Pengembangan Metode Perancangan dan Modifikasi Fixture dengan Pendekatan Varian pada Modular Fixture Berbasis Dowelpin.doc

PENGEMBANGAN METODE PERANCANGAN DAN MODIFIKASI FIXTURE DENGAN PENDEKATAN VARIANPADA MODULAR FIXTURE BERBASIS DOWEL-PINMunajat Tri Nugroho1), Anas Maruf2)1)Jurusan Teknik Industri Universitas Muhammadiyah SurakartaJl. A. Yani PO BOX 1 Pabelan Kartasura Surakarta 57162Email : munajat3n2)Laboratorium Sistem Produksi, Departemen Teknik IndustriInstitut Teknologi BandungJl. Ganesha 10 Bandung 40132ABSTRAKPenelitian ini bertujuan untuk mengembangkan metode perancangan fixture dengan pendekatan varian yang bersifat komprehensif, yang terdiri atas pemilihan dan modifikasi rancangan fixture. Metode yang dikembangkan meliputi: ekstraksi drawing 3D benda kerja, pemilihan kandidat rancangan dari basis data, penghitungan tingkat kemiripan, pengujian fisibilitas rancangan fixture, modifikasi rancangan fixture dan perakitan komponen fixture. Metode pemilihan rancangan fixture dilakukan dengan cara membandingkan peta fitur benda kerja yang dibuat dengan peta fitur kandidat rancangan yang tersimpan dalam basis data. Proses modifikasi kandidat rancangan fixture, dilakukan dengan mengubah komponen fixture yang digunakan atau dengan melakukan pengubahan koordinat lokator atau klem yang tidak fisibel. Basis data yang dikembangkan terdiri atas basis data benda kerja, basis data rancangan fixture dan basis data komponen-komponen Hasil implementasi yang dilakukan memperlihatkan metode yang dikembangkan mampu menghasilkan solusi rancangan fixture yang fisibel dalam bentuk drawing 3D dan urutan perakitan komponen fixture, sehingga memudahkan seorang perencana untuk merancang fixture dan dapat mengurangi ketergantungan kepada perencana fixture yang berpengalaman.Kata kunci : perancangan - modular fixture - pendekatan varian - peta fiturPENDAHULUANPerencanaan proses (process planning) dilakukan untuk menerjemahkan informasi rancangan produk ke dalam tahapan manufaktur (Chang, 1998; Zeid, 1991). Pengembangan Computer Aided Process Planning (CAPP) dimaksudkan untuk menjembatani kesenjangan yang terjadi antara Computer Aided Design (CAD) dengan Computer Aided Manufacturing (CAM) (Xu, 2000; Chang, 1998). Perancangan fixture merupakan salah satu tahapan yang harus dilakukan dalam perencanaan proses (Xu, 2000; Chang, 1998). Namun sebagian besar penelitian dalam CAPP mengabaikan pengaruh perancangan fixture terhadap rancangan produk dan perencanaan proses (Bi, 2001). Padahal fixture memegang peranan yang sangat penting untuk melakukan proses permesinan.Perkembangan fixture pada awalnya terbagi menjadi dedicated fixture dan general-purpose fixture, namun selanjutnya berkembang pula modular fixture dan hybrid fixture. Dalam industri manufaktur berbasis pesanan (make to order), penggunaan flexible fixture dalam proses manufaktur menjadi sebuah alternatif untuk mengurangi waktu setup yang dibutuhkan untuk mempersiapkan proses permesinan yang akan dilakukan.Berdasarkan fleksibilitasnya, fixture dapat dibagi menjadi 2, yaitu modular fixture dan dedicated fixture. Modular fixture memiliki kelebihan antara lain : lebih cepat dalam pembuatan kontruksi fixture, dapat dipakai ulang setelah dilepas, lebih adaptif terhadap perubahan dan dapat digunakan secara luas (Nee, 1998).Modular fixture system yang tersedia di pasaran terdiri dari 2 sistem yaitu : T-slot system dan dowel-pin system, seperti terlihat pada gambar 1. Dari kedua sistem tersebut, dowel-pin system memiliki lebih banyak kelebihan dan lebih banyak digunakan oleh industri manufaktur. Kelebihannya antara lain : lebih kaku, lebih murah, lebih cepat perancangannya dan tidak memerlukan keahlian yang tinggi (Hoffman, 1996; Rong & Zhu, 1999).Perancangan fixture dapat dilakukan dengan beberapa pendekatan antara lain dengan pendekatan generatif (generative approach), pendekatan varian (variant approach) dan knowledgebase (rule-base) approach. Gambar 1: T-slot system(atas) dan dowel-pin system (bawah) Modular FixtureDari ketiga pendekatan perancangan fixture di atas, pendekatan varian memiliki keunggulan dibandingkan dengan pendekatan yang lain, yaitu lebih cepat, memerlukan sedikit usaha perhitungan dan mengurangi waktu penggantian fixture dengan mengelompokkan desain (Balasubra-manian, 1999). Secara garis besar, perancangan fixture dengan pendekatan varian dilakukan dengan 2 langkah utama, yaitu pemilihan desain fixture yang mirip dari data desain fixture yang ada dan modifikasi desain fixture yang diperoleh. Dari beberapa penelitian yang dilakukan dengan menggunakan pendekatan varian, belum ada penelitian yang dilengkapi dengan metoda untuk modifikasi desain fixture yang sudah diperoleh (Herrmann, 2000; Rong & Zhu, 1999; Balasubramanian, 1999). Hal ini, menyebabkan masih diperlukan peran perencana fixture yang sudah berpengalaman untuk melakukan modifikasi desain fixture yang sudah diperoleh.PENGEMBANGAN METODEMetode pemilihan rancangan fixture didasarkan pada tingkat kemiripan (similarity index) rancangan benda kerja yang baru dibandingkan dengan rancangan benda kerja yang ada dalam basis data. Prinsip dasar yang digunakan dalam pemilihan rancangan ini adalah rancangan benda kerja yang mirip akan memiliki rancangan fixture yang mirip jika dikerjakan dengan jenis mesin yang sama. Tingkat kemiripan satu rancangan fixture dengan rancangan fixture yang lain, ditentukan dengan membandingkan rancangan benda kerja yang baru dibuat dengan rancangan benda kerja yang pernah dibuat sebelumnya. Metode pemilihan dan modifikasi rancangan fixture yang dikembangkan berdasarkan sistem modular fixture berbasis dowel-pin dari Carr Lane Manufacturing. Metode yang dikembang-kan bersifat heuristik, karena tidak semua titik ditentukan nilainya untuk membuat peta fitur. Langkah-langkah yang dilakukan untuk merancang modular fixture berbasis dowel-pin dengan pendekatan varian adalah sebagai berikut:Gambar 2: Langkah-langkah metode perancangan fixture yang dikembangkan1. Ekstraksi Gambar benda kerja 3D.Proses ekstraksi gambar dilakukan untuk memperoleh data-data fitur benda kerja dan mengolah data-data fitur menjadi menjadi peta fitur (feature map) untuk setiap permukaan benda kerja, yang direpresentasikan dengan nilai 1 untuk area permukaan yang ada fiturnya, dan nilai 0 untuk area yang tidak ada fiturnya, seperti contoh di bawah ini, dan direpresentasikan menjadi Fij Gambar 3 : Peta fitur pada sebuah permukaan benda kerja.2. Pemilihan Kandidat RancanganPemilihan kandidat rancangan dilakukan dengan mencari rancangan benda kerja dari basis data benda kerja yang menggunakan plat dasar yang memiliki jarak antar lubang (d) yang sama dengan benda kerja yang dibuat dan memiliki dimensi panjang (L), lebar (W) dan tinggi (H) pada rentang tertentu.3. Perhitungan Tingkat Kemiripan (similarity index)Terlebih dahulu menentukan Sij, yaitu akan bernilai 1 jika Fij benda kerja baru = Fij benda kerja lama, dan bernilai 0 jika Fij benda kerja baru Fij benda kerja lama. Kemudian dilakukan perhitungan tingkat kemiripan (similarity index) kandidat (Sk) pada permukaan yang akan dilakukan pemesinan. . (1)Dimana :I : jumlah kolom peta fiturJ : jumlah baris peta fitur4. Pengurutan Tingkat KemiripanUrutkan kandidat rancangan berdasarkan tingkat kemiripan yang sudah dihitung dari tingkat kemiripan terbesar ke tingkat kemiripan terkecil. Selanjutnya pilih kandidat rancangan yang memiliki tingkat kemiripan (similarity index) terbesar untuk diuji fisibilitasnya.5. Pengujian FisibilitasPengujian fisibilitas dimaksudkan untuk mengetahui terjadi atau tidak interferensi antara pahat dengan komponen fixture pada saat proses pemesinan dilakukan. Pengujian fisibilitas dilakukan terhadap lokator primer, lokator sekunder, lokator tersier dan klem.6. Modifikasi Rancangan FixtureLakukan modifikasi pada lokator primer, lokator sekunder, lokator tersier dan klem. 7. Pemilihan Komponen FixturePemilihan komponen lokator dan atau riser block dan atau height shims untuk lokator primer.8. Pengujian fisibilitas rancangan fixture hasil modifikasiLangkah ini hanya dilakukan jika kita melakukan modifikasi terhadap rancangan fixture. Lakukan uji fisibilitas lagi, jika semuanya fisibel maka gunakan rancangan fixture benda kerja tersebut untuk rancangan benda kerja baru dan simpan dalam basis data rancangan fixture. Jika tidak fisibel maka pilih kandidat berikutnya, ulangi langkah 5 sampai 8 sampai diperoleh rancangan fixture yang fisibel atau sampai keseluruhan kandidat sudah diuji. 9. Perakitan komponen fixturePerakitan komponen fixture meliputi perakitan lokator, klem dan asesorisnya ke plat dasar modular fixture berbasis dowel-pin dengan menggunakan komponen pengencang. Perakitan komponen dilakukan secara berurutan dari plat dasar, komponen lokator primer dan asesorisnya, lokator sekunder dan tersier beserta asesorisnya, benda kerja dan yang terakhir adalah klem beserta asesorisnya. HASIL DAN PEMBAHASANHasil perancangan metode perancangan fixture dengan pendekatan varian, selanjutnya diimplementasikan ke dalam perangkat lunak. Perancangan perangkat lunak dijalankan pada lingkungan Solidworks 2004, dengan menggunakan Visual Basic for Application dan Visual basic 6.0 sebagai bahasa pemrograman dan Microsoft Access 2003 sebagai pembuat basis data. Tampilan modul dan hasil implementasi perangkat lunak dapat dilihat pada Gambar 5Sebelum dilakukan uji coba, terlebih dahulu dilakukan persiapan, terutama untuk mengisi basis data dan merancang modular fixture benda kerja sebelumnya yang akan dijadikan dasar perancangan modular fixture benda kerja yang baru. Setelah persiapan selesai, kemudian dilakukan uji coba perancangan dengan benda kerja nyata.Benda kerja yang dijadikan contoh pengujian memiliki dimensi L x W x H sebesar 34 mm x 25 mm x 31 mm. Karena benda kerja terlalu kecil, dibuat ukuran berbeda dengan skala 1:6, sehingga benda kerja yang akan digunakan untuk melakukan uji coba memiliki dimensi L x W x H sebesar 204 mm x 150 mm x 186 mm, seperti terlihat pada Gambar 4 di bawah ini: Gambar 4 : Gambar benda kerja yang akan dirancang fixture-nyaHasil implementasi menggunakan benda kerja uji, diperoleh tingkat kemiripan 0.733. Hasil pengujian fisibilitas memperlihatkan bahwa lokator primer 3 tidak fisibel dan harus dilakukan modifikasi. Modifikasi yang dilakukan adalah dengan mengganti screw rest pads, menambahkan sebuah riser block beserta 2 komponen screw (socket-head cap screw) dan menambahkan 9 height shims. Adapun hasil perancangan terlihat pada gambar dan kebutuhan serta urutan perakitan terlihat pada Tabel 1.Gambar 5: Tampilan Hasil akhir perancangan modular fixture untuk benda kerja uji.Tabel : Daftar kebutuhan komponen dan urutan perakitannya untuk rancangan fixture benda uji.NoNama KomponenPart No1 BasePlate CL-MF40-01112-3 ScrewRestPads1 CL-MF40-48054 RiserBlock3 CL-MF40-14145-6 ScrewRiserBlock3 CL-1-2-13x250-SHCS7-15 HeightShims3 CL-MF40-712516 ScrewRestPads3 CL-MF40-480817 AnglePlate1 CL-MF40-051218-19 LocatingScrew1 CL-MF40-430220 ScrewRestPads4 CL-MF40-480521 AnglePlate2 CL-MF40-051222-23 LocatingScrew2 CL-MF40-430224 ScrewRestPads5 CL-MF40-480525 AnglePlate3 CL-MF40-051226-27 LocatingScrew3 CL-MF40-430228 ScrewRestPads6 CL-MF40-480529 Benda Kerja Benda Uji30 HighRiseClamp1 CL-MF40-230131ScrewHighRiseClamp1 CL-MF40-431132 HighRiseClamp2 CL-MF40-230233ScrewHighRiseClamp2 CL-MF40-431134 AdaptorBase CL-MF40-190135 ScrewAdaptorBase CL-MF40-431136 ClampStud CL-1-2-13x400-STUD37 ClampRest CL-4-CR38 ClampSpring CL-9-SPG39 FlatWasher CL-2-FW40 ClampStrap CL-8-CS41 SpherNutWasher CL-3-SNWPerhitungan tingkat kemiripan dengan menggunakan nilai d yang berbeda menghasilkan peta fitur yang berbeda. Peta fitur dengan jumlah baris peta fitur dan jumlah kolom peta fitur yang berbeda menyebabkan hasil perhitungan kemiripannya juga berbeda. Metode perhitungan tingkat kemiripan tidak memperhatikan jenis fitur maupun dimensi fitur yang ada pada permukaan yang dibandingkan. Untuk kasus dimana pahat dan parameter pemesinan berbeda secara signifikan, maka metode ini sebaiknya tidak digunakan karena metode ini menggunakan ketentuan bahwa gaya yang bekerja pada benda kerja tidak berbeda secara signifikan dengan benda kerja yang lain.Metode modifikasi rancangan fixture yang dikembangkan dapat digunakan memperoleh solusi dengan cepat. Metode modifikasi ini memprioritaskan modifikasi dengan melakukan pengubahan komponen fixture dibandingkan dengan mengubah koordinat lokator atau klem yang tidak fisibel. Pemilihan komponen fixture yang sesuai mempertimbangkan beberapa dimensi dari komponen fixture serta dimensi dari fitur yang bersesuaian dengan koordinat lokator atau klem. Dimensi komponen fixture sangat menentukan diperoleh atau tidaknya komponen yang sesuai, dimana hal ini akan berpengaruh terhadap kemampuan dari fixture yang dibuat. Perangkat lunak yang dikembangkan memiliki keterbatasan utama karena belum mampu membaca fitur benda kerja dari gambar benda kerja yang tidak dibuat mengunakan perangkat lunak yang dikembangkan. Selain itu belum semua komponen yang ada dalam modular fixture sistem Carr Lane dimasukkan dalam basis data komponen. Dengan adanya basis data yang dapat di-update secara kontinyu dan penambahan data secara otomatis, menjadikan metode dan perangkat lunak yang dikembangkan menjadi fleksibel. KESIMPULANPenelitian ini telah berhasil mengembangkan metode perancangan modular fixture dengan pendekatan varian, untuk jenis dowel-pin based modular fixture, dengan dilengkapi metode untuk melakukan modifikasi rancangan fixture yang sudah ada. Metode yang dikembangkan sudah dapat diimplementasikan dengan perangkat lunak, namun masih dilakukan untuk pemakaian yang terbatas.DAFTAR PUSTAKA_, 2002, Component Parts of Jigs and Fixtures (Catalog on CDROM), Fifth Edition, Carr Lane Manufacturing Co, St. Louis, Missouri.Balasubramanian, S., 1999, Fixture-Based Design Similarity Measures for Variant Fixture, Master Thesis, Faculty of Graduate School, University of Maryland. Bi, Z. M., dan W. J. Zhang, 2001, Flexible Fixture Design and Automation : Review, Issues and Future Direction, International Journal of Production Research, Volume 39 No 13 pp 2867 2894.Chang, T.C., Richard A. Wysk, Hsu-Pin Wang, 1998, Computer Aided Manufacturing, Second edition, Prentice Hall, New Jersey.Hermann, Jeffrey W., S. Balasubramanian & Gurdip Singh, 2000, Defining Specialized Design Similarity Measure, International Journal of Production Research Vol. 38 No. 15 pp 3603 3621.Hu, W. & Y. Rong, 2000, A Fast Interference Checking Algor