Teknologi Kontrol dan Otomasi dalam
Manufaktur
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
1
PENDAHULUAN
Otomasi adalah suatu teknologi yang digunakan untuk melaksanakan proses atau prosedur kerja tanpa bantuan manusia. Pekerjaan ini dilakukan
dengan menggunakan suatu program instruksi yang dikombinasi dengan suatu sistem pengendali untuk
menjalankan instruksi-instruksi tersebut.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
2
Elemen-Elemen Dasar Suatu Sistem
Otomasi
a. Sumber tenaga untuk melaksanakan proses dan mengoperasikan sistem.
b. Program instruksi untuk mengatur jalannya proses.
c. Sistem pengendali untuk menjalankan instruksi.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
3
Sumber Tenaga Untuk Melaksanakan Proses Dan Mengoperasikan Sistem
Sumber tenaga paling utama dalam sistem terotomasi adalah
listrik. Tenaga listrik memiliki banyak keunggulan dalam proses baik yang terotomasi maupun tidak yaitu sebagai berikut :
Tenaga listrik tersedia sangat luas dengan harga yang layak. Tenaga listrik dapat dengan segera diubah menjadi bentuk energi
alternatif yaitu : mekanik, termal, sinar, suara, dan hidrolik. Tenaga listrik pada tingkat yang rendah dapat digunakan untuk
melaksanakan fungsi-fungsi seperti transmisi sinyaI, pemrosesan informasi serta penyimpanan dan komunikasi data.
Energi listrik dapat disimpan dalam baterai yang umurnya panjang agar dapat digunakan di lokasi dimana sumber eksternal energi listrik tidak tersedia dengan mudah.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
4
Program Instruksi Untuk Mengatur Jalannya Proses
Tindakan yang dilaksanakan oleh proses terotomasi didefinisikan sebagai program instruksi.
Urutan langkah umum berupa :
a. Masukkan part pada mesin produksi
b. Melaksanakan proses
c. Mengambil part
Selama langkah itu berlangsung, terdapat satu atau lebih aktivitas yang meliputi perubahan pada satu atau beberapa parameter proses
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
5
Sistem Pengendali Untuk Menjalankan
Instruksi
Sistem pengendali menyebabkan proses melaksanakan fungsi-fungsi yang didefinisikan, sesuai dengan tujuan untuk melakukan beberapa operasi manufaktur.
Kendali dalam suatu sistem terotomasi dapat berupa sistem siklus tertutup ataupun terbuka.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
6
a. Sistem Kendali Tertutup
Suatu sistem kendali tertutup, juga dikenal dengan sistem kendali umpan balik, adalah suatu mekanisme dimana variabel output dibandingkan dengan parameter input
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
7
b. Sistem Kendali Terbuka
Sistem kendali terbuka beroperasi tanpa adanya umpan balik. Pengendalian berlangsung tanpa adanya pengukuran terhadap variabel output, maka tidak ada pembandingan antara nilai output aktual dengan parameter input yang diinginkan
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
8
Prinsip Otomasi dan Strategi Terkait
Ada tiga pendekatan untuk menghadapi proyek-proyek otomasi yaitu :
a. Prinsip USA
b. Strategi Otomasi dan Sistem Produksi
c. Strategi Migrasi Menuju Sistem Otomasi.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
9
Prinsip USA
Kepanjangan dari simbol USA adalah :
Understand, mengerti proses yang sedang berlangsung.
Simplify, sederhanakan proses tersebut.
Automate, otomasikan proses tadi.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
10
Strategi Otomasi dan Produksi
Strategi-strategi tersebut adalah : Spesialisasi operasi Operasi terkombinasi Operasi yang simultan Integrasi operasi Fleksibilitas yang meningkat Perbaikan pemindahan bahan dan pergudangan Inspeksi berjalan Pengendalian proses dan optimasi Pengendalian operasi pabrik Manufaktur terintegrasi secara komputer (CIM)
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
11
Strategi Migrasi Menuju Sistem Otomasi
Strategi migrasi menuju sistem otomasi yang umum digunakan adalah :
Fase 1 : Produksi manual menggunakan stasiun kerja tunggal beroperator yang beroperasi secara mandiri.
Fase 2 : Produksi terotomasi menggunakan stasiun kerja tunggal terotomasi yang beroperasi secara mandiri.
Fase 3 : Produksi otomasi terintegrasi menggunakan stasiun ganda terotomasi dengan operasi berseri dan sistem pemindahan unit pekerjaan terotomasi antar stasiun kerja
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
12
Strategi Migrasi Otomasi
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
13
Tingkatan Dalam Otomasi
Ada 5 tingkatan dalam otomasi yaitu : a. Tingkat alat
b. Tingkat mesin
c. Tingkat sistem
d. Tingkat pabrik
e. Tingkat perusahaan
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
14
a. Tingkat alat Tingkat ini meliputi, sensor, dan komponen perangkat keras lain yang membangun suatu mesin b. Tingkat mesin Perangkat keras pada tingkat alat dirakit menjadi mesin individu c. Tingkat sistem Suatu sistem adalah sekumpulan mesin atau stasiun kerja yang
dihubungkan dan didukung dengan suatu sistem pemindahan bahan, komputer dan perangkat lain yang sesuai untuk proses manufaktur
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
15
d. Tingkat pabrik Perintah diterima dari sistem informasi perusahaan dan
diterjemahkan menjadi rencana operasi bagi proses produksi. Fungsi-fungsi yang dilakukan yaitu : pemrosesan order, perencanaan proses, pengendalian persediaan, pembelian, perencanaan kebutuhan material, pengendalian lantai produksi dan pengendalian kualitas.
e. Tingkat perusahaan Terdiri dari sistem informasi perusahaan. Hal ini
menyangkut semua fungsi-fungsi yang diperlukan untuk mengelola perusahaan yaitu : pemasaran dan penjualan, akunting, perancangan, penelitian, perencanaan agregat, dan penjadwalan produksi.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
16
Tingkatan Dalam Otomasi
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
17
Alasan Penerapan Otomasi
Beberapa alasan penerapan otomasi adalah : Meningkatkan produktivitas tenaga kerja.
Mengurangi biaya tenaga kerja.
Meringankan pengaruh kelangkaan tenaga kerja.
Mengurangi atau menghilangkan tugas-tugas manual dan kasar.
Memperbaiki keselamatan pekerja.
Memperbaiki kualitas produk
Mengurangi waktu tunggu (lead time) manufaktur
Melaksanakan proses-proses yang tidak dapat dilakukan secara manual.
Menghindari biaya tinggi karena tidak terotomasi.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
18
Sistem Manufaktur Terotomasi
Contoh sistem manufaktur terotomasi yaitu :
Mesin perkakas terotomasi yang memproses benda kerja (part).
Sistem perakitan terotomasi.
Sistem manufaktur yang menggunakan robot industri untuk melaksanakan operasi atau proses perakitan.
Pemindahan bahan dan penyimpanan terotomasi untuk mengintegrasikan operasi-operasi manufaktur.
Sistem inspeksi terotomasi untuk pengendalian kualitas.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
19
Fungsi - Fungsi Otomasi Lanjut
Fungsi-fungsi otomasi lanjut meliputi:
a. Pemantauan keselamatan
b. Diagnosis perawatan dan perbaikan
c. Pendeteksian kesalahan dan pengembalian kondisi (recovery).
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
20
Pemantauan Keselamatan
Pemantauan keselamatan dalam sistem terotomasi melingkupi penggunaan sensor untuk melacak pengoperasian sistem dan mengidentifikasi kondisi-kondisi dan kejadian yang berpotensi tidak aman contohnya :
Saklar batas (limit switch) untuk mendeteksi posisi part yang tepat pada perangkat pemegang benda kerja sehingga siklus pemrosesan dapat dimulai.
Sensor foto elektrik dipicu dengan terpotongnya berkas sinar. Hal ini bisa dipakai untuk menandai bahwa part ada diposisi yang tepat atau untuk mendeteksi adanya orang yang memasuki area sel kerja.
Sensor temperatur untuk mengindikasi bahwa benda kerja logam sudah cukup panas untuk dilanjutkan dengan operasi penembakan panas (hot forging).
Pendeteksi panas atau asap untuk mendeteksi bahaya kebakaran. Keset lantai yang sensitif tekanan untuk mendeteksi adanya orang
yang memasuki area sel kerja.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
21
Diagnosis Perawatan dan Perbaikan
Tiga modus operasi yang mencirikan subsistem diagnosis perawatan dan perbaikan adalah :
a. Pemantauan status Subsistem diagnosis memantau dan mencatat status dari sensor-sensor dan parameter kunci sistem selama beroperasi normal. b. Diagnosis kegagalan Modus diagnosis kegagalan diaktifkan apabila kegagalan terjadi. c. Rekomendasi prosedur perbaikan Subsistem memberi rekomendasi prosedur bagi personil perbaikan
sebagai langkah yang harus diambil untuk perbaikan yang efektif.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
22
Penemuan Kesalahan dan Pemulihan Kondisi
Dua macam masalah utama dalam perancangan yang berhubungan dengan pendeteksian kesalahan adalah :
a. Mengantisipasi semua kemungkinan kesalahan yang dapat terjadi pada suatu proses
b. Menentukan jenis sistem sensor yang tepat dan perangkat lunak penginterpretasi yang sesuai sehingga sistem dapat mengenali setiap macam kesalahan
Pemulihan kondisi dari kesalahan berhubungan dengan penerapan tindakan korektif yang perlu untuk menyelesaikan kesalahan dan mengembalikan sistem pada kondisi operasi normal.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
23
Komputer Pengendali Operasi Manufaktur
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
24
Kebutuhan Pengendalian
Pengendalian proses memiliki kebutuhan berkomunikasi dan berinteraksi dengan proses secara on-line dan real time. Sebuah kendali real time mampu merespon dalam waktu yang cukup singkat dimana kerja proses tidak menurun. Faktor-faktor yang menentukan apakah kendali komputer dapat beroperasi secara real time adalah kecepatan dari unit pemroses utama (CPU), sistem kendalinya dan rancangan perangkat lunak aplikasinya.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
25
Kemampuan Pengendali Komputer
Polling (sampling data) Dalam pengendalian proses dengan komputer, polling itu merujuk kepada
pengambilan data (sampling) secara periodik yang mengindikasikan status proses Interlock (saling kunci) Interlock adalah suatu mekanisme pengamanan untuk koordinasi aktivitas dari dua
atau lebih peralatan, dan mencegah satu peralatan mengganggu yang lainnya. Sistem interupsi Suatu sistem interupsi adalah suatu fitur kendali komputer yang memugkinkan
pelaksanaan suatu program dihentikan untuk melakukan program laindalam rangka merespon sinyal masuk yang mengindikasikan kejadian berskala prioritas tinggi.
Penanganan pengecualian Dalam pengendalian proses, pengecualian adalah suatu kejadian yang berada diluar
keadaan normal atau operasi yang diinginkan proses atau sistem kendali.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
26
Tingkatan Dalam Pengendalian Proses
Kendali dasar Kendali dasar meliputi fungsi seperti kendali umpan balik,
polling, interlock, interupsi, dan penanganan pengecualian tertentu.
Kendali prosedural Kendali prosedural menjalankan fungsi prosedur pengenalan
kesalahan dan pemulihan kondisi dan pengambilan keputusan menyangkut keselamatan terhadap bahaya yang terjadi selama proses berlangsung.
Kendali koordinasi Kendali koordinasi mengatur atau mengubah pelaksanaan
program pada tingkat kendali prosedural Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
27
Bentuk Pengendalian Proses Dengan
Komputer
Berbagai macam bentuk pemantauan dan pengendalian proses yang umum dipakai pada industri saat ini adalah:
Pemantauan proses dengan komputer
Kendali digital langsung
Control numeric dan robotika
Programmable Logical Control (PLC)
Kendali pengawasan
Sistem kendali terdistribusi dan komputer pribadi
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
28
Pemantauan Proses Dengan Komputer
Pemantauan proses dengan komputer meliputi penggunaan komputer untuk mengamati proses dan peralatan yang terkait serta mengumpulkan dan mencatat data dari suatu proses. Komputer tidak digunakan untuk mengendalikan proses secara langsung. Kendali tetap berada di tangan manusia yang memanfaatkan data yang membimbingnya untuk mengelola dan mengoperasikan proses.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
29
Kendali Digital Secara Langsung (DDC)
Kendali Digital Langsung (DDC) adalah sistem kendali proses dengan komputer dimana komponen tertentu dalam sistem kendali analog konvensional digantikan oleh komputer digital.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
30
Dalam sistem DDC ada beberapa komponen yaitu :
Komputer digital
Pengubah analog ke digital dan digital keanalog (ADC dan DAC)
Multiplexer digunakan untuk membagi data dari bermacammacam loop dengan komputer yang sama.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
31
Contoh gambar DDC
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
32
Kontrol Numerik (NC)
Kontrol numerik (NC) merupakan bentuk lain dari pengendalian industri dengan komputer. Hal ini melibatkan penggunaan komputer mikro untuk mengatur mesin perkakas melalui urutan langkah-langkah pengerjaan yang didefinisikan oleh program instruksi yang menentukan rincian setiap langkah urutannya.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
33
Komponen Dasar Suatu Sistem NC
Komponen sistem NC adalah :
program instruksi,
unit pengendali mesin, dan
peralatan pemroses.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
34
Keunggulan NC
Keunggulan NC adalah : Waktu tidak produktif berkurang Keakuratan yang lebih tinggi Laju skrap lebih kecil Pengurangan langkah inspeksi yang diperlukan Part dengan geometri lebih rumit dapat dikerjakan Perubahan-perubahan teknik dapat disesuaikan dengan lebih
nyaman Dibutuhkan fixture-fixture yang lebih sederhana. Waktu tunggu (lead time) lebih singkat Dibutuhkan luas lantai produksi yang lebih kecil Kebutuhan tingkat keahlian operator berkurang
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
35
Kelemahan NC
Kelemahan NC adalah sebagai berikut :
Biaya investasi yang tinggi
Usaha perawatan yang tinggi/berat
Pengawasan dan dukungan staf yang tinggi
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
36
Contoh Mesin NC:
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
37
Mesin NC Hydraulic Plate Bending
Mesin High Speed NC Brush Tufting
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
38
Robotika Industri
Robot industri adalah sebuah mesin serba guna yang dapat diprogram dan mempunyai karakteristik antropometri tertentu. Karakteristik antropometri yang paling jelas dari suatu robot industri adalah lengan mekanisnya, yang digunakan untuk pekerjaan-pekerjaan industri yang bervariasi
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
39
Alasan-alasan untuk kepentingan komersial dan kepentingan teknologi dari robot industri adalah :
Robot dapat digunakan untuk menggantikan manusia dalam keadaan lingkungan kerja yang berbahaya atau tidak nyaman.
Robot melakukan siklus kerjanya dengan tingkat konsistensi dan keterulangan (reapetability) yang tidak bisa dicapai oleh manusia.
Robot dapat deprogram kembali. Apabila jalannya produksi sudah selesai, suatu robot dapat diprogram kembali dan dilengkapi dengan peralatan yang dibutuhkan untuk menyelesaikan tugas yang berbeda secara bersamaan.
Robot dikendalikan oleh komputer dan oleh karena itu dapat disambungkan ke sistem komputer yang lain untuk mencapai tingkat computer integrated manufacturing (CIM).
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
40
Contoh gambar robot industri:
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
41
Kendali Logika Terprogram (PLC)
PLC didefinisikan sebagai sebuah kendali berbasis pemroses mikro yang menggunakan instruksi-instruksi yang tersimpan dalam memori yang dapat diprogram untuk menerapkan fungsi-fungsi pengendalian logika, urutan, jadwal, penghitungan dan aritmatika dalam rangka pengendalian mesin dan proses.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
42
Contoh Gambar PLC :
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
43
Pengendalian Supervisi
Pengendali supervisi dapat didefinisikan sebagai sistem kendali yang mengarahkan dan mengkoordinasikan aktivitas-aktivitas beberapa peralatan yang saling berinteraksi dalam sistem manufaktur
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
44
Tujuan pengendalian supervisi meliputi :
Meminimalkan jumlah part dan biaya produksi dengan cara menentukan kondisi operasi yang optimal
Memaksimalkan utilisasi mesin dengan cara penjadwalan yang efisien
Meminimalkan biaya perkakas dengan cara mengamati umur pahat dan menjadwalkan pergantian perkakas.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
45
Sistem Pengendalian Terdistribusi
Sistem Pengendalian Terdistribusi (DCS) digunakan untuk menjelaskan suatu konfigurasi dimana konfigurasi tersebut terdiri dari berbagai komponen serta fitur-fitur yaitu sebagai berikut :
Stasiun pengendalian proses multiple
Ruang kendali utama
Stasiun-stasiun operator lokal
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
46
Terdapat beberapa keunggulan dari DCS yaitu : Suatu DCS dapat diterapkan pada suatu aplikasi tertentu yang
memiliki konfigurasi paling sederhana, dan kemudian diperbaiki dan dikembangkan sesuai kebutuhan di masa yang akan datang
Karena sistem ini terdiri dari multi komputer, maka hal ini memberi fasilitas untuk melakukan tugas ganda (multitasking)
Perkabelan pada sistem pengendalian menjadi lebih sederhana dibandingkan dengan konfigurasi pengendalian dengan komputer utama
Hubungan dengan jaringan memberi informasi perusahan secara memenyeluruh dalam rangka menuju pabrik dan manajemen proses yang lebih efisien.
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
47
PC Pada Pengendalian Proses
Saat ini, PC mendominasi dunia komputer. Perangkat ini telah menjadi perkakas standar dimana dunia usaha dijalankan, baik pada sektor manufaktur maupun sektor jasa
Ir. Bb.INDRAYADI,M.T VON INDUSTRIAL DEPT UB MALANG
48