Rekayasa Keandalan

Rekayasa Keandalan

Tiap produk, apapun jenisnya, pasti akan mengalami kegagalan. Banyak hal yang mempengaruhi dan beragam pula mekanisme yang menyebabkan terjadinya kegagalan tersebut.
Umumnya, kegagalan ini akan menyebabkan banyak sekali ketidak-nyamanan sebagai tambahan terhadap dampak ekonomisnya. Tak sedikit pula, beberapa dari kegagalan ini meningkatkan perhatian terhadap keselamatan manusia, terlepas dari ada atau tidaknya kecelakaan fatal yang diakibatkannya.

Keandalan (reliability) didefinisikan sebagai probabilitas bahwa suatu komponen atau sistem akan melakukan fungsi yang diinginkan sepanjang suatu periode waktu tertentu bilamana digunakan pada kondisi-kondisi pengoperasian yang telah ditentukan. Dalam pengertian lain, keandalan merupakan probabilitas dari ketidak-gagalan terhadap waktu.

 Rekayasa keandalan (reliability engineering) merupakan elemen penting dari suatu industri, karena penerapan rekayasa keandalan dalam industri tersebut akan menjamin kualitas produk yang dihasilkan sehingga mampu bersaing di pasaran.

 Rekayasa keandalan (reliability engineering) berupaya untuk melakukan studi, karakterisasi, pengukuran, dan analisis terhadap berbagai kegagalan dan aktivitas perbaikan-kembali dari komponen atau sistem dalam rangka meningkatkan penggunaan operasionalnya. Peningkatan ini dilakukan melalui design life, eliminasi atau reduksi kemungkinan munculnya berbagai kegagalan dan resiko keselamatan, yang karenanya akan meningkatkan waktu pengoperasian yang tersedia.

 Tiga langkah yang dapat dilakukan untuk mencapai rekayasa keandalan adalah dengan memaksimasi kendalan produk, meminimasi variasi proses produksi untuk menjamin konsistensi keandalan produk, serta menggunakan variasi teknik keandalan yang besar

 Tahapan lain yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut :

·         Penguraian dari struktur produk berdasarkan pendekatan terhadap berbagai fungsi yang harus dilakukan oleh produk, subsistem, dan tiap komponennya. Ini diilutrasikan melalui konstruksi dari Function Block Diagram (FBD). Tahapan ini akan secara definitif menjelaskan pengertian operasional dari kegagalan

·         Penguraian dari arsitektur produk dalam bentuk komposisional dari konfigurasi berbagai komponen, secara serial atau paralel, yang membentuk produk bersangkutan. Ini selanjutnya akan dituangkan secara diagramatis dalam Reliability Block Diagram (RBD).

·         Asesmen terhadap tingkat keandalan dari tiap komponen (reliability estimation) yang berdasarkan RBD pada tahapan sebelumnya akan menghasilkan estimasi dari tingkat keandalan produk (reliability prediction).

·         Upaya peningkatan keandalan dari produk akan dilakukan dengan analisis statistikal terhadap karakteristik kegagalan pada tiap tahapan bathtub curve nya, yang kemudian bisa dioptimasi secara stokastik atau dengan simulasi monte-carlo.

·         Perwujudan peningkatan ini bisa saja mengarah pada perlu diubahnya engineering design dari produk bersangkutan atau bahkan pada arsitektur produk tersebut. Ini tentu saja perlu dikaji kembali berdasarkan kelayakan secara teknis dan ekonomisnya.

Konteks sistem dan kegagalan

Secara umum sistem didefinisikan sebagai kumpulan sejumlah sub-sistem atau komponen yang berhubungan satu sama lain guna menjalankan fungsi tertentu. Sistem rekayasa (engineering systems) pada buku ini diterjemahkan sebagai berbagai jenis sistem yang ada dalam proses rekayasa. Karena itu, pengertian sistem rekayasa adalah multi-disipliner, meliputi sistem elektrik, sistem mekanik, sistem pneumatik, sistem hidrolik, sistem dalam proses kimia dsb.

Klasifikasi sistem menjadi sangat bervariasi tergantung konteks sistem yang dicakup. Pada buku ini sistem cenderung dikelompokkan menjadi dua kelompok yakni mission orinted systems (MOS) dan continuous operated system (COS). MOS memiliki karakter bahwa sistem yang terus beroperasi secara kontinyu selama rentang waktu yang menjadi misinya. Kegagalan komponen dalam sistem ini tidak akan menyebabkan terhentinya kerja sistem. Komponen yang ada didalam sistem ini akan dioperasikan kontinyu sampai komponen tersebut mengalami kegagalan. Jika gagal, maka komponen akan di perbaiki atau diganti dalam konteks repairable systems atau komponen tersebut akan dibiarkan gagal karena tidak akan menyebabkan kegagalan fungsi sistem dalam konteks nonrepairable systems.

MOS itu sendiri dikelompokkan menjadi dua kelompok yakni:

·         Sistem dimana pola operasinya dimulai dari kondisi sistem diketahui beroperasi melalui pengecekan. Sebagai contoh, pesawat terbang adalah salah satu sistem yang dapat dikelompokan dalam kelas ini. Pesawat terbang akan diterbangkan jika setelah di cek semua sistem didalamnya berfungsi dengan baik. Dalam hal ini, pesawat terbang diharapkan dapat beroperasi hingga misinya berakhir tanpa kegagalan, atau dengan peluang terjadinya kegagalan dibawah tingkat yang dapat diterima.

·         Sistem dimana terdapat periode idle diantara waktu dimana sistem dalam keadaan beroperasi. Sebagai contoh, sistem alarm memiliki karakter seperti ini, dimana sistem akan berada pada posisi idle hingga nantinya berfungsi saat terjadi penyimpangan dari toleransi operasional yang diijinkan. Kegagalan sistem bisa terjadi saat sistem idle ataupun saat sistem harus beroperasi namun gagal difungsikan.

Penilaian kualitatif dan kuantitatif

Diawal pengembangannya, rekayasa keandalan lebih banyak didekati dengan pendekatan kualitatif, dimana disain, operasi, analisa kegagalan lebih banyak dianalisa dengan menggunakan acuan atas pengalaman-pengalaman sebelumnya atau lebih sering disebuit dengan istilah engineering judgement. Pendekatan kualitatif ini menjadi tidak cocok ketika kita harus melakukan perbandingan antara dua disain dengan konfigurasi komponen yang berbeda atau ketika kita melakukan analisa ekonomi terhadap dua disain tersebut.

Keandalan adalah bagian yang tidak terpisahkan dari sebuah sistem atau produk, dengan demikian parameter disain dan proses evaluasinya haruslah merupakan proses integral dari proses disainnya. Agar ini dapat terpenuhi, maka tidak ada jalan lain kecuali mengekspresikan keandalan dalam terminologi kuantitatif. Hal ini bukanlah konsep yang unik mengingat hampir semua parameter aspek rekayasa adalah berbasiskan numerik dan penilaian dilakukan dengan membandingkan secara kuantitatif baik itu disain maupun parameter operasinya. Sehingga ekspresi ”sistem ini tidak akan gagal”, atau ”sistem ini sangat andal, sistem ini lebih andal dibandingkan sistem lainnya” menjadi tidak terlalu bermakna karena sulit menentukan indikator keandalannya.

Namun demikian bukan berarti bahwa penilaian kualitatif harus serta merta digantikan oleh penilaian kuantitatif. Penilaian kualitatif akan sangat berfungsi manakala kita mencoba untuk melakukan analisa proses kegagalan sebuah sistem, konsekuensi dari kegagalan, penilaian resiko, serta manakala kita menghubungkan kualitas sistem dengan analisa ekonomi atau investasi. Lebih jauh lagi, penilaian kuantitatif dapat digunakan untuk melakukan evaluasi terhadap kinerja terdahulu sebuah sistem (past performance) serta memprediksi perilaku atau kinerja sistem dimasa mendatang. Fungsi pertama yang diesbutkan diatas sudah sangat lumrah dilakukan oleh oranisasi yang mengoperasikan proses apapun. Akan tetapi fungsi yang kedua diatas membutuhkan dukungan data-data dari pengoperasian sistem sebelumnya, yang kemudian dengan menggunakan teori statistik untuk dapat memprediksi perilaku sistem dimasa yang akan datang.

Penilaian terhadap past performance menjadi sangat bermanfaat dalam rangka untuk dapat: mengidentifikasi kelemahan disain yang mungkin membutuhkan modifikasi, mengidentifikasi perubahan perilaku (trend ) keandalan sistem, menentukan indeks keandalan saat ini sebagai acuan dalam penilaian keandalan di periode berikutnya, memungkinkan kita untuk membandingkan kinerja terdahulu dengan kondisi operasi yang sebenarnya serta dasar dalam memonitor respon jika dilakukan perubahan-perubahan terhadap disain sistem.

Sementara itu, penilaian terhadap kinerja sistem di periode berikutnya (future system performance) menjadi penting karena memungkinkan kita untuk memprediksi: bagaimana perilaku sistem dimasa yang akan datang, bagaimana efek dari kebijakan pemeliharaan dan operasional yang baru, bagaimana perilaku sistem jika dilakukan perubahan disain, hubungan antara keandalan terhadap biaya, manfaat, dan indikator kinerja sistem lainnya.

Definisi keandalan, indeks dan parameter keandalan

Berbagai literatur memberikan definisi yang beragam terhadap keandalan. Namun demikian, ada beberapa kesamaan di dalam definisi tersebut, khususnya parameter tetap yang terkandung dalam definisi tersebut. Parameter tersebut adalah peluang, sistem/komponen, tidak gagal, waktu, dan kondisi operasi.

Jika kita berbicara keandalan kuantitatif, maka kita berbicara dalam konteks peluang (probability). Peluang yang merepresentasikan indeks keandalan memiliki rentang nilai 0 (nol) sampai dengan 1 (satu). Keandalan sistem/komponen bernilai 0 berarti memiliki peluang sukses (tidak gagal) 0% dan keandalan sistem/komponen bernilai 1 memiliki peluang sukses 100%. Nilai keandalan ini adalah fungsi waktu, artinya keandalan sebuah sistem/komponen akan bervariasi sesuai dengan waktu dimana evaluasi keandalan tersebut dilakukan. Sistem/komponen yang sama dan diukur saat waktu operasi yang sama akan mungkin memiliki keandalan yang berbeda jika kondisi operasi kedua sistem/komponen sejenis tersebut berbeda.

Pengertian keandalan yang sampai saat ini sering digunakan adalah:

Probabilityof a device performing its purpose adequately for the period of time intended and under the operating conditions encountered. Atau dengan kata lain,

Peluang suatu sistem/komponen untuk dapat beroperasi sesuai dengan fungsinya dalam rentang waktu dan kondisi operasi tertentu.

Keandalan (reliability) dan Ketersediaan (availability)

Terminologi keandalan (reliability) dan ketersediaan (availability) sering diinterpretasikan tidak tepat, walaupun sebenarnya kedua hal tersebut memiliki perbedaan yang sangat mendasar, khususnya menyangkut obyek yang dibahas/dianalisa.

Pengertian tersebut menyangkut kemampuan sistem/komponen untuk dapat berfungsi tanpa kegagalan dalam rentang waktu tertentu, atau dengan kata lain kemampuan sistem/komponen untuk dapat menyelesaikan misinya secara memuaskan. Dengan demikian, penilaian keandalan tepat untuk mengkuantifikasi kemampuan sistem/komponen untuk mission oriented system (MOS). Atau, dengan kata lain, keandalan adalah peluang komponen/sistem tetap berada pada kondisi beroperasi (operating state) tanpa kegagalan.

Dengan demikian, pada kasus continuous operated system (COS), penilaian keandalan akan menjadi kurang tepat, karena COS bisa mentolerir kegagalan. Penilaian untuk sistem dengan karakter COS adalah ketersediaan (availability) yakni peluang sistem/komponen berada pada kondisi operasi (operating state) atau peluang sistem ditemukan dalam kondisi operasi pada waktu tertentu.

Teknik-teknik Penilaian Keandalan

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, indeks keandalan dapat ditentukan dengan menggunakan teori probabilitas. Namun demikian, tidak ada satu formula pun yang dapat mewakili semua kasus dalam penilaian keandalan. Pendekatan yang digunakan dan formula yang dihasilkannya pun sangat tergantung pada permasalahan serta asumsi-asumsi yang digunakan.

Hal ini sangat umum pada penyelesain permasalahan dalam bidang yang lain yang melibatkan pendekatan probabilitas maupun statistik. Namun demikian, satu hal umum yang bisa dipakai adalah bahwa validitas dari penilaian dan evaluasi keandalan dari sebuah sistem secara langsung tergantung pada validitas model yang digunakan untuk mewakili sistem tersebut. Distribusi kegagalan tertentu pada kondisi tertentu dapat dengan tepat digunakan dalam analisa, namun kesalahan kerap muncul pada proses simplifikasi yang berlebihan terhadap sistem pada model yang mewakilinya.

Selain itu, aspek yang paling penting dalam melakukan penilaian keandalan sistem adalah pengertian yang komprehensif dan menyeluruh terhadap implikasi rekayasa dari sistem yang dianalisa. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa teori probabilitas adalah hanya sebuah alat (tool) yang memungkinkan mereka yang melakukan penilaian keandalan untuk mentransformasikan perilaku sistem yang sudah ada saat ini menjadi prediksi terhadap perilaku sistem dimasa mendatang. Dengan kata lain, pengertian terhadap perilaku sistem adalah sayarat mutlak dalam menentukan teknik penilaian keandalan yang sesuai. Secara garis besar, penilaian keandalan dilakukan dalam proses umum berikut:

(1) Mengertikan dengan seksama bagaimana pola operasi sistem

(2) Mengidentifikasi proses sistem menjadi gagal

(3) Menguraikan konsekuensi dari kegagalan tersebut

(4) Membuat model yang dapat mewakili karakteristik diatas

(5) Memilih teknik penilaian keandalan yang sesuai.

Teknik penilaian keandalan secara garis besar dikelompokkan menjadi dua yakni dengan pendekatan analitis dan dengan pendekatan simulasi. Pendekatan analitis menggunakan model matematis untuk melakukan penilaian indeks keandalan sistem. Pendekatan simulasi dalam menentukan indeks keandalan mensimulasikan proses aktual dan perilaku acak (random behaviour), salah satunya dengan menggunakan simulasi Monte Carlo. Pendekatan simulasi ini membutuhkan waktu komputasi yang relatif lebih panjang dibandingkan dengan pendekatan matematis, dan sering dijadikan sebagai opsi kedua jika pendekatan analitis susah dilakukan.

Perbaikan Keandalan Sistem

Pada dasarnya ada dua cara yang bisa dilakukan untuk memperbaiki keandalan sistem (meningkatkan indeks keandalan). Cara pertama adalah memperbaiki kualitas, dalam hal ini adalah kualitas dari komponen penunjang sistem. Cara yang kedua adalah redundansi (redundancy).

Perbaikan kualitas tidak hanya ditentukan oleh kualitas material dari komponen yang dipakai di dalam sistem, namun juga termasuk kualitas proses manufaktur, kalibrasi, transportasi, instalasi dan operasi. Proses ini tentunya melibatkan unsur manusia didalamnya. Sehingga faktor manusia (human faktor), lingkungan kerja, dan ergonomi akan menjadi sangat dominan dalam melakukan penililaian keandalan sistem. Namun demikian faktor-faktor tersebut memiliki tingkat kesulitan yang lebih tinggi dalam penilaiannya dibandingkan dengan penentuan indeks keandalan secara matematis. Berbagai riset telah dilakukan hingga saat ini untuk dapat melakukan penilaian yang lebih akurat terhadap faktor-faktor tersebut.

Sementara itu, konsep redundansi didasarkan atas kenyataan bahwa sistem dapat gagal kapan saja. Dengan demikian pada komponen tertentu yang dianggap kritis akan dibutuhkan komponen cadangan (backup) yang akan berfungsi jika komponen utama gagal. Komponen yang gagal bisa tetap pada kondisi gagal pada nonrepairable system ataupun akan diperbaiki/diganti pada repairable system.

Jenis redundansi ada dua yakni redundansi aktif dan redundansi standby. Redundansi aktif memiliki pengertian bahwa kerja sistem pada fungsi tertentu dilakukan oleh lebih dari satu komponen secara bersamaan, dan jika salah satu komponen gagal, maka komponen aktif lainnya akan mengambil alih fungsi kerja tersebut. Redundansi aktif ini sering disebut parallel redundancy. Sementara itu standby redundancy memiliki komponen yang jumlahnya lebih dari satu pada fungsi tertentu, dan satu atau lebih komponen aktif sementara komponen lainnya akan bekerja jika komponen aktif tersebut gagal melalui sebuah proses switching.

Konsep lain yang sering dipergunakan adalah diversity, yakni konsep redundansi dengan menggunakan komponen yang tidak sejenis. Hal ini dilakukan dengan pertimbangan jika komponen utama telah diketahui memiliki kelemahan yang bisa dikompensasi dengan menggunakan komponen yang melakukan fungsi yang sama namun memilki karakteristik kerja yang lebih unggul.

Konsep perbaikan keandalan sistem lainnya adalah penyediaan suku cadang dan perawatan pencegahan (preventive maintenance). Penyediaan suku cadang ini tentunya membutuhkan pertimbangan bukan hanya teknis saja, namun juga ekonomis dimana lewat proses optimasi bisa ditentukan jumlah suku cadang yang paling optimum untuk menjamin kelangsungan kerja sistem pada tingkat biaya yang paling minimum. Perawatan pencegahan harus dilakukan jika komponen sudah memasuki masa akhir dari fungsi operasi optimumnya atau saat kegagalan tertentu mulai dialami oleh komponen tersebut. Waktu optimum melakukan perawatan pencegahan ini membutuhkan proses yang agak panjang dan susah dilakukan.

Penilaian Keandalan Pada Tahap Desain

Keandalan hendaknya sudah menjadi salah satu pertimbangan dalam tahap disain sebuah sistem. Penilaian keandalan setelah sistem dibuat akan sangat tidak ekonomis. Kita juga sadari bahwa setiap produk atau sistem memiliki apa yang disebut dengan inherent reliability (keandalan bawaan). Inherent reliability sangat ditentukan oleh kontrol kualitas sejak proses manufaktur produk tersebut, atau dengan kata lain, kontrol kualitas yang jelek akan sangat menurunkan inherent reliability, sekalipun kontrol kualitas yang terjamin pun tidak akan keandalan melebihi inherent reliability. Dengan demikian inherent reliability dan kontrol kualitas sangat terkait satu sama lain.

Aplikasi konsep keandalan pada proses disain seperti pada gambar tersebut diterjemahkan melalui pengalaman-pengalaman disain sistem yang sejenis dan operasinya. Beberapa aktivitas di dalamnya meliputi:

(1) Mengidentifikasi kelemahan disain

(2) Membandingkan konfigurasi sistem dengan alternatif lainnya

(3) Membandingkan pendekatan terhadap konseptual disain

(4) Mengidentifikasi kebutuhan akan redundansi

(5) Menentukan kebutuhan akan informasi hasil pengujian

(6) Menentukan jenis pengujian yang perlu dilakukan

(7) Mengestimasi kebutuhan redundansi, standby, suku cadang, dll

(8) Mengidentifikasi permasalahan potensial yang ada dan usaha mitigasinya.

Reliability Economics

Seperti yang telah disampaikan diawal keandalan sangat terkait dengan biaya dan faktor-faktor ekonomi lainnya. Sistem akan menjadi lebih andal jika komponen-komponen kritis pada sistem diberi redundansi. Namun ini secara langsung akan menyebabkan biaya investasi sistem, biaya pemeliharaan serta biaya operasinya juga akan menjadi lebih mahal.

Pertanyaan mendasar yang muncul berkaitan dengan faktor ekonomi ini adalah Dari uraian diatas jelas bahwa keandalan dan faktor-faktor ekonomi merupakan seberapa besarkah investasi harus dilakukan terhadap sistem untuk mendapat keuntungan peningkatan indeks keandalan yang diharapkan?.

 Tentunya ini adalah pertanyaan yang sulit untuk dijawab khususnya untuk sistem yang kompleks dengan berbagai opsi disain dan alternatif komponen yang ada. pertimbangan yang terintegrasi satu sama lain di dalam proses pengambilan keputusan.

Data Keandalan

Dalam konteks keandalan, data menjadi salah satu faktor penting untuk dimiliki dan salah satu faktor yang paling sulit untuk didapat. Data dapat diperoleh lewat dua jalan yakni, pengujian/eksperimen (data primer) dan data operasi di lapangan (data sekunder). Data yang pertama dapat diperoleh untuk komponen yang sederhana saja yang tidak membutuhkan biaya yang besar dalam pengujiannya. Data yang kedua juga sering susah didapatkan mengingat tidak tercatatnya hal-hal penting dari pengoperasian sistem sebelumnya, atau tidak tercatatnya data dari peralatan sejenis yang bisa dijadikan acuan atau sumber data peralatan yang kita analisa. Data juga bisa diperoleh dari organisasi tertentu yang mengumpulkan data perawatan dan operasi peralatan tertentu kemudian melakukan analisa statistik terhadapnya dan hasilnya dipublikasikan dalam bentuk data handbook atau data bank.

Penutup

Dengan semakin meningkatnya kesadaran akan keselamatan dan pengetahuan yang dimiliki oleh konsumen, maka mau tidak mau pihak manufaktur harus memperhatikan dan mempertimbangkan dengan sangat mendalam aspek keandalan dari produk yang dihasilkannya. Ini menjadi penting untuk bisa mewujudkan kepuasan konsumen (customer satisfaction).

Sumber

http://personal.its.ac.id/files/material/328-ketutbuda-pendahuluan.pdf (diunduh tanggal 23 september 2016)

http://idrel.blogspot.co.id/2005/06/rekayasa-keandalan-produk.html (diunduh tanggal 23 september 2016)