ANALISA PENENTUAN INTERVAL WAKTU PENGGANTIAN KOMPONEN KRITIS PADA ENGINE PESAWAT NC-212 CASSA ABSTRAK

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi V Program Studi MMT-ITS, Surabaya 3 Pebruari 2007

ANALISA PENENTUAN INTERVAL WAKTU PENGGANTIAN KOMPONEN KRITIS PADA ENGINE PESAWAT NC-212 CASSA 1)

Djoko Kriswanto 1), Soeparno 2) Mahasiswa S2 Program Magister Manajemen Teknologi ITS 2) Guru Besar FTI ITS email : [email protected]

ABSTRAK Pesawat udara memiliki peranan penting dalam mendukung pelaksanaan tugas-tugas operasional TNI Angkatan Laut. Beberapa jenis pesawat khususnya NC-212 Cassa memiliki usia pakai lebih daripada lima belas tahun. Secara intuitif dapat disimpulkan bahwa komponen maupun peralatan yang telah terpasang berada di dalam periode keausan dari kurva bathtub. Paper ini menyajikan sebuah metode alternatif dalam menentukan interval waktu penggantian komponen yang optimum untuk engine pesawat yang telah memasuki masa keausan (wear out) khususnya pada komponen-komponen kritis yang menentukan hidup matinya sebuah sistem. Penentuan Interval penggantian optimum ditentukan dengan melakukan optimasi dengan fungsi obyektif untuk meminimumkan rasio biaya-keuntungan. Biaya penggantian terdiri dari : biaya penggantian sebelum dan setelah kerusakan terjadi. Penggantian komponen dilakukan saat interval penggantian maksimum memiliki nilai keandalan komponen lebih rendah dari nilai minimum yang diizinkan dan frekuensi kejadiannya minimal adalah umum terjadi (occasional). Weibull++ 4 digunakan untuk memperoleh parameter-parameter yang sesuai untuk masingmasing distribusi kerusakan, sedangkan Solver Excel digunakan untuk menghitung interval penggantian yang optimal. Dalam paper ini studi kasus akan dilakukan terhadap komponenkomponen penyusun kompresor engine pesawat NC-212 Cassa. Kata kunci :

wear out, interval penggantian, keandalan, optimasi, solver excel, kompresor.

PENDAHULUAN Tentara Nasional Indonesia Angkatan Laut (TNI AL) sebagai salah satu kekuatan pertahanan dan keamanan negara, mengemban tugas pokok menjaga kedaulatan negara Republik Indonesia di laut. Di dalam melaksanakan tugasnya TNI AL membutuhkan alat utama sistem senjata (Alutsista) yang salah satunya adalah pesawat udara NC-212 Cassa, yang memiliki frekuensi aktifitas yang tinggi, daya jangkau yang luas serta kemampuan dukungan operasi yang variatif. Keterbatasan anggaran pemeliharaan pesawat merupakan salah satu pemicu pemeliharaan yang dilaksanakan selama ini hanya terpaku pada buku petunjuk tecnical order dimana kurang memperhitungkan sisa usia pakai (life time) sebuah komponen atau dengan kata lain selama komponen belum mengalami kerusakan maka komponen tersebut akan tetap digunakan. Hal ini pada suatu saat, justru akan mengakibatkan pinalti cost yang cukup besar apabila terjadi kerusakan pada saat pengoperasiannya. Di sisi lain apabila diterapkan kebijakan melaksanakan pemeliharaan secara terus menerus akan mengakibatkan beban anggaran yang tinggi, oleh sebab itu diperlukan kegiatan pemeliharaan yang optimum, yaitu tercapainya tingkat keandalan komponen melalui penentuan interval penggantian komponen kritis engine pesawat Cassa NC-212.


METODA Pengumpulan dan Pengolahan data Dari 13 Pesawat NC-212 Cassa yang dimiliki TNI AL, 7 pesawat disiagakan untuk melaksanakan tugas operasi rutin. Pesawat-pesawat tersebut saat ini rata-rata sudah berusia lebih dari 20 tahun dengan jam terbang yang sudah melebihi 10.000 jam, dengan demikian inspeksi terhadap kondisi engine harus semakin sering dilakukan. Paper ini mendiskusikan hasil-hasil dari analisis pola kerusakan berdasarkan failure modenya terhadap sistem kompresor yang terpasang di ketujuh pesawat tersebut. Guna memastikan ketujuh pesawat Cassa yang sejenis tersebut memiliki pola jam terbang yang identik, terlebih dahulu harus diuji dengan Analisis Varian, sehingga data-data kerusakan komponen engine dapat digunakan sebagai obyek penelitian. Input data untuk model kegagalan adalah time to failure (TTF) dari tiap komponen kompresor. Data-data kerusakan tersebut selanjutnya dianalisa untuk mengetahui parameter dan distribusi kerusakannya dengan bantuan perangkat lunak Weibull ++ 4. Langkah selanjutnya adalah menentukan mode kerusakan tiap komponen dengan analisis Failure Modes Effects and Criticality Analysis (FMECA), metode ini mengidentifikasi kekritisan yang dikaitkan dengan dampak dari mode kegagalan yang ditimbulkan oleh sebuah komponen terhadap subsistem/sistem. Penentuan Komponen Kritis Komponen kritis ditentukan secara kualitatif dengan melihat pengaruh kerusakan yang ditimbulkan terhadap sistem. Jika sistem gagal maka komponen disebut sebagai komponen kritis, jika sistem tidak gagal, maka pengaruh kerusakan komponen tersebut dikatakan potensial (suatu saat komponen tersebut dapat menjadi komponen kritis). Adapun komponen-komponen penyusun Compressor section seperti Gambar 1 berikut: COMPRESSOR SECTION

Combution Transition Liner Assembly

Second Stage Impeller and Compressor Housing

Seal Assembly

Impeller 2nd Stage

Liner

Vane AssyDiffuser

First Stage Impeller, Compressor Diffuser and Shroud Installation

Shroud First Stage Impeller Packing

First Stage Impeller, Compressor Diffuser & Shouldered Installation

Impeller first Stage

Diffuser

Housing Assy Compressor

Gambar 1. Diagram komponen-komponen penyusun compressor section

Pembuatan Model Optimasi Model pemograman untuk mendapatkan interval waktu penggantian komponen kritis yang optimal dari masing-masing komponen kompresor dapat diuraikan sebagai berikut :

 Inputs  Data Kerusakan Komponen (TTF).  Prosentase interval penggantian komponen terhadap terjadinya kerusakan prematur; K = 50%. ISBN : 979-99735-2-X A-10-2


 Cost of Replacement item and other damaged items (Biaya Akuisisi)  Biaya Penggantian (Replacement) Komponen (CRC).  Parameter distribusi (weibull 3 parameter).  Equations  Mean time between failure (MTBF)  Biaya Penggantian Sebelum Kerusakan CBF  tBF xCM CRC  Biaya Penggantian Setelah Kerusakan

C AF  t AF xCM   C A  Constrains  Prosentase peralatan dapat bertahan selama interval-penggantian (Ns). 50% ≤ Ns ≤ 99%  Lama Perbaikan Sebelum Kerusakan (tBF). 5 ≤ tBF ≤ 15 (dalam Jam)  Lama Perbaikan Setelah Kerusakan (tAF) 1 ≤ tAF ≤ 5 (dalam Jam)  Nilai Keandalan; 0.99 ≤ R (t) ≤ 1.00  Biaya Pekerja (CM)  Biaya Pekerja Tingkat Organik (CMO); CMO = $10.00  Biaya Pekerja Tingkat Menengah (CMM); CMM = $20.00  Biaya Pekerja Tingkat Depo (CMD); CMD = $35.00  Output (Decision Variable) Interval waktu penggantian komponen  Fungsi objektif (Objective Function) Meminimumkan Cost Benefit Ratio : CBR 

MTBFx C BF xN S   C AF x 1  N S  C AF xt r xN S  Kx 1  N S 

CBR = Cost-Benefit Ratio MTBF = Mean Time between failure CBF = Cost of Replacement before failure Ns = Prosentase peralatan dapat bertahan selama interval penggantian CAF = Cost of Replacement after failure K = Prosentase interval penggantian komponen terhadap terjadinya kerusakan premature. Gambar 2 menunjukkan Flowchart perhitungan optimasi, sedangkan Gambar 3. menunjukkan struktur pemodelan optimasi dari persamaan-persamaan diatas.

ISBN : 979-99735-2-X A-10-3


Mulai

TTF Tentukan MTBF Variasikan Interval penggantian yang diajukan

Tentukan Prosentase Interval penggantian komponen terhadap terjadinya kerusakan premature (K)

Variasikan Probabilitas komponen dapat bertahan selama Interval Penggantian yang diajukan (Ns)

Tentukan biaya Penggantian komponen (CRC)

Tentukan biaya Pekerja (CM)

Tentukan lama perbaikan sebelum kerusakan (tBF)

Tentukan lama perbaikan setelah kerusakan (tAF)

Tentukan biaya penggantian komponen dan kerusakan komponen-komponen lainnya (CA)

Hitung biaya penggantian sebelum kerusakan (CBF)

Hitung biaya penggantian setelah kerusakan (CAF)

Hitung Cost-Benefit Ratio (CBR) Tidak

Cost-Benefit Ratio. < 1 Ya

Ya

Komponen diganti

Nilai Keandalan pada saat interval penggantian optimal < 0.99

Tidak Komponen tetap digunakan

Selesai

Gambar 2 Diagram alir penentuan model optimasi interval waktu penggantian

ISBN : 979-99735-2-X A-10-4


MASUKAN-MASUKAN (INPUTS) 1. TTF 2. Prosentase interval penggantian komponen terhadap terjadinya kerusakan premature(K) 3. Biaya penggantian (replacement) komponen (CRC) 4. Biaya akuisisi (CA) 5. Parameter distribusi (weibull 3 parameter); β,, 

EQUATIONS 1. MTBF 2. Biaya penggantian sebelum kerusakan (CBF) 3. Biaya penggantian setelah kerusakan (CAF)

NILAI MINIMUM 1. 2. 3. 4. 5.

Ns ≥ 50% tBF ≥ 5 tAF ≥ 1 CM ≥ $10.00 R(t)  0.99

BATASAN-BATASAN (CONSTRAINTS) 1. Prosentase peralatan dapat bertahan selama interval penggantian (Ns) 2. Lama perbaikan sebelum kerusakan (tBF) 3. Lama perbaikan setelah kerusakan (tAF) 4. Biaya pekerja (CM) 5. Nilai Keandalan (R(t))

Prosentase peralatan dapat bertahan selama OUTPUT (DECISION VARIABLE) penggantian Interval waktu penggantian komponen

interval

FUNGSI OBJEKTIF (OBJECTIVE FUNCTION) Minimumkan :

Cost Benefit Ratio

Gambar 3

Struktur pemodelan untuk proses optimasi.

ISBN : 979-99735-2-X A-10-5

NILAI MAKSIMUM 1. 2. 3. 4. 5.

Ns ≤ 99% tBF ≤ 15 tAF ≤ 5 CM ≤ $35.00 R(t) ≤ 1.00


HASIL DAN DISKUSI Analisa Kegagalan dengan FMECA dan Penentuan Komponen Kritis Dari hasil analisa kegagalan fungsional komponen pada Tabel 1, dapat diketahui bahwa terdapat 1 komponen dengan kategori Critical, yaitu shroud-first stage impeller, 2 komponen dengan kategori Marginal, yaitu seal assy dan packing, dan selebihnya dengan kategori Cathastropic. Untuk kategori Cathastropic dan Critical dapat dikategorikan sebagai komponen kritis, sedangkan kategori Marginal dapat dikatakan berpotensi untuk menjadi komponen kritis karena telah terjadi penurunan fungsi kinerja komponen. Tabel 1. Kategori Failure Effect dari komponen-komponen Compressor Nama Komponen Nama Komponen SEAL ASSY LINER IMPELLER SECOND STAGE VANE ASSY HOUSING ASSY COMPRESSOR SHROUD-FIRST STAGE IMPELLER PACKING IMPELLER FIRST STAGE DIFFUSER

Kategori Marginal Catasthropic Catasthropic Catasthropic Catasthropic Critical Marginal Catasthropic Catasthropic

Failure Effect Definisi sistem mengalami penurunan fungsi kinerja Menyebabkan sistem shutdown Menyebabkan sistem shutdown Menyebabkan sistem shutdown Menyebabkan sistem shutdown sistem tidak dapat berfungsi sesuai dengan yang ditentukan sistem mengalami penurunan fungsi kinerja Menyebabkan sistem shutdown Menyebabkan sistem shutdown

Analisa Jenis Distribusi Kerusakan Dengan menggunakan software weibull++4 data-data kerusakan yang diolah menunjukkan bahwa seluruh komponen berdistribusi weibull dengan 3 parameter, artinya bahwa seluruh komponen yang diteliti menunjukkan peningkatan laju kerusakan seiring dengan lamanya jam operasi, sehingga komponen-komponen tersebut layak untuk diganti guna meningkatkan nilai keandalannya. Penentuan distribusi kerusakan pada tiap-tiap komponen berdasarkan nilai likelihood (LKV) tertinggi. Sedangkan hasil pengujian distribusi kerusakan menunjukkan parameter-parameter distribusi, seperti pada Tabel 2 berikut : Tabel 2. Parameter Distribusi Komponen Komponen

Parameter Distribusi η γ

Part Number Part Number 3101521-1

SEAL ASSY

3.3100

6532.8695

3105.1000

3102102-2

LINER

2.0772

5028.9386

4127.1600

893482-3

IMPELLER SECOND STAGE

3.9252

8029.9438

1328.0150

3102038-1

VANE ASSY-DIFFUSER

1.7580

4647.8494

5091.7530

893383-2

HOUSING ASSY COMPRESSOR

2.0343

5315.2790

3899.3050

3101829-1

SHROUD-FIRST STAGE IMPELLER

1.5506

4545.1305

4611.0700

S8990-270

PACKING

2.0143

5672.7661

4233.9300

896223-3

IMPELLER FIRST STAGE

2.2673

5307.6314

3958.5650

3101830-1

DIFFUSER

1.9803

5011.7281

4266.9500

β

ISBN : 979-99735-2-X A-10-6


Analisis Data Hasil Proses Optimasi Dengan Program Solver Interval waktu Penggantian Komponen Dari optimasi yang dilakukan program Solver excel menunjukkan bahwa komponen Impeller second stage memiliki waktu penggantian tercepat, yaitu 1345 jam, sedangkan yang terlama Vane Assy-Diffuser sebesar 5115 jam. Tabel 3. Hasil Optimasi interval waktu penggantian Task Interval

Nilai Keandalan

Probability of Failure

Failure Rate

PDF

SEAL ASSY

3124

0.9925

0.0075

3.9985E-10

3.9684E-10

LINER IMPELLER SECOND STAGE VANE ASSYDIFFUSER HOUSING ASSY COMPRESSOR SHROUD-FIRST STAGE IMPELLER PACKING IMPELLER FIRST STAGE DIFFUSER

4150

0.9906

0.0094

1.2370E-06

1.2254E-06

1345

0.9917

0.0083

7.3328E-12

7.2722E-12

5115

0.9912

0.0088

6.8186E-06

6.7589E-06

3925

0.9921

0.0079

1.2319E-06

1.2222E-06

4640

0.9902

0.0098

2.1073E-05

2.0866E-05

4260

0.9908

0.0092

1.5109E-06

1.4970E-06

3980

0.9909

0.0091

3.9534E-07

3.9174E-07

4290

0.9909

0.0091

2.0206E-06

2.0022E-06

Nama Komponen

Biaya Penggantian Komponen Sedangkan biaya penggantian optimal hasil optimasi menunjukkan nilai CBR yang optimal, yaitu nilai CBR < 1. Besarnya biaya penggantian sangat dipengaruhi harga komponen. Komponen yang memiliki biaya penggantian sebelum kerusakan termurah adalah Packing, 550.00 US$, dan yang termahal adalah Impeller First Stage, 18,100.00US$. Biaya-biaya penggantian Komponen Kritis hasil optimasi dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil Perhitungan Optimasi Biaya penggantian

No

Komponen

Interval Task

Biaya penggantian sebelum kerusakan

Biaya penggantian setelah kerusakan

CBR

1

SEAL ASSY

3124.00

$2,730.00

$75,050.00

0.00728

2 3 4

LINER IMPELLER SECOND STAGE VANE ASSY-DIFFUSER

4150.00 1345.00 5115.00

$12,100.00 $17,100.00 $15,100.00

$75,100.00 $75,100.00 $75,100.00

0.02081 0.08321 0.02091

5

HOUSING ASSY COMPRESSOR

3925.00

$15,175.00

$75,175.00

0.02681

6

SHROUD-FIRST STAGE IMPELLER

4640.00

$7,550.00

$75,050.00

0.01196

7 8

PACKING IMPELLER FIRST STAGE

4260.00 3980.00

$550.00 $18,100.00

$75,050.00 $75,100.00

0.00117 0.03032

9

DIFFUSER

4290.00

$16,100.00

$75,100.00

0.02608

ISBN : 979-99735-2-X A-10-7


Analisa Risk Matrix Berdasarkan data dari Tabel 3, kemudian disusun tabel severity of frequency guna mengelompokkan failure rate pada masing-masing komponen berdasarkan frekuensi terjadinya kerusakan. Dari tabel 5 dapat diketahui bahwa dengan menerapkan interval waktu penggantian yang baru, maka frekuensi terjadinya kerusakan komponen dapat diketahui. Disamping itu, dapat pula disusun sebuah matriks resiko berupa peringkat resiko (Rating of risk) masing-masing komponen kompresor. Tabel 5. Hasil Perhitungan Optimasi Biaya penggantian Definisi Improbable

Severity of Frequency Keterangan Terjadi 4 kali kerusakan tiap 1010 jam

Rating of Risk Rating of Risk Sedang

Remote

Terjadi 2 kali kerusakan tiap 106 jam

Sedang

Improbable


Sedang

Remote


Sedang

Remote


Sedang

Occasional


Dapat diterima

7

LINER IMPELLER SECOND STAGE VANE ASSY-DIFFUSER HOUSING ASSY COMPRESSOR SHROUD-FIRST STAGE IMPELLER PACKING

Remote


Dapat diterima

8

IMPELLER FIRST STAGE

Improbable


Dapat diterima

No No 1 2 3 4 5 6

9

Nama Komponen Nama Komponen SEAL ASSY

DIFFUSER

Remote

Terjadi 3 kali kerusakan tiap

106

jam

Dapat diterima

KESIMPULAN a.

b.

c.

Dari analisa yang telah dilakukan berdasarkan data-data kerusakan pada komponenkomponen penyusun Compressor, dapat diketahui distribusi kerusakannya, nilai keandalan, probability of failure, serta failure ratenya. Dari ketiga parameter tersebut ditambah dengan data biaya-biaya penggantian, selanjutnya dapat dilakukan pembuatan model dan perhitungan optimasi guna memperoleh interval waktu dan biaya penggantian yang optimal berdasarkan nilai Cost-Benefit Ratio yang paling minimum, serta penentuan matriks resikonya yang mendasari perlu tidaknya dilakukan tindakan penggantian. Dari perhitungan optimasi terhadap 9 jenis komponen yang diteliti, dapat disimpulkan bahwa interval waktu penggantian yang optimal berkisar antara 1345 sampai dengan 5115 jam. Komponen yang memiliki interval waktu penggantian tercepat adalah Impeller Second Stage, dan yang terlama adalah Vane-Assy diffuser. Sedangkan dari sisi biaya, besarnya biaya penggantian sangat dipengaruhi harga komponen. Komponen yang memiliki biaya penggantian sebelum kerusakan termurah adalah Packing, 550.00 US$, dan yang termahal adalah Impeller First Stage, 18,100.00US$. Dari hasil penentuan Risk Matrix, dapat disimpulkan bahwa Shroud-First Stage Impeller merupakan komponen yang memiliki peringkat resiko kerusakan tertinggi dibandingkan komponen-komponen yang lain. Dari hasil analisa Risk Matrix ini pula dapat dibuktikan bahwa dengan menerapkan interval waktu penggantian yang dihasilkan dari perhitungan optimasi, resiko terjadinya kerusakan masing-masing komponen sangat kecil, yakni berkisar 3 – 7 kerusakan tiap 105 – 1012 jam, bahkan

ISBN : 979-99735-2-X A-10-8


terdapat 3 buah komponen dengan Improbable severity of frequency atau tidak mungkin terjadi kerusakan. DAFTAR PUSTAKA Alkaf, Abdullah (1992), Teknik Keandalan Sistem, Hand Outs: Teori Keandalan, ITS Surabaya. Anthony M. Smith (1993), Reliability Centered Maintenance, Mc. Graw Hill Inc,New York, USA. Arismunandar, Wiranto (2002), Pengantar Turbin Gas dan Motor propulsi, ITB, Bandung. Artana, Ketut B.(2003), Spreadsheet Modelling for Optimation of Preference Degree of Quantitative Considerations, A Research on Marine Machinery Selection Using Hybrid Method of Generalized Reduced Gradient and Decisio Matrix, Chapter 3, Kobe University, Japan. Departement of Defence (1998), Military Handbook Electronic Reliability Design Handbook, USA Eriyanto (1988), Ilmu sistem, meningkatkan mutu dan efektifitas manajemen, IPB Press, Bogor. Garret, Aviation (1984), Manual Maintenance engine Garrett TPE 331-10R-512C, User Manual. Govil, A.K.(1983), Reliability Engineering, Tata Mc.Graw Hill, Publ., New Delhi. Hoyland, Arnljot and Marvin, Rausand (1994), System Reliability Theory: Models and stastical Methods, A Wiley-Interscience Publication, USA. Jardine, A.K.S. (1973), Maintenance, Replacement and Reliability, Pitman Publishing, Great Britain. Lewis E.E (1991), Introduction to Reliability Enginering, Department of Mechanical and Nuclear, Enginering Northwestern University, John Willey and Sons, USA. Masroeri, Agoes A., dan Artana, Ketut B.(2000), Failure Rate Analysis of of 1000 Hp Main Engines Installed on small General Cargo Ships: A Proof of Wear-out Period of Installed Main Engines, Proceedings of Sixth International Syposium on Marine Engineering (ISME), Vol.2. NAVAIR 00-25-403 (2003), Guidelines for the Naval Aviation Reliability_Centered Maintenance Process, Direction of Commander, Naval Air Systems Command. Nonelectronic Parts Reliability Data ( 1994 ), Reliability Analysis Center, Weibull++ Version 3.0, User’s Manual. ISBN : 979-99735-2-X A-10-9


ANALISA PENENTUAN INTERVAL WAKTU PENGGANTIAN KOMPONEN KRITIS PADA ENGINE PESAWAT NC-212 CASSA ABSTRAK

Recommend Documents