PENERAPAN DESIGN FOR ASSEMBLY (DFA) UNTUK MEREDUKSI BIAYA PRODUKSI SUATU PRODUK Yusri(1) (1)
Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Padang ABSTRACT
Untuk mereduksi waktu yang dibutuhkan untuk memproduksi (waktu desain, manufaktur dan perakitan), sehingga jam kerja mesin, upah tenaga kerja, biaya energi listrik dan lainnya dapat direduksi maka prinsip Designfor Assembly (DFA) dan Design for Manufacture and Assembly (DFMA) harus diterapkan pada proses produksinya, yang harus dilakukan dari awal design secara terintegrasi. DFA adalah salah satu sistem perencanaan assembling, yang menganalisa desain komponen maupun produk secara keseluruhan. Dari analisa DFA maka didapatkan nilai efisiensi assembling dan dengan menganalisa tiap komponen maka kesulitan assembly dapat dihindari dengan jalan merevisi fitur dan jumlah komponen. Dengan demikian efisiensi perakitan dapat ditingkatkan. Sementara DFM adalah penerapan desain proses manufaktur suatu produk, dimana kesalahan proses dan produksi dapat direduksi, sehingga waktu dan biaya manufaktur menjadi sekecil mungkin. Akhirnya dari semua analisa diatas maka biaya manufaktur yang paling efisien dapat dihitung dari awal. Keywords: Design for Assembly (DFA), Manufacture and Assembly (DFMA) 1. PENDAHULUAN Dalam proses perancangan dan manufaktur suatu produk, harus didisain sedemikian rupa sehingga disain benar-benar sempurna dan biaya produksi dapat direduksi sekecil mungkin. Perlu kita pahami bahwa nilai biaya produksi suatu produk sangat sulit direduksi, misalnya upah buruh perjam, harga bahan baku, biaya energi dan lainlain yang bahkan cendrung terus naik. Yang dapat kita reduksi adalah waktu yang dibutuhkan untuk memproduksi (waktu disain, manufaktur dan perakitan), sehingga jam kerja mesin, upah buruh dan biaya energi listrik dan lainnya dapat direduksi.Selain itu juga agar produk bisa dilempar kepasar secepat mungkin. Secara tradisional sikap perancang adalah “we design it, you build it”. Yang juga diistilahkan menjadi “over-the-wall approach” dimana perancang duduk di salah satu sisi dinding dan melempar disain melewati dinding kepada tim manufaktur di sisi sebelahnya tanpa adanya suatu kolaborasi yang baik. Apabila dalam pelaksanaan manufakturnya terjadi suatu persoalan, baru dilakukan perbaikan disain, kemudian bila pada saat perakitan terjadi lagi persoalan maka disain diperbaiki lagi. Tentunya hal ini akan menyita waktu yang panjang sampai produk baru bisa dipasarkan. DFA adalah salah satu sistim perencanaan assembling yang akan menganalisa disain komponen maupun produk secara keseluruhan, yang dimulai dari awal proses disain, sehingga kesulitan-kesulitan perakitan dapat diatasi sebelum komponen di
produksi. Sistim ini bertujuan untuk mempermudah proses perakitan sehingga waktu dan biaya perakitan (assembling cost) dapat di turunkan. Dapat dikatakan bahwa DFA adalah sebagai proses pengembangan disain produk untuk mempermudah dan mempermurah biaya perakitan, tapi tetap fokus pada fungsi dan keselamatan. Proses assembling merupakan proses yang memakan waktu yang cukup besar dalam proses manufaktur (53% dari total waktu produksi dan 22% ongkos buruh) dan 12% dari biaya manufaktur[6]. Sementara Design for Manufacture (DFM) adalah disain proses manufaktur suatu produk sehingga waktu dan biaya manufaktur bisa direduksi sekecil mungkin. Gabungan dari DFA dan DFM ini disebut dengan DFMA ( Design for Manufacture and Assembly) yang harus dilakukan dari awal disain secara terintegrasi. Ada sebuah anggapan yang dulu dianggap benar dilakukan tapi dengan analisis DFMA ternyata anggapan tersebut keliru, sebagai contoh hal tersebut dapat kita lihat sebagai berikut:
Gambar 1: Misleading producibility guideline for the design of sheet metal parts [1].
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 5, No.1, Juni 2008
Tabel 1. Estimasi biaya dalam dollar untuk dua contoh pada gambar 1 jika dibuat 100.000 produk [1]
Set up Process Material Piece Part Tooling Total manufacture Assemlby Total
Wrong 0.015 0.535 0.036 0.586 0.092 0.678 0.000 0.678
Right 0.023 0.683 0.025 0.731 0.119 0.850 0.200 1.050
Dari tabel tersebut kita dapat lihat bahwa ternyata biaya yang dikeluarkan untuk proses yang dianggap salah jauh lebih kecil dibandingkan dengan proses yang dianggap benar. (0,678 dibandingkan dengan 1,050)
ISSN 1829-8958
Secara umum ada dua faktor mempengaruhi waktu perakitan:
utama
yang
1.
Jumlah parts/komponen dalam produk
2.
Kemudahan dalam handling, insertion, dan fastening dari masing-masing part
Manual Assembly. Proses assembly secara manual dapat dibagi dua: 1.
Handling (acquiring and grasp, moving, and orienting the part).
2.
Insertion dan fastening.
Pada kedua proses tersebut akan ditemui banyak sekali hambatan dan kesulitan yang harus dikurangi atau dihilangkan pada saat proses manufaktur komponen. Manual Handling. Dalam rangka efektifitas waktu untuk handling maka hal-hal yang harus diperhatikan pada saat perancangan komponen agar mempermudah assembling adalah : a.
Apakah komponen dimanipulasi dengan :
bisa
diambil
-
Satu tangan
-
Satu tangan dengan bantuan alat
-
Dua tangan
-
Dua tangan dengan bantuan orang lain.
b.
Orienttasi (Part symmetry),
dan
Yaitu berapa derajat benda dapat diputar tegak lurus garis sumbu ( ), atau segaris sumbu () untuk reorientasinya.
Gambar 2: Alur penerapan DFA pada proses DFMA [1]
2. Design For Assembly (DFA). Design for Assembly adalah suatu rancangan dimana proses perakitan sudah direncanakan pada awal design produk, dalam hal ini fitur setiap komponen, jumlah komponen didisain dengan mempertimbangkan proses perakitannya sehingga didapatkan kemudahan-kemudahan pada saat proses asembling atau perakitan.
Sumbu insertion
Gambar 3: Prinsip rotasi simetris Alpha dan Beta 28
Penerapan Design For Assembily (DFA) untuk Mereduksi Biaya Produksi Suatu Produk (Yusri)
Waktu fastening tergantung dari pengaruh terhalangnya akses dan pandangan menacapai lokasi komponen. Tabel Matrik Boothroyd-Dewhusrt
Gambar 4: Rotasi simetris Alpha dan Beta berbagai bentuk komponen [1] Kemudahan komponen diambil dan dimanipulasi, seperti: - Acquiring dan grasp - Tidak terjadi nesting dan tangling c.
Untuk mengetahui sejauh mana tingkat efisiensi perakitan dari suatu produk assembling dapat dihitung dengan rumusan berikut [6]: E = NM . ta / TM dimana :
• Ketebalan untuk non silinder adalah tinggi maksimal dari permukaan plat
E
Ukuran komponen
ta
= Waktu perakitan dasar tiap part (rata-rata diambil 3 detik )
TM
= Jumlah waktu perakitan seluruh part
Ukuran part didifinisikan sebagai ukuran dimensi nondiagonal paling besar dari outline part ketika diproyeksikan pada permukaan plat 3. Manual Insertion and fastening Adalah penggabungan komponen dengan komponen lainnya atau dengan sub asembling yang terdiri dari: a.
Efisiensi Perakitan
Ketebalan produk • Ketebalan untuk silinder didefinisikan sebagai radiusnya
d.
Berdasarkan percobaan-percobaan oleh BoothroydDewhurst, dari seluruh hambatan dan kesulitan tersebut, didapatkan nilai dari beberapa kombinasi kondisi diatas dan disusun kedalam bentuk tabel matrik manual handling dan manual insertion berikut. (”Tabel (2)” dan ”Tabel (3)” )
Insertion
Pada saat insertion harus dihindari hal-hal sebagai berikut:
= Disain Efisiensi ( DFA index )
NM = Jumlah part minimum secara
teoritis
Untuk menghitung effisiensi tersebut, angka atau nilai waktu asembling dari tabel matrik dimasukan kedalam DFA worksheet (”Tabel (2)”& ”Tabel (3)”). 4. Prinsip Pengembangan Disain. Sebagai akhir dari proses penerapan DFA adalah membuat disain baru yang lebih efektif dengan indek efisiensi yang lebih besar.
- Holding Down - Alignment b. Fastening Fastening adalah menyatukan suatu komponen dengan kompnen lainnya secara fix atau dikunci. Secara umum dapat kita lihat pada gambar berikut.
Gambar 5 Prinsip Pengembangan Disain
Gambar 4: Metode fastening secara umum [1] 29
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 5, No.1, Juni 2008
ISSN 1829-8958
Tabel 2: Tabel matrik penhitungan waktu handling [6] MANUAL HANDLING: ESTIMATED TIME (SECONDS) Part are easy to grasp and manipulalate Thickness >2mm
Key:
Size< 15 mm
( 360 < (a+b)
Size < 6 Size <15 mm mm
Thckness < 2mm
Size < 6 mm
Size > 6 mm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1.13
1.43
1.88
1.69
2.18
1.84
2.17
2.65
2.45
2.98
1
1.5
1.8
2.25
2.06
2.55
2.25
2.57
3.06
3
3.38
2
1.8
2.1
2.55
2.36
2.85
2.57
2.9
3.38
3.18
3.7
3
1.95
2.25
2.7
2.51
3
2.73
3.06
3.55
3.34
4
540 < (a+b)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
4
3.6
6.85
4.35
7.6
5.6
8.35
6.35
8.6
7
7
5
4
7.25
4.75
8
6
8.75
6.75
9
8
8
6
4.8
8.05
5.55
8.8
6.8
9.55
7.55
9.8
8
9
7
5.1
8.35
5.85
9.1
7.1
9.55
7.85
10.1
9
10
Parts need tweezers for grasping and manipulation Parts cab be manipulated without optical magnification
(
Parts are easy to grasp and manipulate
Parts require optical magnification for manipulation
Parts present handling difficulties (1)
Parts are easy to grasp and manipulate
Parts present handling difficulties (1)
Thickness Thickness Thickness Thickness Thickness Thickness Thickness Thickness > 0,25mm < 0,25mm > 0,25mm < 0,25mm > 0,25mm < 0,25mm > 0,25mm < 0,25mm
0< b <
a < b <
Size < 6 mm
P arts need special tools for grasping and manipulation
a < 180° a = 360°
Size > 6 mm
6mm < size < 15mm
0
ONE HAND WITH GRASPING AIDS
P art can be grasped and manipulation by one hand but only w ith the use of grasping tools
Size < 6 mm
Thickness >2mm
Parts need standard tools other than tw eezers
P art can be grasped and manipulation by one hand w ithout the aid of grasping tools
ONE HAND
6mm < size < 15mm
Part present handling difficulties(1)
Thckness < 2mm
Parts present no additional handling difficulties a < 180°
8
Size< 15 mm
Size < 6 mm
Size > 6 mm
0
1
2
3
4
4.1
4.5
5.1
5.6
6.75
a = 360°
6mm < size < 15mm
Size < 6 mm
Size > 6 mm
Size < 6 mm
5
6
7
8
9
5
5.25
5.85
6.35
7
Size < 6 Size< 15 mm mm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2
3
2
3
3
4
4
5
7
9
Part can be handled by one person without mechanical assistance Parts do not severely nest or tangle and are not flexible Parts weight < 10 lb Parts are easy to Parts present grasp and other handling manipulate difficulties (1)
TWO HANDS OR ASSISTANCE REQUIRED FOR LARGE SIZE
Two hands, two persons or mechanical assistance required for grasping and transporting parts
a < 180°
Tw o persons or mechanical assistace required for parts manipulation
Parts severely nest or tangle or flexible but can be grasped and lifted by one hand (with the use of grasping tools if necessary( (2)
a = 360°
6mm < size < 15mm
Parts severely nest or tangle or are flexible (2)
TWO HANDS FOR MANIPULATION
Parts present additional handling difficulties (e.g sticky, delicate, slippery, etc.) (1)
Parts are heavy ( > 10 lb ) Parts are easy to Parts present grasp and other handling manipulate difficulties (1)
a < 180° a = 360° a < 180° a = 360° a < 180° a = 360° a < 180° a = 360°
9
30
Penerapan Design For Assembily (DFA) untuk Mereduksi Biaya Produksi Suatu Produk (Yusri)
Tabel 3: Tabel matrik penhitungan waktu insertion [6] MANUAL INSERTION: ESTIMATED TIME (SECONDS)
After assembly no holding down required to maintain orientation and location (3) Not easy to align or position during assembly
Easy to align and position during assembly (4) Key :
2
3
6
7
8
9
0
1.5
2.5
2.5
3.5
5.5
6.5
6.5
7.5
1
4
5
5
6
8
9
9
10
2
5.5
6.5
6.5
7.5
9.5
10.5
10.5
11.5
Plastic deformation immediately after insertion
R esistaance to insertion (5)
E asy to align and position during assembly (4)
N o resistance to insertion
R esistaance to insertion (5)
E as y to align and pos ition with no tors ional res is tanc e (5)
Not eas y to align or pos ition and/or tors ional res is tanc e (5)
Screw tightening immediately after insertion
N o resistance to insertion
Rivetting or similar operation
E asy to align and position during assembly (4)
Plastic bending or torsion
Not eas y to align or pos ition during as s em bly and/or res is tanc e to ins ertion (5)
No screwing operation or plastic deformation immediately after insertion (snap/press fit, circlips, spire, nuts, etc.)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3
2
5
4
5
6
7
8
9
6
8
4
4.5
7.5
6.5
7.5
8.5
9.5
10.5
11.5
8.5
10.5
5
6
9
8
9
10
11
12
13
0
12
Due to obsrtructed access and restricted vision (2)
Not easy to align or position during assembly
Not easy to align or position during assembly
Bulk plas tic deform ation (large proportion of part is plas tically deform ation during fas tening)
No additional m aterial required (e.g. res is tanc e, fric tion welding etc .)
S oldering proc es ses
W eld/braz e proc es ses
Chem ic al proc es s es (e.g adhes iv e bonding etc )
M anipulation of parts or s ub as s em bly (e.g orienting, fitting or adjus tm ent of parts , etc )
Other proc es s es (e.g liquid ins ertioan, etc .)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
4
7
5
12
7
8
12
12
9
12
None or localized plastic deformation
SEPARATE OPERATION
9
Non fastening processes
S c ew tightening or other proc es s es
Mechanical fastening processes (part(s) Non mechanical fastening processes already in place but not secured (part(s) already in place but not secured immediately after insertion) immediately after insertion)
R iv etting or s im ilar proc es s es
P art and as s oc iated tool (inc luding hands ) c annnot eas ily reac h the des ired loc ation or tool c annot be operated eas ily
A ddition of any part (1) w here the part itself and/or other parts are being finally secured imm ediately
No Resistance Resistance resistance to to to Insertion (5) Insertion (5) insertion
1
Part and associated tool (including hands) can easily reach the desired location and the tool can be operated easily
Assembly processes where all solid parts are in place
No resistance to insertion
0
PERT SECURED IMMEDIATELY
Due to obsrtructed access or restricted vision (2)
Resistance Resistance No to to resistance Insertion Insertion to insertion (5) (5)
Not easy to align or position during assembly
E as y to align and pos ition with no res is tanc e to ins ertion (4)
Due to obstructed access or restricted vision (2) Due to obstructed access and restricted vision (2)
No resistance to insertion
Easy to align and position during assembly (4)
Bending or s im ilar proc es s es
Part and associated tool (including hands) can easily reach the desired location P art and as s oc iated tool (inc luding hands ) c annot eas ily reac h the des ired loc ation
Addition of any part (1) w here neither the part its elf nor any other part is finally s ec ured im m ediately
PART ADDED BUT NOT SECURED
Holding down required during subsequent processes to maintain orientation at location (3)
Metallurgical processes Additional material required
(Dari Boothroyd and Dewhurst disampaikan dalam Presentsi Dr S G Lee Nanyang Technological University)
31
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 5, No.1, Juni 2008
Contoh Aplikasi Analisa DFA Pada Engsel Sepeda Lipat Engsel merupakan bagian kritis dari sepeda lipat karena engsel akan mananggung beban yang bekerja pada rangka utama sepeda. Oleh sebab itu engsel harus dirancang dengan baik agar mampu manahan beban tersebut.
ISSN 1829-8958
maka kita dapatkan waktu perakitan sebesar 72,45 detik dan efisiensi perakitannya adalah 0,41 (41%) (Tabel. 4 ) Dengan merubah beberapa fitur tanpa merubah fungsi, maka engsel tersebut dapat kita kembangkan menjadi bentuk berikut.
Berikut adalah gambar engsel sepeda lipat yang sudah ada dipasaran.
Gambar 6: Komponen engsel yang dikembangkan
Dari hasil analisa DFA maka didapat waktu perakitanya sebesar 33,1 detik dengan efisiensi perakitan 0,63 (63%)(tabel. 5). Jadi terdapat selisih waktu sebesar 39,35 detik atau lebih dari 200%. Gambar 5a: Engsel yang sudah ada
Gambar 5b: Kompnen engsel yang sudah ada Engsel tersebut mempunyai 12 buah komponen dengan segala kerumitan proses manufakturnya. Bila kita analisa proses perakaitannya dengan menggunakan tabel matrik Boothroyd-Dewhust, 32
Operation Cost, cents (Rp) x (7)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
3,0 3,0 1,0 1,0 0,0 1,0 0,0 1,0 0,5 1,0 1,0
1.95 1.95 1.5 1.5 1.13 1.5 1.13 1.5 1.84 1.5 1.5
0,0 0,2 0,8 3,9 0,0 3.8 3,2 0,2 0,0 3,8 0,0
1.5 2.5 6.5 8 1.5 6 4 2.5 1.5 6 1.5
3.45 4.45 8 9.5 2.63 7.5 5.13 4 3.34 7.5 3
17 22 40 48 13 38 26 20 17 38 15
1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
Plat engsel-1 Plat engsel-2 Poros engsel Baut Poros engsel Poros pengunci Baut pengunci Pin pengunci Cam pengunci Pegas Mur Bantalan cam
12
1
3,0
1.95
9,6
12
13.95
70
1
Total
12
72.45
362
10
Tumpuan pengunci Design Effiseiency = 3 x NM / TM =
TM
Figures for Estimation of Theoritical Minimum Parts
Operation Time, seconds (2) x ((4) + (6))
10
Manual Inserttion Time per part
Part ID No.
Tabel 4: Analisa DFA Desain Engsel Yang Ada 5 6 7 8 9 Manual Insertion Code
4 Manual Handling Time per part
3 Manual Handling Code
2 Number of times the operation is carried out consecutivity
1
CM
Name of Assembly
NM
Manual Insertion Code
Manual Inserttion Time per part
Operation Time, seconds (2) x ((4) + (6))
Operation Cost, cents (Rp) x (7)
Name of Assembly
Manual Handling Time per part
10
Manual Handling Code
9
Number of times the operation is carried out consecutivity
8
Part ID No.
Tabel 5: Analisa DFA Desain Engsel Yang Dikembangkan 1 2 3 4 5 6 7
Figures for Estimation of Theoritical Minimum Parts
0.41
1 2 3 4 5 6 7
1 1 1 1 1 1 1
3,0 3,0 0,0 2,3 1,0 0,0 3,0
1.95 1.95 1.13 2.36 1.13 1.13 1.95
0,0 0,0 0,0 3,0 3,8 3,2 3,3
1.5 1.5 1.5 2 6 4 5
3.45 3.45 2.63 4.36 7.13 5.13 6.95
1,035 1,035 789 1,308 2,139 1,539 2,085 -
1 1 1 1 1 1 1
Plat engsel-1 Plat engsel-2 Pin engsel Circlip ring Baut pengunci Pin baut pengunci Tuas pengunci
Total
7
33.1
9,930
TM
CM
7
Design Effiseiency = 3 x NM / TM =
NM 0.63
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 5, No.1, Juni 2008
ISSN 1829-8958
PUSTAKA 1. Geoffrey Boothroy, Peter Dewhurst and Winston Knight, Product Design for Manufacture and Assembly. Second Edition. Marcel Dekker,Inc. New York, 2002. 2. Dr.SG Lee. Paper Design for Assembly and Dis-Assembly. Nanyang Technological University. Singapore 2006. 3. Ron Garrett. What is Design For Assembly?. file://F:\load 11-2-07\Design for Assemly.htm 4. Teamset. Design for Assembly. file://F:\load 112-07\Design for Assembly (DFA) for better products.htm 5. Integrated Product process System. Design for Assembly. file://F\load 11-2-07\IPPS Design for Assembly Page.htm 6. Vincent Chan and Filippo A. Salustri. Design for Assemly. file://F\load 11-2-07\Design for Assembly.htm
E-mail:
[email protected]
34
