Penentuan Nilai Parameter Mesin Las untuk Menghasilkan Kualitas Pengelasan yang Terbaik dengan Desain Eksperimental Taguchi Ferry Manihuruk & Isti Surjandari Departemen Teknik Industri, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Kampus UI Depok, 16424. Abstrak Kualitas produk merupakan hal yang sangat penting dan perlu diperhatikan untuk mencapai kepuasan konsumen. Metode eksperimen yang konvensional tidak dapat dipakai lagi dalam menentukan parameter mesin las. Metode Taguchi digunakan untuk menentukan nilai parameter mesin las agar hasil pengelasan sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Dari eksperimen yang dilakukan, faktor welding current dan electroda force sangat berperan dalam variasi proses pengelasan titik. Akhirnya, penelitian tersebut memperoleh kombinasi level yang optimal untuk masing-masing faktor. Penggunaan kombinasi tersebut menghasilkan hasil pengelasan (diameter nugget) menjadi kokoh terhadap gangguan penyebab variasi proses. Kata kunci: gangguan proses (noise); kokoh (robust); las titik; metode Taguchi 1. Pendahuluan Permintaan kendaraan bermotor roda empat meningkat setiap tahunnya. Hal tersebut dirasakan oleh sebagian besar industri otomotif di Indonesia. Pertumbuhan pasar menjadikan setiap industri otomotif semakin giat dalam meningkatkan performa bisnis. Peningkatan performa bisnis dapat dilakukan dengan penerapan ide-ide baru tentang perubahan sistem produksi maupun peningkatan kualitas produk. Selain itu, industri juga membuat produk baru seiring dengan perubahan keinginan konsumen. Seiring pembuatan produk baru, industri berusaha mempersiapkan kualitas produk itu sendiri sehingga dapat diterima oleh pelanggan. Kualitas didefinisikan sebagai perwujudan dari evaluasi afektif oleh masing-masing pelanggan pada setiap sikap yang menciptakan kepuasan pelanggan [1]. Pencapaian kualitas yang terbaik membuat pelanggan menjadi loyal dengan peluang untuk melanjutkan proyek pembuatan produk baru. Saat ini, pendekatan Taguchi telah banyak digunakan dalam desain eksperimen dan perancangan proses. Hal itu dikarenakan pendekatan Taguchi dapat dilakukan dalam merancang produk berkualitas tinggi dengan biaya rendah dan cepat sebab pendekatan yang dilakukan memberikan solusi yang dapat diterima secara efektif. Ghani et al. [2] menerapkan pendekatan Taguchi untuk mengoptimalkan parameter penggilingan akhir. Hasil akhir pada penelitiannya yaitu nilai optimal parameter penggilingan akhir yang ditentukan dengan minimum jumlah percobaan daripada sebagian besar percobaan seperti full factorial design. Hsin-Chuan & Jeun-Len [3] juga dengan pendekatan Taguchi untuk membuktikan efektivitas penggunaan orthogonal array dibandingkan dengan full factorial design dan memperoleh hasil yang akurat, cepat, dan biaya rendah dalam pengoptimalan parameter. Penelitian tersebut sejalan dengan pembuatan suatu produk baru dengan proses pengelasan titik. Tujuan dari penelitian tersebut adalah mengetahui besar pengaruh faktor terkendali yang mempengaruhi gumpalan las (nugget diameter). Oleh karena itu dapat ditentukan kombinasi parameter optimal untuk mendapatkan besar gumpalan las yang diinginkan.
2. Dasar Teori 2.1. Metode Taguchi Dr. Genichi Taguchi mengembangkan metode desain eksperimen untuk mengoptimalkan proses rekayasa. Desain eksperimen yang dibuat disertai dengan disiplin peningkatan kualitas dan unik yang berbeda dengan pendekatan desain eksperimental tradisional. Pendekatan Taguchi mengenai desain eksperimen memanfaatkan robust design yaitu suatu konsep perancangan produk dan proses yang disertai dengan perancangan kualitas. Belavendram [4] menganggap bahwa pendekatan Taguchi mengenai robust design merupakan suatu dimensi yang unik dalam percobaan statistik yang dipresentasikan oleh Fisher dengan penambahan secara eksplisit tentang perhatian seluruh proses dan desain produk, seperti: a. Bagaimana mengurangi biaya melalui variasi dari fungsi produk terhadap aspek pelanggan, dan b. Bagaimana menjamin suatu keputusan yang optimal saat percobaan yang memberikan jaminan pada proses pembuatan barang dan setelah barang sampai pada pelanggan. Surjandari dan Yosua [5] melakukan penelitian tentang peningkatan kualitas pada lini produksi pengecatan sepeda motor dengan menggunakan pendekatan Taguchi. Hal yang paling menarik dari penelitian itu adalah melakukan perubahan pada mesin produksi secara khusus pada parameter mesin hingga memperoleh proses produksi yang tahan terhadap gangguan. 2.2. Kapabilitas Proses Kapabilitas proses (process capability) merupakan suatu konsep yang memungkinkan pengamat untuk menilai kemampuan stabilitas proses produksi. Kapabilitas proses dapat diartikan juga sebagai kemampuan yang tidak bisa dilepaskan dari suatu proses untuk menghasilkan produk yang sejenis pada jangka waktu tertentu dalam kondisi yang ditetapkan. Kapabilitas proses dapat dinyatakan sebagai percent conforming dari sebaran alami terhadap sebaran spesifikasi. Proses dinyatakan sanggup (capable) apabila variasi normal sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan. Kapabilitas proses dapat dinilai melalui dua indikator Cp dan Cpk dengan nilai lebih besar dari 1,33 (capability 99,994 %). Perhitungan kedua indikator tersebut adalah sebagai berikut, (1) dan, dengan, = indeks sebaran data (2) = indeks kapabilitas pergeseran nilai tengah USL = batas nilai atas (upper specification limit) LSL = batas nilai bawah (lower specification limit) s = standar deviasi 3. Metodologi 3.1. Gambaran Umum Las Titik Pengelasan titik merupakan pengelasan resistansi pada dua potongan logam menghasilkan gumpalan kecil (nugget) hasil leburan kedua logam. Hal ini terjadi ketika kedua logam dijepit oleh sepasang elektrode. Arus dialirkan antara kedua elektrode, resistansi dari
lembaran logam antara kedua elektrode memanaskan logam pada tempat yang dijepit dan hasil tekanan meleburkan logam pada suatu titik. Gambaran singkat mengenai pengelasan titik dapat dilihat pada gambar 1. Gambar 1. Las titik (spot welding) (sumber: www.substech.com dan telah diolah kembali) Faktor yang perlu dipertimbangkan saat pengelasan titik yaitu welding current, electrode force, electrode diameter, stroke distance, weld time. Hasil penelitian yang dilakukan oleh Rowland & Antony [6] menyatakan faktor yang paling mempengaruhi proses pengelasan titik adalah welding current dan electroda force. Penelitian tersebut menggunakan welding current dan electrode force sebagai fokus utama perolehan parameter dan besar diameter nugget yang diinginkan adalah 6,9 ± 0,1 mm.. 3.2. Penentuan Level Faktor dan Orthogonal Array Pada eksperimen awal, percobaan tradisional tetap digunakan untuk mendapatkan kemungkinan kombinasi parameter yang cocok hingga mendapatkan diameter nugget berkisar 6,9 mm. Hasil diameter nugget pada eksperimen awal dapat dilihat pada tabel 1. Hasil eksperimen awal memperoleh besar diameter sesuai ketika besar electroda force 0,1 MPa dan 0,15 MPa dengan welding current sebesar 7,5 ka. Selanjutnya, jumlah level yang digunakan pada desain eksperimental Taguchi ada sebanyak tiga level untuk setiap parameter, seperti dapat dilihat pada tabel 2. Orthogonal array (OA) yang digunakan pada penelitian tersebut adalah L 9 (3) 2 yang menyatakan suatu OA yang terdiri atas 9 eksperimen dengan 2 faktor kontrol yang masingmasing faktor memiliki 3 level. Kemudian, setiap baris eksperimen terdiri atas replikasi sebanyak empat kali agar didapatkan variasi setiap kombinasi level faktor. Tabel 1. Besar diameter nugget pada percobaan awal Electrode Force (MPa) 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 Welding Current (ka) 6 4,39 3,21 2,00 1,68 0,53 0,22 6,5 5,74 5,20 3,56 2,88 1,14 0,70 7 6,48 6,43 5,02 4,13 2,16 1,44 7,5 6,86 6,93 6,11 5,67 4,03 3,00 8 7,19 7,21 7,05 6,50 6,04 5,01 8,5 7,25 7,43 7,56 7,05 6,77 6,17
No Tabel 2. Jumlah level dan nilai level faktor Level Parameter Satuan 1 2 3 A Welding Current 7,3 7,5 7,7 ka B Electrode Force 0,13 0,15 0,17 MPa 4. Hasil 4.1. Perhitungan rasio S/N Eksperimen dilakukan berdasarkan rancangan OA dengan urutan eksperimen secara acak. Setelah hasil eksperimen dari rancangan OA didapat maka perhitungan selanjutnya adalah menilai hubungan antara signal dan noise melalui rasio S/N. Rasio setiap faktor dapat dihitung yang menyiratkan suatu faktor mengontrol variabilitas proses. Untuk setiap faktor yang signifikan, tingkat yang sesuai dengan S/N tertinggi dipilih sebagai tingkat optimal [5]. Hasil diameter nugget, nilai spesifikasi produk 6,9 ± 0,1 mm merupakan karakteristik kecocokan nominal is the best dengan persamaan ratio S/N pada persamaan 3. (3) di mana percobaan, merupakan rata-rata dari data merupakan variansi dari, dan adalah data percobaan. Hasil eksperimen serta perhitungan rasio S/N berdasarkan orthogonal array dapat dilihat pada tabel 3. Tabel 3. Hasil eksperimen dengan perhitungan rasio S/N Welding Electroda Diameter Nugget (mm) Eksperimen Current Force Mean Varians S/N (db) (ka) (Mpa) 1 7,3 0,13 7,03 7,06 6,98 6,92 7,00 0,0038 41,1489 2 7,3 0,15 7,18 7,10 6,98 7,13 7,10 0,0072 38,4337 3 7,3 0,17 7,13 7,24 7,26 7,13 7,19 0,0049 40,2623 4 7,5 0,13 6,76 6,86 6,71 6,83 6,79 0,0046 40,0098 5 7,5 0,15 6,94 6,90 6,88 6,91 6,91 0,0006 48,8276 6 7,5 0,17 6,98 7,08 6,93 7,03 7,01 0,0042 40,7103 7 7,7 0,13 6,54 6,59 6,52 6,76 6,60 0,0119 35,6417 8 7,7 0,15 6,72 6,81 6,65 6,71 6,72 0,0044 40,1574 9 7,7 0,17 6,82 6,70 6,73 6,87 6,78 0,0062 38,7007 4.2. Penentuan Kombinasi Parameter yang Optimal Penentuan kombinasi parameter yang optimal dapat diketahui berdasarkan hasil nilai rata-rata dan rasio S/N setiap kombinasi parameter. Tabel 4 menunjukkan nilai rata-rata diameter nugget untuk tiap level faktor yang disertai dengan faktor yang paling mempengaruhi nilai rata-rata diameter nugget adalah welding current. Tabel 5 menunjukkan besar rasio S/N untuk masing-masing kombinasi parameter. Berdasarkan perhitungan pada main effect analysis dari rata-rata dan rasio S/N masing-masing kombinasi parameter, kedua pengujian menunjukkan nilai level yang sama.
Adapun kombinasi level dan faktor tersebut dapat dilihat pada tabel 6. 4.3. Eksperimen konfirmasi kombinasi parameter Eksperimen konfirmasi dilakukan dengan menggunakan kombinasi level dan faktor yang paling optimal yang telah diperoleh dari hasil eksperimen sebelumnya. Eksperimen ini bertujuan untuk membuktikan bahwa kombinasi level dan faktor yang diperoleh sesuai dengan harapan bahwa proses produksi stabil yang ditandai dengan variasi produk yang kecil. Hasil eksperimen konfirmasi dapat dilihat pada tabel 7. No Tabel 4. Main Effect Analysis dari rata-rata Faktor Mean Level 1 Mean Level 2 Mean Level 3 Selisih Peringkat A Welding Current 7,095 6,901 6,702 0,393 1 B Electroda Force 6,797 6,909 6,992 0,195 2 Tabel 5. Main Effect Analysis dari rasio S/N masing-masing kombinasi parameter No Faktor rasio S/N Level 1 rasio S/N Level 2 rasio S/N Level 3 Selisih Peringkat A Welding Current 39,950 43,18 38,17 5,01 1 B Electroda Force 38,930 42,47 39,89 3,54 2 Tabel 6. Kombinasi parameter yang optimal Simbol Faktor Kontrol Level Optimal Nilai Satuan A Welding Current 2 7,5 ka B Electroda Force 2 0,2 MPa Tabel 7. Hasil eksperimen konfirmasi No Datum No Datum No Datum No Datum No Datum No Datum 1 6,91 6 6,88 11 6,87 16 6,88 21 6,89 26 6,93 2 6,93 7 6,90 12 6,88 17 6,85 22 6,90 27 6,93 3 6,90 8 6,95 13 6,88 18 6,91 23 6,90 28 6,89 4 6,89 9 6,89 14 6,90 19 6,86 24 6,89 29 6,90 5 6,91 10 6,87 15 6,94 20 6,94 25 6,92 30 6,89 Dari hasil eksperimen konfirmasi tersebut, kestabilan proses dapat diukur melalui indikator kapabilitas proses sesuai dengan persamaan (1) dan (2). Perhitungan Cp dan Cpk dari hasil eksperimen konfirmasi adalah sebagai berikut. dan,
Indikator Cp dan Cpk bernilai lebih dari 1,33. Hal tersebut membuktikan proses pengelasan dengan menggunakan kombinasi level dan faktor usulan menghasilkan proses produksi yang stabil dan tahan terhadap gangguan. 5. Kesimpulan Dari penelitian yang dilakukan, faktor welding current dan electroda force berpengaruh besar terhadap hasil pengelasan. Faktor yang paling mempengaruhi rata-rata dan kestabilan proses adalah welding current. Analisis pengaruh rata-rata dan rasio S/N mendapatkan rancangan parameter yang terbaik. Kombinasi parameter yang optimal mesin las titik sesuai dengan logam yang digunakan yaitu welding current pada level 2 (7,5 ka) dan electroda force pada level 2 (0,13 ka). Hasil eksperimen konfirmasi melalui perhitungan kapabilitas proses menghasilkan Cp = 1,39 dan Cpk = 1,34. Indikator tersebut menyatakan proses pengelasan titik tersebut sangat baik dan telah siap digunakan untuk produksi massal. Dengan demikian, kombinasi parameter yang diperoleh melalui eksperimen Taguchi terbukti dapat menghasilkan proses yang tahan terhadap segala gangguan. Referensi [1] Wicks, M. & Roethlein, C. (2009). A Satisfaction-Based of Quality. Journal of Business & Economic Studies, 15(1), 82-111. [2] Ghani, J., Choudury, L., & Walker, A. (2004). Application of Taguchi Method In The Optimization of End Milling Parameters. Journal of Materials Processing Technology, 145, 84-92 [3] Hsin-Chuan Kuo, & Jeun-Leun Wu. (2009). Supplier Selection Model using Taguchi Loss Function, Analitical Hierarchy Process and Multi-choice Goal Programming. Journal of Computers & Industrial Engineering, 58, 571-577. [4] Surjandari, I., & Yosua. (2010). Quality Improvement Plastic Painting Production Line. Value World, 33(3), 35-41. [5] Belavendram, N. (1995). Quality by Design: Taguchi Technique for Industrial Experiment. London: Prentice Hall International. [6] Rowlands, H., & Antony, J. (2003). Application of design of experiments to a spot welding process. Assembly Automation, 23(3), 273-279. Ucapan Terima Kasih Penelitian tersebut dilaksanakan dengan bantuan PT Akebono Brake Astra Indonesia (AAIJ), Pegangsaan Dua, Jakarta-Indonesia. Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh staf atas dukungan selama melakukan penelitian.