OPTIMASI PEMAKAIAN SCRAP DI PENGECORAN LOGAM DENGAN METODE LINEAR PROGRAMMING (Studi Kasus di PT Jatim Taman Steel Mfg)

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi VII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 2 Pebruari 2008

OPTIMASI PEMAKAIAN SCRAP DI PENGECORAN LOGAM DENGAN METODE LINEAR PROGRAMMING (Studi Kasus di PT Jatim Taman Steel Mfg) Agustinus Sudaryanto, I Nyoman Pujawan Program Studi Magister Manajemen Teknologi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Email: [email protected]

ABSTRAK PT Jatim Taman Steel Mfg adalah merupakan perusahaan manufaktur yang bergerak dalam peleburan baja. Seperti di industr logam pada umumnya, permasalahan yang dihadapi adalah adalah bagaimana membuat formula percampuran scrap sehingga dihasilkan produk yang mempunyai unsur logam yang sesuai standar/pesanan dengan biaya yang minimum. Dalam hal ini permasalahan diatas dapat dikategorikan sebagai ”Blending Problem”. Adapun penelitian yang akan dilakukan di PT Jatim Taman Steel Mfg khususnya di unit Foundry adalah bagaimana mengoptimalkan biaya scrap dan bahan additive sebanyak 27 macam dengan unsur-unsur kimia yang terkandung didalamnya untuk menghasilkan produk sebanyak 13 tipe dengan standard unsur-unsur kimia yang harus dipenuhi. Untuk mendapatkan hasil yang optimum, persoalan ini diselesaikan dengan menggunakan model Linear Programming dan penyelesaiannya dilakukan dengan software optimasi LINGO (Linear Interactive and Global Optimizer). Dengan membuat model optimasi pemakaian scrap/bahan diperoleh biaya yang optimum sebesar Rp. 255.222.800,- . Selain itu dari 351 variabel keputusan yang ada hanya 67 variabel keputusan yang mempunyai value, hal ini menunjukkan tidak semua bahan harus dipakai dalam membuat produk pengecoran logam dan dari 27 jenis bahan baku bahan baku yang ada, hanya 14 jenis bahan baku yang digunakan dalam mebuat 13 tipe produk pengecoran ini. Kata kunci : Linear programming, Optimasi Scrap, Blending Problem

PENDAHULUAN Latar Belakang Proses produksi dalam suatu industri manufaktur mempunyai ketergantungan dengan bahan baku sebagai input dalam proses, karena input atau material akan mempengaruhi out put. Dengan semakin kompleks dan cepatnya perubahan kegiatan produksi mendorong kemampuan untuk mengambil keputusan secara tepat dan akurat sangat diperlukan. Secara umum permasalahan yang timbul dalam proses peleburan di industri logam adalah bagaimana pengendalian komposisi unsur-unsur kimia dari scrap yang dilebur kembali. Adapun definisi sekrap (scrap) berdasarkan SNI-07-0373-1989 dibagi dua yaitu sekrap besi dan sekrap baja. Sekrap besi adalah produk pengecoran dari produk besi lainnya yang tidak dapat berfungsi lagi dan pada umumnya dipakai untuk dilebur kembali menjadi produk pengecoran baru. Sedangkan definisi sekrap baja adalah produk baja yang tidak berfugsi lagi dan dipakai untuk dilebur kembali atau diproses lain menjadi produk baru.


PT Jatim Taman Steel dalam industri logam sebagai perusahaan manufaktur bergerak dalam peleburan baja dan pembuatan besi beton. Selain memiliki unit Refining yang memproduksi Billet maupun unit Rolling yang memproduksi besi beton dan kanal U, PT Jatim Taman Steel MFG juga mempunyai unit produksi Foundry. Unit Foundry memproduksi spare part (coupling, poros, roda gigi, roll dan lain-lain) untuk unit lain di PT Jatim Taman Steel maupun menerima pesanan dari industri lain. Seiring dengan semakin ketatnya persaingan khususnya pada industri logam, maka perusahaan dituntut melakukan efesiensi, dan tetap menjaga kualitas dan kepuasan pelanggan. Di industri pengecoran logam, melakukan efesiensi dan menjaga kualitas merupakan salah satu aspek yang penting yang harus diperhatikan adalah pengunaan scrap dan material additive seoptimal mungkin untuk mendapatkan produk dengan komposisi yang sesuai spesifikasi. Untuk menentukan produk itu berkualitas apa tidak, komposisi dari suatu logam dijadikan salah satu acuannya karena komposisi dari suatu logam akan mempengaruhi sifat mekanis, fisik, dan kimia logam tersebut. Di PT Jatim Taman Steel, dalam membuat formula percampuran scrap untuk mendapatkan unsur logam yang dikehendaki kurang memperhitungkan biaya pemakaian material yang minimum. Jika ada unsur logam yang kurang maka akan ditambahkan bahan additive. Hal ini akan membuat biaya bahan baku bertambah tinggi sebab biaya dari material paduan lebih mahal daripada biaya scrap, begitu sebaliknya jika ada kelebihan unsur logam maka akan ditambahkan scrap atau bahan penolong (supporting material) sehingga prosentase unsur tersebut dapat sesuai dengan target. Jadi dengan adanya ketidaktepatan komposisi akan membuat waktu peleburan yang semakin lama dan hal ini akan berdampak pada pemakaian energi listrik tidak efesien serta biaya material akan bertambah. Sesuai dengan masalah yang telah disebut diatas maka permasalahan yang akan dibahas adalah bagaimana menentukan formula percampuran scrap dan bahan additive sehingga dihasilkan produk yang mempunyai unsur logam sesuai standar/pesanan yang dapat meminimalkan pemakaian material yang ada untuk meminimalkan biaya produksi. Dalam hal ini permasalahan diatas dapat dikategorikan sebagai ”Blending Problem”. Proses Produksi Unit Foundry di PT Jatim Taman Steel Mfg Pada umumnya proses pengecoran logam mempunyai dasar-dasar teori yang hampir sama, menurut Surdia Tata dan Chijiwa Kenji,(1996), proses pembuatan coran meliputi : pencairan logam, membuat cetakan, menuang, membongkar dan membersihkan. Adapun diagram alir proses pengecoran dapat dilihat pada Gambar 1. Pada proses pengecoran di PT Jatim Taman Steel Mfg merupakan Job Order dengan kata lain komposisi pengecoran ditentukan oleh pihak pengorder atau pemesan dengan menggunakan Japanese Industrial Standard (JIS) sebagai acuan. Pada PT Jatim Taman Steel Mfg memproduksi empat jenis pengecoran logam yaitu besi, baja, stainless steel dan high manganese steel. Dari diagram alir proses pengecoran logam akan didapatkan gambaran tentang proses pengecoran logam tersebut mulai dari awal proses hingga terbentuknya benda coran. Adapun proses pengecorannya adalah sebagai berikut; setelah mendapatkan order pengecoran, sub bagian pembuatan pola memeriksa/mempelajari gambar teknik. Jika order tidak dilengkapi gambar teknik maka harus memberikan contoh barangnya untuk dibuatkan pola/model dari bahan kayu.

ISBN : 978-979-99735-4-2 A-26-2


Bahan Baku

Tanur Induksi

Ladel

Pembuatan Cetakan

Penuangan

Pembuatan Pola Sistem Pengolahan Pasir

Pembongkaran Pembersihan Pemeriksaan Gambar 1. Diagram Alir Proses Pengecoran

Dan sesudah model selesai selanjutnya model tersebut diserahkan ke bagian Cetakan Pasir untuk melaksanakan proses pembuatan cetakan pasir yang dibuat sesuai menurut bentuk coran, sedangkan dibagian Ladle menyiapkan ladle yang akan dipakai untuk proses pengecoran dengan cara memanasin sampai temperatur ± 550 0C. Jika cetakan sudah siap untuk dicor maka bagian dapur mempersiapkan material dengan cara memilih atau menentukan bahan baku yang akan dilebur agar tercapai komposisi kimia dan berat yang diminta. Untuk menghasilkan produk yang berkualitas pemilihan bahan baku sangat besar pengaruhnya maka setiap bahan yang akan dipergunakan sebelumnya di test di laboratorium logam untuk mengetahui komposisinya sehingga dapat diperhitungkan kekuatan serta kemampuan bahan karena komposisi bahan akan mempengaruhi komposisi kimia produk. Dalam pengoperasian dapur induksi untuk proses peleburan dilakukan pemeriksaan awal dari cairan logam dengan menggunakan spectrometer, jika komposisi cairan logam masih belum sesuai yang diinginkan maka perlu ditambah bahan additive (Fe-Alloy) sampai memenuhi standar dan jika komposisi sudah sesuai standar maka dilakukan proses penuangan ke ladle. Ladle yang berisi cairan logam tersebut diangkat dengan crane kemudian dituangkan ke cetakan yang telah disiapkan dengan memutar roda gigi yang terpasang di ladle. Selanjutnya cairan logam dalam cetakan akan mengalami proses pembekuan yang membutuhkan waktu beberapa hari. Dan setelah pembekuan selesai, hasil cetakan dibongkar dan dibersihkan serta dilakukan pemeriksaan fisik barang dari hasil coran, jika kondisi barang cacat maka dilakukan perbaikan atau barang direject yang dapat digunakan bahan baku cor lagi. Sedangkan barang yang tidak cacat disimpan / ditempatkan secara teratur dan rapi untuk siap dikirim. Blending Problem atau Diet Problem Dalam blending problem (permasalahan pencampuran) harus ada : 1. Dua atau lebih bahan baku sebagai material input 2. Satu atau lebih standard kualitas dari setiap material input 3. Satu atau lebih produk yang dihasilkan dari pencampuran material input harus memenuhi standar kualitas yang diinginkan.

ISBN : 978-979-99735-4-2 A-26-3


Penggunaan linear programming dalam blending atau Diet problem diformulasikan pertama kali oleh George Stigler tahun 1945. Dimana dia membuat “ resep” dari sekitar 80 makanan, sehingga campuran mencukupi sekitar 12 kebutuhan perihal gizi. Pada tahun 1978 Field dan McGee menggunakan Linear Programming untuk membuat campuran makanan lembu sehingga didapatkan biaya yang paling minimum. Dan pada tahun 1998 Schuster dan Allen membuat campuran sari buah anggur, dimana kualitas dari sari buah anggur yang menjadi perhatian adalah kemanisan, kadar keasaman, dan warna. Permasalahan yang mereka hadapi adalah bagaimana membuat sari buah anggur sesuai standar kualitas dari beberapa tipe buah anggur yang diambil dari berbagai supplier. Dan dalam perkembangannya model blending biasanya sering dipakai dalam tiga industri yaitu industri makanan, industri logam dan industri perminyakan. Untuk industri logam umumnya standar kualitas dari produk akhir ditentukan dari unsur-unsur logam yang terkandung seperti unsur carbon, silicon, mangenese, sulfur, phospor dan lain-lain. Permasalahan di industri logam bagaimana mencampur scrap (besi tua) dari beberapa tipe dengan unsur-unsur yang terkandung didalamnya diproses ulang sehingga didapatkan produk dengan kualitas yang dikehendaki. Untuk dapat memperjelas tentang blending problem dapat dilihat pada Gambar 2.

Material

Unsur kimia

A B C

A1

1 A2 A3 A4

A1.X1

2

A2.X2

3

A3.X3

4

A4.X4

Final Blend

Gambar 2. Blending Problem

Kandungan unsur kimia yang terdapat di produk (final blend) A = A1.X1 + A2.X2 + A3.X3 + A4.X4 B = B1.X1 + B2.X2 + B3.X3 + B4.X4 C = C1.X1 + C2.X2 + C3.X3 + C4.X4 Keterangan : X1 = Banyaknya material 1 yang digunakan untuk membuat produk X2 = Banyaknya material 2 yang digunakan untuk membuat produk X3 = Banyaknya material 3 yang digunakan untuk membuat produk X4 = Banyaknya material 4 yang digunakan untuk membuat produk X1, X2, X3, X4 merupakan variabel keputusan. A, B, C, D merupakan unsur yang terkandung di dalam material A1,A2,A3, A4 merupakan kandungan unsur A yang terdapat di material 1, 2, 3, dan 4. Begitu juga untuk unsur B dan C yang terkandung di material 1,2,3, dan 4.

ISBN : 978-979-99735-4-2 A-26-4


METODOLOGI PENELITIAN Dalam melakukan penelitian ini, diperlukan langkah-langkah penelitian agar tujuan dari penelitian dapat tercapai. Secara umum langkah-langkah penelitian tersebut dapat dilihat pada Gambar 3. IDENTIFIKASI MASALAH

STUDI PUSTAKA

STUDI PENDAHULUAN DAN OBSERVASI AWAL

PENGEMBANGAN MODEL

Pengembangan model optimasi pemakaian Scrap PENGUMPULAN DATA 1. 2. 3. 4. 5.

Macam bahan baku / Scrap Macam bahan penambah (additive Material) Macam produk. Harga bahan baku scrap & bahan penolong Data Produksi unit Foundry

PENYELESAIAN MODEL Penyelesaian model menggunakan software/program Lingo

KESIMPULAN DAN SARAN Gambar 3. Diagram Alir Metodologi Penelitian

Pengembangan Model Optimasi Pemakaian Scrap Dalam pengembangan model diperlukan asumsi-asumsi yang tujuannya untuk menyederhanakan sistem nyata yang komplek, sehingga dengan asumsi tersebut pengembangan model menjadi lebih mungkin dilakukan. Variabel keputusan Variabel keputusan dalam penelitian ini terdiri dari 27 macam bahan baku yang akan digunakan untuk memproduksi 13 jenis produk logam. Index i = Bahan baku (1, 2, 3 ... 27) j = Produk (1, 2, 3, ... 13) r = Macam unsur kimia yang terkandung dalam bahan (Carbon, Sulfur, Phospor, Silikon, Manganese dll) Variabel Xij = Jumlah bahan baku i yang digunakan pada produk j

ISBN : 978-979-99735-4-2 A-26-5


Parameter ai = Yield dari raw material i br = Yield koefisien dari unsur (element) r  R hi = Harga bahan baku i ( Rp/kg) Mj = Massa produk j yang akan dibuat (kg) αri = Kandungan unsur kimia r pada bahan i βrj = Minimum kandungan unsur kimia r pada produk j μrj = Maksimum kandungan unsur kimia r pada produk j Perumusan Fungsi Tujuan Pada model optimasi ini yang akan diselesaikan adalah optimasi percampuran bahan baku untuk membuat produk pengecoran sehingga didapatkan biaya produksi yang minimum. J

Min hi  X ij i

j

Perumusan Fungsi Kendala Dalam perumusan fungsi kendala perlu diketahui pembatas apa aja yang terjadi dalam proses produksi. Kendala-kendala dalam persoalan ini adalah sebagai berikut :  Kendala Jumlah Produk Yang Akan Dibuat

 r



br ai ri X ij  M j

r , j

i

Kendala Mengenai Unsur Kimia

 rj .M j   ai br  ri X ij   rj .M j

r , j

i



Kendala ketersediaan bahan (scrap) Kendala ketersedian merupakan batasan jumlah bahan/scrap i yang dapat dipakai untuk membuat produk j.

X

ij

 Ki

i

i

Ki = Ketersedian bahan/scrap i (kg) Penyelesaian Model Penyelesaian dalam persoalan ini dengan menggunakan model Linear Programming dan penyelesaiannyan dilakukan dengan software optimasi LINGO (Linear Interactive and Global Optimizer) dengan cara memformulasikan ke matematis model ke dalam program komputer untuk mendapatkan solusi yang optimum. Setelah solusi diperoleh maka selanjutkan dilakukan analisa untuk menilai pengaruh dari berbagai kendala terhadap penggunaan bahan baku dalam memenuhi standard kandungan unsur-unsur kimia produk serta menganalisa capaian tujuan secara kesuluruhan. HASIL DAN DISKUSI Hasil dari pengolahan data dengan program LINGO didapatkan kondisi optimum untuk mencapai fungsi tujuan dengan kendala yang ada. Seperti terlihat pada Tabel 1 berikut ini menyajikan hasil optimal pemakaian bahan baku dalam pembuatan produk pengecoran logam.

ISBN : 978-979-99735-4-2 A-26-6

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi VII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 2 Pebruari 2008 Tabel 1. Hasil Optimasi Blending Problem

No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Bahan Baku (i) Scrap Billet Scrap Baja Scrap Besi Scrap Roll Scrap HMn Scrap Staenlis Pig Iron 1 Pig Iron 2 Carbon FeSi 1 FeSi 2 FeSi 3 FeSi 4 FeSi 5 FMn H0

Pemakaian Bahan Baku (Kg) 41772 5729 19000 3942 1994

No.

Bahan Baku (i)

16 17 18 19 20

FMn H1 FMn H2 FMn M0 FMn M1 FMn L0

Pemakaian Bahan Baku (Kg) 0 341 0 0 0

1697

21

FMn L1

0

2000 0 316 0 0 0 118 0 0

22 23 24 25 26 27

FeCr H FeCr L FeNi H FeNi L FMo H FMo L

99 16 0 0 20 20

Hasil optimasi blending problem ini menunjukkan:  Biaya minimum dalam pemakaian bahan baku (scrap) sebagaimana ditunjukkan pada objective value yaitu sebesar Rp. 255.222.800,- . Jika dibandingkan dengan cara perhitungan yang di pakai di PT Jatim Taman Steel, dimana target komposisi produk diambil nilai tengahnya maka hasil tersebut diatas dapat menghemat biaya sebesar Rp. 26.687.600, Didapatkan bahwa 351 variabel keputusan yang ada hanya 67 variabel keputusan yang mempunyai value, hal ini menunjukkan tidak semua bahan harus dipakai dalam membuat produk pengecoran logam. KESIMPULAN Dari hasil analisa dan perhitungan yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :  Hasil yang didapat dari metoda optimasi dengan menggunakan linear programming dalam blending problem ini telah menunjukkan hasil optimal untuk formula percampuran scrap dan bahan additive. Jadi tidak semua jenis bahan akan lebih menguntungkan bila dipakai semuanya.  Unsur kimia yang terkandung dalam bahan sangat berpengaruh terhadap jumlah pemakaian bahan tersebut. Hal ini disebabkan karena unsur kimia tersebut sangat berpengaruh dalam mencapai kandungan unsur kimia produk yang diinginkan.  Model ini bisa dipakai untuk pemilihan jenis bahan baku yang cocok dipakai yang sesuai dengan kebutuhan kandungan unsur kimia tiap spesifikasi produk pengecoran dengan harga yang minimum.  Model ini sangat bermanfaat bila diterapkan pada industri pengecoran logam khususnya di unit Foundry PT Jatim Taman Steel Mfg.

ISBN : 978-979-99735-4-2 A-26-7


DAFTAR PUSTAKA Amanto Hari dan Daryanto, (1999), Ilmu Bahan, PT Bumi Aksara, Jakarta. Balai Besar Logam dan Mesin (BBLM) dan Japan International Cooperation Agency (JICA), (2003), Petunjuk Praktis Teknologi Pengecoran Besi Tuang. Departemen Perindustrian dan Perdagangan. Bernard W. Taylor, (1999), Management Science, Sixth Edition, Prentice Hall. Hillier Frederick and Lieberman Gerald J, (2005), Introduction To Operation Research, Eighth Edition, McGraw-Hill. Husey, J & Husey, R (1997), Business Research, Macmilan Press Ltd. JIS HANDBOOK, (1981), Ferrous Materials and Metallurgy, Japanese Standards Association. LINDO System, Inc, (2006), Optimization Modeling with Lingo, Sixth Edition, 1415 North Dayton Street, Chicago, Illinois 60622. Lahdelma, R & Rong, A, (2006), Scrap Charge Optimization Using Fuzzy Chance Contrained Linear Programming. University of Turku, Department of Information Technology, Finland. Standar Nasional Indonesia, (1989), Feromanggan, SNI 07-0815-1989, Dewan Standardisasi Nasional-DSN. Standar Nasional Indonesia, (1989), Ferosilikon, SNI 07-0818-1989, Dewan Standardisasi Nasional-DSN. Standar Nasional Indonesia, (1989), Klasifikasi sekrap dan baja, SNI 07-0373-1989, Dewan Standardisasi Nasional-DSN. Supranto Johannes, (1988), Riset Operasi Untuk Pengambilan Keputusan, Universitas Indonesia (UI-Press). Surdia Tata dan Chijiwa Kenji (1996), Teknik Pengecoran Logam, Cetakan Ketujuh, Pradnya Paramaita, Jakarta. Taha Hamdy A, (2003), Operation Research an Introduction, Seventh Edition, Prentice Hall. Winston Wayne L and Albrigth S Christian, (2001), Pratical Management Science, 2th Edition, Thomson Learning, Inc. Wiston Wayne L, (2004), Applications and Algorithms, Four Edition, Thomson Learning, Inc.

ISBN : 978-979-99735-4-2 A-26-8


ISBN : 978-979-99735-4-2 A-26-9


ISBN : 978-979-99735-4-2 A-26-10

OPTIMASI PEMAKAIAN SCRAP DI PENGECORAN LOGAM DENGAN METODE LINEAR PROGRAMMING (Studi Kasus di PT Jatim Taman Steel Mfg)

Recommend Documents