Pengantar Rekayasa dan Desain1 Yuliman Purwanto 2016 Silabi
Pengantar Rekayasa dan Desain-1 Yuliman Purwanto 2016
Silabi 1. Rekayasa (engineering) dan insinyur (engineer) 2. Aspek-aspek dalam rekayasa 3. Jenis-jenis disiplin rekayasa 4. Analisis rekayasa 5. Problem solving 6. Konversi dan konservasi energi 7. Desain rekayasa 8. Langkah-langkah dalam desain
Engineering Design
Desain Rekayasa • Desain rekayasa : aktivitas yang dilakukan untuk mengadakan dan mendefinisikan solusi-solusi untuk masalah yang belum dipecahkan sebelumnya, atau solusi baru untuk masalah-masalah yang telah dipecahkan sebelumnya dengan cara yang berbeda. • Perancang rekayasa menggunakan kemampuan intelektual untuk mengaplikasikan pengetahuan ilmiah dan memastikan bahwa produk memenuhi kebutuhan yang telah disepakati dan spesifikasi desain produk serta memungkinkan proses manufaktur dengan metode yang optimum. • Aktivitas desain belum lengkap sampai produk yang dihasilkan dalam penggunaannya memberikan kinerja yang bisa diterima serta dengan metode pembuangan yang diidentifikasi secara jelas. Kenneth S. Hurst, 1999
Karakteristik Desain Rekayasa Ø Lintas Disiplin (Trans-Diciplinary) Ø Sangat Kompleks (Highly Complex) Ø Iteratif (Iterative) • Kebanyakan desain rekayasa merupakan hasil karya dari suatu tim lintas disiplin di mana perbedaan antara disiplin-disiplin yang bersifat konvensional, seperti mesin, kelistrikan, elektronika, sipil, dan bahkan kimia menjadi kabur. • Bidang-bidang spesialisasi yang relatif baru, seperti teknik kendali (control engineering) dan teknik perangkat lunak (software engineering) harus ditambahkan ke dalam daftar.
Lintas Disiplin • Contoh : kendaraan bermotor beberapa waktu lalu merupakan bagian utama dari pekerjaan para insinyur mesin (mechanical engineers). • Adanya perkembangan baru, misalnya sistem manajemen mesin yang kompleks, Anti-lock Braking System (ABS), Active Suspension System, Four-Wheel Steering, Air Bags, Automatic Seat Belts Tensioning, maka diperlukan masukan dari banyak insinyur. • Pemilihan teknologi untuk tiap-tiap bagian desain yang benar-benar integral telah menjadi penentu utama keberhasilan suatu produk.
Contoh kasus : desain ABS pada mobil • Dulu, karena desain mobil tradisional adalah bagian dari pekerjaan insinyur mesin, desain ABS pertama yang diperkenalkan adalah murni bersifat mekanis. • Walaupun unjuk kerja dari sistem ABS awal dianggap cukup pada tahap awal, pada akhirnya unjuk kerja mereka telah mulai digantikan oleh sistem terintegrasi yang meliputi perangkat lunak, teknologi mekanik dan elektronik. • Sistem mekanis murni tidak dapat mengimbangi unjuk kerja yang dapat dicapai oleh desain terintegrasi.
Karakteristik Personal Insinyur Desain • • • Kemampuan untuk mengidentifikasi masalah. Kemampuan untuk menyederhanakan masalah. Keahlian kreatif. Pengetahun teknis. Memiliki sense of urgency. Keahlian analitis. Kemampuan untuk mengemukakan pendapat/memberikan pertimbangan secara cermat (sound judgment). Kemampuan untuk mengambil keputusan (decisiveness). Keterbukaan pikiran. Kemampuan berkomunikasi. Keterampilan bernegosiasi. Keterampilan menyelia (supervisory skills)
8 Langkah Desain Rekayasa 1. Mendefinisikan masalah 2. Membangkitkan konsep alternatif 3. Mengevaluasi dan memilih konsep yang tepat 4. Merinci rancangan 5. Mempertahankan desain 6. Manufaktur dan pengujian 7. Mengevaluasi kierja 8. Menyiapkan laporan desain
Langkah-1 : Mendefinisikan Masalah • • Proses desain dimulai ketika pelanggan (individu, organisasi, atau masyarakat) mengungkapkan kebutuhan jasa seorang insinyur. Kebanyakan pelanggan bukanlah insinyur dan oleh karenanya menyerahkan pada insinyur untuk menerjemahkan kebutuhan pelanggan dalam hal rekayasa. Hasilnya dikemas dalam bentuk definisi masalah dan daftar spesifikasi : Definisi masalah : menyatakan tujuan desain dalam beberapa kalimat ringkas yang jelas. Ø Kegagalan dalam mengidentifikasi, memahami, dan memvalidasi kebutuhan sebelum merancang, adalah penyebab paling sering dari kegagalan seluruh proses desain. Ø Pernyataan dari pelanggan tentang kebutuhannya biasanya tidak berbentuk definisi masalah.
Ø Contoh : Saat jam kuliah lift di Gedung B selalu terjadi antrean panjang. Mahasiswa merasa tidak nyaman dan melakukan komplain. ü Definisi masalah : membangun lift baru apakah ini definisi masalah yang tepat ? Ternyata tidak karena sangat sulit untuk membangun lift baru karena ketiadaan ruang, dan lift baru belum tentu membuat mahasiswa nyaman. ü Definisi masalah yang diperbaiki : membuat nyaman mahasiswa dalam menunggu antrean apa yang bisa membuat mahasiswa merasa nyaman ?
• • Daftar Spesifikasi : meliputi baik karakteristik desain “kebutuhan (demand, D)" yang harus ada untuk desain dan karakteristik desain “keinginan (wish, W)" yang mungkin tidak penting untuk desain. Kategori spesifikasi : o o o Kinerja Geometri Bahan Energi Waktu Biaya o o o Manufaktur Standar Keselamatan Transportasi Ergonomi
Contoh • Soal : Buat desain dan bangun sistem pertandingan mobil tamiya dengan remote control. • Daftar spesifikasi “D”: Ø Biaya harus kurang dari Rp. 5 juta. Ø Harus bisa dipicu dari jarak jauh. Ø Total jumlah kendali radio kontrol 8. Ø Seluruh perangkat harus membentuk satu kesatuan. Ø Harus portabel. Ø Desain harus lulus review keselamatan. • Langkah pertama adalah mengorganisasikan “D” di setiap pos. • Kemudian, menggunakan spesifikasi di atas, merumuskan spesifikasi “D” tambahan atau bahkan “W”. • Hasilnya :
• Kinerja : Ø D – Mobil harus bisa ditriger dari jarak jauh (remote) Ø D – Pengemudi/pembalap harus bisa mengendalikan mobilnya pada kisaran jarak antara 5 ~ 10 meter. Ø D - Harus bisa beroperasi pada tanjakan hingga 45 o. Ø W – Harus memiliki sistem peringatan jika terjadi tabrakan frekuensi sinyal kendali. • Geometri : Ø D - Total jumlah radio kontrol adalah 8. Ø D - Seluruh perangkat harus membentuk satu kesatuan. Ø D – Harus portabel. • Bahan : • W – Harus tahan cuaca (termasuk hujan) dalam kisaran suhu antara 20 – 30 o. C.
• Waktu : Ø D – Harus bisa dirancang dan dimanufaktur dalam waktu 10 minggu. • Biaya : Ø D – Biaya tidak melibihi Rp. 5 juta. • Manufaktur : Ø D - Harus diproduksi dengan menggunakan alat yang tersedia di toko mesin. Ø D - Harus diproduksi dengan keterampilan yang dimiliki tim. Ø W – Diproduksi dengan desain yang up to date. • Standar : Ø D - Radio harus mematuhi peraturan perundangan.
• Keamanan : Ø D - Desain harus lulus review keselamatan. • Transportasi : Ø D - Harus portabel. Ø W - Harus muat di mobil atau truk kecil (untuk memudahkan transportasi ke lapangan). • Ergonomi : Ø D – Seluruh bagian sistem harus mengikuti kaidah ergonomi.
Langkah-2 : Membangkitkan Konsep Alternatif • Representasi dari konsep, biasanya dalam bentuk sketsa, berisi informasi yang cukup untuk memahami bagaimana konsep bekerja tetapi tidak dalam bentuk rinci. • Diusulkan beberapa alternatif dengan cara yang berbeda. Perbedaan harus melampaui penampilan atau dimensi. setidaknya ada 3 konsep fundamental berbeda. • Aspek pembangkitan konsep : brainstorming, sketsa konsep, strategi berbasis penelitian, dan dekomposisi fungsional. • Brainstorming (curah pendapat) : mengeluarkan ide-ide kreativ yang mungkin pernah ada (dahulu) atau baru dimunculkan sekarang Pendekatan yang paling umum untuk menghasilkan ide-ide adalah dengan brainstorming. • Brainstorming tidak boleh dikritik agar tidak ada rasa takut/enggan untuk mengeluarkan ide.
• Hanya ketika acara curah pendapat telah selesai, tim harus menghilangkan konsep yang tidak layak, tidak sah, atau tidak berbeda secara mendasar. • Setelah proses menyiangi ini, setidaknya ada 3 konsep yang dipilih bila tidak, dilakukan brainstorming lebih lanjut. • Contoh berikut menggambarkan langkah ini :
• Contoh : brainstorming pembuatan tongkat bisbol jenis baru • Tidak cocok : Ø E : karena tidak akan kompetitif. Ø I : karena terlalu sulit untuk diperoleh di alam. • Tidak legal: F, G, H, dan J. • Secara fundamental tidak berbeda satu sama lain : C and D karena bentuk dasarnya sama, hanya dimensinya yang berbeda. • Maka alternatif yang bisa dipilih : konsep A, B, dan C.
Sketsa Konsep • Sketsa : lukisan kasar tentang konsep tanpa rincian • Sketsa (handsketching) dilakukan dengan gaya bebas dan cepat, tanpa mempertimbangkan kerapian atau kejelasan visual cukup menggunakan garis sederhana yang bisa dimengerti orang lain. • Sketsa juga merupakan sarana untuk menyimpan ide-ide dan brainstorming lain. • Kemudian dalam tahap dokumentasi, sketsa konsep digambar ulang secara rapi dan diberi label untuk memfasilitasi komunikasi dengan anggota tim dan sponsor proyek.
• Hasilnya adalah satu atau lebih sketsa yang disiapkan dengan pedoman berikut: Ø Bisa berupa lukisan tangan atau menggunakan komputer. Ø Tanpa dimensi. Ingat, ini bukan gambar rinci. Ø Jika gambar sketsa-tangan, ada label tulisan tangan. Ø Jika diperlukan, bisa membuat beberapa sketsa dari beberapa sudut pandang dan/atau close-up untuk menggambarkan bagaimana desain akan bekerja.
• Contoh : sketsa konsep R/C kapal tank catamaran
• Contoh : sketsa konsep R/C helikopter pembersih ranjau
Langkah-3 : Evaluasi alternatif dan pemilihan konsep • Pertimbangan yang bisa dilakukan : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Meminimalkan konten informasi dari desain. Menjaga kebebasan dari fungsi-fungsi yang dibutuhkan. Desain untuk kemudahan manufaktur. Desain untuk ketahanan. Desain untuk kemampuan penyesuaian. Matriks keputusan (decision matrix) Evaluasi semua alternatif • Dalam pemilihan di antara alternatif konsep yang dianggap baik seringkali pilihan bisa sesara unik dilakukan menggunakan informasi yang paling sedikit. prinsip keep it simple, stupid (KISS). • Minimalisasi : jumlah bagian, jumlah jenis yang berbeda.
Matriks keputusan Wn = bobot N = jumlah kriteria evaluasi
Langkah-4 : Desain Rinci • Tujuan : menentukan rincian desain sehingga bisa diproduksi. • Rincian : dimensi, komposisi bahan, metode yang digunakan. • Keputusan untuk membuat desain rinci dipandu oleh analisis, eksperimen, dan model untuk mengurangi risiko kesalahan. • Hasil akhir didokumentasikan dalam bentuk gambar rinci. • Yang dilakukan : 1. Analisis : merujuk pada aplikasi model matematis untuk memprediksi kinerja. 2. Eksperimen : untuk menurunkan risiko kesalahan. 3. Pemodelan : untuk memeriksa kompatibilitas geometris, membangun dimensi kunci dari bagian yang bergerak, dan untuk memvisualisasikan gerak keseluruhan. 4. Gambar rinci. 5. Desain rinci.
Gambar Rinci
Langkah-5 : Mempertahankan Desain • Insinyur perancang harus meyakinkan pelanggan bahwa desain adalah sebanding dengan nilai uang dan waktu yang dikeluarkan oleh tenaga ahli. • Di sini, insinyur harus mampu menjelaskan dengan baik dan mempertahankan desainnya dari semua “serangan” pelanggan atau sponsor. • Gunakan presentasi untuk memaparkan desain 12 -15 slide. • Hasil yang diharapkan dari proses ini adalah persetujuan dari pelanggan atau sponsor. • Jika desain disetujui secara bulat maka dilakukan langkah selanjutnya. • Jika ada usulan perubahan maka harus kembali ke langkah sebelumnya.
Langkah-6 : Manufaktur dan Pengujian • Manufaktur dimulai setelah desain rinci telah disetujui. • Selama proses manufaktur, bisa saja terjadi modifikasi mesin untuk menyesuaikan dengan desain. • Manufaktur dan pengujian mungkin cenderung akan memakan waktu lebih lama dari yang direncanakan bisa 3 -5 kali lebih lama. • Strategi manufaktur dan pengujian : Ø Membicarakan semua rincian desain dengan operator mesin. Bisa jadi operator akan memberikan masukan tentang desain yang akan dikerjakan. Ø Jangan menunda pengerjaan. Ø Usahakan membagi tugas dengan tim lain sehingga pekerjaan bisa dilakukan secara paralel.
Langkah-7 : Evaluasi Kinerja • Setelah desain dibuat, harus dilakukan evaluasi kinerja. • Pengujian kinerja dilakukan untuk setiap bagian dari desain untuk memverifikasi apakah sudah memenuhi spesifikasi kebutuhan yang didefinisikan. • Selanjutnya dilakukan pengujian secara lengkap dari keseluruhan desain.
Langkah-8 : Laporan Desain • Laporan desain mendokumentasikan desain akhir. langkah terakhir dalam proses desain. • Tujuan : memungkinkan seseorang yang tak ahli dengan desain bisa memahami cara kerjanya, mengevaluasinya, dan memungkin untuk mereproduksinya. Penulisan hendaknya : Ø Ringkas. Ø Setiap paragraf dimulai dengan kalimat yang mengekspresikan tema atau kesimpulan dari seluruh paragraf. Ø Pembaca harus mendapatkan ikhtisar seluruh laporan hanya dengan membaca kalimat topik. Ø Semua gambar rinci harus berkualitas tinggi dan diberi penjelasan yang memadai.
- Slides: 34