PERTIMBANGAN EKONOMI DALAM PERANCANGAN MESIN Dr. Muhammad Kusumawan Herliansyah, ST. MT. Jurusan Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta 2010

PENDAHULUAN Bahan teknik dibagi 2 kelompok berdasar cost/biaya: Dalam industri rekayasa, biaya bahan sekitar 30% - 70% dari nilai produksi Bahan teknik dibagi 2 kelompok berdasar cost/biaya: Bahan Umum (Biasa digunakan)  diproduksi secara massal (Cost effective large scale processes) Contoh: Baja karbon, Polyethylene

PENDAHULUAN Bahan dengan perilaku khusus  untuk keperluan khusus  jauh lebih mahal. Contoh: Super alloys, silicones

Ni Based Super Alloy

Select the least expensive alternative out of the candidate materials in Table 8.1 for making suspension member in a cable car system. The member is 1 m long and expected to carry a tensile load of 50 kN without yielding E x a m p l e Tabel 8.1. Candidate materials for suspension member Material YS (MPa) Specific Gravity Relative Cost Cross sectional area (mm2) Relative cost of member AISI 1015 AISI 1040 AISI 4820 Brass 329 380 492 532 7.8 8.5 1 1.1 1.8 7 152 132 102 94 0.95 1.2 4.2

Solution: Cross sectional area diperoleh dengan membagi load dengan material strength Selanjutnya dapat diperhitungkan volume dan berat dari material. Cost dari member dari material yang berbeda diperhitungkan secara relative terhadap AISI 1015 Tabel 8.1 menunjukkan, walaupun cost AISI 1040 sedikit lebih tinggi dari pada AISI 1015 tetapi strength yang lebih tinggi dan cross sectional area yang lebih kecil memberikan hasil keseluruhan cost yang lebih rendah. Harga AISI 4820 dan Brass yang lebih tinggi tidak diikuti oleh strength yang lebih tinggi sehingga tidak dipilih.

A large number of bolts are to be machined on a high – speed turret lathe. Compare the economics of manufacturing the bolts from AISI 1112 steel, cartridge brass, and 2014 aluminum. The dimension of the bolt are such that it will need 10 cm3 of the stock materials for its manufactures, the differences in material utilization due to differences in stock sizes being ignored. Table 8.2 gives the character of the different materials and the estimated cost of manufacture. E x a m p l e Tabel 8.2. Characteristic and estimated cost of manufacture of some materials AISI 112 steel Cartridge brass 2014 aluminum Cost of stock material ($/kg) Machinability index Density of material (g/cm3) Weight of material required (g) Cost of material required ($) Number of machined bolts per hour Labor and overhead rate ($/h) Labor cost per bolt ($) Cost of material and labor ($) 0.6 100 7.8 78 0.047 32 15.00 0.29 0.337 4.2 200 8.5 85 0.36 0.18 0.54 3.6 400 2.8 28 0.10 90 0.17 0.27

Solution: Contoh kedua menunjukkan kasus dimana pembuatan produk memerlukan proses pemesinan dalam jumlah besar. Perhitungan dalam Tabel 8.2 menunjukkan bahwa material aluminium yang memiliki kemampuan mesin yang superior bila dibandingkan dengan steel. Hal itu menjadikan bolt dari aluminium lebih murah bila dibandingkan bolt dari steel Dalam kasus tersebut, dipandang lebih ekonomis untuk memilih material yang lebih mahal namun memiliki kemampuan pemesinan yang lebih baik dari pada memilih material yang murah tapi dulit dikerjakan dengan mesin

Solution: Dimensi dan bentuk dari stock material dapat mempengaruhi jumlah scrap yang dihasilkan. Sebagai konsekuensinya final cost dari produk yang dihasilkan juga akan terpengaruh. Hal itu berarti kemungkinan mengolah kembali scrap material juga merupakan satu hal yang dapat mempengaruhi besarnya biaya produk terlebih lagi bila menggunakan material yang mahal.

ELEMEN-ELEMEN DALAM BIAYA BAHAN (COST OF MATERIALS) Cost of ORE Preparation (biji logam) Biaya pada penambangan ORE Tergantung pada: Lokasi penambangan: TRANSPORT Metode Penambangan Biaya pada pemanfaatan ORE Konsentrasi bahan yang diperlukan dari ORE Tingkat kompleksitas mineral Meliputi

Cont’ Contoh: Pada tambang bijih besi, mengandung: 50 – 65% Fe juga murah karena biasanya pada tambang terbuka Tembaga  konsentrasi rendah: 1 – 1,5% Emas  konsentrasi rendah: 0,0001 – 0,001

Build-up of material cost with the progress of manufacturing processes from ore to finished product [Farag, 1997]

Cont’ Cost of extraction from the ORE Cost of Purity and Alloying Meliputi : - Power (electric power) Bahan-bahan lain untuk ekstraksi Cost of Purity and Alloying Tingkat kemurnian bahan sangat berpengaruh Contoh : Kemurnian dari 99,5% 99,9%: biaya double Untuk Alloy  kompleksitas dari Alloy

Cont’ Cost of conversion to semifinished product Biaya untuk proses sampai produk setengah jadi yang siap diantar ke industri manufaktur Contoh: Casting, forging, rolling Komponen utama biaya: tenaga kerja, energy, overheads, material losses Cost of conversion to finished products Biaya dari produk setengah jadi ke produk jadi yang siap diantar ke user (pengguna) Contoh: Pressing, machining, surface finishing, assembly, packaging

Cost Analysis Cast Iron Foundry Item Cost ($/casting) Percentage of Total cost Metal (weight of casting 15 kg (33 lb), 55% yield, 112% scrap, sprue Mold and core Clean and sort Heat treat Hand tool finish and grind Inspect Ship Total direct cost Overhead and administration 4.40 1.80 0.53 0.96 1.30 0.12 0.05 $ 8.76 $ 3.50 $ 12.26 35.9 14.7 4.3 4.5 10.6 1.0 0.4 71.4 28.6 100.0

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI HARGA BAHAN Inflasi dan fluktuasi harga Supply and demand Besarnya pesanan (volume pesanan) Ukuran-ukuran dan grade-grade standard Inventory costs Cost extras for special quality Lokasi geographis

COMPARISON OF MATERIALS ON COST BASIS Banyak bahan teknik dijual berdasarkan harga per satuan berat Gambar di bawah menunjukkan perbandingan beberapa bahan teknik yang dijual berdasar berat. Harga tersebut dibuat relative terhadap harga hot-rolled low carbon steel sheet (yang diberi harga 1)

Harga Per Satuan Volume

VALUE ANALYSIS OF MATERIAL PROPERTIES  analisa fungsi komponen dan harga Dalam memilih bahan/komponen untuk suatu keperluan dengan harga murah: Pilih bahan paling murah Pilih bahan yang lebih mahal tapi tahap-tahap/proses manufaktur yang simple/sederhana Misal: stainless steel (mengandung Mn), misal: 201, 202, 203, 216 lebih murah dari pada tipe 3xx (karena mengandung Ni)

ECONOMIC OF MATERIAL UTILIZATION Penggunaan bahan secara efektif Penggunaan bahan yang paling murah dan memenuhi sifat-sifat yang diperlukan. Menggunakan ukuran dan grade standard Mengurangi jumlah scrap (sisa). Material utilization factor (faktor penggunaan bahan) yaitu m

biaya scrap Cs, sebagai hasil dari proses manufaktur untuk N komponen: W = berat komponen Cw = cost of stock material per unit weight

Gambar di atas menunjukkan pengaruh pemotongan bahan terhadap pemanfaatan bahan

COMPETITION IN THE MATERIAL FIELDS Faktor-faktor yang mempengaruhi : Legislation Cost saving Superior performance Contoh kompetisi material dalam pembuatan beverage can Yang dibuat dari aluminium (kanan); steel (tengah) dan plastik (kiri)

MANUFACTURING TIME Set up Time Waktu yang diperlukan untuk mempersiapkan suatu operasi/proses termasuk menyiapkan tools dan mesin dilaksanakan sekali untuk setiap jenis komponen/part misal: set up time 45 menit produksi 10 komponen  biaya per komponen-4,5 menit produksi 90 komponen  biaya set up time per komponen 0,5 menit Operator or Handling Time Waktu yang diperlukan operator untuk loading dan unloading part, manipulating machine and tools, measurement during each cycle of the operation

Cont’ Machine Time Down or Lost Time Waktu setiap siklus operasi ketika mesin bekerja Down or Lost Time Waktu hilang yang tidak dapat dihindari oleh operator karena break down, menunggu tools dan bahan