PENGANTAR ENGINEERING DESIGN

1-1
BAB I
PENGANTAR ENGINEERING DESIGN

1.1. Pendahuluan

Perancangan (design) secara umum dapat didefinisikan sebagai formulasi suatu
rencana untuk memenuhi kebutuhan manusia. Sehingga secara sederhana perancangan
dapat diartikan sebagai kegiatan pemetaan dari ruang fungsional (tidak kelihatan/imajiner)
kepada ruang fisik (kelihatan dan dapat diraba/dirasa) untuk memenuhi tujuan-tujuan
akhir perancang secara spesifik atau obyektif.

Gambar 1.1 Definisi perancangan secara sederhana [2]

Dalam prosesnya, perancangan adalah kegiatan yang biasanya berulang-ulang
(iterative) Kegiatan perancangan umumnya dimulai dengan didapatkannya persepsi
tentang kebutuhan masyarakat, kemudian dijabarkan dan disusun dengan spesifik,
selanjutnya dicari ide dan penuangan kreasi. Ide dan kreasi kemudian di analisis dan diuji.
Kalau hasilnya sudah memenuhi kemudian akan dibuat prototipe. Kalau prototipe sudah
dipilih yang terbaik selanjutnya dilempar ke pasaran. Pasar akan memberikan tanggapan
apakah kebutuhan telah terpenuhi. Secara skematis kegiatan iterative ini di tunjukkan
pada gambar 1.2.

Kebutuhan
1
2
3
dll
Produk
1
2
3
dll
Pemetaan
Ruang Fungsional Ruang Fisik
1-2
Gambar 1. 2 Proses iteratif dalam perancangan [2] Kegiatan perancangan dalam bidang teknik yang dilakukan oleh para ahli teknik
(insinyur) selama ini telah mampu meningkatkan kesejahteraan dan kualitas hidup
manusia baik dalam bentuk peningkatan kesehatan fisik masyarakat, kemakmuran dalam
hal materi dan memudahkan manusia untuk melakukan aktivitasnya. Hasil perancangan
insinyur ini terdapat dalam berbagai bentuk produk dan jasa. Dengan demikian
perancangan dalam bidang teknik atau engineering design selanjutnya dapat didefinisikan
sebagai “Rangkaian kegiatan iterarif yang mengaplikasikan berbagai teknik dan prinsipprinsip
scientifik yang bertujuan untuk mendefinisikan peralatan, proses, atau sistem
secara detail sehingga dapat direalisasikan[Norton]”.
Dari pengertian umum di atas maka mechanical design dapat diartikan sebagai
perancangan “sesuatu” atau “sistem” dari “mechanical nature” seperti mesin, komponen,
struktur, peralatan, instrumentasi, dan lain-lain. Dalam scope yang lebih spesifik machine
design adalah kegiatan yang berhubungan dengan “penciptaan (creation)” machinery
yang dapat melakukan fungsinya dengan baik, safe, dan andal.
1.2. Proses Perancangan Teknik
Beberapa pertanyaan yang sering muncul sebelum melakukan design antara lain
adalah: bagaimana design dimulai ? apakah insinyur duduk dengan secarik kertas terus
menggambarkan ide? faktor-faktor apa yang mempengaruhi keputusan dalam design?
dan juga bagaimana proses design berakhir ?
Skema proses engineering design yang lengkap ditunjukkan pada gambar 1.3.
Proses dimulai dengan “identifikasi kebutuhan dan keputusan untuk melakukan sesuatu
tentang kebutuhan itu”. Setelah melakukan iterasi berkali-kali, maka proses design akan
Societal
need
Recognize
& formalize
(code)
Compare Ideate
& create
Analyze
and/or
test
Marketplace
Product,
prototype,
process
1-3
berhenti pada detail design yang siap dipresentasikan untuk selanjutnya dibuat prototype,
testing, dan pada akhirnya masuk proses produksi.
Identifikasi dan formulasi kebutuhan adalah kegiatan yang membutuhkan
tingkat kreativitas yang tinggi. Akan tetapi tahap ini sering rancu dengan berbagai kondisi
emosional manusia seperti uneasiness atau perasaan bahwa ada sesuatu salah.
“Backgroud Research” sangat diperlukan untuk memberikan informasi dalam memahami
dan mendefinisikan problem secara lengkap dan detail. Tahap ini kalau dilakukan dengan
baik maka akan dapat menetapkan “tujuan (goal)” dari dari design.
Gambar 1.3 Tahapan proses design
Tahap Problem definition harus melibatkan semua spesifikasi yang berhubungan
dengan “sistem” yang akan didesign. Spesifikasi tersebut adalah kuantitas input dan
output, karakteristik dan dimensi serta ruangan yang diperlukan, dan semua kendala atau
batasan design. Spesifikasi inilah yang akan menentukan biaya, jumlah yang akan dibuat,
umur teknis yang diinginkan, kondisi operasi, dan keandalan machinary. Contoh
spesifikasi adalah fungsi (kecepatan, temperatur operasi, tekanan), keamanan (kekuatan,
defleksi, getaran) dan lain-lain. Sebagai contoh, untuk machine design, berbagai fungsi
dan kendala yang harus dipertimbangkan ditunjukkan pada Gambar 1.4.
1-4
Gambar 1.4 Berbagai jenis kendala yang perlu dipertimbangkan dalam perancangan
mesin
Setelah problem didefinisikan dan seluruh spesifikasi ditetapkan maka tahap
berikutnya adalah “Synthesis”. Dalam tahap ini semua kemungkinan alternatif solusi
digali dan dipertimbangkan. Tahap ini sering juga disebut tahap “ideation and invention”
dimana di-generate kemungkinan solusi secara kreatif sebanyak mungkin.
Alternatif-alternatif rancangan yang didapatkan, selanjutnya di “analisis dan
optimasi” untuk menentukan apakah rancangan tersebut dapat memenuhi spesifikasi,
dan performansi yang diinginkan, ditolak, atau perlu dimodifikasi. Tahap ini akan dapat
menghasilkan hasil rancangan yang paling optimum untuk dipilih. Jika analisis
menunjukkan bahwa tidak ada rancangan yang memenuhi spesifikasi dan performans
yang diinginkan maka harus dilakukan iterasi. Hasil rancangan yang paling optimum
dipilih dan selanjutnya dapat dilakukan “detailed design”. Dalam detailed design,
dihasilkan gambar teknik yang lengkap, spesifikasi material, identifikasi vendor,
spesifikasi manufacturing, dll.
Evaluasi merupakan salah satu tahapan penting dalam proses design secara
keseluruhan. Tahap ini melibatkan pembuatan “prototype dan pengujian” yang dapat di
lakukan di laboratorium. Hasil pengujian prototype inilah yang akan membuktikan apakah
rancangan yang dihasilkan dapat memenuhi spesifikasi dan performansi yang diinginkan.
Dari tahap ini akan terjawab pertanyaan-pertanyaan mendasar tentang sistem yang
dirancang seperti misalnya : apakah semua spesifikasi yang diinginkan terpenuhi?,
bagaimana tingkat keandalannya?, apakah dapat bersaing dengan produk sejenis?,
apakah ekonomis untuk dibuat dan dipasarkan?, apakah mudah dalam perawatan?, dan
lain-lain. Data-data hasil pengujian prototype dapat digunakan untuk iterasi berikutnya
dalam penyempurnaan design.
1-5
Tahap terakhir adalah “presentation”. Hasil rancangan perlu dikomunikasikan
dengan untuk proses selanjutnya seperti manufacturing, assembling dan sosialisasi.
Komunikasi dapat dilakukan dalam tiga cara yaitu komunikasi secara tertulis, lisan, dan
dalam bentuk grafik atau gambar. Dengan demikian insinyur harus menguasai ketiga
tenik tersebut untuk dapat mempresentasikan rancangannya.
1.3. Case study : Perancangan Mesin
Dalam perancangan mesin berbagai parameter yang berpengaruh terhadap
kualitas hasil rancangan. Contoh : untuk perancangan sebuah poros maka “kekuatan
(strength) adalah merupakan parameter utama untuk menentukan dimensi dan geometri
poros. Pertimbangan yang menyeluruh terhadap parameter-parameter tersebut harus
dilakukan untuk menjamin bahwa mesin yang dirancang memenuhi fungsi dengan
kualitas yang diinginkan. Secara tradisional hal ini biasanya ditentukan berdasarkan
“sense” perancang. Tetapi evaluasi dan pertimbangan parameter secara ilmiah harus
dilakukan untuk mencegah kegagalan design pada tahap-tahap selanjutnya. Parameter
fundamental yang harus dipertimbangkan dalam perancangan mesin ditunjukkan pada
gambar 1.5 dan dapat dijelaskan sebagai berikut :
Gambar 1.5 Fundamental machine design viewpoint
1. Function and mechanism. Beberapa kemungkinan kombinasi mekanisme
umumnya dapat memenuhi persyaratan fungsional. Pada tahap awal berbagai
1-6
kemungkinan mekanisme harus dikembangkan dan diuji. Jika merancang mesin
yang baru maka penelitian terhadap mekanisme lain yang sudah ada biasanya
sangat membantu. Berarti perlu dilakukan studi literatur.
2. Flow of Force. Untuk memvisualisasikan bagaimana gaya ditransmissikan melalui
berbagai komponen pada sebuah mesin maka perlu digambar flow of force seperti
ditunjukkan pada gambar 1.6. Diagram flow of force ini atau sering disebut line of
force sangat membantu dalam evaluasi design. Contohnya : jika mesin beroperasi,
jika balance secara statik maka line of force akan tertutup untuk seluruh sistem.
Jika tidak balance maka berarti akan terjadi percepatan atau breakdown.
Gambar 1.6 Line of force pada suatu peralatan
3. Balance (untuk gravitasi). Hanya gaya yang ditimbulkan oleh gravitasi yang tidak
balance pada suatu mesin. Dalam design penentuan letak pusat gravitasi haruslah
dirancang sedemikian rupa sehingga mesin selalu dalam keadaan stabil (tidak
mengalami overturn)
4. Strength/material. Komponen umumnya mengalami beban (tarik, tekan, geser,
bending, torsi). Dengan demikian faktor kekuatan dan pemilihan material adalah
merupakan parameter dasar dalam percangan mesin. Semua komponen mesin
harus mampu menahan beban-beban yang bekerja tanpa mengalami kegagalan.
5. Structural Balance and Beauty. Faktor penampilan, sturktural balance, dan
aesthetic adalah juga merupakan parameter dasar perancangan mesin. Hal ini
terutama akan berkaitan dengan aspek ekonomi dan pemasaran produk yang
dihasilkan.
1-7
Karakteristik atau parameter lain yang penting menjadi dasar pertimbangan
perancangan mesin adalah
? Distorsi/defleksi/kekakuan
? fatigue
? Keausan
? Korosi
? Keamanan
? Keandalan
? Kegunaan
? Gesekan
? Biaya
? Berat
? Umur
? Getaran
? Kebisingan
? Maintenance
? Ukuran/ruangan yang dibutuhkan
? Pelumasan
? Sistem kontrol
? Aspek manufacturing
? Dll
1.4. Standard dan Code Perancangan
Untuk menjamin kualitas dan keamanan hasil rancangan maka standards dan
Code perancangan sangat diperlukan dalam dunia modern. Banyak organisasi
keinsinyuran yang sering disebut “engineering society”, organisasi pemerintah, dan
perusahaan swasta telah mengembangkan “Design Code” untuk peracangan dalam
bidang tertentu. Misalnya ASME telah mengembangkan Code untuk perancangan
pressure vessel, sistem perpipaan, dll.
Code perancangan adalah suatu “set of specification” untuk analisis, design,
manufacturing, dan konstruksi suatu produk engineering pada bidang tertentu. Tujuan dari
Code adalah untuk menghasilkan rancangan yang dapat mencapai faktor keamanan,
efisiensi, dan performance atau kualitas pada tingkat tertentu.
Standard adalah suatu “set of specification” untuk part/komponen, material,
proses yang ditujukan untuk mencapai keseragaman, interchangeability, efisiensi, dan
kualitas yang tertentu. Jadi dalam aplikasinya, standard dapat membatasi jumlah suatu
parts/material dalam suatu spesifikasi tertentu sehingga memudahkan dalam inventory
dari bentuk, ukuran, jumlah, dan variasinya.
Beberapa Society yang telah mempublikasikan Standard dan Code yang
berhubungan dengan bidang “mechanical Engineering” antara lain adalah :
American Society of Mechanical Engineers (ASME)
American Society of Testing and Materials (ASTM)
American Welding Society (AWS)
American National Standard Institute (ANSI)
1-8
American Gear Manufactures Association (AGMA)
American Institute of Steel Construction (AISC)
American Iron and Steel Institute (AISI)
American Petroleum Institute (API)
Anti-Friction Bearing Manufacturers Association (AFBMA)
Society of Automotive Engineers (SAE)
International Standards Organization (ISO)
Institution of Mechanical engineers (I.Mech.E)
Det Norske Veritas (DNV)
1.5. Tugas
1. Review :
? Sistem satuan (pelajari sistem satuan SI dan USCS)
2. Perancangan Sederhana : gunakan metodologi yang telah dijelaskan dalam bab
ini untuk merancang produk-produk berikut :
? Alat ukur mekanis/elektrik untuk mengukur volume tangki
? Alat untuk mengupas singkong & memotong singkong
? Alat untuk memotong bawang
? Alat untuk menyortir kertas hasil photocopy
? Alat untuk mengencangkan net tenis lapangan
3. Gunakan langkah-langkah perancangan teknik dalam bab ini untuk merancang
“mesin” peralatan untuk kebutuhan rumah tangga