ANALISA PENENTUAN INTERVAL WAKTU PENGGANTIAN KOMPONEN KRITIS PADA ENGINE PESAWAT NC-212 CASSA Djoko Kriswanto 1), Soeparno 2) 1) Mahasiswa S2 Program Magister Manajemen Teknologi ITS 2) Guru Besar FTI ITS email : kjrti_sttal@yahoo.co.uk ABSTRAK Pesawat udara memiliki peranan penting dalam mendukung pelaksanaan tugas-tugas operasional TNI Angkatan Laut. Beberapa jenis pesawat khususnya NC-212 Cassa memiliki usia pakai lebih daripada lima belas tahun. Secara intuitif dapat disimpulkan bahwa komponen maupun peralatan yang telah terpasang berada di dalam periode keausan dari kurva bathtub. Paper ini menyajikan sebuah metode alternatif dalam menentukan interval waktu penggantian komponen yang optimum untuk engine pesawat yang telah memasuki masa keausan (wear out) khususnya pada komponen-komponen kritis yang menentukan hidup matinya sebuah sistem. Penentuan Interval penggantian optimum ditentukan dengan melakukan optimasi dengan fungsi obyektif untuk meminimumkan rasio biaya-keuntungan. Biaya penggantian terdiri dari : biaya penggantian sebelum dan setelah kerusakan terjadi. Penggantian komponen dilakukan saat interval penggantian maksimum memiliki nilai keandalan komponen lebih rendah dari nilai minimum yang diizinkan dan frekuensi kejadiannya minimal adalah umum terjadi (occasional). Weibull++ 4 digunakan untuk memperoleh parameter-parameter yang sesuai untuk masingmasing distribusi kerusakan, sedangkan Solver Excel digunakan untuk menghitung interval penggantian yang optimal. Dalam paper ini studi kasus akan dilakukan terhadap komponenkomponen penyusun kompresor engine pesawat NC-212 Cassa. Kata kunci : wear out, interval penggantian, keandalan, optimasi, solver excel, kompresor. PENDAHULUAN Tentara Nasional Indonesia Angkatan Laut (TNI AL) sebagai sa lah satu kekuatan pertahanan dan keamanan negara, mengemban tugas pokok menjaga kedaulatan negara Republik Indonesia di laut. Di dalam melaksanakan tugasnya TNI AL membutuhkan alat utama sistem senjata (Alutsista) yang salah satunya adalah pesawat udara NC-212 Cassa, yang memiliki frekuensi aktifitas yang tinggi, daya jangkau yang luas serta kemampuan dukungan operasi yang variatif. Keterbatasan anggaran pemeliharaan pesawat merupakan salah satu pemicu pemeliharaan yang dilaksanakan selama ini hanya terpaku pada buku petunjuk tecnical order dimana kurang memperhitungkan sisa usia pakai (life time) sebuah komponen atau dengan kata lain selama komponen belum mengalami kerusakan maka komponen tersebut akan tetap digunakan. Hal ini pada suatu saat, justru akan mengakibatkan pinalti cost yang cukup besar apabila terjadi kerusakan pada saat pengoperasiannya. Di sisi lain apabila diterapkan kebijakan melaksanakan pemeliharaan secara terus menerus akan mengakibatkan beban anggaran yang tinggi, oleh sebab itu diperlukan kegiatan pemeliharaan yang optimum, yaitu tercapainya tingkat keandalan komponen melalui penentuan interval penggantian komponen kritis engine pesawat Cassa NC-212.
METODA Pengumpulan dan Pengolahan data Dari 13 Pesawat NC-212 Cassa yang dimiliki TNI AL, 7 pesawat disiagakan untuk melaksanakan tugas operasi rutin. Pesawat-pesawat tersebut saat ini rata-rata sudah berusia lebih dari 20 tahun dengan jam terbang yang sudah melebihi 10.000 jam, dengan demikian inspeksi terhadap kondisi engine harus semakin sering dilakukan. Paper ini mendiskusikan hasil-hasil dari analisis pola kerusakan berdasarkan failure modenya terhadap sistem kompresor yang terpasang di ketujuh pesawat tersebut. Guna memastikan ketujuh pesawat Cassa yang sejenis tersebut memiliki pola jam terbang yang identik, terlebih dahulu harus diuji dengan Analisis Varian, sehingga data-data kerusakan komponen engine dapat digunakan sebagai obyek penelitian. Input data untuk model kegagalan adalah time to failure (TTF) dari tiap komponen kompresor. Data-data kerusakan tersebut selanjutnya dianalisa untuk mengetahui parameter dan distribusi kerusakannya dengan bantuan perangkat lunak Weibull ++ 4. Langkah selanjutnya adalah menentukan mode kerusakan tiap komponen dengan analisis Failure Modes Effects and Criticality Analysis (FMECA), metode ini mengidentifikasi kekritisan yang dikaitkan dengan dampak dari mode kegagalan yang ditimbulkan oleh sebuah komponen terhadap subsistem/sistem. Penentuan Komponen Kritis Komponen kritis ditentukan secara kualitatif dengan melihat pengaruh kerusakan yang ditimbulkan terhadap sistem. Jika sistem gagal maka komponen disebut sebagai komponen kritis, jika sistem tidak gagal, maka pengaruh kerusakan komponen tersebut dikatakan potensial (suatu saat komp onen tersebut dapat menjadi komponen kritis). Adapun komponen-komponen penyusun Compressor section seperti Gambar 1 berikut: COMPRESSOR SECTION Combution Transition Liner Assembly Second Stage Impeller and Compressor Housing First Stage Impeller, Compressor Diffuser and Shroud Installation First Stage Impeller, Compressor Diffuser & Shouldered Installation Seal Assembly Liner Impeller 2 nd Stage Vane Assy- Diffuser Shroud First Stage Impeller Packing Impeller first Stage Diffuser Housing Assy Compressor Gambar 1. Diagram komponen-komponen penyusun compressor section Pembuatan Model Optimasi Model pemograman untuk mendapatkan interval waktu penggantian komponen kritis yang optimal dari masing-masing komponen kompresor dapat diuraikan sebagai berikut : Inputs Data Kerusakan Komponen (TTF). Prosentase interval penggantian komponen terhadap terjadinya kerusakan prematur; K = 50%. A-10-2
Cost of Replacement item and other damaged items (Biaya Akuisisi) Biaya Penggantian (Replacement) Komponen (CRC). Parameter distribusi (weibull 3 parameter). Equations Mean time between failure (MTBF) Biaya Penggantian Sebelum Kerusakan C t xc C BF BF M RC Biaya Penggantian Setelah Kerusakan Constrains C AF t AF xcm C A Prosentase peralatan dapat bertahan selama interval-penggantian (Ns). 50% Ns 99% Lama Perbaikan Sebelum Kerusakan (tbf). 5 t BF 15 (dalam Jam) Lama Perbaikan Setelah Kerusakan (taf) 1 t AF 5 (dalam Jam) Nilai Keandalan; 0.99 R (t) 1.00 Biaya Pekerja (CM) Biaya Pekerja Tingkat Organik (CMO); CMO = $10.00 Biaya Pekerja Tingkat Menengah (CMM); CMM = $20.00 Biaya Pekerja Tingkat Depo (CMD); CMD = $35.00 Output (Decision Variable) Interval waktu penggantian komponen Fungsi objektif (Objective Function) MTBFx CBR Meminimumkan Cost Benefit Ratio : C BF xn S C AF x 1 N S C xt x N Kx 1 N AF r S S CBR = Cost-Benefit Ratio MTBF = Mean Time between failure CBF = Cost of Replacement before failure Ns = Prosentase peralatan dapat bertahan selama interval penggantian CAF = Cost of Replacement after failure K = Prosentase interval penggantian komponen terhadap terjadinya kerusakan premature. Gambar 2 menunjukkan Flowchart perhitungan optimasi, sedangkan Gambar 3. menunjukkan struktur pemodelan optimasi dari persamaan-persamaan diatas. A-10-3
Mulai TTF Tentukan MTBF Variasikan Interval penggantian yang diajukan Tentukan Prosentase Interval penggantian komponen terhadap terjadinya kerusakan premature (K) Variasikan Probabilitas komponen dapat bertahan selama Interval Penggantian yang diajukan (N s) Tentukan biaya Penggantian komponen (C RC) Tentukan biaya Pekerja (C M) Tentukan lama perbaikan sebelum kerusakan (t BF) Tentukan lama perbaikan setelah kerusakan (t AF) Tentukan biaya penggantian komponen dan kerusakan komponen-komponen lainnya (C A) Hitung biaya penggantian sebelum kerusakan (C BF) Hitung biaya penggantian setelah kerusakan (C AF) Hitung Cost-Benefit Ratio (CBR) Tidak Cost-Benefit Ratio. < 1 Ya Ya Komponen diganti Nilai Keandalan pada saat interval penggantian optimal < 0.99 Tidak Komponen tetap digunakan Selesai Gambar 2 Diagram alir penentuan model optimasi interval waktu penggantian A-10-4
MASUKAN-MASUKAN (INPUTS) 1. TTF 2. Prosentase interval penggantian komponen terhadap terjadinya kerusakan premature(k) 3. Biaya penggantian (replacement) komponen (C RC) 4. Biaya akuisisi (C A) 5. Parameter distribusi (weibull 3 parameter); β,, EQUATIONS 1. MTBF 2. Biaya penggantian sebelum kerusakan (C BF) 3. Biaya penggantian setelah kerusakan (C AF) NILAI MINIMUM 1. N s 50% 2. t BF 5 3. t AF 1 4. C M $10.00 5. R(t) 0.99 BATASAN-BATASAN (CONSTRAINTS) 1.Prosentase peralatan dapat bertahan selama interval penggantian (Ns) 2.Lama perbaikan sebelum kerusakan (tbf) 3.Lama perbaikan setelah kerusakan (taf) 4.Biaya pekerja (CM) 5.Nilai Keandalan (R(t)) NILAI MAKSIMUM 1. N s 99% 2. t BF 15 3. t AF 5 4. C M $35.00 5. R(t) 1.00 OUTPUT (DECISION VARIABLE) Interval waktu penggantian komponen Minimumkan : FUNGSI OBJEKTIF (OBJECTIVE FUNCTION) Cost Benefit Ratio Gambar 3 Struktur pemodelan untuk proses optimasi. A-10-5
HASIL DAN DISKUSI Analisa Kegagalan dengan FMECA dan Penentuan Komponen Kritis Dari hasil analisa kegagalan fungsional komponen pada Tabel 1, dapat diketahui bahwa terdapat 1 komponen dengan kategori Critical, yaitu shroud-first stage impeller, 2 komponen dengan kategori Marginal, yaitu seal assy dan packing, dan selebihnya dengan kategori Cathastropic. Untuk kategori Cathastropic dan Critical dapat dikategorikan sebagai komponen kritis, sedangkan kategori Marginal dapat dikatakan berpotensi untuk menjadi komponen kritis karena telah terjadi penurunan fungsi kinerja komponen. Tabel 1. Kategori Failure Effect dari komponen-komponen Compressor Failure Effect Nama Komponen Kategori Definisi Nama Komponen SEAL ASSY Marginal sistem mengalami penurunan fungsi kinerja LINER Catasthropic Menyebabkan sistem shutdown IMPELLER SECOND STAGE Catasthropic Menyebabkan sistem shutdown VANE ASSY Catasthropic Menyebabkan sistem shutdown HOUSING ASSY COMPRESSOR Catasthropic Menyebabkan sistem shutdown SHROUD-FIRST STAGE sistem tidak dapat berfungsi sesuai dengan Critical IMPELLER yang ditentukan PACKING Marginal sistem mengalami penurunan fungsi kinerja IMPELLER FIRST STAGE Catasthropic Menyebabkan sistem shutdown DIFFUSER Catasthropic Menyebabkan sistem shutdown Analisa Jenis Distribusi Kerusakan Dengan menggunakan software weibull++4 data-data kerusakan yang diolah menunjukkan bahwa seluruh komponen berdistribusi weibull dengan 3 parameter, artinya bahwa seluruh komponen yang diteliti menunjukkan peningkatan laju kerusakan seiring dengan lamanya jam operasi, sehingga komponen-komponen tersebut layak untuk diganti guna meningkatkan nilai keandalannya. Penentuan distribusi kerusakan pada tiap-tiap komponen berdasarkan nilai likelihood (LKV) tertinggi. Sedangkan hasil pengujian distribusi kerusakan menunjukkan parameter-parameter distribusi, seperti pada Tabel 2 berikut : Tabel 2. Parameter Distribusi Parameter Distribusi Part Number Komponen β η γ Part Number Komponen 3101521-1 SEAL ASSY 3.3100 6532.8695 3105.1000 3102102-2 LINER 2.0772 5028.9386 4127.1600 893482-3 IMPELLER SECOND STAGE 3.9252 8029.9438 1328.0150 3102038-1 VANE ASSY-DIFFUSER 1.7580 4647.8494 5091.7530 893383-2 HOUSING ASSY COMPRESSOR 2.0343 5315.2790 3899.3050 3101829-1 SHROUD-FIRST STAGE IMPELLER 1.5506 4545.1305 4611.0700 S8990-270 PACKING 2.0143 5672.7661 4233.9300 896223-3 IMPELLER FIRST STAGE 2.2673 5307.6314 3958.5650 3101830-1 DIFFUSER 1.9803 5011.7281 4266.9500 A-10-6
Analisis Data Hasil Proses Optimasi Dengan Program Solver Interval waktu Penggantian Komponen Dari optimasi yang dilakukan program Solver excel menunjukkan bahwa komponen Impeller second stage memiliki waktu penggantian tercepat, yaitu 1345 jam, sedangkan yang terlama Vane Assy-Diffuser sebesar 5115 jam. Tabel 3. Hasil Optimasi interval waktu penggantian Nama Komponen Task Interval Nilai Keandalan Probability of Failure Failure Rate PDF SEAL ASSY 3124 0.9925 0.0075 3.9985E-10 3.9684E-10 LINER 4150 0.9906 0.0094 1.2370E-06 1.2254E-06 IMPELLER SECOND STAGE 1345 0.9917 0.0083 7.3328E-12 7.2722E-12 VANE ASSY- DIFFUSER 5115 0.9912 0.0088 6.8186E-06 6.7589E-06 HOUSING ASSY COMPRESSOR 3925 0.9921 0.0079 1.2319E-06 1.2222E-06 SHROUD-FIRST STAGE IMPELLER 4640 0.9902 0.0098 2.1073E-05 2.0866E-05 PACKING 4260 0.9908 0.0092 1.5109E-06 1.4970E-06 IMPELLER FIRST STAGE 3980 0.9909 0.0091 3.9534E-07 3.9174E-07 DIFFUSER 4290 0.9909 0.0091 2.0206E-06 2.0022E-06 Biaya Penggantian Komponen Sedangkan biaya penggantian optimal hasil optimasi menunjukkan nilai CBR yang optimal, yaitu nilai CBR < 1. Besarnya biaya penggantian sangat dipengaruhi harga komponen. Komponen yang memiliki biaya penggantian sebelum kerusakan termurah adalah Packing, 550.00 US$, dan yang termahal adalah Impeller First Stage, 18,100.00US$. Biaya-biaya penggantian Komponen Kritis hasil optimasi dapat dilihat pada Tabel 4. No Tabel 4. Hasil Perhitungan Optimasi Biaya penggantian Komponen Interval Task Biaya penggantian sebelum kerusakan Biaya penggantian setelah kerusakan 1 SEAL ASSY 3124.00 $2,730.00 $75,050.00 0.00728 2 LINER 4150.00 $12,100.00 $75,100.00 0.02081 3 IMPELLER SECOND STAGE 1345.00 $17,100.00 $75,100.00 0.08321 4 VANE ASSY-DIFFUSER 5115.00 $15,100.00 $75,100.00 0.02091 5 HOUSING ASSY COMPRESSOR 3925.00 $15,175.00 $75,175.00 0.02681 6 SHROUD-FIRST STAGE IMPELLER 4640.00 $7,550.00 $75,050.00 0.01196 7 PACKING 4260.00 $550.00 $75,050.00 0.00117 8 IMPELLER FIRST STAGE 3980.00 $18,100.00 $75,100.00 0.03032 9 DIFFUSER 4290.00 $16,100.00 $75,100.00 0.02608 CBR A-10-7
Analisa Risk Matrix Berdasarkan data dari Tabel 3, kemudian disusun tabel severity of frequency guna mengelompokkan failure rate pada masing-masing komponen berdasarkan frekuensi terjadinya kerusakan. Dari tabel 5 dapat diketahui bahwa dengan menerapkan interval waktu penggantian yang baru, maka frekuensi terjadinya kerusakan komponen dapat diketahui. Disamping itu, dapat pula disusun sebuah matriks resiko berupa peringkat resiko (Rating of risk) masing-masing komponen kompresor. Tabel 5. Hasil Perhitungan Optimasi Biaya penggantian Severity of Frequency No Nama Komponen Rating of Risk Definisi Keterangan No Nama Komponen Rating of Risk 1 SEAL ASSY Improbable Terjadi 4 kali kerusakan tiap 10 10 jam Sedang 2 LINER Remote Terjadi 2 kali kerusakan tiap 10 6 jam Sedang 3 IMPELLER SECOND STAGE Improbable Terjadi 8 kali kerusakan tiap 10 12 jam Sedang 4 VANE ASSY-DIFFUSER Remote Terjadi 7 kali kerusakan tiap 10 6 jam Sedang 5 HOUSING ASSY COMPRESSOR Remote Terjadi 2 kali kerusakan tiap 10 6 jam Sedang 6 SHROUD-FIRST STAGE IMPELLER Occasional Terjadi 3 kali kerusakan tiap 10 5 jam Dapat diterima 7 PACKING Remote Terjadi 2 kali kerusakan tiap 10 6 jam Dapat diterima 8 IMPELLER FIRST STAGE Improbable Terjadi 4 kali kerusakan tiap 10 7 jam Dapat diterima 9 DIFFUSER Remote Terjadi 3 kali kerusakan tiap 10 6 jam Dapat diterima KESIMPULAN a. Dari analisa yang telah dilakukan berdasarkan data-data kerusakan pada komponenkomponen penyusun Compressor, dapat diketahui distribusi kerusakannya, nilai keandalan, probability of failure, serta failure ratenya. Dari ketiga parameter tersebut ditambah dengan data biaya-biaya penggantian, selanjutnya dapat dilakukan pembuatan model dan perhitungan optimasi guna memperoleh interval waktu dan biaya penggantian yang optimal berdasarkan nilai Cost-Benefit Ratio yang paling minimum, serta penentuan matriks resikonya yang mendasari perlu tidaknya dilakukan tindakan penggantian. b. Dari perhitungan optimasi terhadap 9 jenis komponen yang diteliti, dapat disimpulkan bahwa interval waktu penggantian yang optimal berkisar antara 1345 sampai dengan 5115 jam. Komponen yang memiliki interval waktu penggantian tercepat adalah Impeller Second Stage, dan yang terlama adalah Vane-Assy diffuser. Sedangkan dari sisi biaya, besarnya biaya penggantian sangat dipengaruhi harga komponen. Komponen yang memiliki biaya penggantian sebelum kerusakan termurah adalah Packing, 550.00 US$, dan yang termahal adalah Impeller First Stage, 18,100.00US$. c. Dari hasil penentuan Risk Matrix, dapat disimpulkan bahwa Shroud-First Stage Impeller merupakan komponen yang memiliki peringkat resiko kerusakan tertinggi dibandingkan komponen-komponen yang lain. Dari hasil analisa Risk Matrix ini pula dapat dibuktikan bahwa dengan menerapkan interval waktu penggantian yang dihasilkan dari perhitungan optimasi, resiko terjadinya kerusakan masing-masing komponen sangat kecil, yakni berkisar 3 7 kerusakan tiap 105 1012 jam, bahkan A-10-8
terdapat 3 buah komponen dengan Improbable severity of frequency atau tidak mungkin terjadi kerusakan. DAFTAR PUSTAKA Alkaf, Abdullah (1992), Teknik Keandalan Sistem, Hand Outs: Teori Keandalan, ITS Surabaya. Anthony M. Smith (1993), Reliability Centered Maintenance, Mc. Graw Hill Inc,New York, USA. Arismunandar, Wiranto (2002), Bandung. Pengantar Turbin Gas dan Motor propulsi, ITB, Artana, Ketut B.(2003), Spreadsheet Modelling for Optimation of Preference Degree of Quantitative Considerations, A Research on Marine Machinery Selection Using Hybrid Method of Generalized Reduced Gradient and Decisio Matrix, Chapter 3, Kobe University, Japan. Departement of Defence (1998), Handbook, USA Military Handbook Electronic Reliability Design Eriyanto (1988), Ilmu sistem, meningkatkan mutu dan efektifitas manajemen, IPB Press, Bogor. Garret, Aviation (1984), Manual Maintenance engine Garrett TPE 331-10R-512C, User Manual. Govil, A.K.(1983), Reliability Engineering, Tata Mc.Graw Hill, Publ., New Delhi. Hoyland, Arnljot and Marvin, Rausand (1994), System Reliability Theory: Models and stastical Methods, A Wiley-Interscience Publication, USA. Jardine, A.K.S. (1973), Maintenance, Replacement and Reliability, Pitman Publishing, Great Britain. Lewis E.E (1991 ), Introduction to Reliability Enginering, Department of Mechanical and Nuclear, Enginering Northwestern University, John Willey and Sons, USA. Masroeri, Agoes A., dan Artana, Ketut B.(2000), Failure Rate Analysis of of 1000 Hp Main Engines Installed on small General Cargo Ships: A Proof of Wear-out Period of Installed Main Engines, Proceedings of Sixth International Syposium on Marine Engineering (ISME), Vol.2. NAVAIR 00-25-403 (2003), Guidelines for the Naval Aviation Reliability_Centered Maintenance Process, Direction of Commander, Naval Air Systems Command. Nonelectronic Parts Reliability Data ( 1994 ), Reliability Analysis Center, Weibull++ Version 3.0, User s Manual. A-10-9