PENDAHULUAN

Salah satu kebutuhan yang sangat penting dalam pengembangan produk yang

memuaskan dengan harga bersaing adalah pemilihan ekonomis dalam hal desain

teknik, bahan dan proses manufaktur.

Prosedur pemilihan bahan secara kuantitaif telah dikembangkan untuk analisa

sejumlah besar data : sifat bahan dan proses.

Pemilihan bahan dan proses diperlukan untuk pengembangan produk baru atau

produk yang sudah ada dengan alasan :

1. Memanfaatkan keuntungan bahan baru dan proses

2. Meningkatkan performa pelayanan (service) mencakup umur pakai lama dan

reliability tinggi

3. Memenuhi persyaratan legal baru

4. Menjelaskan tentang kondisi operasi yang berubah

5. Menurunkan biaya dan membuat produk lebih kompetitif.

KARAKTERISTIK PROSES PEMILIHAN

o Pemilihan kombinasi bahan dan proses yang optimum merupakan pekerjaan

yang tidak mudah dan dilakukan pada tahap pengembangan produk.

o Pada tahap awal pengembangan produk baru, pertanyaan-pertanyaan berikut

harus diperhatikan :

o What is it?

o What does it do?

o How does it do it?

Jawaban ke-3 pertanyaan di atas akan membantu dalam menyusun

spesifikasi fungsi komponen. Selanjutnya dilanjutkan dengan

pertanyaan berikut :

o What are the important, or primary, design and material requirements?

o What are the secondary requirements and are they necessary?

o Jawaban ke-2 pertanyaan di atas membantu spesifikasi : persyaratan performa

komponen dan mendapatkan karakteristik bahan dan persyaratan proses.

o Pada tahap manufaktur / pembuatan produk , beberapa perubahan pada bahan

mungkin diperlukan dan masalah yang berhubungan dengan proses diatasi

dengan penggantian atau pemilihan bahan yang tepat.

o Tahapan-tahapan di atas dapat diringkas sbb. :

1. Analisis persyaratan performa

2. Pengembangan solusi alternatif terhadap masalah

3. Evaluasi solusi yang berbeda

4. Keputusan solusi yang optimum

ANALISIS PERSYARATAN PERFORMA BAHAN

Persyaratan performa bahan terbagi 5 kategori : persyaratan fungsional, persyaratan mampu

proses (processability), biaya, keandalan (reliabilty) dan ketahanan terhadap kondisi kerja.

Persyaratan Fungsional (Functional Requirements)

Persyaratan fungsional berhubungan langsung dengan karakteristik komponen yang

dibutuhkan.

Contoh : jika komponen membawa beban tarik aksial maka kapasitas membawa

beban (load-carrying capacity) suatu produk dapat ditentukan dengan tegangan luluh

(yield strength) bahan.

Tahanan kejut thermal (thermal shock resistance) berhubungan dengan koefisien

muai, konduktivitas panas, modulus elastisitas, keuletan dan kekuatan bahan.

Persyaratan Mampu Proses

Processability adalah kemampuan suatu bahan untuk dikerjakan dan dibentuk menjadi

komponen jadi.

Processability dalam hal metode manufaktur dapat berarti : castability (sifat mampu

cor), weldability (sifat mampu las), machinibiliy (sifat mampu mesin), dll

Biaya

Biaya merupakan faktor pengontrol dalam evaluasi bahan karena dalam aplikasinya

ada batas biaya (cost limit) untuk bahan yang memenuhi persyaratan.

Biaya proses dapat melebihi biaya penyimpanan (stock)

Persyaratan Reliability

Reliability adalah probabilitas suatu bahan saat melakukan fungsi yang diinginkan

untuk umur yang diharapkan tanpa terjadi kegagalan.

Reliability sukar ditentukan karena tidak hanya tergantung pada sifat bahan akan

tetapi juga produksi dan sejarah proses yang dipakai.

Biasanya bahan baru dan non-standard mempunyai reliability rendah dibanding

dengan bahan yang sudah standard dan telah ada (establish).

Failure analysis digunakan untuk memprediksi bagaimana produk dapat mengalami

kegagalan dan failure analysis ini dapat digunakan sebagai pendekatan sistematis

untuk evaluasi reliability.

Penyebab kegagalan suatu bahan dapat dilacak melalui cacat bahan dan proses,

kesalahan desain atau kondisi yang tidak diharapkan.

Ketahanan terhadap Kondisi Kerja (Service)

Lingkungan dimana produk atau komponen beroperasi sangat menentukan dalam

menentukan persyaratan performa bahan

Lingkungan meliputi : lingkungan korosi, kondisi suhu sangat rendah atau tinggi

Klasifikasi Persyaratan Bahan

Persyaratan bahan dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu :

1. Persyaratan ketat (rigid)

2. Persyaratan lunak (soft) atau relatif

o Persyaratan rigid merupakan persyaratan yang harus dipenuhi oleh bahan.

Persyaratan ini biasanya digunakan untuk penyaringan (screening) bahan

untuk menghindari kelompok yang tidak sesuai.

Contoh : bahan logam dikeluarkan jika melakukan pemilihan bahan untuk isolator listrik.

o Persyaratan rigid bahan meliputi perilaku bahan pada kondisi : suhu operasi,

ketahanan terhadap lingkngan korosi, keuletan, konduktivitas panas dan listrik

atau isolator, dll.

o Persyaratan proses meliputi : ukuran batch, laju produksi, ukuran produk dan

bentuk, toleransi dan penyelesaian permukaan (surface finish).

o Persyaratan lunak (soft) persyaratan yang bisa dikompromikan.

Contoh : sifat mekanis bahan, specific gravity dan biaya.

PENGEMBANGAN DAN EVALUASI PENYELESAIAN ALTERNATIF

Setelah spesifikasi dan klasifikasi persyaratan bahan dibuat, proses pemilihan selanjutnya

adalah mencari bahan yang memenuhi persyaratan tsb.

Membuat Penyelesaian Alternatif

Tahap ini dimulai dengan mengkaji lingkup bahan teknik.

Kreativitas diperlukan untuk pengembangan idea-idea tanpa dipengaruhi pemikiran

tradisional

Menciptakan alternatif tanpa mengabaikan feasibility

Tahap ini diakhiri dengan evaluasi bahan-bahan kandidat dengan menggunakan grafik

pemilihan bahan.

Pada grafik, garis : E/ρ atau E/S : beban aksial, E1/2

/ρ : tekuk (buckling) dan E1/3

/ρ :

bending dimana bahan dikatakan bagus jika di atas garis dan sebaliknya.

Formula untuk estimasi biaya per satuan sifat bahan seperti pada Tabel di bawah.

Pemilihan Penyelesaian Optimum

Pemilihan bahan yang optimum dilakukan dengan cara mempertimbangkan bahan

kandidat berdasarkan persyaratan bahan yang telah ditetapkan.

Pemilihan bahan tidak harus menghasilkan penyelesain yang eksak karena harus

mempertimbangkan kelebihan (advantage) dan batasan (limitation) yang saling

bertentangan sehingga diperlukan kompromi dalam membuat keputusan.

METODE BIAYA PER PROPERTI (COST PER UNIT PROPERTY METHOD)

Biaya per satuan property dapat dipakai untuk pemilihan bahan yang optimal.

Perhatikan kasus batang silinder dengan panjang L bekerja gaya F maka luasan :

A = F/S

dengan S : tegangan kerja bahan yang besarnya sama dengan tegangan luluh dibagi faktor

keamanan.

Biaya tiap batang (C’) sebesar : S = CρAL = (CρFL)/S

C : biaya bahan tiap satuan massa dan ρ : massa jenis (density) bahan

Biaya tiap satuan kekuatan (cost of unit strength) : (ρC)/S untuk F dan L sama

digunakan untuk membandingkan bahan kandidat dimana bahan mempunai nilai

optimum jika cost of unit strength paling rendah.

Jika 2 bahan dapat saling mengganti (substitusi), misal a dan b maka kedua bahan

tersebut dapat dibandingkan berdasarkan relative cost per unit strength (RC’) :

Jika RC’ kurang dari 1 maka bahan a yang dipilih.

METODE WEIGHTED PROPERTIES

Optimasi pemilihan bahan dapat dilakukan dengan weighted properties method.

Nilai sifat pemberat (weighted property value) dapat dilakukan dengan mengalikan

nilai numerik sifat dengan faktor pemberat (weighted factor) atau

Jumlah nilai-nilai weighted properties ini menghasilkan comparative material

performance index ( ) :

Material performance index :

dengan n : jumlah properties dan B : scaled value yang dinyatakan :

Untuk sifat bahan seperti : biaya, korosi, keausan, penambahan berat karena oksidasi, dll.

nilai minimum biasanya dipakai pada pers. di atas sehingga :

Nilai numerik untuk properties seperti korosi biasanya dipakai : excellent, very good, good,

fair dan poor dapat diberi nilai numerik masing-masing : 5, 4, 3, 2 dan 1.

Metode logic approach dapat digunakan untuk menentukan α dimana evaluasi disusun

sedemikian sehingga hanya 2 sifat yang dipertimbangkan

o Untuk menentukan tingkat pentingnya sifat (property) dibuat tabel dengan

goal di kolom kiri dan dibandingkan di kolom sebelah kanan

o Kombinasi property atau performance goal dibandingkan dan dievaluai

dengan memberikan pernyataan ya atau tidak.

o Dua sifat bahan dibandingkan dengan memberi nilai (1) untuk yang lebih

penting dan (0) untuk yang kurang penting

o Jumlah kemungkinan keputusan sebanyak : N = n (n-1)/2 dengan n : jumlah

sifat (property)

o Faktor pemberat (weighting factor) α untuk setiap goal : jumlah keputusan

positif tiap goal (m) dibagi dengan jumlah keputusan yang mungkin (N)

sehingga : Σα = 1.

o Besar biaya (bahan, processing, finishing, dll.) ditentukan dengan persamaan :

M = γ / (Cρ)

dengan M : figure of merit, γ : performance index, C : biaya total tiap satuan berat dan

ρ : density bahan.

o Contoh :

Pilih bahan optimum yang akan dipakai untuk tanki penyimpan cryogenic

Analisis :

Persyaratan utama bahan untuk cryogenic adalah bahan harus mempunyai suhu

transisi getas-ulet sebesar -196 oC sehingga baja karbon, baja paduan dan logam lain

dengan struktur bcc tidak sesuai karena mengalami penggetasan pada suhu tsb.

Logam dengan struktur fcc biasanya tidak mengalami penggetasan pada suhu rendah.

Bahan harus memenuhi persyaratan berikut :

1. ketangguhan (toughness) tinggi pada suhu operasi

2. kekuatan tarik tinggi (yield strength)

3. kekakuan (stiffness) tinggi

4. berat jenis (density) rendah

5. Koefisien muai (thermal expansion) rendah

6. konduktivitas thermal rendah (conductivity)

7. panas jenis (specific heat) rendah

Tabel di bawah memperlihatkan 7 sifat bahan di kolom sebelah kiri dan jumlah keputusan

N(N-1)/2 = 7(6)/2 = 21.

Weighting factor α ditentukan dengan membagi jumlah keputusan positif dengan jumlah total

keputusan.

Dari tabel di atas, nilai α tertinggi adalah ketangguhan (toughness) yang berarti sifat yang

penting dibanding dengan lainnya.

Tabel di bawah adalah sifat-sifat bahan (no. 1-7) untuk berbagai bahan kandidat.

Tahap selanjutnya adalah memberi skala dimana harga tertinggi dari toughness, yield strength

dan modulus Young diberi nilai 100 sedangkan harga terendah sifat-sifat lainnya (specific

gravity, thermal expansion coefficient, thermal conductivity dan specific heat) diberi skala

100 seperti Tabel di bawah.

Performance index (γ) dicari berdasarkan rumus :

Faktor biaya dapat dicari dengan menghitung figure of merit (M) : M = γ / (Cρ)

Dari Tabel di atas terlihat bahwa bahan stainless steel SS 301-FH merupakan bahan optimum

diikuti aluminium Al 2014-T6