i

ABSTRAK

MODEL PENJADWALAN ULANG PADA FLEXIBLE MANUFACTURING SYSTEM

DENGAN MEMPERTIMBANGKAN STATUS PERKAKAS POTONG

Oleh

Ari Setiawan

NIM: 33412001

(Program Studi Doktor Teknik dan Manajemen Industri)

Flexible manufacturing System (FMS) adalah sistem produksi otomatis terdiri dari mesin-

CNC terintegrasi dengan sistem penanganan material yang dikendalikan oleh sebuah

komputer (FMS-controller). FMS sangat cocok untuk menyelesaikan variasi produk dan

volume produksi dalam jumlah menengah. Konfigurasi FMS pada penelitian ini terdiri dari

beberapa mesin-CNC sejenis yang dilengkapi dengan jenis dan jumlah perkakas potong yang

sama pada masing-masing tool magazine. Mesin-CNC juga dilengkapi dengan satu buffer

untuk menyimpan material yang menunggu untuk diproses. FMS dilengkapi dengan sistem

penanganan material yang terdiri dari sebuah stacker crane (alat untuk pengiriman material)

dan pallet stocker (rak penyimpanan material). Keunggulan utama FMS adalah otomatis dan

fleksibel. Otomatis menunjukkan kemampuan FMS untuk beroperasi tanpa harus dijaga oleh

operator (unmanned), sedangkan salah satu bentuk fleksibilitas pada FMS adalah routing

flexibility, yaitu kemampuan untuk menyediakan alternatif rute pengerjaan benda kerja bila

terdapat gangguan.

Penjadwalan FMS adalah proses mengalokasikan dan mengurutkan pekerjaan pada mesin-

CNC. Jika terjadi gangguan, maka diperlukan penjadwalan ulang. Berdasarkan kajian

pustaka, model penjadwalan ulang yang dikembangkan hanya disebabkan kerusakan mesin-

CNC saja. Belum ada satu pun model penjadwalan ulang yang disebabkan oleh perkakas

potong yang patah. Dengan demikian rumusan masalah dalam disertasi ini adalah bagaimana

formulasi model penjadwalan ulang produksi pada FMS karena perkakas potong yang patah

pada saat digunakan. Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan model penjadwalan ulang

pada FMS karena kejadian kerusakan perkakas potong pada saat unmanned. Model yang

diusulkan mempunyai kemampuan memilih secara simultan mesin-CNC yang memiliki

perkakas potong sesuai untuk pengerjaan suatu pekerjaan.

Metodologi penelitian dimulai dengan kajian pustaka dan pengamatan pada sistem nyata

untuk memperoleh rumusan masalahan, kemudian menentukan konfigurasi dan sistem

operasi FMS. Tahap berikutnya adalah pengembangan model yang terdiri dari 4 (empat) buah

model. Model-1 merupakan penjadwalan statis untuk pekerjaan pada mesin dan perkakas

potong secara simultan. Hasil Model-1 adalah jadwal awal. Pada saat FMS beroperasi, terjadi

gangguan berupa perkakas potong yang patah pada saat digunakan. Untuk itu dikembangkan

model penjadwalan ulang untuk pekerjaan dengan status menunggu. Penjadwalan ulang

dimulai dengan pendekatan Model-2. Tujuan penjadwalan ulang Model-2 adalah memperoleh

jadwal baru dengan menggunakan mekanisme yang digunakan pada Model-1. Karakteristik

penjadwalan ulang Model-2 menghasilkan jadwal baru yang alokasi pekerjaan pada mesin

berbeda dengan jadwal awal. Untuk mempertahankan alokasi pekerjaan, dikembangkan

model penjadwalan ulang Model-3, dengan asumsi tersedianya perkakas potong cadangan

untuk seluruh pekerjaan. Penjadwalan ulang Model-4 adalah model akhir yang merupakan

tujuan penelitian ini. Proses penjadwalan ulang pada Model-4 selain memperhatikan sisa

ii

umur pakai perkakas potong, juga memperhatikan lokasi material pada FMS apakah material

berada pada buffer mesin-CNC atau pada pallet stocker. Jika material pekerjaan dengan

status menunggu berada di buffer mesin, maka akan dijadwalkan ulang dengan pendekatan

Model-3. Sementara itu, pekerjaan yang materialnya berada pada pallet stocker dapat

berubah alokasi pekerjaannya dengan menggunakan pendekatan Model-2.

Pada Model-1, telah dilakukan serangkaian percobaan untuk memperoleh jadwal awal.

Dengan pendekatan analitik menggunakan Lingo, pencarian solusi global optimal ditemukan.

Pada model penjadwalan ulang, baik Model-2 maupun Model-3, telah dilakukan berbagai

percobaan dengan pendekatan analitik dan memberikan hasil yang optimal. Hasil percobaan

pada Model-2 menunjukkan adanya perpindahan alokasi pekerjaan pada mesin dari jadwal

awalnya. Model-3 memberikan hasil berupa jadwal baru yang mempertahankan alokasi

pekerjaan sesuai dengan jadwal awal, dengan syarat harus tersedia perkakas potong

cadangan. Pada percobaan Model-4, diperlukan pengolahan data dari jadwal awal (Model-1)

untuk mengetahui lokasi material dan ketersediaan perkakas potong cadangan. Pengolahan

informasi jadwal awal dan pengambilan keputusan penjadwalan ulang pada Model-4,

melibatkan banyak variabel dan parameter. Dengan demikian pencarian solusi pada Model-4

dilakukan dengan pendekatan heuristik.

Pendekatan Pemodelan Berorientasi Objek (PBO) diusulkan menjadi teknik pencarian solusi

pada permasalahan Model-4. Prinsip dari PBO adalah memodelkan elemen FMS menjadi

objek-objek yang dapat berinteraksi satu dengan yang lainnya, yang dikelompokkan kedalam

suatu kelas. Pada disertasi ini disusun 4 (empat) kelas, yaitu kelas mesin-CNC, kelas

perkakas potong, kelas pekerjaan dan kelas pallet-stocker. Setiap objek pada kelas, memiliki

atribut yang mencirikan sebuah objek. Pendekatan PBO untuk Model-4 telah dibangun

menjadi sebuah aplikasi yang berbasis bahasa java. Pada aplikasi ini telah dilakukan

serangkaian percobaan untuk permasalahan FMS dengan konfigurasi 4 (empat) mesin, 12

jenis perkakas potong, masing-masing 3 (tiga) unit. Pekerjaan pada FMS terdiri dari 15 job,

masing-masing memiliki 1 (satu) hingga 2 (dua) stage dan tiap stage memiliki lima hingga 7

(tujuh) operasi. Hasil percobaan menunjukkan bahwa Model-4 mempunyai sifat fleksibel,

dan mampu memberikan jadwal baru dengan cepat (sekitar satu menit) untuk menghadapi

gangguan perkakas potong yang patah.

Kata kunci: FMS, mesin-CNC, perkakas potong, umur pakai perkakas potong, penjadwalan

ulang.

iii

ABSTRACT

A FLEXIBLE MANUFACTURING SYSTEM RESCHEDULING MODEL

CONSIDERING CUTTING TOOLS CONDITIONS

by

Ari Setiawan

NIM: 33412001

(The Doctoral Program in Industrial Engineering and Management)

Flexible Manufacturing System (FMS) is an automated production system consisting of CNC

machines integrated with a material handling system and controlled by a computer. The FMS

is suitable to process in medium quantities of products variations and medium number of the

production volumes. The FMS configuration in this study consists of several similar CNC

machines equipped with the same type and number of cutting tools in each tool magazine.

The CNC machines are equipped with one buffer to store the material waiting to be

processed. The FMS has the material handling system consists of a stacker crane and a pallet

stocker. The main characteristics of the FMS are automatic and flexible. The automatic

characteristic indicates the ability to operate without having to be controlled by the operator

(unmanned), whereas one of the FMS flexibility is routing flexibility which is the ability to

provide an alternative route when there is interference.

Scheduling on FMS is the process of allocating and sorting the work on the machines.

Rescheduling is required when a disturbance is occurred. The disturbance could come from

job related or resource (FMS equipment) related. Based on literature review, it is found the

rescheduling model caused by only the machine failure. Meanwhile the rescheduling model

caused by the cutting tools failure has not been developed. Thus the research question in this

dissertation is how the formulation of the production rescheduling model on the FMS caused

by the event of cutting tool disruption. The purpose of this study is to obtain a rescheduling

model of FMS concerning the cutting tool life time. The proposed model has the ability to

select CNC machines and cutting tools simultaneously.

The research methodology starts from literature review and observations on the real system

to obtain the problem formulation, and then determines the configuration and the FMS

operating system. The next stage is the development of the scheduling model consisting of

four models. The Model-1 is the static scheduling for the jobs on machines and cutting tools

simultaneously. The Model-1 creates the initial schedule. At the time when the FMS operates,

there is an event of broken cutting tool, for which a rescheduling model is required. The

purpose of the rescheduling Model-2 is to obtain the new schedule using the mechanisms

used in the Model-1. The characteristics of the rescheduling Model-2 resulted in the new

schedule that the job allocation on the machine was different from the initial schedule. To

maintain the job allocation on the machine, the rescheduling Model-3 was developed,

assuming the availability of the spare cutting tools. The rescheduling Model-4 is the final

model which is the result of this study. The rescheduling process in the Model-4 concerns the

location of the material on the FMS. If the material is already prepared in the CNC-machine

buffer, then the job will be maintained by the Model-3. Meanwhile, if the material is waiting

in pallet stocker, then the job will be rescheduled by Model-2.

In Model-1, a series of trials has been conducted to obtain an initial schedule. Using analytic

approach by Lingo, global optimal solution is found for small FMS configuration that

consists of two machines, two types of cutting tools, two units of each cutting tools, two jobs

iv

with two stages each, and two operations on each stage. For a bigger problem, such as four

jobs with two stages each and two operations on each stage, global optimal solution cannot

be found.

In the rescheduling Model-2 and the rescheduling Model-3, a series of trial has been carried

out with analytic approach and obtain the optimal results. The results in Model-2 show that

the work allocations on the machines are different with the initial schedule. Model-3 provides

a new schedule that maintains the allocation of work on the machine in accordance with the

initial schedule, so long as there is the spare cutting tool. In Model-4, data processing is

needed from the initial schedule to determine the location of the material and the availability

of spare cutting tools. If the materials are already on the machine buffers, the jobs will be

rescheduled with the Model-3 approach. Meanwhile, if the materials are still in the pallet

stocker, then the jobs will be rescheduled by the Model-2 approach. Many variables and

parameters are involved. Therefore the solution searching in Model-4 has to be done by

heuristic approach.

The object oriented modeling (OOM) is proposed to be the solution searching method in the

Model-4 problems. The principle of the OOM is to create the model of FMS elements into

objects that can interact with each other. The objects are classified into four classes, which

are the product-class, the CNC-machine-class, the cutting-tool class and the pallet-stocker-

class. Every object has the attributes and the method. The attributes will characterize the

object, while the method is the algorithm that has the ability to interact between objects. The

Model-4 with the OOM approach has been built into an application based on java language

software. In this application, a series of trials for complex FMS problems has been

conducted. The FMS consists of four machines, 12 types of cutting tools, each of three units

for 15 jobs, each consisting of five to seven operations. The trials show that the Model-4 has

flexible characteristics to provide the new schedules as the quick respond (in one second) of

the cutting tool failure event.

Keywords: FMS, CNC-machines, cutting tools, cutting tools life time, rescheduling