Pengukuran dan Peningkatan Kehandalan Sistem

Pengukuran dan Peningkatan Kehandalan Sistem

Pengukuran Kehandalan

Learning Outcomes Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu :

• Menguraikan proses perancangan kehandalan sistem

3

Kehandalan  Kemampuan suatu alat untuk melaksanakan suatu fungsi yang diperlukan (tanpa kegagalan) dalam keadaan yang ditentukan untuk jangka waktu tertentu

Outline Materi

• Faktor kehandalan • Fungsi kehandalan

5

Pengukuran Kehandalan • Ada empat faktor yang terkait dengan kehandalan suatu peralatan yaitu : – Nilai kemunginan / Probabilitas – Performansi / Prestasi / kinerja / Unjuk kerja – Periode Waktu (time limit) – Kondisi Operasional • Faktor-faktor diatas tak hanya ditujukan pada sistem beroperasi, tetapi juga pada saat sebelumnya yakni pada saat sistem berada dalam penyimpanan atau diangkut dari satu lokasi ke lokasi yang lain 6

Probabilitas • Setiap peralatan / komponen pada suatu sistem mempunyai probabilitas umur operasi yang berbeda. • Ada yang berumur panjang dan ada yang berumur pendek. • Misalnya: probabilitas umur operasi suatu komponen selama 100 jam kerja adalah 0,5, berarti ada 50 komponen dari 100 komponen yang dapat dioperasikan selama 100 jam kerja.

7

Performansi / Prestasi / kinerja / Unjuk kerja

• Kehandalan suatu sistem ditunjukkan dengan performansi yang memuaskan dari sistem itu dalam suatu periode waktu tertentu dan pada kondisi operasi yang telah ditetapkan untuk sistem itu. • Dinyatakan dalam laju kerusakan / kegagalan f(t)  failure density function

8

Periode Waktu (time limit) • Kehandalan dinyatakan sebagai probabilitas sukses dari suatu sistem,ditunjukkan dalam periode waktu tertentu. • Misalnya : waktu diantara dua kerusakan

9

Kondisi Operasional • Merupakan faktor-faktor lingkungan operasi dimana sistem akan digunakan. – Lokasi geografis – Kelembaban (humidity) – Getaran (vibration) – Ketinggian – Suhu ruang (Temperature)

10

Fungsi kehandalan (1) • R(t) = Probabilitas sistem / produk akan sukses untuk waktu tertentu (t) • F(t) = Probabilitas sistem akan gagal dalam waktu tertentu (t) • Jika variabel acak t, memiliki laju kegagalan f(t), maka : 

Rt  1 Ft    f t dt t

11

Fungsi kehandalan (2) Jika waktu kegagalan dinyatakan dalam fungsi laju eksponensial 1 f t   e 

t 

= Mean Life atau MTBF (Mean Time between Failure = failure rate (laju kerusakan) = 1 /  t = Periode waktu e = 2.7183 (bilangan natural) 12

Fungsi kehandalan (3) Fungsi kehandalan menjadi : R t  



 t

1 e 



t 

dt  e



t 

 e



λ t

Karakteristik tidak harus sama, ada beberapa fungsi distribusi probabilitas untuk menjelaskan kerusakan termasuk Binomial, Eksponensial, Normal, Poisson, Weibull, Rayleigh 13

Laju Kerusakan / failure rate(1)

simbol ( ) • Laju dari kerusakan yang terjadi pada interval waktu tertentu Jumlah kerusakan Laju Kerusakan    Total jam operasi λ(t)



f(t) R(t)

f(t) = failure density function R(t) = reliability system Semakin kecil semakin baik dan semakin besar MTBF semakin baik 14

Laju Kerusakan / failure rate(2) • Beberapa komponen mekanikal mempunyai distribusi kerusakan menurut fungsi Weibull, sehingga reliability dinyatakan sbb :   t  t m  0   R (t )  exp       t0  

F(t) = 1 – R(t) t

=

waktu kerusakan

t0

=

waktu dimana F(t) = 0



=

parameter skala (karakteristik umur)

m

=

parameter bentuk  slope dari graphic Weibull Distribution 15

Laju Kerusakan / failure rate(3) • Untuk kasus t0 = 0 dan m = 1, maka

  t  m 1  t   t  R(t)  exp       exp                  Jadi sama dengan distribusi eksponensial ( = MTBF)

16

MTBF (MTTF) • Mean Time between Failure atau Mean Time To Failure (MTTF) • Waktu rata-rata sistem mengalami kegagalan • Umur sistem (mean life) simbol :  

MTBF   R (t ) dt

• Jika R(t)

  0

 t



 t

MTBF    0

MTBF

(laju eksponensial) maka : .dt

1 t   

 0

1   17

Kurva Nomograph • Berguna untuk melihat secara cepat hubungan MTBF-laju kegagalan-nilai kehandalan-waktu operasi

18

Peningkatan Kehandalan

Learning Outcomes Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu :

• Menguraikan proses perancangan kehandalan sistem

20

Outline Materi

• Teknik Peningkatan Kehandalan

Redudancy System Stand-by redudancy Partial Active Redudancy Paralel redudancy System

Derating • Alokasi Kehandalan 21

Redudancy System (1) • Sistem redudancy ini masing-masing komponennya terdiri dari sistem yang memiliki satu atau lebih komponen paralel atau seluruh sistem ditempatkan secara paralel dengan satu atau lebih sistem yang sama

22

Redudancy System (2) • Stand-by redudancy – Satu unit aktif dan sejumlah k unit dalam kondisi cadangan (cold standby) – Jika unit aktif gagal bekerja, akan segera digantikan oleh sistem cadangan

• Asumsi standby redudancy: – – – – – –

semua sistem unit identik dan bebas Pengalihan saklar (switching) bekerja sempurna Standby unit dalam kondisi bekerja baik Unit yang gagal belum pernah diperbaiki Laju kegagalan setiap unit konstant Pada sistem ini berlaku distribusi Binomial Probability 23

Redudancy System (3) • Pada standby sistem ini berlaku distribusi Poisson   k    t )  t )  t ) t  R s ( t )  e  1   t    ...  2! 3! k!  

Dimana : k adalah jumlah unit yang standby Untuk mencari MTBF untuk sistem standby sbb: 

MTBF



 R ( t ) dt 0

24

Redudancy System (4) • Untuk mencari MTBF akan dihasilkan sbb: 

MTBF 

e 0

t

  t )   t )   t ) k   1   t   dt   ...  2! 3! k!  

MTBF = (k+1) / 

25

Redudancy System (5)

• partial active redudancy system/ r-out of-m unit network Sedikitnya sebanyak r unit dari m unit yang aktif harus bekerja memuaskan pada suatu sistem yang handal Pada sistem ini berlaku distribusi Binomial Probability n n! n x   n x P ( x )    R 1  R  ;    ; x  x  x!  n  x !

P(x)= Peluang secara tepat beroperasinya komponen x X = komponen sukses (tanpa kegagalan) dari n komponen

26

Teknik Derating (1) • Menggunakan komponen dibawah kondisi operasional yang dipersyaratkan • Tujuan untuk memperpanjang dari umur komponen • Gambar berikut mengilustrasikan sebuah contoh kurva derating untuk sebuah transistor.Kurva yang mirip tersedia untuk komponen lain. • Dengan mengacu pada gambar, nilai maksimum penuh ditunjukkan bersama dengan nilai derating yang ditampilkan sebagai sebuah fungsi dari temperatur ambient. Dengan memberikan temperatur ambient yang diharapkan adalah 75oF, dapat ditentukan nilai derated sebagai

27

Teknik Derating (2) Normalized temperature.

Tn

T normalized

Dissipation derating

1.0

Temparature ruang

0.6

0

25 o TRated

75 o

150 o TMax

T Actual Temparature derating interval

Kurva Derating untuk komponen transistor 28



T actual  T rated T m ax  T rated 75  25  150  25 50   0,4 125

Alokasi Kehandalan • Kehandalan sistem dihitung mulai pada proses perancangan awal hingga tahap akhir dari sistem digunakan (phase out)

29

Analisis Kehandalan 1. Mendefinisikan apa yg dimaksud dengan kegagalan. Contoh: – Mesin mati dan menyebabkan pesawat jatuh, akan tetapi jika pesawat tidak jatuh apakah masih bisa disebut gagal? – Jika listrik PLN mati dan diesel generator perlu waktu 30 detik, apakah masih bisa disebut gagal?

2. Perancangan peningkatan kehandalan

ATS : Automatic Transfer Switch STS : Static Transfer Switch PDU : Panel Distribution Unit

Proposal Proyek • Diagram Blok • Jelaskan bahwa perancangan dari diagram blok dapat meningkatkan kehandalan sistem