JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
1
PENENTUAN UKURAN UTAMA KAPAL OPTIMAL DENGAN METODE BASIS SHIP MENGGUNAKAN SISTEM KOMPUTER Robet Dwi Andrianto dan Djauhar Manfaat Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail:
[email protected] Abstrak- Perkembangan metode perancangan kapal sangat dipengaruhi oleh perkembangan teknologi dan penggunaan CAD. Banyak software yang dapat digunakan untuk mendesain suatu lines plan kapal akan tetapi tidak dapat menghasilkan ukuran utama kapal yang optimal. Demikian pula perkembangan metode penggambara lines plan yang berkembang sejak 1960. Banyak metode yang digunakan dalam membuat suatu lines plan akan tetapi beberapa metode tersebut tidak dapat diggunakan untuk berbagai jenis kapal dan belum tentu mendapatkan karateristik performa hidrodinamika yang baik. Basis ship merupakan metode baru dalam membuat lines plan. Lines plan yang baru didapatkan dengan cara menskala ukuran utama lines plan dan mentransformasi ukuran utama lines plan yang telah ada dan memiliki karaterisstik hidrodinamika yang baik. Jurnal ilmiah ini pada ahirnya bertujuan untuk menciptakan suatu software aplikasi yang dapat digunakan untuk merancang kapal optimal dengan menggunakan metode basis ship. Hal ini dapat dilakukan dengan cara menghubungkan microsoft excel yang digunakan sebagai software optimisasi dengan maxsurf yang digunakan untuk mendesain suatu lines plan, diharapkan dapat merancang suatu lines plan secara otomatis dan optimal. Kata kunci : basis ship, lines plan, optimasi, ukuran utama kapal I.
P
PENDAHULUAN
erkembangan pembuatan desain kapal telah berkembang mengikuti perkembangan teknologi informasi. Dari mulai pembanguan kapal yang dilakukan secara tradisional tanpa menggunaan rencana garis, perancangan secara manual, hingga dikembangkannya CAD yang merupakan pengembangan SKETCHPAD oleh Ivan Sutherland di Massachusetts Institute of Technology (MIT), USA, pada tahun 1962/1963. Sebelum SKETCHPAD dikembangkan, komputer hanya digunakan untuk perhitungan analitis dalam bidang engineering design. [1] Versi pertama dari SKETCHPAD hanya untuk penggambaran 2D saja, baru versi selanjutnya yang dikembangkan oleh T.E. Johnson memungkinkan untuk obyek dimodelkan 3D. Dengan perkembangan itu, desain suatu kapal tidak lagi dibuat dengan teknik manual tetapi
melibatkan menggunakan software – software komputer yang canggih. Software – software tersebut memberikan keunggulan dalam banyak hal seperti visualisasi 3D, kecepatan dalam perhitungan dan pengerjaan, ketelitian dalam penggambaran dan pemodelan, pembuatan laporan perhitungan, gambar dan diagram yang cepat dan sistematis serta penggunan jaringan komputer (network). Namun semakin canggih software tersebut semakin besar pula investasi yang ditanamkan untuk pengadaan beserta perangkat kerasnya. Berkembangnya metode pembuatan lines plan dimulai sekitar tahun 1960. Beberapa metode pembuatan lines plan antara lain : taylor series, form data series, scelthema series dan sixty series. Dari masing series metode ini memiliki prinsip dengan mencari ukuran utama kapal dari kapal pembanding, yang selanjutnya menggunakan grafik CSA untuk membuat body plan dan lines plan. Dari metode pembuatan lines plan tradisional ini memiliki berbagai kelemahan seperti : hanya berfokus pada series-series tertentu, tidak dapat digunakan untuk berbagai jenis kapal dan hasil linesplan belum tentu memiliki karateristik performance hidrodinamika yang baik. Basis ship merupakan metode baru dalam pembuatan lines plan. Metode ini menggunakan lines plan yang ada dan memiliki karateristik hidrodinamika yang baik sebagai lines plan acuan untuk membuat lines plan baru. Lines plan yang baru didapatkan dengan cara menskala ukuran utama lines plan dan mentransformasi ukuran utama lines plan. Optimisasi ialah suatu proses untuk mencapai atau mendapatkan suatu hasil ideal yang optimum. Untuk mendapatkan nilai yang optimum dilakukan perubahan pada komponen variable yang dibatasi oleh batasan-batasan dan objectif function sebagai penentu tingkat optimal. [2] Dengan menggabungkan metode pembuatan lines plan secara basis ship dan optimisasi ini diharapkan dapat digunakan untuk membuat lines plan yang optimal. Dengan cara menghubungkan microsoft excel yang digunakan sebagai software optimisasi dengan maxsurf yang digunakan untuk mendesain suatu lines plan, diharapkan dapat merancang suatu lines plan secara otomatis dan optimal. Dalam tugas ahir ini, akan mengoptimasi metode basis ship dengan menggunakan maxsurf yang dihubungkan dengan microsoft excel melalui visual basic for application. Dengan mengembangkan metode ini diharapkan dapat menghasilkan lines plan yang optimal. II.
TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi desain menunjukkan variasi dari tipe-tipe desain yang dapat dibedakan berdasarkan apakah ada suatu
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) invention atau innovation yang diterapkan selama proses desain (Beitz, 1998)[3].desain menjadi tiga macam yaitu: 1. Original design, yaitu desain yang bersifat inventif dan melibatkan penggunaan prinsip-prinsip pemecahan original terhadap problem desain untuk membentuk sebuah produk baru. 2. Adaptive design, yaitu desain yang bersifat inovatif dan melibatkan proses-proses adaptasi dari produk desain yang ada menjadi produk baru dengan menggunakan prinsip-prinsip pemecahan dan bagian-bagian produk yang ada. 3. Variant design,yaitu tipe desain yang bersifat inovatif dimana melibatkan pemvariasi ukuran atau susunan dari aspek-aspek tertent dari sebuah produk desain yang telah ada untuk membentuk sebuah produk baru dengan menggunakan prinsip-prinsip pemecahan produk lama. Proses desain merupakan proses yang dilakukan secara berulang-ulang hingga menghasilkan suatu desain yang sesuai dengan apa yang diinginkan. Dalam design process pembangunan kapal baru terdapat beberapa tahapan desain, yaitu antara lain (Taggart, 1980) [4]: 1. Concept design 2. Preliminary design 3. Contract design 4. Detail design Empat tahap desain diatas dapat digambarkan dalam suatu design spiral (Evans 1959) yang merupakan suatu proses iterasi mulai dari persyaratan-persyaratan yang diberikan oleh owner kapal hingga pembuatan detail design yang siap digunakan dalam proses produksi. [5]
Gambar II.1 Basic Design Spiral Evans 1959 1. Concept design a. Proses menerjemahkan persyaratan-persyaratan owner requirement ke dalam ketentuan-ketentuan dasar dari kapal yang akan direncanakan. b. Dalam tahap ini diperlukan studi kelayakan (Technical Feasibility Study) untuk menentukan elemen-elemen dasar dari kapal yang di desain, seperti panjang kapal, lebar kapal, tinggi kapal, sarat, power mesin, dll. yang memenuhi persyaratanpersyaratan kecepatan, jarak pelayaran, volume muatan dan deadweight. c. Hasil-hasil pada tahap concept design digunakan untuk mendapatkan perkiraan biaya konstruksi. d. Desain-desain alternatif juga dihasilkan pada tahap ini. 2. Preliminary design a. Pada tahap ini dilakukan penentuan lebih jauh karakteristik-karakteristik utama kapal yang
2
mempengaruhi perhitungan biaya-biaya awal dari pembuatan kapal dan performance kapal. b. Menghasilkan sebuah desain kapal yang lebih presisi yang akan memenuhi persyaratan-persyaratan pemesan. c. Hasil dari tahap ini merupakan dasar dalam pengembangan contract design dan spesifikasi kapal. 3. Contract design a. Menghasilkan satu set plans dan spesifikasinya yang akan digunakan untuk menyusun dokumen kontrak pembangunan kapal. b. Tahap desain ini terdiri dari satu, dua atau lebih putaran dari design spiral. c. Mendetailkan desain yang dihasilkan dari tahap preliminary design. d. Menggambarkan lebih presisi profil-profil kapal, seperti bentuk badan kapal, daya yang dibutuhkan, karakteristik olah geraknya, detail konstruksi, dll. e. Rencana umum terakhir dibuat dalam tahap ini. 4. Detail design Merupakan tahap akhir dari design spiral yang mengembangkan gambar rencana kerja (production drawing) yang detail meliputi instruksi tentang instalasi dan konstruksi terhadap tukang pasang (fitters), las (welders), outfitting, pekerja bagian logam, vendor mesin dan permesinan kapal, tukang pipa, dll. Dalam proses desain suatu kapal dibutuhkan beberapa perhitungan yang digunakan untuk merancang suatu kapal adapun perhitungan-perhitungan tersebut antara lain : 1. Perhitungan resistance 2. Perhitungan propulsi dan powering 3. Perhitungan berat kapal 4. Perhitungan trim kapal 5. Perhitungan stabilitas kapal 6. Perhitungan freeboard 7. Perhitungan tonnase Selain perhitungan perancangan ukuran utama kapal di hitung juga besarnya constrains atau batasan-batasan dari perancangan serta ditentukan pula objectif function dari perancangan. Constrains merupakan batasan-batasan yang ditetapkan dalam perancangan suatu kapal. Adapun constrains yang ditetapkan antara lain : 1. Batasan hukum Archimedes batasan hukum fisika akan diterima jika persentase selisih dari gaya angkat (displasment) dan gaya berat (LWT + DWT) < 5%. 2. Batasan ruang muat batasan untuk volume kapasitas ruang muat akan dipenuhi jika ruangan yang dihitung untuk muatan memenuhi atau > 5%. 3. Batasan Trim Batasan trim dipenuhi jika selisih antara LCG dan LCB kapal tidak lebih dari 0,1 % dari panjang Lpp kapal tersebut. 4. Batasan Freeboard Batasan untuk freeboard (lambung timbul) akan dipenuhi jika freeboard pada kapal yang sebenarnya melebihi dari perhitungan freeboard standart. 5. Batasan Stabilitas IMO Batasan stabilitas melintang untuk kapal dapat dipenuhi jika hasil perhitungan memenuhi syarat yang
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) ditentukan oleh IMO adapun syarat tersebut antara lain : a) e 0.30 o ³ 0.055 m.rad (Luas gambar dibawah kurva dengan lengan penegak GZ pada sudut 30° >0.055 meter.rad ) b) e 0.40 o ³ 0.09 m.rad ( Luas gambar dibawah kurva dengan lengan penegak GZ pada sudut 40° >0.09 meter. Rad ) c) e 30,40 o ³ 0.03 m.rad ( Luas gambar dibawah kurva dengan lengan penegak GZ pada sudut 30° - 40° >0.03 meter ) d) h 30 o ³ 0.2 m (Lengan penegak GZ paling sedikit 0.2 meter pada sudut oleng 30° atau lebih ) e) hmax pada fmax ³ 25° ( Lengan penegak maksimum sebaiknya pada sudut oleng lebih dari 30° dan tidak boleh kurang dari 25° ) f) GM0 ³ 0.15 m ( Tinggi Metasentra awal GM0 tidak boleh kurang dari 0.15 meter )
3
1. studi literatur, dilakukan studi literatur untuk lebih memahami pemrograman VBA dan juga pemodelan kapal dalam maxsurf pro. 2. pencarian data adapun data pokok yang dicari dalam pengerjaan tugas ahir ini berupa kapal basis ship yang akan digunakan dan juga data penunjang perangcangan lainnya seperti owner requirement. 3. pemodelan yang dilakukan terdapat 2 macam pemodelan yaitu :. a. Pemodelan basis ship Dari data yang diperoleh berupa lines plan dilakukan pemodelan kembali pada maxsurf pro yang nantinya akan digunakan sebagi basis ship / kapal acuan dalam optimasi ukuran utama kapal.
Fungsi objektif atau objectif function adalah tujuan dari proses optimisasi, dalam penulisan jurnal ilmiah ini ditentukan fungsi objektiif dari perhitungan yakni meminimalkan besar hambatan kapal atau resistance kapal. Dari proses variasi ukuran utama kapal akan didapatkan ukuran utama yang memenuhi batasan – batasan yang sudah ditentukan dan yang memiliki hambatan kapal minimum. III.
METODOLOGI
Metode yang digunakan untuk membuat software aplikasi optimasi ukuran utama dapat digambarkan dalam diagram alir ( flow chart ) pengerjaan sebagai berikut:
Gambar.III.2 pemodelan basis ship dalam maxsurf pro [6] b.
Pemodelan perhitungan Selain pemodelan basis ship dilakukan juga pemodelan untuk perhitungan perancangan kapal yang nantinya akan digunakan untuk menghitung data yang diperoleh dari basis ship yang telah divariasi dan juga dibuat interface dari input data dan rekapitulasi dari hasil optimasi ukuran utama kapal.
Gambar.III.3 input data optimasi, variasi ukuran dan constrain Gambar III.1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Ahir
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
Gambar.III.4 rekapitulasi hasil optimasi 4. pembuatan bahasa pemrograman dilakukan untuk menghubungkan kedua software tersebut dan juga untuk membuat automatisasi dari proses optimisasi ukuran utama kapal.adapun bahasa pemrograman yang dibuat antara lain : a. membuka model basis ship. b. Variasi ukuran utama c. Men nol kan besar sarat. d. Menskala bentuk lambung e. Penentuan sarat f. Pengambilan data hidrostatik Dari bahasa pemrograman yang dibuat dalam VBA dibentuk menjadi suatu tombol automatisasi yang bertujuan untuk menjalankan perintah dari bahasa pemrograman yang telah dibuat. Adapun tombol dibuat sesuai dengan gambar 5 dibawah ini.
tahap optimasi dilakukan setelah tahap input data dilakukan pada tahap persiapan. Adapun tahapantahapan dari optimasi ukuran utama antara lain : 1) Variasi ukuran utama (Excel dan VBA) Tahapan awal dari optimasi yaitu variasi ukuran utama, dari basis ship. proses variasi dilakukan oleh VBA secara automatis dengan input data berupa range variasi dan juga jumlah variasi yang di inginkan. Hasil dari variasi ukuran utama akan dipindahkan ke Microsoft excel. 2) Pembentukan Lambung (VBA) Setelah variasi ukuran utama didapatkan maka proses pembentukan lambung kapal dilakukan. Dari data variasi akan diolah oleh VBA yang digunakan untuk mentransformasi ukuran dari basis ship yang ada dalam program maxsurf sesuai dengan hasil variasi yang didapatkan. Adapun perintah pemrograman yang dijalakan antara lain : a. Reset sarat / men nol kan sarat b. Hull scale c. Penentuan sarat 3) Tranformasi bentuk lambung (Maxsurf) Setelah hasil variasi ditentukan dan VBA menjalankan bahasa pemrograman hull scale maka ukuran utama kapal pada maxsurf pro akan mentranformasi sesuai dengan data variasi ukuran utama tersebut. 4) Pengambilan data hidrostatik (VBA) Setelah kapal basis ship di transformasi maka didapatkan data berupa main dimension dan juga data hisdrostatik kapal yang baru. 5) Perhitungan optimisasi dan rekap (Excel) Dari data main dimension dan data hidrostatik yang didapatkan dalam tiap-tiap variasi maka dilakukan perhitungan perancangan kapal. Tahap optimasi ukuran utama kapal akan terus berjalan sesuai dengan jumlah variasi ukuran utama kapal. Adapun alur dari proses optimasi ukuran utama kapal pada software aplikasi ini dijelaskan pada flow chart dibawah ini :
Gambar III.5 Interface tombol optimasi IV.
PROSES OPTIMASI
Setelah pemodelan dari kapal, perhitungan dan juga pembuatan bahasa pemrograman maka dilakukan proses optimasi ukuran utama kapal. Proses optimasi ukuran utama kapal pada software aplikasi ini dibagi menjadi dua bagian yaitu : 1. Tahapan persiapan 1) Input data Input data dibutuhkan dalam melakukan suatu proses optimasi ukuran utama kapal. Adapun input data yang digunakan dalam pengerjaan tugas ahir ini antara lain : Owner requirement Variasi dan persentase Range 2) Membuka basis ship Setelah dilakukan pengisian data berupa owner requirement, jumlah variasi ukuran, dan range dari variasi maka tahap selanjutnya yaitu memilih basis ship yang akan digunakan dalam optimasi ukuran utama. Basis ship yang digunakan yaitu kapal tangker 6500 LTDW. 2. tahap optimasi
4
Gambar IV.1 Proses optimasi
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) V.
2.
HASIL
hasil dari software aplikasi ini merupakan ukuran utama kapal optimal ini dibuat suatu kasus tertentu untuk membuktikan bahwa software aplikasi ini dapat bekerja dengan baik. Data owner requirement: 1. Jenis kapal : tangker 2. Muatan : produk oil 3. Payload : 7500 ton 4. Rute pelayaran : Jakarta belawan 5. Jarak pelayaran : 825 mil laut 6. Kecepatan dinas : 12 knot 7. Bulbous bow : ada Setelah hasil perhitungan optimasi ukuran utama kapal didapatkan hasil optimum yang memenuhi besaran constrain dan hambatan paling kecil sebagai fungsi objektifnya yaitu : Lpp = 101.52 m B = 18.29 m H = 9.43 m T = 7,08 m Dari ukuran utama diatas lines plan dengan ukuran utama tersebut dapat diambil dari maxsurf dengan cara menskala dan mentransformasi ulang model basis ship. Untuk menskala ulang model basis ship dapat dilakukan dengan menggunakan tombol rescale hull pada gambar 5. Sehingga didapatkan model yang di inginkan. Adapun alur rescale hull antara lain. (VBA)
(excell) data hasil variasi
1.reset sarat
(maxsurf)
2.hull scale
lines plan
3.menentukan sarat Gambar V.1 Alur proses hull scale
Gambar V.2 Model dan lines plan VI.
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang didapat setelah pengerjaan dan proses running dari software optimisasi bentuk kapal ini adalah : 1. Pada pengerjaan tugas ahir ini berhasil melakukan pengembangan pada proses penggambaran basis ship, dimana sebelumnya proses penggambaran basis ship tidak menggunakan optimasi menjadi menggunakan optimasi pada ukuran utamanya.
5
Software aplikasi yang dikembangkan pada pengerjaan tugas ahir ini berhasil mengimplementasi metode tersebut dimana pada proses penggambaran basis ship pada maxsurf pro dioptimasi ukuran utamanya pada Microsoft excel dengan cara dihubungkan melalui visual basic for application (VBA) VII.
SARAN
1. Dibutuhkan pengembangan lebih lanjut mengenai prototipe optimasi ukuran utama kapal ini karena pada pengerjaan tugas ahir ini hanya sebatas untuk kapal tangker dengan kapal basis ship 1 kapal. VIII.
TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada bapak Prof. Ir. Djauhar Manfaat, M.Sc., Ph.D. selaku dosen pembimbing, kedua orang tua atas dukungan moril dan materiil, IX.
DAFTAR PUSTAKA
[1]. www.mbdesign.net, 2003 [2]. www.id.wikipedia.org/wiki/optimasi [3]. Beitz, P. &. ( The Design Council). Engineering Design : A Systematic Approach. London: 1998. [4]. Taggart, R. (1980). Ship Design and Construction. New York: The Society of Naval Architects and Marine Engineers. [5]. Lewis, E. V. (n.d.). Principles of Naval Architecture second revision. Jersey City: The Society of Naval Architects and Marine Engineers. [6]. version, m. w. (2011). Automation Manual.
