Penerapan Augmented Reality pada Process Planning sebagai bentuk peranan CAD/CAM dalam Revolusi Industri 4.0 dan Digitalisasi Industri Manufaktur PDF

Preview

Summary

Penerapan Augmented Reality pada Process Planning sebagai bentuk peranan CAD/CAM dalam Revolusi Industri 4.0 dan Digitalisasi Industri Manufaktur Muhammad Talha NIM: 061001800501 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Trisakti [email protected] ABSTRAK Revolusi industri 4.0 membuat kompetis antar...

Description

Accelerat ing t he world's research.

Penerapan Augmented Reality pada Process Planning sebagai bentuk peranan CAD/CAM dalam Revolusi Industri 4.0 dan... Muhammad Talha

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

PELUANG DAN TANTANGAN BIDANG SUMBER DAYA MANUSIA DALAM INDUST RI 4.0 (St udi Pust … Maurit s Sipayung Peran CIM pada Manufakt ur Reno Raines Surakusuma Perencanaan dan pengendalian produksi DZL Sispromasi

Penerapan Augmented Reality pada Process Planning sebagai bentuk peranan CAD/CAM dalam Revolusi Industri 4.0 dan Digitalisasi Industri Manufaktur Muhammad Talha NIM: 061001800501 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Trisakti [email protected]

ABSTRAK Revolusi industri 4.0 membuat kompetis antar perusahaan industri semakin ketat sehingga tujuan proses manufaktur bukan lagi mengarah pada mass production tetapi pada mass customization. Dimana mass customization dihadirkan untuk memenuhi kepuasan pelanggan. Hal ini berdampak pada process planning yang mengharuskan untuk memangkas waktu dan biaya produksi tetapi tetap menghasilkan kualitas produk yang sama. Untuk itu Augmented Reality yang berintegrasi dengan CAD/CAM hadir sebagai salah satu cara untuk mengefisienkan proses manufaktur saat ini. Kata Kunci:

Revolusi Industri 4.0, CAD/CAM, Augmented Reality

1. Pendahuluan Persaingan global dalam dunia industri membuat banyak perusahaan untuk terus meningkatkan efektifitas proses produksi dengan mengurangi waktu dan biaya produksi sekaligus tetap menjaga kualitas produk dan layanan. Seiring perkembangan teknologi yang sangat pesat, terjadilah revolusi Indutri 4.0. Dengan adanya Revolusi Industri 4.0 pada proses manufaktur akan membuat perusahaan indutri menerapkan konsep smart factory. Selama proses produksi, semua informasi dan aktivitas produksi terekam dalam sebuah tempat penyimpana data berbasis dunia maya yang disebut cloud technology. Penggunakan cloud sebagai pusat data memberikan keuntungan karena dunia maya menyediakan ruang simulasi untuk berbagai kasus dan masalah di dunia industri sehingga memungkinkan perusahaan memiliki sistem produksi yang fleksibel.

Dewasa ini banyak perusahaan yang berkembang dari perusahaan mass production (produksi massal) ke perusahaan mass customization (Kustomisasi Massal) yaitu, adalah kemampuan untuk menawarkan produk atau jasa yang disesuaikan secara individu dengan menggunakan sumber daya produksi yang sama seperti mass production (Laudon, 2010). Kemampuan sebuah perusahaan industri dalam membuat smart product sebagai hasil dari mass customization tidak lepas dari penggunaan computer aided design (CAD) dan computer aided manufacturing (CAM). Selama dekade terakhir, sistem CAD dan CAM, secara drastis, telah meningkatkan fleksibilatas proses produksi dan mengurangi waktu pengembangan produk [1]. Tulisan ini akan membahas salah satu perkembangan terbaru dari CAD/CAM sekaligus menjadi salah satu kunci pekembangan digital dalam bidang manufaktur yaitu penggunaan augmented reality (AR). Pembahasan ini menjadi penting karena walaupun komputer dan software sudah dapat menunjang proses manufaktur, mengembangkan kemampuan visual seperti membayangkan, menentukan, dan membuat desain yang kompleks dengan fitur fungsional dalam ruang tiga dimensi dapat membantu mengembangkan dan mengevaluasi hasil desain produk dengan mengurangi penggunaan prototipe fisik sehingga mempercepat pengembangan process planning [1][2]. Dalam menjelaskan penerepan augmented reality pada process planning sebagai bentuk perenan CAD/CAM dalam revolusi industri 4.0 dan digitalisasi industri manufaktur, tulisan ini akan menjelaskan integrasi CAD/CAM dengan process planning kemudian menunjukkan aplikasi augmented reality pada process planning di dunia industri untuk menunjang konsep industri 4.0.

1. Landasan Teori

Revolusi industri 4.0 membawa banyak perubahan dalam dunia industri. Berbagai macam perkembangan digital membuat manusia, mesin, dan sumber daya terhubung dengan mudah. Visi dari industri 4.0 adalah penggunaan internet of things (IoT), internet of services (IoS), dan internet of data (IoD), yang artinya akan membuat

proses produksi satu langkah lebih maju karena menghubungkan antara dunia virtual dan dunia nyata. 1.1. Area kerja revolusi industri 4.0 Terdapat delapan area prioritas yang kemudian dalam revolusi industri 4.0 semua area tersebut dapat ter-improve dan terhubung satu dengan yang lainnya. Delapan area tersebut adalah: 1. Sumber daya dan proses Perbaikan terus-menerus akan mengefisienkan penggunaan material, mempercepat penambahan nilai terhadap suatu hasil produk (produk jadi atau produk setengah jadi). Contohnya pada produksi semen, dimana sistem komputer akan mengontrol dan mengoptimaslisasikan proses produksi 2. Mesin Produksi Cara untuk mengoptimalkan mesin produksi agar pemakaian mesin tidak merugikan proses produksi adalah dengan diberlakukannya preventive maintenance sehingga mengurangi kemungkinan terjadinya downtime pada mesin. Contohnya perusahaan General Electric (GE) menawarkan perangkat lunak dengan memanfaatkan sensor yang dipasang di mesin untuk mengumpulkan data dan riwayat mesin yang kemudian secara otomatis membuat jadwal preventive maintenance dengan costs minimal. 3. Operation Environment (Lingkungan Kerja) Sangat penting untuk membuat lingkungan kerja yang aman dan nyaman bagi

operator/pekerja,

mengurangi

kompleksitas

pekerjaan

dan

membaginya menjadi tugas-tugas yang lebih sederhana, membuat SOP agar pekerja lebih mudah memahami pekerjaan. Robot dan komputer dapat membantu pekerjaan manusia, contohnya mengangkat beban berat atau pekerjaan yang dilakukan terus-menerus. Hal ini mengurangi human error dan mengurangi resiko kecelakaan kerja . 4. Inventarisasi Sangat penting untuk mengurangi pembelian material untuk sebuah hal yang belum tentu akan menghasilkan nilai.

5. Kualitas Proses yang tidak standar adalah penyebab utama buruknya kualitas produk. Dengan adanya bantuan kontol proses yang baik memungkinkan perbaikan proses dilakukan dengan cepat dan tanggap sehingga mengurangi produk gagal. 6. Supply and Demand Pemahaman yang baik terhadap kebutuhan pasar dapat meningkatkan nilai produk dan kepuasan pelanggan. Analisis lanjutan dapat memperkirakan kebutuhan pasar hingga 85%. Contohnya perusahaan Renault menawarkan kustomisasi interior pada beberapa jenis mobilnya. 7. Time to Market (Logistik) Semakin cepat produk mencapai pasar maka dapat mempercepat pemasukan profit serta dapat merespon masalah yang muncul di lapangan dengan lebih cepat. 8. Service and Maintenace Potensi industri 4.0 pada area ini cukup bagus. Sistem maintenance yang dapat dikontrol dari jauh atau dapat disebut ‘remote’ maintenance adalah sebuah keuntungan besar bagi dunia industri. Contohnya perusahaan Seacomea menawarkan software yang, dengan aman, dapat memonitor kondsi mesin tanpa harus berada di dekat mesin tersebut. 1.2. Process Planning pada Industri 4.0 Karekteristik industri 4.0 adalah digitalisasi dan otomasi sehingga semua aspek perusahaan terutama proses manufaktur akan terhubung dengan pertukaran data dan informasi yang secara konstan menjaga dan mengontrol proses produksi. Industri 4.0 juga memberi dampak pada luasnya koneksi perusahaan dalam menjalin hubungan dengan pemasok dan konsumen. Munculah istilah ‘smart product’ yang membawa informasi dari produsen ke konsumen dan kembali lagi ke produsen sebagai sebuah feedback, kemudian informasi feedback tersebut akan dianalisa oleh sistem manufaktur. Konsumen sebagai pusat perhatian dari semua perusahaan manufaktur dapat berpartisipasi

pada peningkatan mutu produk dan, lebih jauh, dapat membuat perubahan produk dengan mudah dan efisien. Informasi yang didapat dari smart product kemudian akan diteruskan untuk mengembangkan tiga aspek penting antara desain produk dan proses manufaktur yaitu: process planning, operation sequencing, scheduling. Setelah produk dikembangkan, maka pada proses produksi ada beberapa parameter ditetapkan. Otomasi process planning bisa diselesaikan menggunakan Computer Aided Process Planning (CAPP), software yang menghubungkan antara CAD dan CAM. Mass customization dapat terjadi dengan menggunakan berbagai variasi CAPP, tetepi dalam indutri 4.0 tujuan yang dicapai adalah lebih dari itu. Industri 4.0 mengharuskan membuat sebuah produk dengan process plan yang baru hanya dari informasi yang didapatkan di database konsumen sebelumnya. CAPP hanyalah salah satu bagian dari ‘Product Planning Software’ (PPS) yang tidak hanya menjalankan process planning, sequencing, dan scheduling tetapi juga bersinergi dengan desain produk dan proses manufaktur pada Main system software (ERP).

Product Planning Software (PPS)

Gambar 1. Sinergi antara product planning software [3]

Pada gambar 1 memperlihatkan skema hirarki dimana CAPP bersinergi dengan process planning, operation sequenching dan scheduling melalui algoritma kontol dan optimisasi dengan mengumpulkan data dari database dan informasi dalam bentuk CAD. CAPP dikontrol oleh product planning software yang menghasilkkan rencana manufaktur akhir dengan mengumpulkan hasil analisis dari CAPP menuju tiga kriteria pada gambar 2 dibawah ini.

Gambar 2. Parameter pada Product planning software [3]

Hasil analisis CAPP dapat menentukan parameter-parameter yang akan digunakan pada membuat produk terbaru. Parameter pertama adalah pemilihan proses. Pada pemilihan proses, kriteria massa, bentuk, geometri dan surface finishing produk menentukan proses pemesinan, dan logistik. Kriteria material, mempengaruhi proses pemesinan, pembelian bahan baku, ketersedian dari pemasok, biaya dan waktu pengiriman. Kriteria product quality mempengaruhi feedback dari konsumen. Parameter kedua adalah operation sequenching. Kriteria pertama adalah fine/rough finishing. Dari awal proses pemesinan harus menentuka hasil produk jadi sehingga meminimalisir kerugian. Kriteria kedua adalah banyaknya proses yang dibutuhkan akan mempengaruhi pembagian tugas setiap divisi di lini produksi. Fixiation method tergantung dari pembagian proses produksi. Operation priority, memungkinkan agar satu operasi didahulukan sebelum operasi lainya tergantung kebutuhan perusahaan. Parameter ketiga adalah scheduling. Parameter ini menentukan waktu produktif dan non-produktif

berdasarkan kriteria-kriteria pada parameter tersebut. Dengan

menggunakan algoritma, PPS dapat menghitung alur produksi optimal yang menghasilakn proses manufaktur dengan tujuan untuk mencapai biaya dan waktu produksi terendah, tergantung dari kebutuhan. 1.3. CAD/CAM dalam proses manufaktur CAD (computer aided design) adalah perangkat yang digunakan untuk menghasilkan desain berbasis 2D dan 3D. Perangkat ini secara luas digunakan dalam bidang teknik, seperti teknik mesin dan teknik sipil, bidang arsitektur dan bidang-bidang yang membutuhkan prinsip geometric modelling. CAM (computer-aided manufacturing) adalah perangkat yang digunakan untuk merencanakan proses manufaktur. CAM menggunakan desain model yang dibuat oleh CAD dan mengubahnya menjadi toolpaths dalam bentuk kode standar berdasarkan ISO 6893. Toolpaths ini dapat dieksekusi oleh mesin CNC (computer numerical control) dengan bantuan operator, sehingga desain yang awalnya hanya sebuah persamaan komputer menjadi sebuah produk fisik. CAD/CAM sebagai sebuah teknologi, memungkinkan pengembangan sebuah produk dan proses manufaktur terjadi di dunia virtual atau komputer. Hal

ini

sangat

menghemat

waktu

pengembangan

produk.

Dengan

perkembangan internet saat ini, CAD/CAM juga dapat melakukan beberapa aktivitas pengembangan produk dengan pertukaran data dan informasi secara cepat. Adapun fungsi CAD/CAM dalam perkembangan manufaktur adalah sebagai berikut. 1. Rapid Prototyping Rapid prototyping adalah teknologi yang memungkinankan desainer dalam membuat skala model 3D sehingga bentuk geometri produk dapat langsung dilihat tanpa menggunakan seluruh proses manufaktur. 2. Assembly Analysis Dengan perkembangan CAD/CAM saat ini, tim desain sudah dapat membuat desain lengkap dari sebuah produk. Lalu struktur produk tersebut dapat di analisis secara mekanis dalam sebuah simulasi di komputer. 3. Agile Manufacturing

Agility adalah sebuah kemampuan untuk melakukan konfigurasi ulang terhadap proses dan operasi manufaktur agar dapat merespon perubahan keinginan pelanggan dengan cepet sekaligus tetap mempertahankan biaya dan kualitas produk. Agility menerpakan empat prinsip utama yaitu: memberikan nilai ke pelanggan, selalu siap terhadap perubahan, menghargai keterampilan manusia-nya, dan membangun jaringan bisnis secara virtual. 4. Integrasi CAD/CAM/CAPP/CNC dalam dunia manufaktur Computer integrated manufacture (CIM) adalah sebuah pendekatan manufaktur yang dengan bantuan komputer dan mengontrol segala aktivitas manufaktur dari pembuatan desain hingga ke end user.

1.4.Augmented Reality Augmented Reality (AR) adalah teknologi yang menggabungkan benda 2D dengan benda 3D dalam lingkungan nyata 3D sekaligus memproyeksikan benda-benda maya tersebut secara real-time. AR sudah mengalami perkembangan selama beberapa tahun terakhir, terutama dalam dunia industri, karena AR termasuk perangkat murah yang menawarkan berbagai macam kemudahan dalam proses produksi. Terlebih lagi, di beberapa negara, pengembangan AR adalah salah satu program utama dalam revolusi industri 4.0 untuk mencapai produktivitas tinggi.

2. Pembahasan

Dalam Process Planning, kunci utamanya adalah memaksimalkan waktu dan biaya untuk suatu pekerjaan yang produktif. Dalam hal ini AR diimplementasikan dalam pembuatan desain produk dan prototipe agar konsep mass costumization dapat terlaksana dengan baik. AR juga digunakan sebagai alat untuk memonitor pekerjaan

yang sulit diakses oleh operator, karena kaitannya dengan keamanan pekerjaan yang menjadi perhatian semua perusahaan industri. 2.1.Peran Augmented Reality pada penggunaan CAD Masalah utama pada mass customization dalam process planning adalah waktu yang dibutuhkan pada pembuatan dan evaluasi produk baru. Evaluasi produk seperti fitting dan interaksi produk dengan lingkunganya dapat terbantu oleh AR. Contoh terknologi AR pada CAD adalah AR marker, yaitu gambar dua dimensi pada bidang datar yang ditampilkan menjadi gambar virtual tiga dimensi jika dideteksi oleh kamera menggunakan software seperti AR Google, SketchUp, ARTag. Selain AR marker, perusahaan Sony juga mengembangkan markerless AR yang diberi nama SmartAR. Tanpa menggunakan gambar dua dimensi, SmartAR dapat menampilkan gambar virtual tiga dimensi langsung pada layar.

Gambar 3. Objek 3D yang diubah dari desain pada software CAD menjadi objek 3D di dunia nyata [7]

2.2.Peran Augmented Reality pada mesin CNC Dalam konteks proses manufaktur, AR diterapkan pada mesin CNC karena kendala yang terkait dengan hal-hal berikut. 1. Operator mesin CNC harus berpindah dari satu mesin ke mesin lainya untuk memastikan proses berjalan dengan baik, sehingga hal ini tidak ergonomis

2. Untuk melihat proses CNC yang berjalan, operator hanya dapat mengandalkan informasi yang ada pada control panel karena biasanya, cairan lubrikasi menghalangi pandangan terhadap proses yang berjalan. 3. User yang baru belum tentu mengerti betul dengan interface pada mesin CNC 4. Perbaikan mesin CNC yang kompleks Dengan menggunakan AR, maka kendala-kendala tersebut dapat ditanggulangi. Teknologi ini dapat terkoneksi dengan semua jenis mesin perkakas dengan pengaturan yang minimal, sehingga membawa kemudahan kepada operator yang menggunakannya. User interface di desain semudah mungkin dengan tampilan informasi yang dapat diubah sesuai keinginan perusahaan, seperti tampilan kondisi operasi pemotongan secara tiga dimensi.

Gambar 4. Augmented reality digunakan pada mesin CNC (kiri: tampilan AR menggunakan tablet; kanan: menggunakan augmented reality glasses) [4]

Sistem AR menggunakan perangkat portabel seperti tablet dan AR glasses yang terhubung tanpa kabel dengan kamera yang diletakkan mengarah pada proses pemesinan tertentu.

Gambar 5. Skema sistem AR [3] Perangkat AR terdiri dari beberapa modul berbeda yang ditulis menggunakan bahasa C# untuk berkomunikasi dengan mesin CNC dan memberikan informasi secara real-time kepada pengguna. Modul-modul tersebut adalah sebagai berikut. 1. Modul TCPFetcher adalah modul yang menjalin koneksi antara AR dengan mesin CNC melalui sinyal Wifi dengan protokol TCP 2. Modul InfoRetrieval menerima informasi dari mesin CNC yang kemudian akan ditampilkan kepada pengguna AR. Informasi diterima setiap 200ms untuk menghindari latensi dalam sistem 3. Modul DataProvider menerima dan menyimpan informasi yang diperlukan 4. Modul DataRefresh mengatur informasi apa yang ingin ditampilkan tergantung dari kebutuhan pengguna 5. Modul ScreenData menampilkan data mentah yang akan diterjemahkan oleh AR scane 6. Database dibuat untuk menyimpan profil pengguna dan profil mesin. Ini memungkinkan pengguna untuk mengatur informasi apa yang ingin mereka lihat dengan cepat. Inforamsi yang ditampilkan bisa berupa kondisi pengoperasian, kecepatan pemotongan, posisi alat, gerakan alat potong,

potensi terjadinya tabrakan benda kerja dan alat potong, kekuatan alat potong, dll. 7. AR scane terdiri dari user interface dan user experience. Pengguna dapat melihat keseluruhan proses secara real-time di layar tersebut sekaligus melakukan konfigurasi dan setting terhadap mesin CNC. Contoh mesin CNC yang menerapkan AR adalah mesin tekuk CNC. Pada mesin ini, AR digunakan oleh operator mesin tekuk CNC. Data dan informasi mengenai desain produk, pengaturan mesin, keamanan, dan jadwal pekerjaan dapat dengan mudah diakses oleh operator, sehingga waktu proses pekerjaan menjadi lebih efisien.

Gambar 6. Augmented Reality pada mesin tekuk CNC (Mourtzis, 2018) [1]

4.

Kesimpulan Industri 4.0 adalah konsep yang harus dimiliki oleh perusahaan industri saat ini.

Penggunaan sistem otomasi dan teknologi canggih seperti augmented reality dapat memangkas waktu dan biaya produksi sehingga kedepannya bisa menjadi perusahaan mass customization. Kedepannya, riset yang mendalam tentang teknologi AR diharapkan dapat memberikan keuntungan lain pada industri manufaktur.

5.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6] [7]

Daftar Pustaka

Chardonnet J, Fromentin G, Outeiro J. 2017. Augmented reality as an aid for the use of machine tools. Dapat diakses di: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal01598613. Crnjac M, Veza I, Banduka N. 2017. “From Concept to the Introduction of Industry 4.0”. International Journal of Industrial Engineering and Management (IJIEM). 8, (1), 21-23. Mourtzis, Dimitris, et al. Augmented Reality based Visualization of CAM Instructions towards Industry 4.0 paradigm: a CNC Bending Machine case study. 28th CIRP Design Conference, Procedia CIRP 2018. 70: 368-373. Novak – Marcincin, Jozef, et al. 2012. “Augmented Reality Applications in Manufacturing Engineering”. Annals of DAAAM for 2012 & Proceedings of the 23rd International DAAAM Symposium. 23, (1), 65-69. Pandey R, Tomar A, Sharma N. 2016. “A Recent Role of CAD/CAM in Designing, Developing and Manufacturing in Modern Manufacturing Technologies”. Imperial Journal of Interdisciplinary Research (IJIR). 2, (3), 398-401. Serdar, Tumkor, et al. 2013. Integration of Augmented Reality into the CAD Process. 120th ASEE Annual Conference & Exposition. Trstenjaka M, Cosica P. Process planning in Industry 4.0 environment. 27th International Conference on Flexible Automation and Intelligent Manufacturing. Procedia Manufacturing 2017. 11: 1744-1750....