Analisis Pemodelan Tiga Dimensi Produk Dengan Feature-Feature Pengurang
Thesis Magister
Oleh Yogie Rinaldy 23198036
KBK TEKNIK PRODUKSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2001
ABSTRAK
Untuk memperoleh pabrik-pabrik masa depan yang terintegrasi diperlukan perencanaan proses otomatis. Kekurangan komunikasi otomatis antara tahap clesain (CAD) dengan tahap perencanaan proses (CAPP) merupakan suatu kelemahan pada sistem perencanaan proses. Salah satu penclekatan pemodelan produk untuk menjembatani CAD clan CAPP adalah pemodelan produk berbasis feature. Feature adalah suatu bentuk parametris yang berkaitan dengan berbagai atribut seperti geometrinya (panjang, lebar clan dalam) juga posisi, orientasi, toleransi geometris, material clan referensi terhadap feature yang lain. Dengan menggunakan model produk berbasis feature perancang dapat melaksanakan kegiatan perancangan dengan hanya menentukan ukuran produk disertai ukuran clan posisi feature-feature-nya. Agar perancang clapat melihat interaksi produkdengan feature-feature-riya maka pemodelan produk berbasis feature ini perlu ditampilkan secara visual. Visualisasi yang cliharapkan mampu untuk memberikan kesan yang paling mendekati keadaan yang sebenarnya adalah visualisasi secara tiga dimensi. Pada penelitian ini dilakukan analisis terhadap perangkat lunak pemodelan tiga dimensi produk dengan feature-feature pengurang yang dikembangkan laboratorium teknik produksi ITB. Analisis ini dilakukan untuk perbaikan clan peningkatan kemampuan perangkat lunak sehingga dapat menampilkan keaclaan produk yang sebenarnya.
ABSTRACT
Automated process planning is necessary to achieve the unmanned and integrated factories of the future. The lack ofautomated communication betweeen CAD and CAPP is the weak point ofprocess planning system. One ofthe most popular product modeling approach to establish a bridge between CAD and LAPP involves features Feature is a parametricshape associated with such attribute as Its intrinsic geometric (length, width, and depth) as well as position, orientation, geometric, tolerance, material properties, and reference to other features. By using feature based product model the designer can execute designing activity just by determine the product dimension with its features dimension and position. To enable the designer to view the product and features interaction, feature bused product modeling should be displayed visually. The visualization which is expected to give the most approaching image to the real condition is three dimension visualization. This research analysed the software of three dimensional modeling of product with negative-features which is developed in production engineering laboratory ITB. The objective of this analysis is to make fixation and improvement ofthe software with the result to display the real condition ofthe product.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Pengasih, hanya karena tuntunanNyalah maka penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Laporan tesis magister in! dibuat sebagai satu syarat menghadapi sidang ujian magister pada jurusan Teknik Mesin. Selanjutnya penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Dr. Ir. Yatna Yuwana Martawirya sebagai dosen pembimbing. Terima kasih atas bimbingan, bantuan clan kesabaran yang telah diberikan selama ini. 2. Seluruh dosen dan karyawan Departemen Teknik Mesin ITB. 3. Rekan-rekan 52 Teknik Produksi Departemen Mesin ITB 1998. 4. Teman-teman asisten Lab. Teknik Produksi, Lab. Metrologi industri, clan Lab. Otomasi Dan Sistem Manufaktur 5. Rekan-rekan mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana ITB. 6. Teman-teman di 31. Siliwangi Dalam 3 7. Bapak, Ibu, adik-adikku £vita Sari, Seivia Lorena, BmnstedLowrydan istriku Faridawatyatas segala dukungan dan doa untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu segala masukan berupa saran maupun kritik dari pembaca sangat diharapkan dan akan diterima dengan senang hati. Semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.
Bandung, November 2001
Yogie Rinaldy iii
DAFTAR ISI
ABSTRAK ..............................................i ABSTRACT ......................................ii
KATAPENGANTAR ................................
iii
DAFTARISI ....................................
iv
DAFTAR GAMBAR ................................. vii BABI PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang ........................ 1
1.2
Tujuan Penelitian ....................... 2
1.3
Batasan Masalah ....................... 3
1.4
Metodologi Penelitian .................... 3
1.5
Sistematika Pembahasan .................. 3
BAB II TEORI DASAR 2.1
Sistem Produksi
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2
Sistem Produksi Terdistribusi Mandiri .......... 5
2.2.1
Arsitektur SPTM ........................ 6
2.2.2
Prosedur Operasi SPTM ................... 6
2.2.3
Pemodelan Tiga Dimensi Sebagai Pendukung SP'rM . 8
BAB 3 PEMODELAN PRODUK BERBASIS FEATURE 3.1
Konsep Feature ........................ 9
3.1.1
Syarat Penting Feature ................... 9
iv
3.1.2
Metode Pembentukan Feature .............. 11
3.1.3
Feature Bentuk Berprimitif Balok ............. 12
3.2
Pemodelan Geometri .................... 13
3.2.1
Pemodelan Garis ( Wireframe Modeling) ........ 14
3.2.2
Pemodelan Permukaan (Surface Modeling) ...... 14
3.2.3
Pemodelan Solid (Solid Modeling) ............ 15
3.2.4
Pemodelan Boundary Representation .......... 16
3.3
Teknik Pemodelan Tiga Dimensi ............. 16
3.3.1
Segitiga ........................... 17
3.3.2
Sistem Koordinat ....................... 22
3.3.3
Proyeksi ............................22
3.3.4
Eliminasi Permukaan .................... 24
3.3.5
Pencahayaan ......................... 25
3.4
Penerapan Vektor clan Matriks pacla Pemodelan Tiga Dimensi ............................25
3.4.1
Matriks ............................. 25
3.4.2
Vektor .............................28
3.5
Struktur Kelas Pemodelan Tiga Dimensi Produk Berbasis Feature dengan Metode Pemrograman Berorientasi Obyek ..................... 29
3.6
Algoritma Pemodelan Produk Berbasis Feature .... 32
3.6.1
Interaksi Obyek Produk dengan Obyek Feature ... 32
3.6.2
Interaksi Segitiga Produk dengan Segitiga Feature . 34
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Arsitektur Pengambilan Keputusan pada SPTM ....
6
Gambar 2.2 Pemodelan Obyek Nyata ke Obyek Virtual .......
7
Beberapa Primitif Feature .................
10
Gambar 3.2 Feature Step dengan Empat Orientasi .........
11
Gambar 3.3 Metode Pembentukan Feature ..............
11
Gambar 3.4 Feature Bentuk Berprimitif Balok .............
13
Gambar 3.5 Pemodelan Garis .......................
14
Gambar 3.6 Pemodelan Permukaan ...................
15
Gambar 3.7 Perbedaan Geometri dengan Topologi .........
15
Gambar 3.8 Boundary Representation Bentuk Akhir Produk ....
16
Gambar 3.9 Urutan Titik Menemukan Muka Segitiga ........
18
Gambar 3.10 Bidang Batas Segitiga ....................
19
Gambar 3.11 Ttik Pusat Segitiga ....................
20
Gambar 3.12 Sistem Koordinat Kartesian Tiga Dimensi .......
22
Gambar 3.13 Proyeksi Perspektif .....................
23
Gambar 3.14 Proyeksi Paralel .......................
23
Gambar 3.15 Kamera dan Vektor Normal Bidang ...........
24
Gambar 3.16 Penggunaan Matriks Rotasi ................
27
Gambar 3.1
Gambar 3.17 Struktur Kelas Pemodelan 3D Produk Berbasis Feature............................. 30 Gambar 3.18 Arah Vektor Normal Bidang-Bidang Pembungkus . .
32
Gambar 3.19 Interaksi Obyek Produk dengan Obyek Feature ...
33
Gambar 3.20 Interaksi Segitiga Produk dengan Segitiga Feature .
34
vii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Semakin tingginya tuntutan konsumen clan persaingan pasar terhadap produk-produk manufaktur menuntut perusahaan manufaktur berusaha untuk membuat produk-produk yang memiliki daya saing tinggi. Selain masalah harga clan kualitas produk yang harus bersaing, tantangan lain yang sangat diperhatikan ialah umur produk yang semakin singkat. Kalau sebelumnya suatu produk mampu bertahan di pasar untuk waktu lima tahun atau lebih, maka sekarang kebanyakan produsen hanya dapat mengharapkan produknya bertahan di pasar selarna dua tahun atau kurang. Kecenderungan ini dapat kita lihat dari produk-produk seperti komputer, kendaraan bermotor sampai peralatan-peralatan rumah tangga. Perusahaan harus berkompetisi dengan terus mengeluarkan jenis produk yang lebih menarik bagi konsumen. Ini dapat dilakukan dengan cara memproduksl produk yang bervariasi clan terus membuat produk yang lebih berkualitas. Seiring dengan itu perusahaan juga dituntut untuk memperpendek waktu produksi. Salah satu cara yang clapat dilakukan untuk rnenjawab tuntutan tersebut i alah dengan mengubah jenis produksi yang semula massal dengan dengan variasi produk yang terbatas menjadi produksi dengan jumlah produk sedikit dengan variasi produk yang banyak. Untuk menclukung hal i ni maka waktu perancangan, perencanaan proses clan manufaktur produk harus dipercepat. Perkembangan perangkat keras clan perangkat lunak komputer yang sangat pesat pada dekade terakhir ini membawa dampak yang sangat besar pada bidang rekayasa keteknikan. Hal ini dapat climanfaatkan untuk mengatasi masalah yang selama ini masih menghambat kecepatan proses produksi, yaitu tahap perancangan clan tahap perencanaan proses yang masih dilakukan secara terpisah. Gambar teknik produk yang dibuat oleh perancang memerlukan penerjemahan dalam melakukan perencanaan proses. Hal ini menyebabkan waktu pembuatan produk menjadi lebih panjang. Selain itu mungkin terjadi ketidaidancaran aliran i nformasi yang tidak hanya dapat menyebabkan pemborosan waktu tetapi juga pemborosan tenaga karena infommasi yang telah dibuat pada suatu bagian pemrosesan diulang lagi pada bagian pemrosesan yang lain. 1
Pendahuluan Untuk mengatasi masalah ini maka timbul suatu pemikiran baru untuk mencari solusi pengintegrasian tahap perancangan dan perencanaan proses, sehingga informasi yang dihasilkan suatu bagian dapat diterima bagian lain sesuai dengan kebutuhan. Untuk itu diperlukan suatu model produk yang mampu menampilkan informasi perancangan dan perencanaan proses sekaligus. Pengintegrasian kedua tahap ini dapat dilakukan dengan menggunakan bantuan model yang mampu mengkomunikasikan kedua tahap tersebut dengan informasi-informasi yang diperiukan. Feature merupakan suatu model yang dibuat pada tahap perancangan dan mengandung informasi bentuk dan infbrmasi pembuatan produk. Penggunaan feature sangat mendukung penggunaan komputer, sehingga memudahkan perancang untuk mempercepat proses dan perbaikan desain. Dengan menggunakan model produk berbasis feature perancang dapat melaksanakan kegiatan perancangan dengan hanya menentukan ukuran produk disertai ukuran dan posisi feature-feature-riya. Feature yang akan dibahas di sini ialah feature pengurangan yang biasa digunakan pada proses pemesinan dan dibatasi untuk produk dan feature berbentuk balok. Agar perancang dapat melihat interaksi produk dengan feature•feature•nya maka pemodelan produk berbasis feature ini pedu ditampilkan secara visual. Tampilan yang dianggap mampu untuk mewakili keadaan produk yang sebenamya ialah tampilan tiga dimensi. Model produk dengan tampilan Up dimensi memudahkan perancang untuk melihat bentuk akhir produk hasil rancangannya. Jika hasilnya belum sesuai dengan yang diharapkan maka perbaikan rancangan atau perancangan ulang dapat dilakukan lebih dini.
1.2 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah melakukan analisis untuk perbaikan dan peningkatan kemampuan pemodelan tiga dimensi model produk yang memifki feature-feature pengurang berprimitif batik yang dikembangkan di laboratorium Teknik Produksi ITB, agar nantinya mampu memberikan tampilan produk yang mendekati keadaan yang sebenamya. Pemodelan tiga dimensi model produk berbasis feature ini diharapkan mampu mewakili bentuk produk yang akan dibuat sehingga dapat digunakan untuk mempermudah kegiatan perancangan dan perencanaan proses.
2
Pendahuluan 1.3 Batasan Masalah Pembatasan masalah yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut • Produk yang akan dibahas adalah produk berbentuk balok (fectangular). • Feature yang akan dibahas adalah feature balok dan berupa feature pengurangan (hasil proses pemesinan). • Mesin yang digunakan untuk menghasilkan feature adalah milling jenis verakal. • Pahat yang digunakan adalah pahat end milling. 1.4 Metodologi Penelitian Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai bedkut: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Mempelajari tentang sistem produksi dan konsep SPTM. Mempelajari tentang konsep feature. Mempelajari tentang konsep model. Mempelajari tentang pemodelan geometri. Mempelajari tentang pernodelan tiga dimensi. Mempelajari tentang pemodelan produk dan feature. Melakukan analisis pemodelan produk dengan feature-feature pengurang
1.5 Sistematika Pembahasan Sistematika pembahasan dari penelitian ini adalah: 1. 2. 3. 4. 5.
Bab 1. Pendahuluan, menjelaskan latar belakang penelitian, tujuan penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika pembahasan. Bab 2. Teori Dasar, memuat teori sistem produksi dan konsep SFI-M Bab 3. Pemodelan Produk Berbasis Feature berisi konsep feature, pemodelan t1ga dimensi dan penggunaan matriks clan vekbc)r. Bab 4. Analisis Perangkat Lunak berisi penggunaan, pengujian dan pengembangan perangkat lunak Bab 5. Kesimpulan Dan Saran, berisi rangkuman hasil penelitian yang telah dilakukan clan saran-saran. 3
