BAB VII
MODEL SISTEM PAKAR TROUBLESHOOTING PROSES REAKTOR UREA DENGAN CLIPS
VII.1 Pendahuluan
Tujuan pada bab ini adalah membuat suatu contoh aplikasi sistem berbasis pengetahuan untuk membantu dalam troubleshooting masalah proses pada pengoperasian reaktor urea. Reaktor adalah salah satu peralatan utama pada proses produksi urea yang menentukan kapasitas produksi dan kualitas urea yang dihasilkan. Dengan aplikasi ini maka pengguna akan mendapatkan penjelasan dan panduan dalam menghadapi persoalan proses pada pengoperasian reaktor urea.
Pengoperasian unit sintesis urea sebagai bagian dari proses urea secara keseluruhan membutuhkan keahlian yang tidak diperoleh dalam waktu singkat. Terlebih lagi ketika menghadapi persoalan proses pada saat mengoperasikan reaktor, dibutuhkan kemampuan mendiagnosis persoalan hingga menemukan penyebab dan mengambil tindakan yang tepat. Pengetahuan yang dimiliki seorang ahli proses merupakan sumber utama untuk memperoleh pengetahuan proses dan pengoperasian reaktor urea selain sumber lain yang berupa literatur, manual proses dan prosedur operasi. Aplikasi sistem berbasis pengetahuan (sistem pakar) dibuat sebagai sebuah sistem yang mencoba meniru kemampuan seorang pakar yang menguasai pengetahuan proses dan pengoperasian reaktor urea sehingga dapat membimbing dalam mendiagnosis persoalan proses dan memberikan rekomendasi berdasarkan fakta-fakta yang dimasukkan ke dalam sistem.
Pada umumnya pengembangan sistem berbasis pengetahuan dilakukan oleh seorang knowledge engineer yang berlatar belakang pengetahuan dalam bidang ilmu komputer atau teknik informatika dan memiliki kemampuan pemrograman dalam bidang sistem pakar atau kecerdasan buatan. Oleh karena itu model sistem pakar yang dibuat dalam tesis ini masih cukup sederhana dan bersifat sebagai pengenalan aplikasi sistem berbasis pengetahuan proses di pabrik urea, namun diharapkan dapat dikembangkan lebih lanjut. Merupakan suatu keuntungan
74
tersendiri dan akan sangat memudahkan dalam pengembangan sistem pakar di pabrik apabila seseorang yang memiliki pengetahuan proses di pabrik juga memahami pemrograman dalam bidang sistem pakar didukung dengan perangkat lunak yang tersedia.
Pembuatan sistem pakar ini menggunakan alat bantu perangkat lunak untuk pengembangan sistem pakar yang disebut CLIPS (C Language Integrated Production System) versi 6.24 [www.ghg.net/clips/CLIPS.html]. CLIPS digunakan berdasarkan pertimbangan antara lain karena berlisensi bebas dan terbuka, dapat dijalankan pada berbagai sistem operasi komputer (Windows, Linux, Mac) serta tersedia dokumentasi yang cukup lengkap dengan contoh-contoh program yang sangat membantu dalam mempelajari pengembangan sebuah sistem pakar.
VII.2 Pengendalian Proses di Reaktor Urea
Reaktor merupakan peralatan utama di unit sintesis sebagai bagian dari proses produksi di pabrik urea. Teknologi proses urea di pabrik Kaltim-1 adalah proses daur ulang total konvensional dari Stamicarbon. Reaktor berupa kolom 10 tingkat tray berlubang dengan umpan adalah cairan ammonia, gas karbondioksida dan larutan karbamat daur ulang dari unit resirkulasi tingkat pertama. Keluaran reaktor adalah campuran fasa gas dan cair yang terdiri dari larutan urea hasil reaksi serta sisa-sisa komponen yang tidak. Diagram alir proses unit sintesis urea seperti ditunjukkan pada lampiran Gambar B.1. dengan komposisi masukan dan keluaran reaktor seperti ditampilkan pada Tabel B.1.
Proses reaksi yang terjadi di reaktor dan parameter proses yang berpengaruh telah dibahas pada Bab IV. Reaksi yang terjadi dalam reaktor terdiri dari reaksi pembentukan karbamat yang berlangsung cepat serta menghasilkan panas dan reaksi pembentukan urea yang berlangsung lambat karena dibatasi oleh kesetimbangan serta membutuhkan panas. Konversi urea maksimum yang mungkin dicapai dibatasi oleh kondisi kesetimbangan dan konversi aktual yang diperoleh dipengaruhi oleh suhu, perbandingan mol NH3/CO2, perbandingan mol 75
H2O/CO2 serta ukuran dan jenis reaktor (pada bab V dibahas simulasi dan analisis aliran tiga dimensi pada tray reaktor urea dengan CFD).
Untuk pembuatan sistem berbasis pengetahuan (sistem pakar) pada tesis ini lingkup persoalan proses yang diambil dibatasi pada pengendalian proses di reaktor urea dengan mengacu pada batasan-batasan baku parameter proses pada kondisi normal operasi, masalah penyimpangan kondisi operasi, kemungkinankemungkinan penyebab penyimpangan dan rekomendasi tindakan untuk memperbaiki atau mengatasi masalah.
Tabel VII.1 Batasan operasi normal parameter proses di reaktor urea (manual operasi Urea-1, 2001) Parameter Konversi reaksi
unit
normal
Keterangan
%
59 - 60
Basis CO2, dihitung dari hasil analisis lab
Suhu mixer
o
C
174 - 178
Indikasi suhu
Suhu puncak reaktor
o
C
190 - 195
Indikasi suhu
kg/cm2g
190 - 200
Indikasi
Tekanan sintesis
dan
kontrol
tekanan
Beberapa masalah dalam pengendalian proses di reaktor urea yang menjadil kerangka utama sistem terdiri dari masalah konversi reaktor rendah, suhu mixer yang terlalu rendah/tinggi, suhu reaktor yang terlalu rendah/tinggi dan penyimpangan tekanan sintesis, dengan rentang pada kondisi normal operasi seperti ditunjukkan pada Tabel VII.1. Dari masing-masing masalah proses tersebut kemudian diuraikan ke kemungkinan-kemungkinan penyebab masalah dan selanjutnya dari masing-masing kemungkinan penyebab tersebut diuraikan lagi ke rekomendasi tindakan untuk mengatasi masalah proses.
76
VII.3 Model Dan Penulisan Program Dengan CLIPS
CLIPS adalah sebuah perangkat lunak expert system shell yang memiliki kemampuan untuk pemrograman berbasis aturan, pemrograman berorientasi obyek, serta pemrograman prosedural. Komponen CLIPS terdiri dari fakta, aturan dan mesin penalaran atau penarik kesimpulan.
Pada sistem pakar berbasis aturan, basis pengetahuan merupakan himpunan dari aturan-aturan yang merupakan hasil representasi pengetahuan. Basis data yang terdiri dari fakta-fakta yang dimasukan ke dalam sistem, yang akan digunakan untuk menghasilkan kesimpulan atau mengakibatkan suatu aksi. Interpreter atau mesin pengambil kesimpulan merupakan bagian dari sistem yang mengendalikan proses dalam menghasilkan kesimpulan berdasarkan aturan dan fakta-fakta.
Representasi pengetahuan dengan menggunakan aturan dilakukan dengan cara dalam bentuk pernyataan tentang sesuatu yang akan terjadi jika kondisi-kondisi tertentu terpenuhi. Umumnya dituliskan seperti : IF ... THEN ....
Cara penulisan aturan dalam CLIPS secara umum mengikuti format sebagai berikut : (defrule
[] <<pola>> => <>)
Model sistem berbasis pengetahuan sebagai model sistem pakar pada proses di pabrik urea yang dibuat di sini dikembangkan dalam bentuk panduan troubleshooting proses. Dengan model ini sistem dibangun dalam tingkatan-
77
tingkatan menu mulai dari cabang utama yang terdiri dari masalah-masalah proses yang mungkin terjadi pada pengoperasian reaktor urea hingga ke akar menu yang berisikan rekomendasi tindakan sesuai masalah yang dihadapi. Pada Gambar VII.1 diperlihatkan gambaran hirarki struktur menu tersebut.
Berdasarkan model struktur tersebut dibuat aturan-aturan yang dituliskan dalam program CLIPS. Interaksi dengan pengguna melalui pilihan-pilihan dalam menu yang akan ditampilkan dan berdasarkan masukan dari pengguna, masing-masing cabang masalah proses akan dihubungkan dengan penyebab masalah hingga rekomendasi tindakan. Kode pemrograman CLIPS yang telah dibuat secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran.
Urea reaktor
Problem A
Problem B
Penyebab C.1
Rekomendasi C.1
Problem C
Problem D
Problem E
Problem F
Penyebab C…
Penyebab C.2
Rekomendasi C.2
Rekomendasi C.3
Gambar VII.1 Diagram hirarki masalah pada proses di reaktor urea
78
VII.4 Hasil
Model sistem berbasis pengetahuan untuk panduan troubleshooting proses di unit reaktor urea telah berhasil dibuat dengan CLIPS. Langkah-langkah untuk menjalankan program tersebut dijelaskan secara detail pada Lampiran F. Program telah dicoba dan dijalankan pada dua sistem operasi yaitu Windows XP dan Linux (Ubuntu 7.04) dengan lancar dan dua mesin komputer yaitu komputer personal (PC) dan laptop tanpa kendala.
Saat pertama kali dijalankan setelah memuat file basis pengetahuan, maka CLIPS akan melakukan kompilasi aturan yang ada dan jika tidak ada kesalahan maka akan ditampilkan pesan TRUE seperti terlihat pada Gambar VII.2. Sebaliknya jika ada kesalahan pada pemrograman, maka akan ditampilkan pesan kesalahan FALSE.
Gambar VII.2 Kompilasi rules pada CLIPS
Pada Gambar VII.3 ditunjukkan tampilan menu utama program. Dari menu utama tersebut pengguna dapat memilih masalah proses di unit reaktor urea yang 79
dikehendaki dan akan masuk ke menu berikutnya yang berisikan kemungkinankemungkinan penyebab masalah proses yang telah dipilih sebelumnya seperti terlihat pada Gambar VII.4.
Gambar VII.3 Tampilan menu utama program
Keuntungan pemanfaatan sistem pakar dengan program komputer antara lain adalah mudah dalam penyimpanan dan cepat untuk diakses kembali dibandingkan akses terhadap dokumentasi manual yang ada saat ini dan tidak selalu tersedianya sepanjang waktu seorang ahli sebagai tempat bertanya tentang suatu masalah dan troubleshooting proses. Di samping itu ukuran program dan arsip basis pengetahuan dalam CLIPS relatif kecil memudahkan untuk dipasang pada komputer lokal atau diakses lewat jaringan komputer yang telah tersedia di lingkungan pabrik Pupuk Kaltim.
Dengan struktur menu yang telah dibuat, dari sistem tersebut dapat dimanfaatkan untuk membuat aplikasi panduan troubleshooting sejenis pada unit-unit proses
80
yang lain. Hal ini dapat dilakukan dengan cukup mudah yaitu dengan cara mengganti isi masalah proses, kemungkinan-kemungkinan penyebab masalah, dan rekomendasi tindakan yang dituliskan dalam basis pengetahuan pada program CLIPS.
Gambar VII.4 Tampilan submenu kemungkinan penyebab masalah proses hingga rekomendasi tindakan
Pemanfaatan CLIPS untuk membuat model sistem pakar di sini baru melibatkan fungsi dasarnya saja. Untuk pengembangan selanjutnya perlu dipelajari untuk penambahan visualisasi grafik dan kemungkinan dihubungkan dengan basis data atau program lain yang akan membuat sistem pakar lebih baik dan lebih menarik. Gambaran luasnya potensi aplikasi yang menggunakan CLIPS dan keterkaitan dengan perangkat lunak lainnya dapat dilihat pada dokumen abstrak aplikasi dengan CLIPS [Application Abstracts, 1997].
VII.5 Alternatif Model Aplikasi Sistem Dan Pengembangan
Sistem berbasis pengetahuan yang telah dibuat sebelumnya menggunakan model panduan yang dibuat dalam struktur menu-submenu relatif sederhana dari sisi 81
pemrograman. Alternatif lain adalah bentuk : diagnosis masalah dan process monitoring.
Pengetahuan mengenai diagnosis dan penyelesaian masalah proses atau peralatan proses seperti : masalah pompa karbamat tekanan tinggi, penurunan unjuk kerja alat penukar panas, penyimpangan kualitas produk urea, dan lain-lain dapat dijadikan sistem pakar untuk model aplikasi dignosa masalah proses. Sistem dengan model diagnostik masalah berisikan langkah-langkah untuk menemukan akar persoalan dari sebuah masalah dan memberikan saran tindakan yang sesuai.
Struktur yang menunjukkan langkah-langkah dalam melakukan diagnosis terhadap sebuah masalah proses dapat digambarkan dalam bentuk diagram pohon mirip seperti Gambar VII.1. Dalam hal diagnosis masalah, pengguna dituntun untuk menemukan penyebab utama masalah dan diberikan saran tindakan mengatasinya dengan cara menampilkan serangkaian pertanyaan-pertanyaan tentang gejala-gejala yang terjadi dan kemudian menyimpulkan akar masalah yang sesuai serta memberikan saran tindakan yang tepat berdasarkan fakta-fakta dari masukan jawaban oleh pengguna. Pada Gambar VII.5 diilustrasikan langkahlangkah diagnosis masalah tersebut.
Model aplikasi sistem berbasis pengetahuan lainnya adalah monitoring dan pengendalian proses. Aplikasi sistem ini sangat cocok untuk pabrik yang telah menggunakan sistem pengendalian proses dengan DCS seperti pada beberapa pabrik baru di Pupuk Kaltim, yang memungkinkan aplikasi sistem pakar secara online. Sedangkan untuk pabrik-pabrik lama yang masih menerapkan sistem pengendalian proses pneumatik seperti pabrik urea Kaltim-1, aplikasi sistem pakar dapat dimanfaatkan sebagai simulasi monitoring dan pengendalian proses dengan basis data operasi pabrik yang dimasukkan secara manual.
82
Problem X ?
Fakta A ? ya Fakta A.1 ?
Gejala B ? tidak Fakta A.2 ? tidak
ya Sebab A.1.1
Sebab A.2.1
Fakta A.2.2 ? ya
Solusi A.1.1
Solusi A.2.1
tidak
Sebab A.2.2.1
Sebab A.2.2.2
Solusi A.2.2.1
Solusi A.2.2.2
Gambar VII.5 Contoh diagram struktur langkah-langkah diagnosis masalah
Dengan aplikasi sistem pakar, jika terjadi kondisi operasi yang tidak normal maka personal yang mengoperasikan pabrik akan didukung bukan hanya oleh informasi alarm atau pesan kesalahan saja, melainkan dapat dipandu dengan rekomendasi tindakan dari sistem pakar. Dengan demikian maka sistem pengendalian proses akan lebih handal, meminimalkan potensi kesalahan operasional dengan mengurangi variasi tindakan antar personal atau group operator, serta menghindarkan tindakan coba-coba (trial-error) bagi operator yang belum berpengalaman.
83
