B AB 1 PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang
K
egagalan operasi sebuah sistem ataupun komponen tidak hanya berpengaruh terhadap komponen/sistem tersebut serta keberlangsungan
dari
proses
produksi
dimana
sistem/komponen tersebut dioperasikan. Lebih jauh lagi,
kegagalan tersebut dapat berpengaruh terhadap keselamatan operator maupun lingkungan sekitar dimana proses produksi tersebut dilakukan. Sebagai sebuah ilustrasi, kegagalan sistem penggerak utama di kapal yang meliputi motor induk, sistem poros propeler serta sistem penunjang kerja motor induk itu sendiri akan mengakibatkan terhentinya kerja motor penggerak. Hal ini akan mengakibatkan kapal gagal beroperasi, muatan kapal tidak sampai ditujuan seperti yang direncanakan, dan jika kejadian berlangsung di tengah laut, hal ini bisa mengakibatkan kapal terbawa arus, karam, kebocoran tangki bahan bakar jika kapal menabrak batu karang, tumpahan minyak ke laut, pencemaran lingkungan dan seterusnya. Dengan demikian, efek dari kegagalan dari satu komponen kecil di dalam sistem akan dapat mengakibatkan kerugian yang besar baik materi maupun jiwa manusia serta lingkungan.
Beberapa pertanyaan mendasar akan muncul dalam kaitannya dengan keandalan sistem. Pertanyaan-pertanyaan tersebut meliputi: (1) Seberapa andal dan amankah sebuah sistem dalam rentang umur operasinya? (2) Berapakah peluang sistem tidak akan gagal pada rentang operasi tertentu? (3) Berapa tahun lagikah umur sistem jika sistem tersebut dioperasikan secara kontinyu?
1
(4) Mampukah sistem yang dianalisa menjamin tingkat produksi yang diharapkan jika kondisi sistem tersebut seperti pada saat dianalisa? (5) Jika sistem yang dianalisa memiliki kondisi tertentu, bagaimanakah seharusnya sistem tersebut dirawat? (6) Bisakah kinerja sistem saat ini menjamin keselamatan pengoperasian sistem dalam operasi 10 tahun mendatang, dan bagaimana upaya yang harus dilakukan dalam kaitan dengan operasi dan perawatan untuk memberikan jaminan tersebut? (7) Dan lain sebagainya. Pertanyaan-pertanyaan tersebut tidak lain adalah pertanyaan yang berkaitan dengan peluang sistem akan mampu beroperasi/menunjukkan kinerja yang diharapkan dalam rentang waktu tertentu serta dalam kondisi operasi tertentu pula. Peluang ini yang sering disebut dengan indeks keandalan. Indeks keandalan sebagai fungsi waktu memiliki kisaran nilai mulai 0 (nol) hingga 1 (satu). Indeks keandalan bernilai 0 (nol) berarti bahwa bahwa pada waktu yang ditentukan, peluang gagal sistem adalah 100% (absolut gagal) dan indeks keandalan bernilai 1 (satu) berarti peluang kegagalan sistem adalah 0% atau peluang suksesnya adalah 100% (absolut sukses). Jika peluang sukses di simbolkan dengan P(s) dan peluang gagal disimbolkan dengan P(f), maka:
P(s) + P(f)=1..................................................................................................1–1
Perkembangan teknik atau metoda evaluasi keandalan pada awalnya digagas oleh industri penerbangan dan militer. Selanjutnya aplikasinya berkembang pesat hingga pada industri nuklir yang memang membutuhkan tingkat keandalan dan keselamatan yang tinggi dalam
operasinya, industri listrik dan transmisinya
untuk menjamin suplai energi listrik yang kontinyu, pabrik bahan kimia mengingat tingginya resiko jika kagagalan terjadi, industri transportasi serta industri-industri lainnya. Beberapa kecelakaan besar membuat pengembangan evaluasi keandalan dan penilaian resiko makin berperan dalam bidang rekayasa, diantaranya adalah
2
kecelakaan pesawat ulang-alik Callenger, kebocoran pada reaktor nuklir Chernobyl, black out suplai listrik di New York, radiasi akibat kecelakaan pabrik kimia bhopal, dsb. Saat ini, organisasi dunia sudah sedemikian responsif terhadap hal-hal yang menyangkut isu keselamatan, keamanan dan lingkungan. Setiap kejadian kecelakaan selalu direspon dengan peraturan baru yang dimaksudkan untuk menjamin agar kejadian serupa bisa di hindari. Kerap kali masyarakat memiliki kesulitan dalam membedakan bahaya dan resiko. Bahaya dapat dikelaskan berdasarkan tingkat dampak yang ditimbulkannya (severity) akan tetapi tidak memasukkan faktor peluang terjadinya sebagai pertimbangan. Sementara itu, resiko (risk) mempertimbangkan baik konsekuensi maupun peluang terjadinya kejadian tersebut. Dalam hal ini, teknik evaluasi keandalan dapat menjembatani kita dalam melakukan penilaian terhadap resiko, dengan menghubungkan antara konsekuensi dari sebuah kejadian dan peluangnya.
1.2
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
3
karena tidak akan menyebabkan kegagalan fungsi sistem dalam konteks nonrepairable systems. MOS itu sendiri dikelompokkan menjadi dua kelompok yakni: (1) 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. Gambar 1-1 berikut memberikan ilustrasi sistem ini. Misi dikatakan sukses jika waktu melakukan misi (TM) lebih kecil dari waktu kegagalannya (time to failure TF)
operasi
gagal TM
TF
waktu
Gambar 1.2-1 Mission Operated System (MOS) tanpa periode idle
(2) Sistem dimana terdapat periode idle diantara waktu dimana sistem dalam keadaan beroperasi. Seperti terlihat pada Gambar 1-2, sistem diharapkan berfungsi hingga waktu TM setelah periode idle TI . Dengan demikian sistem akan dapat gagal pada periode idle tersebut atau gagal pada saat 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
4
diijinkan. Kegagalan sistem bisa terjadi saat sistem idle ataupun saat sistem harus beroperasi namun gagal difungsikan.
operasi
idle
gagal TI
TM
TF
waktu
Gambar1.2-2 Mission Operated System (MOS) dengan periode idle
COS memiliki karakteristik bahwa sistem mengalami kondisi down dalam waktu yang relatif kecil jika dibandingkan dengan waktu operasinya. Pada saat down maka perbaikan (repair) atau penggantian komponen (replacement) dapat dilakukan dan penentuan dalam jadwal serta proses perbaikan ini menjadi sangat esensial dalam analisa. Sistem suplai listrik merupakan salah satu sistem dengan karakter seperti ini, dimana sistem memiliki peluang gagal beroperasi karena pengaruh cuaca buruk dan baru akan berfungsi kembali setelah proses perbaikan, seperti terlihat pada Gambar 1-3.
operasi
gagal waktu
Gambar1.2-3 Continuous Operated System (COS)
5
Kegagalan pada konteks keandalan rekayasa memiliki pengertian yang sedikit berbeda dengan kegagalan pada umumnya yang dipahami oleh masyarakat. Dalam konteks keandalan rekayasa, sistem dikatakan gagal jika tidak dapat menjalankan fungsinya sesuai dengan persyaratan diminta. Sebuah pompa dengan debit harapan sebesar 5 m3/jam dikatakan gagal jika hanya mampu mensuplai air pada debit 4 m3/jam saja. Kegagalan dalam konteks keandalan rekayasa juga tidak selalu dikotomis. Sistem jaringan pompa dikatakan 100% gagal jika seluruh pompa dari 4 pompa yang harus beroperasi secara paralel gagal beroperasi, dan dikatakan 50% gagal jika hanya 2 pompa saja yang beroperasi serta sebailknya 100% sukses jika semua pompa beroperasi normal. Dengan demikian pompa dikatakan gagal bukan hanya berarti bahwa pompa tersebut rusak dan tidak dapat dipergunakan sama sekali.
1.3
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.
6
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.
1.4
Definisi keandalan, indeks dan parameter keandalan
Berbagai literatur memberikan definisi yang beragam terhadap keandalan. Namun demikian, ada beberapa kesamaan di dalam definisi tersebut, khususnya
7
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. Penilaian kinerja sistem/komponen berdasarkan indeks keandalan ini tidak dapat didekati dengan pendekatan deterministik, namun lebih pada pendekatan stokastik mengingat indeks keandalan tersebut adalah fungsi dari waktu yang bersifat random. Namun demikian, penilaian terhadap proses stokastik inipun tidak cukup dilakukan hanya dengan mengetahui konsep probabilitas, namun lebih jauh lagi, penilaian keandalan sistem/komponen mewajibkan kita untuk mengetahui dengan jelas karakteristik kerja dari sistem/komponen yang akan dianalisa termasuk pola operasi, pola perawatan, pola kegagalan dan pengaruh kondisi operasi terhadap kinerja sistem/komponen tersebut. Hal ini bisa dilihat dari 5 parameter dari kenadalan yang disebutkan di atas. Hanya parameter peluang saja yang yang dalam konteks probability, sementara empat parameter lainnya adalah dalam konteks parameter rekayasa (engineering parameters). Karena
itu,
penilaian
keandalan
tidak
hanya
cukup
dilakukan
oleh
seorang/sekelompok orang ahli matematika atau statistika, namaun keterlibatan engineer, teknisi dan operator sistem mutlak diperlukan.
8
Kelima parameter yang dijelaskan diatas juga jelas sekali tercermin pada setiap ekspresi matematis keandalan. Sebagai contoh, salah satu ekspresi matematis dari indeks keandalan (jika waktu kegagalan terdistribusi eksponensial) adalah:
R(t ) = e − λ .t .................................................................................................1–2
Indeks keandalan sistem/komponen R(t) memiliki rentang nilai 0 sampai dengan 1 yang tidak lain adalah peluang sistem untuk tidak akan gagal. Sementara itu parameter kondisi operasi diwakili oleh nilai λ (laju kegagalan/failure rate) yang memiliki nilai yang berbeda (sekalipun pada komponen sejenis) tergantung pada kondisi operasi komponen tersebut. Indeks keandalan yang dijelaskan diatas bukanlah satu-satunya indeks keandalan yang umum digunakan dalam sistem rekayasa. Indeks lainnya adalah: (1) Jumlah harapan kegagalan dalam rentang waktu tertentu. (2) Waktu rata-rata diantara dua kegagalan. (3) Waktu rata-rata sistem tidak beroperasi karena perbaikan. (4) Besaran hilangnya pendapatan karena kegagalan sistem. (5) Besaran hilangnya output karena kegagalan sistem. (6) Dll. Seperti yang telah diuraikan diatas, penilaian terhadap kendalan bisa dengan pendekatan deterministik maupun probabilistik. Indikator kinerja sistem dan tingkat kinerja yang dapat diterima ditentukan secara deterministik (seperti terlihat pada Gambar 1-4. Selanjutnya, kedua nilai ini dibandingkan. Jika indikator kinerja Lp lebih rendah dari kinerja aktual Ls, atau dengan kata lain jika beban yang diterima sistem lebih rendah dari kekuatan sistem itu sendiri, maka sistem akan berfungsi sebagaimana mestinya. Kondisi ini tentunya terlalu menyederhanakan
masalah
karena
sebenarnya
beban
dan
kekuatan
penahannya adalah sangat bervariasi. Aplikasi teori probabilitas terhadap penilaian keandalan memungkinkan variasi hubungan antara probabilistik dan stokastik. Ada dua kondisi dalam konteks ini.
9
Kondisi pertama pada indikator kinerja terdapat variasi probabilistik akan tetapi level yang dapat diterima ditentukan secara deterministik, seperti terlihat pada Gambar 1-5. Indikator kinerja ditunjukkan oleh fungsi probabilitas Lp dan level yang dapat diterima ditunjukkan oleh Lc. Pada kasus ini, peluang kegagalan di tunjukkan oleh daerah arsiran. Jika Lp adalah beban pada struktur mekanis dan Lc adalah kekuatan struktur mekanis itu sendiri, maka daerah arsiran pertama (a) adalah daerah kegagalan dimana beban melebihi kekuatan.
Lp
Ls
Gambar 1.4-1 Deterministic Load/strength F(x) Lp
Lp
(b)
(a)
Lc
Lc
Gambar 1.4-2 Probabilistik Lp dan Deterministik Lc
F(x) Lc
Lp (a)
Lc
Lc
Gambar 1.4-3 Probabilitik Lp dan Lc
10
Sementara itu jika Lp adalah daya listrik yang dihasilkan oleh pembangkit dan Lc adalah beban yang harus disuplai, maka daerah arsiran pada gambar kedua (b) adalah daerah kegagalan. Konsep seperti terlihat pada Gambar 1-5 menjadi tidak sesuai jika baik beban maupun kekuatan tidak dapat ditentukan secara deterministik. Jika keduannya ditunjukkan oleh fungsi probabilitas seperti terlihat pada Gambar 1-6, maka daerah kegagalan akan terjadi pada arsiran antara kedua kurva. Dari ketiga gambar tersebut, ide dasarnya adalah mengurangi daerah kegagalan pada level tertentu yang sering disebut dengan kriteria akseptabilitas (criterion for accepatability) dengan cara menaikkan kekuatan atau dengan menurunkan beban. Kedua solusi ini akan masing-masing menimbulkan biaya dan pemilihan salah satu dari keduanya akan sangat tergantung pada pertimbangan ekonomi dan operasional.
1.5
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. Penejelasan matemati dari kedua terminologi tersebut akan disampaikan pada Bab III buku ini. Pada sub bab sebelumnya pengertian kenadalan telah disampaikan dengan jelas, termasuk lima parameter yang ada didalamnya. 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.
11
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. Dari penjelasan diatas terlihat bahwa tidak ada penilaian yang dapat berlaku universal. Beberapa penilaian yang lain adalah repairability dan maintainability, yang menunjukkan kemampuan atau peluang sistem untuk dapat dirawat atau diperbaiki.
1.6
Teknik-teknik Penilaian Keandalan (reliability)
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:
12
(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. Validitas hasil penilaian keandalan, dengan demikian akan sangat tergantung pada validitas model, validitas asumsi, ketepatan teknik yang dipergunakan serta, yang terpenting, kualitas dari input data yang dimasukkan ke model. Teknik penilaian keandalan secara matematis dan simulasi akan diuraikan pada Bab IV.
1.7
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
13
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.
Redundansi aktif
Redundansi standby
Gambar 1.7-1 Redundansi aktif dan redundansi standby
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
14
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. Karena itu, umumnya dilakukan secara reguler dalam interval tertentu. Beberapa studi kasus model perawatan preventif akan diberikan pada BAB V.
1.8
Penilaian Keandalan Pada Tahap Disain
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. Keterlibatan pertimbangan keandalan dalam tahap disain dapat dilihat pada Gambar 1-8. Proses pada gambar tersebut adalah iteratif, dimana review disain dilakukan beberapa kali sebelum sampai pada disain akhir. Tujuan disain system (system objectives) harus benar-benar dimengerti diawal, untuk menjamin ketepatan parameter disain dan spesifikasinya. Pada praktiknya, spesifkasi ini diterjemahkan oleh sekelompok orang yang diluar organisasi yang akan memproduksi, seperti keinginan konsumen dll. Kunci dari proses tersebut adalah review
diasain
dari
bermacam-macam
aspek
seperti
aspek
rekayasa,
pengalaman, manufaktur, konstruksi, ergonomi, operasi, dll. 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:
15
System Objectives
System design specifications
Feedback from operation
Standard
Design Checklist
Final Design Review
System design and development
Reliability prediction, failure mode, effect and criticallity analysis, maintainability analysis
Intermediate design Review
Gambar 1.8-1 Tahapan konseptual pada disain sistem
(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 mitigasinya.
1.9
permasalahan
potensial
yang
ada
dan
usaha
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. Komponen pada sistem dengan
16
tingkat keandalan yang baik akan lebih mahal dibandingkan dengan komponen sejenis yang memiliki tingkat keandalan dibawahnya, seperti terlihat pada Gambar 1-9. Namun, komponen dengan tingkat keandalan yang baik tentunya diharapkan lebih lama waktu operasinya atau lebih jarang gagal sehingga biaya perawatannya atau biaya downtime serta biaya yang muncul akibat sistem tidak beroperasi akan menjadi lebih rendah. Gambar 1-10 menunjukkan bahwa biaya total didapatkan dengan menjumlahkan biaya investasi dan biaya perawatan dan biaya terendah yang dihasilkannya bida dijadikan sebagai acuan dalam penetapan indeks keandalan optimum. Pertanyaan mendasar yang muncul berkaitan dengan faktor ekonomi ini adalah 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. Dari uraian diatas jelas bahwa keandalan dan faktor-faktor ekonomi merupakan pertimbangan yang terintegrasi satu sama lain di dalam proses pengambilan keputusan. Gambar 1-9 juga menunjukkan bahwa rasio tingkat pertambahan indeks keandalan terhadap tingkat pertambahan biaya investasinya (ΔR/ΔC) dapat dijadikan sebagai dasar dalam mengambil keputusan apakah investasi layak dilakukan untuk mendapatkan perbaikan unjuk kerja sistem. Analisa lebih jauh bisa dilakukan dengan membandingkan investasi yang dibutuhkan untuk mencapai tingkat perbaikan unjuk kerja (reliability cost) dengan keuntungan yang didapatkan oleh pemakai atau pelanggan (reliability worth).
Reliability, R
ΔR ΔC
Investment Cost
Gambar 1.9-1 Peningkatan biaya sebagai fungsi keandalan
17
Cost,
investasi
Biaya perawatan
Reliability Gambar 1-10 Hubungan investasi-biaya perawatan dan keandalan
1.10
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. Sumber-sumber tersebut antara lain adalah: Data handbook: (1) US MIL-HDBK 217 (2) HRD3 (British Telecom) (3) INSPEC DATA Book (IEE/UKAEA) (4) ANSI/IEEE STD 500 (5) USAF RADC Noneletronic parts handbook
18
(6) CNET (French PTT) data (7) NRPD, Nonelectronic Reliability Part Data Data bank: (1) SRS (AEA Technolgy) data bank (2) OREDA (Det Norske Veritas) offshore data bank (3) CEA (Canadian Electrical Association) generation/transmission data bank (4) NERC-GADS (North American Electricity Reliability Council) generation data
19
