6 Evaluasi Evaluasi berarti menentukan nilai, kegunaan atau kekuatan yang dibandingkan dengan sesuatu yang dianggap ideal. Dalam keteknikan, salah satu metode yang biasa digunakan adalah metode VDI 2221. Secara garis besar langkah yang ditempuh adalah sebagai berikut : 1. Menentukan kriteria (identification of evaluation criteria) yang didasarkan pada spesifikasi yang dibuat. 2. Pemberian bobot kriteria evaluasi (Weighting of evaluation criteria) Langkah ini merupakan kriteria yang dipilih yang mempunyai tingkat pengaruh yang berada pada varian konsep. Sebaiknya evaluasi dititik beratkan pada sifat utama yang diinginkan pada solusi akhir. 3. Menentukan parameter kriteria evaluasi (Compiling parameter) Agar perbandingan setiap varian konsep dapat dilihat dengan jelas, maka dipilih suatu parameter atau besaran yang dipakai oleh varian konsep.
4. Memasukkan nilai parameter (Assesing value), sebaiknya harga yang dimasukkan adalah harga nominal, tetapi apabila hal ini tidak dimungkinkan maka VDI 2221 memberikan harga korelasi dan harga kualitatif tersebut. Contoh dapat ditunjukkan pada tabel 2.2 (Ref ; G. Pahl- W. bits; hal:350). 5. Memperlihatkan ketidakpastian evaluasi (Evaluation uncertainities), yaitu kesalahan evaluasi bisa disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya : a. Kesalahan subyektif, seperti kurangnya informasi. b. Kesalahan perhitungan parameter. Dalam hal ini kerja keras yang dilakukan oleh suatu tim akan memberikan kemungkinan kesalahan yang lebih kecil dibandingkan dengan kerja perorangan. 2.3 Perancangan Wujud Tahap perancangan ini meliputi beberapa langkah perancangan, yaitu : 1. Langkah- langkah penguraian ke modul- modul (modul structure). 2. Pembentukan lay-out awal (preliminary lay-out). 3. Pembentukan lay-out jadi (definity lay-out). Perancangan wujud dimulai dari konsep produk teknik. Kemudian dengan menggunakan kriteria teknik dan ekonomi perancangan dikembangkan dengan menguraikan struktur fungsi ke dalam struktur modul untuk memperoleh
elemen- elemen pembangun struktur fungsi yang memungkinkan dapat dimulainya perancangan yang lebih terperinci. Hasil tahap ini berupa lay-out, yaitu penggambaran dengan jelas rangkaian dengan bentuk elemen suatu produk dan bahannya, pembuatan prosedur produksi, serta membuat solusi untuk fungsi tambahan. Hasil ini kemudian dianalisa untuk mendapatkan informasi lebih lanjut tentang kekuatan, getaran, kinematika, dinamika, pemilihan material, proses dan sebagainya. Langkah ini dapat menjadi umpan balik pada langkah sintesis untuk pencarian alternatif solusi yang lebih baik. Analisa diikuti evaluasi dimana dapat timbul kemungkinan perlu dibuat model atau prototype untuk dapat mengukur kinerja, kualitas, kemungkinan dan beberapa kriteria lain dari hasil perancangan. 2.4 Perancangan Terperinci Tahap ini merupakan akhir dari metode perancangan sistematis yang berupa presentasi hasil perancangan dalam bentuk gambar lengkap (susunan dan detail) daftar komponen, spesifikasi material, toleransi, perlakuan panas, dan sebagainya yang secara keseluruhan merupakan dokumen lengkap untuk pembuatan mesin atau sistem teknik lainnya. Pada akhir tahap ini dilakukan evaluasi kembali untuk melihat apakah produk mesin atau sistem teknik tersebut benar- benar sudah memenuhi spesifikasi dan semua gambar dokumen produk lainnya telah selesai dan lengkap.