Teknik Industri UNIJOYO 1 Sistem Manufaktur (TKI 152) Otomasi Proses Manufaktur Disampaikan oleh: M. Imron Mustajib, S.T., M.T.
1Penelitian Operasional II
(TKI 226)Teknik Industri
UNIJOYO
Teknik Industri
UNIJOYO
1Sistem Manufaktur
(TKI 152)
Otomasi Proses Manufaktur
Disampaikan oleh:
M. Imron Mustajib, S.T., M.T.
2Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
1. Groover, M.P.,(2001), “Automation, Production System
and Computer Integrated Manufacturing”, Prentice Hall.
2. Singh, N., (1996), “Systems Approach to Computer-
Integrated Design and Manufacturing”, John Wiley &
Sons.
Referensi
3Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Tujuan Instruksional
1. Memperkenalkan cara pikir sistemik terintegrasi
dan metoda keteknikindustrian dalam
memecahkan permasalahan dalam sistem
manufaktur
2. Mahasiswa dapat melakukan analisis dan
memodelkan sistem manufaktur
4Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Pendahuluan
• Mesin produksi merupakan dasar pembangun sebuah lantai pabrik
• Produk yang dibuat hanya membutuhkan waktu yang relatif singkat pada mesin produksi (lihat gambar)
• Sebagian besar waktu adalah untuk moving, waiting dan set up
• Mengurangi waktu yang tidak memberikan value-addedadalah upaya yang dilakukan untuk meningkatkan performansi sistem manufaktur
5Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
EFFICIENCY OF
MANUFACTURING
COST = COST OF
MANUFACTURING AND
COST OF MATERIAL
HANDLING
PROFIT = INCOME - COST
PRODUCTIVITY =
AVERAGE OUTPUT PER
MAN-HOUR
6Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
PROFIT increases as COST decreases and as
PRODUCTIVITY increases.
PRODUCTIVITY through AUTOMATION
7Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
AUTOMATION
any means of helping
the workers to perform
their tasks more
efficiently
transfer of the skill of
the operator to the
machine
8Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Transferred skill Results
muscle power engine driven
machine tools
First industrial
revolution
manipulating skill mechanization hard automation
vision skill use of position
transducers,
cameras
increase of
accuracy, part
recognition
brain power cnc machines, industrial
robots, soft automation,
computer control of
manufacturing systems
second industrial
revolution
9Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Bentuk sistem produksi – teknologi mesin
manufaktur
10Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Operasi Manufaktur
• Dapat dikelompokkan menjadi 4 kategori:
– Primary operations: mendapatkan bentuk geomteri dasar dari
komponen; proses casting, forming, sawing, arc cutting
– Secondary operations: memberikan bentuk akhir dari komponen;
turning, boring, milling, drilling, reaming, grinding, non-traditional
machining
– Physical properties operations: tidak merubah geometri secara
signifikan tetapi mengubah properti (strength, hardness, dll);
proses heat treatment
– Finisihing operations: sama tidak ada perubahan geometri tetapi
dilakukan untuk menambah serviceability, operational life;
proses plating dan etching
11Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Operasi Primer(1)
• Pengecoran (casting)
merupakan proses primer yang
banyak dipakai
• Proses secara sederhana
dijelaskan sbb:
– Logam dicairkan
– Logam cair dituangkan ke
dalam cetakan
– Setelah dingin, logam
mengeras dan membentuk
bentuk yang diinginkan sesuai
cetakan
– Pekerjaan finishing dilakukan
sesuai kebutuhan
12Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Operasi Primer(2)
• Casting juga dapat
dilakukan tanpa membuat
cetakan tetapi
menggunakan dies
• Disebut die casting
• Proses dapat dijelaskan
pada gambar sebelah
• Otomasi proses dan
pengendalian mungkin
dilakukan ?
13Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Operasi Machining
• Secondary operations umumnya menjadi kegiatan
utama
• Berupa operasi machining
• Menggunakan machining tools
• Penggunaan machining tools pada dasarnya upaya
untuk memenuhi fungsi-fungsi:
– Menentukan lokasi pada benda kerja dimana machining akan
dilakukan
– Mengendalikan lintasan (path) yang harus diikuti selama terjadi
pergerakan tools atau benda kerja
– Mengendalikan laju pergerakan tersebut
– Mengendalikan feed-rate tools terhadap benda kerja
14Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
TI5221-Minggu 11: Otomasi Proses
Manufaktur
14
Otomasi Proses Pemesinan
• Pada dasarnya adalah mengotomasi 4 fungsi utama
tersebut di atas.
• Numerically Control Machines (NC Machines)
• Pada NC dilakukan pengendalian secara otomatis:
– Start dan stop tool spindle
– Mengendalikan kecepatan spindle
– Pemosisian tool tip pada lokasi yang diinginkan dan
mengendalikan jalur lintasannya
– Pengendalian feed-rate
– Penggantian tool pada spindle
15Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Mesin NC
• Struktur Mesin NC:
– Mesin
– MCU (Machine Control Unit)
• Yang mengeluarkan perintah pengendalian
dengan data numerik
• Jenis Pengendalian pada Mesin NC:
– Open loop control
– Closed loop control
16Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
NC SYSTEM ELEMENTS
17Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Mesin NC
• Open loop:
– Menggunakan stepper motor
– MCU mengeluarkan sinyal pada motor untuk bergerak seseuai
dengan jumlah putaran motor yang diinginkan.
– Sesuai dengan pemotongan yang diinginkan dilakukan beberapa
gerakan motor untuk menggerakkan tool, dll.
– Posisi motor ditentukan dari berapa banyak sinyal sudah
dikirimkan
– Sangat sederhana, murah, perawatan mudah tetapi tidak bisa
mengecek error yang terjadi
– Cocok untuk mesin kecil yang membutuhkan tenaga kecil dan
akurasi produk rendah
18Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
STEPPING MOTORS
19Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Mesin NC
• Closed loop:
– Menggunakan DC motor (servo motor)
– Memungkinkan pergerakan motor pada arah berlawanan
dengan cepat
– Dipakai juga sensor (resolver) untuk mengendalikan pergerakan
motor
– Sensor ini berperan sebagai feedback untuk memberitahu posisi
aktual dari motor dan membandingkan dengan posisi target.
– Penyimpangan yang terjadi akan disesuaikan segera dengan
mengatur pergerakan motor
– Digunakan untuk mesin yang besar dan akurasi tinggi
20Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Sistem
Koordinat
• Pergerakan motor akan
ditentukan oleh
koordinat posisi
• Standarisasi yang
dipakai dalam sistem
koordinat adalah
koordinat x, y, z, sbb:
21Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Dasar Pemrograman
• Part programming membuat program pergerakan tool
untuk mendapatkan bentuk geometri yang diinginkan
• Perlu ditentukan reference point sebagai origin atau asal
tool mulai bergerak.
– Ditentukan pada saat set-up
– Disebut juga floating zero
• Pergerakan tool dapat dilakukan:
– Absolute positioning: tujuan pergerakan selalu dibandingkan
dengan reference point
– Incremental positioning: tujuan pergerakan dibandingkan
terhadap posisi akhir tool.
22Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Bentuk kendali gerakan
23Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Mesin CNC
• Pengendalian numerik dilakukan dengan
mikroprosesor (komputer)
• Penggunaan komputer memungkinkan:
– Part program storage memory
– Part program editing
– Part program downloading and uploading
– Part program simulation tool path
– Additional part programming facilities
– Tool life management, etc.
24Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
OPERATIONAL FEATURES of CNC MACHINES
25Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Mesin CNC
• Pengendalian dengan cara CNC banyak
dimanfaatkan untuk berbagai otomasi
lebih jauh
• Otomasi ini memungkinkan lead time
manufaktur yang lebih pendek
• Lead time yang pendek memungkinkan
produktivitas dan delivery time yang cepat.
26Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Mesin CNC
• Penambahan ATC dan APC
• ATC (Automatic Tool
Changer): penempatan satu
set tools yang memungkinkan
penggantian tool dengan cepat
• APC (Automatic Pallet
Changer): penempatan
beberapa pallet yang bisa
diganti-ganti secara otomatis
ATC
APC
27Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Mesin CNC
• Mesin-mesin berbasis CNS lain yang
penting:
– CNC turning center
– EDM (electric discharge machine)
– CMM (coordinate measuring machine
– Flame cutting
– Grinding, etc.
28Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
CNC TURNING
29Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
CNC MILLING
30Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
CNC LASER CUTTING
31Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
CNC PLASMA CUTTING
32Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
CNC PRESS
33Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
CNC RAPID PROTOTYPING
34Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Pengembangan
• Mesin-mesin yang ada
biasanya memiliki 3 axis
• Untuk menghasilkan bentuk-
bentuk yang rumit dikenal juga
mesin-mesin 5 axis
35Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Pengembangan
• Mikroprosesor berbasis 32 BIT:
meningkatkan kecepatan prosesor
sehingga memungkinkan:
– Sculptured shape
– Memperpendek proses eksekusi sehingga
memungkinkan tambahan ATC, APC, 5 axis
– Eiditing program cepat
– Penambahan fitur baru pada mesin
36Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Non-Traditional Machining
• Kelompok machining yang tidak menggunakan pahat
dalam melakukan material removal
• Material removal dilakukan dengan menggunakan antara
lain :
– Cairan (air atau cutting fluid yang lain) yang diberikan tekanan
tinggi sehingga dapat melakukan pemotongan; biasa dipakai
untuk material non-logam
– Ultrasonik: tools digetarkan pada frekuensi ultrasonik untuk
dipakai melakukan pemotongan
– Thermal: menggunakan energi panas untuk melakukan material
removal; contoh EDM (electric discharge machining)
– Chemical, electrical
37Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
FMS
• A series of automatic machine tools or
items of fabrication equipment linked
together with an automatic material
handling system, a common hierarchical
digital pre-programmed computer control
and provision for random fabrication of
parts or assemblies that fall within
predetermined families
38Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
FMS
• Dapat mengerjakan sekelompok
komponen sekaligus dengan changeover
yang cepat
• Perpindahan pembuatan antar komponen
dilengkapi dengan sistem material
handling sehingga dapat dilakukan
dengan cepat
• Fleksibilitas sangat ditentukan program
dan jadwal pembuatan komponen
39Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
FMS
• FMS terdiri dari:
– Work station:
• CNC machine tools
• Assembly equipment
• Measuring equipment
• Washing station
– Material Handling Equipment:
• Load/unload station
• Robot
• AGV
• AS/RS
– Tool system:
• Tool seeting station
• Tool transport system
– Control system
• Monitoring equipment
• network
FMS Control
Work StationWorkpiece
HandlingTool Supply Waste Disposal
40Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
FMS
• Persoalan yang dihadapi:
– Menentukan jenis-jenis komponen yang akan
dibuat beserta batch produksinya.
– Menentukan alokasi resource yang harus
disediakan: tools, pallet, fixture
– Loading problem: mengalokasikan
pembuatan part pada workstation yang ada
41Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
FMC
• Flexible Manufacturing Cell: A group of related machines that perform a particular process or step in alarger manufacturing process
• Sering juga dikelompokkan sebagai sel terintegrasi dan otomatis sebagai perbandingan dengan sel tradisional yang bersifat stand-alone
• Dalam cell terdapat beberapa CNC disertai dengan alat handling material
• Blok dari FMS
• Banyak keuntungan yang diperoleh dari FMS bisa diperoleh tetapi memiliki biaya investasi yang lebih rendah
42Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Fixed High-Volume Automation
• Untuk produksi dengan production rate tinggi (mass
production); umur hidup panjang; labor content rendah
• Dikenal juga sebagai Detroit-type automation
• Fasilitas bersifat fixed dan fully automatic
• Dihubungkan oleh sebuah mekanisme transfer material
yang efisien (konveyor, dll)
• Dikenal dua bentuk:
– In-line fixed automation
– Rotary Fixed automation
43Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
BATCH MANUFACTURING
IS A DOMINANT MANUFACTURING ACTIVITY IN THE WORLD,
GENERATING A GREAT DEAL OF INDUSTRIAL OUTPUT
IT ACCOUNTS
60% - 80%
OF ALL MANUFACTURING ACTIVITIES
44Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
CHARACTERISTICS OF
BATCH MANUFACTURING:
High level of product variety
Small manufacturing lot size
45Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
WHAT IS GROUP TECHNOLOGY?
Group technology (GT) is a philosophy that implies the
notion of recognizing and exploiting similarities in three
different ways:
1. By performing like activities together
2. By standardizing similar tasks
3. By efficiently storing and retrieving information
about recurring problems
46Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Large manufacturing system can be
decomposed into smaller subsystems of part
families based on similarities in
1. design attributes and
2. manufacturing features
47Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
DESIGN ATTRIBUTES:
• part configuration (round or prismatic)
• dimensional envelope (length to diameter
ratio)
• surface integrity (surface roughness,
dimensional tolerances)
• material type
• raw material state (casting, forging, bar
stock, etc.)
48Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
PART MANUFACTURING FEATURES:
• operations and operation sequences
(turning, milling, etc.)
• batch sizes
• machine tools
• cutting tools
• work holding devices
• processing times
49Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
An essential aspect of the integration
of CAD and CAM is the integration of
information used by engineering and
manufacturing and all the other
departments in a firm.
50Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Group technology emphasis on part
families based on similarities in
design attributes and manufacturing,
therefore GT contributes to the
integration of CAD and CAM.
51Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
CELLULAR MANUFACTURING
Cellular manufacturing is an application of
group technology in manufacturing in
which all or a portion of a firm’s
manufacturing system has been converted
into cells.
52Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
CELLULAR MANUFACTURING
A manufacturing cell is a cluster of
machines or processes located in close
proximity and dedicated to the
manufacture of a family of parts.
The parts are similar in their processing
requirements, such as operations,
tolerances, and machine tool capacities
53Sistem Manufaktur
(TKI 152)Teknik Industri
UNIJOYO
Functional and cellular layouts of an electronics plant: