TI091209 [2 SKS] OTOMASI INDUSTRI MINGGU KE-3
PERANCANGAN OTOMASI INDUSTRI STUDI KASUS: COOKO-BOTTLING FACILITY
disusun oleh: Mokh. Suef Yudha Prasetyawan Maria Anityasari
Jurusan Teknik Industri
1
OUTLINE PERTEMUAN INI
Perancangan otomasi: studi kasus
Pemahaman terhadap sistem yang akan dibangun Integrasi stasiun kerja – lini produksi Integrasi lini produksi – lantai produksi Kebutuhan jaringan data-informasi Aliran informasi Kebutuhan software
Jurusan Teknik Industri
2
PEMAHAMAN TERHADAP SISTEM YANG AKAN DIBANGUN
Cooko-Bottling-Facility (CBF) adalah pabrik baru yang akan memproduksi softdrink (kemasan botol) untuk kelompok usaha Cooko-Cola Natural Drink Corporation (CNDC). Hasil produksinya juga dipakai untuk memenuhi permintaan dari retailer/wholesalers CBF memproduksi bahan baku (sterilized water, sugar, phenylketon, and phenylalanine) menjadi produk softdrink (regular, diet, caffeine-free cookoo-cola), dikemas dalam botol yang di-pack dengan karton sehingga siap dikirim ke customer (CNDC dan wholesalers eksternal) Lantai produksi CBF terdiri dari 3 lini produksi yang dapat dipergunakan untuk memproduksi varian produk yang berbeda.
Jurusan Teknik Industri
3
PEMAHAMAN TERHADAP SISTEM YANG AKAN DIBANGUN
Simbol operator warna gelap menunjukkan keharusan stand-by selama proses, sedangkan warna terang merupakan simbol supervisi berkala Conveyor to Intermediate Storage Area Operator for palletising cartons
Operator for
line supervising
Bottling Line A
Operator for
line supervising
Bottling Line B
Operator for
line supervising
Bottling Line C
Carton Conveyor
Operator for loading ingredients every shift
Return Empty Pallet Conveyor Operator for station 1
Operator for station 1
Operator for station 1 Pallet Conveyor
Jurusan Teknik Industri
4
INTEGRASI STASIUN KERJA – LINI PRODUKSI Lini produksi CBF terdiri dari 6 stasiun kerja yang berurutan
Stasiun 1 – Inisiasi produksi, operator menekan tombol untuk memasukkan pallet ke lini produksi yang bersangkutan
Stasiun 2 – Pencucian dan sterilisasi botol
Stasiun 3 – Pengisian softdrink ke dalam botol
Stasiun 4 – Pemasangan tutup botol
Stasiun 5 – Pemasangan label
Stasiun 6 – Pengemasan botol dalam karton ingredients mixing tank
filler tank
sen sor
6
Jurusan Teknik Industri
sen sor
sen sor
5
4
line supervisor
sen sor
sen sor
3
sen sor
2
1
5
INTEGRASI STASIUN KERJA – LINI PRODUKSI
Stasiun 1 merupakan feeder lini produksi, beroperasi apabila operator menekan tombol permintaan pallet dari konveyor pallet. Operator bekerja berdasarkan jumlah order harian dan secara otomatis terupdate order yang terpenuhi saat menekan tombol
Sensor (inductive proximity sensor) pallet mendeteksi lewatnya pallet, mengaktifkan cylinder switch sehingga arah perjalanan berubah
Saat silinder A memegang botol dengan mekanisme pneumatik, silinde B mendorong pallet ke konveyor pengembalian pallet kosong. Silinder C mendorong botol per baris agar dapat bergerak sesuai konveyor lini produksi Return Pallet
Cylinder Switch Actuator
computer console
Cylinder A Bottles Collector
PLC Station 1
Cylinder A Bottles Collector Actuator Cylinder B Pallet Unloader Actuator Cylinder C Bottles Feeder Actuator
cylinder switch Cylinder B computer Cylinder C Bottles Feeder Pallet Unloader console
Jurusan Teknik Industri
Comm Bus
6
INTEGRASI STASIUN KERJA – LINI PRODUKSI
Stasiun 2 berfungsi sebagai pencucian dan sterilisasi botol.
Bekerja secara otomatis, botol akan dideteksi untuk menggerakkan pemegang botol agar selanjutnya dapat dicuci (kran cairan pencuci terbuka) dan dibalik untuk menghilangkan sisa cairan pencucian
Sterilisasi bekerja untuk mengeringkan dan memanaskan botol untuk perlakuan sterilisasi Bottle Detection at sterilising point
sterilising machine PLC Sterilising Machine
comm bus Washing Outlet Actuator
Sterilising Outlet Actuator
_D A_
PLC Station 2
Bottle Detection at washing point
Sensor Temperature (Analogue)
_D A_
Bottles Grasp Actuator Comm Bus Bottles Graspt Rotation
Jurusan Teknik Industri
M
Heat
Notes: capacitive proximity sensor
7
INTEGRASI STASIUN KERJA – LINI PRODUKSI
Stasiun 3 merupakan stasiun pengisian yang paling kompleks
Operasi pengisian bekerja ketika botol dideteksi sensor dan kran pengisian terbuka
Stasiun ini juga harus menyiapkan ingredient siap saji/tuang, terdapat bagian mixing (memasak adonan/campuran bahan baku) yang harus dijaga ketersediaan masingmasing bahan baku misal dengan sensor ketinggian cairan dalam tangki
Jurusan Teknik Industri
8
INTEGRASI STASIUN KERJA – LINI PRODUKSI
Stasiun 4 Pemasangan tutup botol dan Stasiun 5 Pemasangan Label merupakan stasiun mandiri tanpa operator
Sensor mendeteksi botol untuk kemudian aktuator menggerakkan pemegang botol untuk selanjutnya diberi tutup ataupun label
PLC dalam hal ini – sebagaimana stasiun sebelumnya – sebagai pengendali integrasi berbagai sensor dan aktuator
Cap Patcher Actuator
PLC Station 4
Bottle Handler Actuator
Label Patcher Actuator
Comm Bus PLC Station 5
Bottle Detection capacitive proximity sensor
Jurusan Teknik Industri
Bottle Handler Actuator Bottle Detection
Comm Bus
capacitive proximity sensor
9
INTEGRASI STASIUN KERJA – LINI PRODUKSI •Stasiun 6 merupakan mekanisme otomatis pengepakan dengan menggunakan kardus (karton) •Botol dideteksi hingga jumlah tertentu siap di-pack •Selanjutnya dicap kode produksi dan tanggal kadaluarsa
STASIUN TERAKHIR DALAM LINI PRODUKSI
Jurusan Teknik Industri
10
INTEGRASI STASIUN KERJA – LINI PRODUKSI
Kendali lini produksi merupakan koordinasi PLC masing-masing stasiun kerja yang memberikan indikasi status: busy, idle, breakdown ataupun empty tank
Informasi lainnya adalah order status, kuantitas dan spesifikasi order
Supervisor lini produksi dapat meminta stasiun 1 atau lainnya untuk membatalkan, menahan, menyisipkan atau merubah order (termasuk setup), menekan tombol emergency stop dan melaporkan pada manajer produksi tentang availability lini produksi dan order status
Power Switch
M
Power Switch
M
Power Switch
M
Power Switch
M
Power Switch
M
Power Switch
Bottle Handler Actuator operator attend per shift
Label Patcher Actuator
com mbu s
Power Switch
M
Bottle Detection
com mb us
Power Switch
M
com mb us
M
computer console
Reservoir Level Sensors
Kendali khusus konveyor
PLC Mixing Machine
Cylinder Switch Actuator
PLC Filling Machine
Cylinder A Bottles Collector Actuator Cylinder B Pallet Unloader Actuator
Bottle Detection
Cylinder C Bottles Feeder Actuator
PLC Conveyors
PLC Station 5
PLC Station 3
PLC Station 1 PLC Bottling Line
comm bus
co m mbus
Bottle Detection
Jurusan Teknik Industri
PLC Packaging Machine
Cylinder Switch Actuator
PLC Station 4
PLC Station 2
to upper level integration Bottle Detection at washing point
Cap Patcher Actuator
Washing Outlet Actuator
Bottle Detection
Bottles Grasp Actuator
Bottle Handler Actuator co m mbu s
Carton Detection
co m mbu s
PLC Station 6
Bottles Graspt Rotation
M
Bottle Detection at sterilising point
PLC Sterilising Machine
11
INTEGRASI LINI PRODUKSI – LANTAI PRODUKSI Di level lantai produksi, CBF menggunakan sensor untuk mendeteksi pallet ID (identification number melalui magnetic strips) yang membawa botol kosong dan sebuah sensor (dilengkapi barcode reader) di titik setelah lini produksi untuk mendeteksi carton ID (sebagai finished products). Jumlah input botol dan output botol dipakai sebagai acuan perhitungan produktivitas dan utititas termasuk order status Magnetic striping di pallet identification dipergunakan agar informasi tetap terbaca meski kondisi lingkungan kotor; di sisi lain teknologi barcode dipakai untuk menangkap informasi produk yang spesifik. PLC Conveyor, mengendalikan konveyor yang ada di lini produksi maupun bagian lain di lantai produksi dengan adanya tombol emergency stop yang akan menghentikan laju konveyor satu per satu maupun keseluruhan pada kondisi darurat
Production Control Computer
Comm Bus
PLC Pallet Conveyors
PLC Bottling Line A
Bottles Pallet ID
Jurusan Teknik Industri
PLC Bottling Line B
PLC Bottling Line C
PLC Carton Conveyors
PLC Palletizing Carton Conveyors
PLC Return Pallet Conveyors
Bottles Carton ID
12
KEBUTUHAN JARINGAN DATA-INFORMASI
Untuk seluruh CBF, dipergunakan referensi open system interconnection (OSI) – untuk menyediakan fungsi kompleks berinteraksi (interface) dengan berbagai alat dari berbagai merk (pemanufaktur) yang berbeda. Open system ini memiliki keuntungan “plug-compatible” untuk mengantisipasi perkembangan mendatang ketika manajemen memutuskan untuk memasang peralatan tambahan di masa mendatang Secara umum seluruh lini produksi dihubungkan dengan jaringan kabel fiber optic, dengan alasan: dapat berfungsi baik untuk layer 1 (OSI ), sehingga layer di atasnya juga tidak terpengaruh; mampu mentransfer data dalam jumlah besar; tahan gangguan elektromagnetik; aman – mahal: tetapi mampu dipakai untuk mengantisipasi perkembangan mendatang
Jurusan Teknik Industri
Application Software
Application program
Application Software
Layer 7 Application
Interface to application program
Layer 7 Application
Layer 6 Presentation
Restructures data for network
Layer 6 Presentation
Layer 5 Session
Data synchronization
Layer 5 Session
Layer 4 Transport
End to end data transfer
Layer 4 Transport
Layer 3 Network
Packet routing
Layer 3 Network
Layer 2 Data link
Local data transmission
Layer 2 Data link
Layer 1 Physical
Electrical signaling
Layer 1 Physical
Physical transmission medium
13
KEBUTUHAN JARINGAN DATA-INFORMASI
Cari istilah sulit pada referensi yang direkomendasikan
Setiap peralatan di setiap stasiun diintegrasikan dengan topologi bus menggunakan LON Works dengan alasan:
Topologi bus memiliki kemampuan komunikasi via induk atau setiap partisipan secara independen; aman gangguan, utamanya jika ada salah satu elemen rusak – sehingga memungkinkan penambahan peralatan atau pengurangan (deletion) LON works dapat diaplikasikan hampir di semua hardware terutama dalam sistem OSI networking lengkap; LON works memiliki prosedur akses berbasis Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection untuk mewujudkan real-time networking; membutuhkan biaya relatif kecil
Mendatang dapat dikembangkan dengan menggunakan kabel transmisi energi listrik atau frekuensi radio (misal bluetooth) untuk menghindari penggunaan kabel fisik
Bila CBF menggunakan PLC dari 4 merk berbeda (Siemens, AB, GE Fanuc, and Mitsubishi). Biaya kebutuhan jaringan tergantung merk mana yang paling banyak dipergunakan
Di level jaringan induk, PROFIBUS dipergunakan karena dapat terkoneksi langsung dengan Siemens dan Mitsubishi. Interface tambahan dibutuhkan untuk menghubungkan AB dan GE Fanuc dengan PROFIBUS. PROFIBUS merupakan sistem jaringan industri terbaik karena memiliki bandwidth terbesaris dengan kecepatan tergantung jumlah alat, jarak dan kondisi lingkungan (noisy: inverter, solenoids, starters and dirty: solvents, corrosive substances, hot, cold) efisien
Di lingkungan perkantoran(highest level), CBF menggunakan ethernet untuk jaringan yang reliable untuk transmisi data lebih besar (sampai dengan 10 Mbits per second dan 1024 network nodes).
CBF menggunakan distributed network. Kombinasi antara hybrid, hierarchical dan heterarchical. Mudah dijalankan dan paraktis perlu dihitung juga waktu respon dengan penggunaan model kombinasi ini
Jurusan Teknik Industri
14
ALIRAN INFORMASI Aliran informasi yang diperlukan bersifat top-down dan bottom-up yang harus dapat di-update dengan pembatalan, penyisipan ataupun perubahan lainnya Menunjukkan order status, machine status dan kondisi yang diperlukan lainnya
Orders
Order processing Engineering Process Planning
Order Due Date Bill of materials Process Plans
Production Schedule
Scheduling material equipment personnel time pashing
Control Parameters
Manufacturing order release Production Routes Line Control Parameter Station Control Parameter Machine Control Parameter
Line, Station, Machine Control Parameters
Line C (Station 1,2,3,4,5,6) Line B (Station 1,2,3,4,5,6) Line A (Station 1,2,3,4,5,6)
Manufacturing Equipment Status
Line, Station, Machine Status
Order Status
Jurusan Teknik Industri
15
ALIRAN INFORMASI
Operator yang diperlukan di CBF
Operator stasiun 1 di setiap lini produksi (A) Operator untuk ingredients loading di stasiun pengisian (B) Operator untuk supervisi lini produksi (C) Operator untuk carton palletizing (D)
Jalannya informasi harus ditunjang dengan:
Informasi yang lengkap dan peralatan yang menunjang tercapainya hal tersebut Sinkronisasi (parallel ataupun berurutan) Verifikasi dan penentuan waktu informasi harus dicek Waktu durasi minimum dan maksimum Mekanisme standar jika ada permasalahan Operator • A B C
D Jurusan Teknik Industri
• • • • • • • • •
Information Orders quantity and specification for the specific bottling line Orders change (addition, insertion, cancellation) Raw ingredients quantity Loading time Raw ingredients availability Orders quantity and specification for the specific bottling line Orders status Stations, machines and devices status Mean time to repair, mean time between failure (maintenance) Product type to make easier palletizing (from barcode reader) 16
ALIRAN INFORMASI
Informasi bagi manajer produksi
Bottling lines, stations, machines status. Diperlukan untuk melakukan perubahan terhadap manufacturing order release berdasarkan availability, breakdown, dan perubahan lainnya (jika ada lini produksi rusak, demand dapat dialihkan ke lini produksi lainnya) Manufacturing equipments status, dapat mempengaruhi jadwal produksi Orders status, informasi order yang telah dipenuhi atau sedang diproses Products completion, menunjukkan berapa banyak produk yang siap dikirim, untuk keperluan dispatching Raw materials availability, dipergunakan untuk meng-update Material Requirement Planning (MRP) – bila menjelang habis harus memesan kembali Dispatching (truck space), bagaimana pengiriman diatur agar dapat memaksimalkan utilitas space kendaraan
Jurusan Teknik Industri
17
KEBUTUHAN SOFTWARE
CBF sebaiknya membeli elemen software secara terpisah karena tidak membutuhkan sistem yang sangat kompleks, variasi produk kecil dan urutan proses sederhana. Elemen yang diperlukan adalah: Human resources (payroll accounting, organizational management, workforce planning, incentive wages, recruitment) for enhancing human resources management to meet employees support Financial accounting (asset accounting, legal consolidation, general accounting, accounts payable, accounts receivable) which is crucial regarding product life time and its manufacturing lead time are very short Controlling (profitability analysis, overhead cost controlling, product cost controlling) for providing cost / expenses consideration in entire CBF Sales and Distribution (sales, shipping, billing, sales support and sales information system include forecasting) which is also important because the demand will change rapidly during the time (it have peak and low season) and the importance of utilizing distribution vehicles capacity Materials management (logistic information system, material requirement, purchasing, inventory management, warehouse management, invoice verification) to provide information regarding raw materials availability and best purchasing at any given time Production planning (continuous order processing, capacity planning, material requirement planning, master planning) for providing reliable MRP, MPS and also simulation feature to analyze implication on production change before it will be implemented Quality management (quality notification, planning, inspection, control, certificates) to ensure that products will meet expected quality and minimizing returned product Plant maintenance (service management, preventive management, maintenance management) for providing reliable manufacturing elements support. Untuk integrasi CBF perlu membuat software integrasi yang mampu mengakomodir perbedaan platform ataupun struktur database atau dengan menggunakan aplikasi database online seperti misalnya active server pages (ASP).
Jurusan Teknik Industri
18
KEBUTUHAN SOFTWARE
Integrasi software CBF dapat dilihat dalam gambar berikut C EN TR AL P LC
SHOP FLOOR
Line Supervisor
Manager
Server
S E N S OR S
IN P U T M OD U LE CPU
M A C H IN E PLC
C OM MU . C AR D
OU TPU T MOD ULE
PC NETWORK
COMMU. C AR D Integration Software
PLC NETWORK
Financial Human Resources
Controlling
Sales
Accounting
Distribution
Materials Management
Integration Software Production Planning
Jurusan Teknik Industri
PLCs on shop floor & other equipment Quality
Plant
Management
Maintenance
19
REVIEW QUESTIONS
SUDAH MENGERTIKAH ANDA?
Bagaimana cara memahami alur/kerangka otomasi industri yang akan dibangun? Apa fungsi komponen-komponen otomasi (sensor, aktuator, pengendali, dll) dalam integrasi stasiun kerja – lini produksi? Bagaimana hirarki integrasi lini produksi – lantai produksi dibangun? Apa yang penting diperhatikan dalam menentukan kebutuhan jaringan (networking) dalam otomasi industri? Bagaimana cara membuat struktur aliran informasi? Apa yang penting diperhatikan dalam menentukan software yang akan dibeli/dipergunakan? ***AKHIR DARI MATERI PERTEMUAN 3***
Jurusan Teknik Industri
20
