perancangan

MODUL – 4

Forward Engineering Design - Metode VDI 2221 “ Pada dasarnya tugas utama seorang sarjana teknik (Mesin) adalah menerapkan ilmu pengetahuan (Scientific Knowledge)nya untuk memperoleh suatu solusi (pemecahan bagi masalah-masalah teknik), kemudian mengembangkan solusi tersebut menjadi solusi optimal untuk mengatasi kendala-kendala materi, teknologi dan ekonomi”.

Pendahuluan Perkembangan Perkembang an teknologi dewasa ini berjalan dengan pesat terutama dalam rekaya rek ayasa sa dan ran rancan cang g ban bangu gun. n. Pro Proses ses men mendes desain ain pro produ duk k ad adala alah h sal salah ah sat satu u caban cab ang g dar darii rek rekaya ayasa sa dan ran rancan cang g ban bangun gun yan yang g ban banyak yak be berma rmanfa nfaat at dal dalam am menyeles meny elesaika aikan n berb berbagai agai kebu kebutuhan tuhan akan prod produk uk yang meme memenuhi nuhi krite kriteria ria dan keinginan konsumen. Mendis Men disain ain seb sebuah uah pr produ oduk k ber berar arti ti men menja jabar barkan kan id ide e yan yang g di dimil miliki iki unt untuk uk meyelesaikan suatu masalah. Ide, bagaimanapun merupakan otak dari pekerjaan mendes men desai ain. n. Se Setel telah ah id ide e did didapa apat, t, yan yang g me menja njadi di per pertan tanyaa yaan n ber beriku ikutny tnya a ada adalah lah meto me toda da ap apa a ya yang ng ak akan an di dipa paka kaii da dala lam m me mewu wuju judk dkan an id ide e te ters rseb ebut ut hi hing ngga ga menghasilkan menghasil kan sebuah karya yang yang riil dan dapat dapat dipertanggung dipertanggung jawabkan jawabkan secara ilmiah. Hal inilah yang menjadi pemikiran para insinyur dari Jerman untuk membuat meto me toda da pe pera ranc ncan anga gan n pr prod oduk uk ya yang ng di dike kena nall de deng ngan an me meto toda da VD VDII 22 2221 21 ya yait itu u pendekatan sistimatik terhadap desain untuk sistem teknik dan produk teknik yang dijabarkan oleh G. Pahl dan W Beitz (VDI = Verein Deutscher Ingeniure / Persatuan Insinyur Jerman).

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Ruli Nutranta, M.Eng.

PERANCANGAN PRODUK

1

Tujuan VDI 2221 Ketepat-gunaan dan efektivitas merupakan syarat utama dalam mendesain suatu produk. Berbagai macam kebutuhan harus disesuaikan terhadap kondisi perusahaan / pabrik / publik yang meminta jasa produk tersebut, situasi pasar dan perkembangan teknologi. Ketiga macam kebutuhan itulah yang dapat diatasi oleh suatu metoda yang disebut VDI 2221. Metoda VDI 2221 terdiri dari 7 langkah desain yang memudahkan seorang insinyur mewujudkan idenya secara efisien dan sistematis. Kelebihan dari metoda ini juga karena tidak terikat pada cabang industri tertentu.

Tujuan lain yang ingin

dicapai adalah untuk merumuskan dan

mengarahkan berbagai macam metoda desain yang berkembang akibat pesatnya kegiatan riset. Dengan metoda ini diharapkan seorang insinyur dapat dengan cepat menguasai sistematika perancangan tanpa harus belajar secara detail.



PERANCANGAN PRODUK

2

Langkah kerja VDI 2221 Secara keseluruhan langkah kerja pada metoda ini terdiri dari 7 tahap yang dikelompokkan pada 4 fase yaitu : 1. Penjabaran tugas (Clafication of tasks) Meliputi pengumpulan informasi mengenai permasalahan dan kendala-kendala yang dihadapi.

Kemudian disusun

suatu daftar persyaratan mengenai

rancangan yang akan kita buat. 2. Penentuan konsep rancangan (Conceptual design) Meliputi tiga langah kerja yaitu : Menentukan fungsi dan strukturnya Mencari prinsip solusi dan strukturnya Menguraikan menjadi varian yang dapat direalisasikan 3. Perancangan wujud (Embodiment design) Pada tahap ini dimulai dengan menguraikan rancangan kedalam modul-modul yang diikuti oleh desain awal dan desain jadi. 4. Perancangan rinci (Detail Design) Tahap ini merupakan proses perancangan dalam bentuk gambar dalam arti gambar yang tersusun dan gambar detail termasuk daftar komponen, spesifikasi bahan, toleransi dan lainnya. Pada tahap ini semua pekerjaan didokumentasikan sehingga pembuatan produk dapat dilaksanakan oleh operator atau insinyur lain yang ditunjuk.

Sementara itu ketujuh langkah pekerjaan desain yang dikelompokkan pada 4 fase tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini :



PERANCANGAN PRODUK

3

Gambar 4.2 . skema langkah kerja VDI 2221

Dalam proses mendesain produk terjadi sebuah perbandingan antara pekerjaan yang bersifat rutin dan pekerjaan kreatif dalam pemaparan ide seperti pada gambar dibawah ini :



PERANCANGAN PRODUK

4

Kreatif

Rutin

Konsep

Desain

Rancangan rinci

Gambar 4.3. Skema perbandingan pekerjaan kreatif-rutin

Untuk menjabarkan lebih jelas dangan metoda VDI2221 ini maka akan diberikan contoh pendesainan mesin sortasi sampah dari ide awal sampai desain bentuk yang dapat direalisasikan di modul berikutnya.

Maka dari itu dalam upaya memenuhi tugas tersebut tentu saja diperlukan suatu pola berpikir (bertindak) sistematik, kreatif yang diformulasikan dalam metode bekerja. Penggunaan metode demikian akan membantu sarjana teknik mesin



PERANCANGAN PRODUK

5

dalam berinteraksi dengan kalangan disiplin ilmu lainnya, secara bersama-sama memecahkan masalah-masalah aktual yang ada di lingkungannya. Mendesain berarti menjabarkan ide yang dimiliki untuk menyelesaikan suatu masalah. Dengan diperolehnya ide diperlukan suatu metode yang dapat dipergunakan untuk mewujudkan ide tersebut hingga menghasilkan sebuah karya yang riil dan dapat di pertanggungjawabkan secara ilmiah. Hal

ini

mendorong

Persatuan

Insinyur

Jerman

(Verein

Deutscher

Ingenieure/VDI) membuat suatu metode perancangan produk yang dikenal dengan metode VDI 2221. Metode tersebut adalah “ Pendekatan Sistematik terhadap Desain untuk Sistem Teknik dan Produk Teknik” ( Systematic Approach To The Design Of Technical System And Product) yang dijabarkan oleh G. Pahl dan W. Beitz. Di dalam skripsi ini penulis mencoba menjelaskan dan menjabarkan VDI 2221 agar lebih mudah dimengerti, kemudian menerapkannya untuk mendesain Meja Kerja yang dapat diatur ketinggiannya.

4.2

Tujuan VDI 2221 Persaingan yang terjadi dalam membuat sistem dan produk teknik sangat

ditentukan oleh ketepat-gunaan / efektivitas proses desainnya. Berbagai kebutuhan harus disesuaikan terhadap perusahaan / pabrik, situasi pasar dan perkembangan teknologi.Ketiga macam kriteria tersebut harus dapat diatasi oleh suatu metode desain. VDI 2221 bersama dengan prinsip – prinsip desain umum yang berlaku hingga saat ini membentuk suatu pedoman / metode yang tidak terkait kepada salah satu cabang industri tertentu. Tujuan yang ingin dicapai ialah merumuskan dan mengarahkan berbagai macam metode desain yang berkembang pesat akibat kegiatan riset. Diharapkan seorang pemakai dapat dengan cepat menguasai metode ini tanpa harus mempelajari secara terinci.

4.3

Langkah – langkah kerja dalam VDI 2221 Secara keseluruhan langkah kerja yang terdapat dalam VDI 2221 terdiri dari

7(tujuh) tahap, yang dikelompokkan menjadi 4(empat) fase yaitu : 1. Penjabaran Tugas (Clarification of Task) Penjabaran Tugas ini meliputi informasi mengenai permasalahan dan kendala-kendala yang dihadapi. Kemudian disusun suatu daftar persyaratan mengenai

rancangan yang akan dibuat.



PERANCANGAN PRODUK

6

2. Penentuan Konsep Rancangan (Conceptual Design) Pada Penentuan Konsep Rancangan ini meliputi tiga langkah kerja yaitu: 2.1

Menentukan Fungsi dan Strukurnya.

2.2

Mencari Prinsip Solusi dan strukturnya.

2.3

Menguraikan menjadi Varian yang dapat di Realisasikan.

3. Perancangan Wujud (Embodiment Design) Pada Perancangan Wujud ini dimulai dengan menguraikan rancangan ke dalam modul-modul yang diikuti oleh desain awal dan desain jadi. 4. Perancangan Rinci (Detail Design) Perancangan Rinci ini merupakan proses perancangan dalam bentuk gambar. Yang meliputi gambar yang tersusun dan gambar yang detail termasuk

daftar

komponen,

spesifikasi

bahan,

toleransi

dan

lain

sebagainya. Pada fase ini semua pekerjaan didokumentasikan sehingga pembuatan produk dapat dilaksaanakan oleh operator atau insinyur lain yang ditunjuk. Langkah-langkah kerja yang dikelompokkan dalam 4(empat) fase diatas dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini:



PERANCANGAN PRODUK

7

Gambar 4.4 Skema langkah kerja

4.4 Penjabaran Tugas (Clarification of Task) Pada langkah kerja Penjabaran Tugas ini dilakukan perumusan dan daftar persyaratan yang disesuaikan dengan kehendak konsumen dan perancang, yang diharapkan dipenuhi oleh solusi akhir. Informasi ini akan menjadi acuan penyusunan spesifikasi. Pekerjaan-pekerjaan yang dilakukan meliputi :



PERANCANGAN PRODUK

8

a. Mengumpulkan informasi / data yang berhubungan dengan perencanaan, memeriksa kendala apa saja yang dihadapi. b. Memeriksa

kehendak-kehendak

yang

lain

yang

dapat

menunjang

pekerjaan. c. Merumuskan tugas yang dihadapi sehingga menjadi sesuai dengan kacamata desainer. Hasil kerja yang diperoleh ialah Daftar Kehendak/requirement list. Daftar kehendak merupakan dokumen penting, merupakan dasar dalam melaksanakan langkah kerja lainnya Penemuan penting dapat timbul dalam proses desain sebagai akibat modifikasi atau penambahan daftar kehendak. Pentingnya daftar kehendak menyebabkan penanganannya harus teratur dan sistematik. Daftar kehendak yang sudah ditangani secara teratur dan sistematik dalam suatu format dinamakan Spesifikasi. Untuk mempermudah penyusunan spesifikasi, dapat dilakukan dengan meninjau aspek-aspek tertentu, seperti aspek geometri, kinematika, gaya, energi dan sebagainya. Dari aspek-aspek tersebut dapat diuraikan syarat-syarat yang bersangkutan, selanjutnya merumuskan tugas yang harus dihadapi. Untuk mempermudah pada tahap pekerjaan yang berikutnya, spesifikasi harus dilakukan secara teratur dan sistematik. Format dan daftar spesifikasi ditunjukkan pada tabel 2.1

Tabel 2.1 Daftar Pengecekan Untuk Pedoman Spesifikasi

Judul Utama Geometri Kinematik Gaya

Contoh - contoh Lebar, tinggi, panjang, diameter, jarak. Tipe gerakan, arah gerakan, kecepatan, percepatan. Arah gaya, besar gaya, frekuensi, berat, defomasi,

Energi

kekuatan, elastisitas, gaya inersia. Output, efisiensi, kerugian energi, gesekan, tekanan,

Material

temperature, pemanasan, pendinginan, kapasitas. Aliran dan transportasi material, pengaruh fisika dan kimia dari material pada awal dan akhir produk, material

Sinyal Keselamatan

tambahan. Input, Output, bentuk, display, peralatan control. Sistem proteksi langsung, keselamatan operasional dan

Ergonomi

lingkungan Hubungan

Produksi

penerangan dan keserasian bentuk Batasan pabrik, kemungkinan dimensi


operator

mesin,


tipe

pengoperasian, maksimum,

PERANCANGAN PRODUK

9

Kontrol kualitas Perakitan Perawatan

produksi yang dipilih. Kemungkinan dilakukan kalibrasi dan standarisasi. Aturan khusus, instalansi, pondasi Jangka waktu servise, penggantian dan reparasi,

Biaya Jadwal

pengecatan dan pembersihan. Biaya maksimum produksi Tanggal penyerahan

Setelah spesifikasi diperoleh dilakukan langkah-langkah abstraksi dan formulasi. Tujuan dari abstraksi adalah untuk menentukan bagian mana dari spesifikasi yang yang merupakan bagian penting dan berlaku umum. Pada saat melakukan langkah-langkah abstraksi dan formulasi, hal penting yang harus diperhatikan adalah membedakan sebuah persyaratan, apakah sebagai suatu tuntutan (Demand) atau keinginan (Wishes) Demand (Keharusan) adalah persyaratan yang harus terpenuhi pada setiap kondisi, atau dengan kata lain apabila persyaratan itu tidak terpenuhi maka perancangan dianggap tidak benar/gagal. Whises adalah persyaratan yang diinginkan apabila memungkinkan. Sebagai contoh suatu persyaratan membutuhkan biaya yang tinggi tanpa memberi pengaruh

teknik

yang

besar,

maka

persyaratan

tersebut

dapat

dihilangkan/diabaikan.Abstraksi dan formulasi akan mempermudah menentukan fungsi dan struktur fungsi. Abstraksi dan formulasi secara garis besarnya adalah sebagai berikut: 1. Keinginan / whises dihilangkan. 2. Keharusan-keharusan / Demands yang tidak menentukan fungsi untuk sementara dibuang. 3. Besaran kuantitatif diganti menjadi besaran kualitatif. 4. Formulasikan abstraksi 1-3. 5. Formulasikan abstraksi 4 menjadi solusi.

4.5 Penentuan Konsep Rancangan (Conceptual Design) Adapun yang dibahas dalam perancangan konsep ini ialah : 1.

Menentukan fungsi dan strukturnya. -

Struktur Fungsi Keseluruhan

-

Sub Fungsi



PERANCANGAN PRODUK

10

2. Mencari prinsip solusi dan sturkturnya. -

Metode Konvensional

-

Metode Intuitif

-

Metode Kombinasi

3. Menguraikan menjadi varian yang dapat direalisasikan -

Pembuatan Varian Konsep

-

Evaluasi

4.6. Menentukan Fungsi dan Strukturnya (Determine Function and Their Structures)

Dalam menentukan fungsi dan strukturnya hal-hal yang dibahas meliputi struktur fungsi keseluruhan dan sub fungsi.

A. Struktur Fungsi Keseluruhan (Overalle Function) Setelah masalah utama diketahui, kemudian dibuat struktur fungsi secara keseluruhan. Struktur fungsi ini digambarkan dengan blok diagram yang menunjukkan hubungan input dan output. Input dan output berupa aliran energi, material atau sinyal.

B. Sub Fungsi Apabila

fungsi

keseluruhan

cukup

rumit,

maka

cara

untuk

mengantisipasinya adalah membagi menjadi beberapa subfungsi seperti pada gambar 2.4 dibawah ini. Pembagian ini akan memberikan keuntungan : Memberikan kemungkinan untuk melakukan pencarian solusi lebih

-

lanjut. -

Memberikan beberapa buah kemungkinan solusi dengan melihat kombinasi solusi sub fungsi.



PERANCANGAN PRODUK

11

Gb.4.5 Pembuatan Subfungsi

Pada saat pembuatan struktur fungsi, harus dibedakan antara perancangan murni (original design) dengan perancangan ulang (adaptive design). Pada perancangan murni yang menjadi dasar struktur fungsi adalah spesifikasi dan masalah utama, sedang pada perancangan ulang perancangan dimulai dari struktur fungsi yang kemudian dianalisis. Analisis ini akan memberikan kemungkinan bagi pengembangan variasi solusi sehingga diperoleh solusi baru. Pada langkah ini dilakukan : -

Menentukan fungsi-fungsi Pada mulanya fungsi keseluruhan, kemudian apabila perlu fungsi bagian (sub functions). Fungsi ini kemudian disusun menjadi struktur-struktur fungsi, yang merupakan dasar untuk mencari prinsip solusi.

Hasil kerja yang diperoleh ialah : Satu atau beberapa Struktur fungsi/Function structure. Struktur fungsi biasanya berupa gambar-gambar atau diagram-diagram sederhana.

C. Mencari Prinsip Solusi dan Strukturnya.



PERANCANGAN PRODUK

12

Dasar-dasar pemecahan masalah diperoleh dengan mencari prinsip-prinsip solusi dari masing-masing sub fungsi. Dalam tahap ini dicari sebanyak mungkin variasi solusi. Metode pencarian prinsip pemecahan masalah menurut Pahl-eitz dibagi kedalam 4(tiga) kategori yaitu : a. Metode Konvesional Metode ini meliputi pencarian dalam literatur, text book, jurnal-jurnal teknik dan brosur

yang

dikeluarkan

Menganalisa gejala alam atau membuat

analogi

oleh

suatu

perusahaan.

tingkah laku makhluk hidup dengan

atau dibuat suatu model

ini

dapat

mewakili

karakteristik dari produk. b. Metode Intuitif Solusi dengan intuisi ini datang setelah periode pencarian dan pemikiran panjang, solusi ini kemudian dikembangkan dan diperbaiki. Ada beberapa

cara

yang

dapat

dilakukan

untuk

mengembangkan

kemampuan intuitif ini antara lain dengan banyak melakukan diskusi dengan orang lain. c. Metode Kombinasi Metode ini mengkombinasikan kemungkinan solusi yang ada. Metode yang dapat digunakan adalah metode bentuk matrik, dimana sub fungsi dan prinsip solusi dimasukkan dalam kolom dan baris. D.

Mengurai menjadi varian yang dapat direalisasi Apabila kombinasi yang ada terlalu banyak maka untuk memilih kombinasi

terbaik menjadi lama. Agar tidak terjadi hal tersebut, maka apabila memungkinkan jumlah kombinasi harus dikurangi. Prosedur yang dilakukan adalah dengan mengeleminasi

dan memilih yang terbaik.

Dibawah ini ada beberapa kriteria yang perlu diperhatikan diantaranya : -

Kesesuaian dengan fungsi keseluruhan.

-

Terpenuhinya demand yang tercantum dalam daftar spesifikasi.

-

Dapat dibuat atau diwujudkan.

-

Pengetahuan atau informasi tentang konsep yang bersangkutan memadai.

-

Kebaikan dalam kinerja dan kemudahan produksi.

-

Kemudahan dirakit

-

Kemudahan perawatan

-

Faktor biaya

-

Segi keamanan dan kenyamanan.



PERANCANGAN PRODUK

13

E.

Kemungkinan Pengembangan lebih lanjut Pembuatan Varian Konsep

Informasi lebih lanjut sangat diperlukan untuk pembuatan varian konsep yang akan dilakukan. Informasi ini dapat diperoleh dari: 1. Gambar atau sketsa untuk melihat kemungkinankeserasian. 2. Perhitungan kasar berdasarkan asumsi yang dipakai. 4. Pengujian awal berupa pengujian model untuk menemukan sifat utama atau pendekatan

kuantitatif untuk persyaratan kualitatif mengenai

kinerja dari suatu produk jadi. 4. Konstruksi model untuk visualisasi dan analisis. 5. Analogi model dan simulasi yang sering dilakukan dengan bantuan komputer. 6. Penelitian lebih lanjut dari literatur.

F.

Evaluasi Evaluasi berarti menentukan nilai, kegunaan atau kekuatan yang kemudian

dibandingkan dengan sesuatu yang dianggapa ideal. Secara garis besar, langkah yang ditempuh adalah sebagai berikut : 1. Menentukan kriteria evaluasi (Identification of evaluation criteria ) yang didasarkan pada

spesifikasi yang dibuat.

2. Pemberian bobot kriteria (Weighting of evaluation criteria) Langkah ini merupakan kriteria yang dipilih yang mempunyai tingkat pengaruh yang berada pada tingkat varian konsep. Sebaiknya evaluasi dititikberatkan pada sifat utama yang diinginkan pada solusi akhir. 4. Menentukan parameter kriteria evaluasi (Compiling parameter) Agar perbandingan setiap varian kosep dapat dilihat dengan jelas, maka dipilih suatu parameter atau besaran yang dipakai oleh varian konsep. 4. Memasukkan nilai parameter (Assesing value), sebaiknya harga yang dimasukkan adalah harga nominal. Menentukan nilai keseluruhan varian konsep (Determining Overall Weighing Value/OWV) Nilai keseluruhan untuk varian konsep dapat dihitung dengan rumus : OWV

= ∑W 1 .V v

Dimana : W1 = bobot kriteria evaluasi ke j Vv = nilai kriteria evaluasi ke j



PERANCANGAN PRODUK

14

6. Memperkirakan ketidakpastian evaluasi (Evaluation uncertainities) Kesalahan evaluasi bisa disebakan oleh beberapa hal, diantaranya : - Kesalahan subyektif, seperti kurangnya informasi. - Kesalahan perhitungan parameter. 7. Apabila terdapat nilai OWV yang berdekatan dari 2(dua) varian konsep, maka akan dilakukan evaluasi titik lemah (Weak spot) Dengan menggunakan metode evaluasi diatas, maka diharapkan akan diperoleh solusi yang cukup memuaskan.

4.7 Perancangan Wujud Perancangan wujud dimulai dengan konsep produk teknik, kemudian dengan menggunakan kriteria teknik dan ekonomi, perancangan dikembangkan dengan menguraikan struktur fungsi kedalam struktur modul untuk memperoleh elemen-elemen pembangun struktur fungsi yang memungkinkan dapat dimulainya perancangan yang lebih rinci. Tahap Perancangan Wujud ini meliputi beberapa langkah perancangan, yaitu menguraikan menjadi modul-modul, memberi bentuk pada mudul, memberi bentuk pada seluruh modul. Pada langkah kerja ini dilakukan mengembangkan rancangan/layout dari modul-modul.Ukuran-ukuran geometri dan perincian-perincian lainnya mula-mula dicantumkan pada modul-modul utama, terbatas hanya untuk memperoleh modul yang terbaik. Hasil kerja yang diperoleh adalah : Rancangan awal dari modul-modul utama (key modules) Perancangan awal berbentuk : Gambar-gambar berskala, diagram sirkuit dan sebagainya.

4.8 Perancangan Rinci Tahap ini merupakan akhir metode perancangan sistematis yang berupa presentasi hasil. Pada langkah kerja ini, dilakukan pekerjaan-pekerjaan, merinci gambar akhir, termasuk gambar terperinci mengenai tiap-tiap bagian/ elemen dari produk. Merinci setiap data perakitan dan data-data lain yang berhubungan dengan persiapan produksi/pembuatan.



PERANCANGAN PRODUK

15

Pada akhir tahap ini dievaluasi kembali untuk melihat apakah produk mesin atau sistem teknik tersebut benar-benar sudah memenuhi spesifikasi dan semua gambar-gambar dokumen produk lainnya telah selesai dan lengkap



PERANCANGAN PRODUK

16

perancangan

Recommend Documents