PROSES MANUFAKTUR

Gunakan Teknologi untuk Mencapai Efisiensi

0
106
Mengoptimalisasikan tahapan-tahapan gerakan robot-robot mengurangi konsumsi energi. Sumber foto/@: MEV)

Manufaktur otomotif mampu memangkas biaya di dalam rantai proses manufakturing kereta listrik  sebesar 21 persen. Badan mobil pun dapat dikerjakan robot-robot untuk menghemat 35 persen energy, dan penggunaan teknologi  bionik pada  alat-alat mesin menghasilkan efisiensi.

Mengoptimalisasikan tahapan-tahapan gerakan robot-robot mengurangi konsumsi energi. Sumber foto/@: MEV)
Mengoptimalisasikan tahapan-tahapan gerakan robot-robot mengurangi konsumsi energi. Sumber foto/@: MEV)

Tantangan yang sedang dihadapi oleh dunia industri adalah bagaimana memperkecil pengeluaran seiring perkembangan zaman. Sejalan dengan peningkatan biaya secara terus-menerus untuk energi dan bahan mentah, hanya perusahaan-perusahaan yang menggunakan teknologi-teknologi ini secara efisienlah yang akan mampu mempertahankan suatu posisi yang kuat di pasar. Berbagai teknologi dan pendekatan yang baru sedang dikembangkan untuk sungguh-sungguh dapat membantu mengurangi konsumsi sumber daya-sumber daya.

Menurut sebuah penelitian yang dilakukan oleh Cologne Institute for Economic Research tentang kualitas kota-kota industri  di Jerman.Tahun-tahun belakangan, banyak negara berusaha mengembangkan sektor jasa dan keuangan, Jerman justru melanjutkan konsentrasi terhadap kekuatan tradisionalnya sebagai suatu manufaktur produk-produk industri dan alat-alat mesin berkualitas tinggi. Setelah 15 tahun, industri di Jerman tidak hanya berdiri dengan kokoh, tetapi juga mampu bergerak maju berkaitan dengan pertambahan nilainya. Pada tahun 2011, produksi industri tercatat berada pada kisaran 23 persen dari nilai produksi yang dihasilkan oleh Jerman. Sebagai perbandingan di dalam konteks ini, kontribusi industri di Italia pada periode yang sama adalah 16 persen, Spanyol mencapai 13 persen, sedangkan Perancis dan Inggris mencapai 10 persen.

Advertisement

Jerman demikian berniat  tinggi untuk mengembangkan industri dan merupakan kunci kekuatan perekonomiannya meski  lemah atas sumber daya alam—merupakan tantangan tersendiri bagi masa depan negara ini.

Sumber daya kritis seperti aluminium, bijih besi, tembaga, nikel, zinc, minyak mentah, gas alam, barang-barang tambang yang langka, emas, dan platina harus diimpor , dan pada tahun-tahun terakhir  terjadi suatu lonjakan yang besar di dalam harga-harga komoditas. Industrialisasi maju dari perekonomian-perekonomian yang sedang tumbuh, khususnya negara-negara di dalam BRIC, yaitu Brasil, Rusia, India dan Tiongkok  telah meningkatkan permintaannya akan bahan-bahan dan energi secara besar-besaran.

Uni Eropa sedang memperbaharui usaha-usahanya untuk mengembangkan “perekonomian yang lama”. Pada tahun 2020, masing-masing negara yang tergabung di dalam UE menargetkan pencapaian sebesar 20 persen dari GDP melalui perindustriannya. Pada saat yang sama populasi dunia juga bertambah. Pada masa depan akan lebih banyak orang yang harus bekerja dengan sumber  daya yang terbatas. Perkembangan-perkembangan itu tentu saja mengakibatkan berkurangnya pasokan, kenaikan harga, dan konflik-konflik yang disebabkan oleh cara pendistribusian sumber daya.

Bahan baku mentah untuk otomotif. (Sumber foto/@: MEV, Fraunhifer)
Bahan baku mentah untuk otomotif. (Sumber foto/@: MEV, Fraunhifer)

Situasi seperti ini secara keseluruhan juga tidak terhindarkan bagi perekonomian Jerman. Sampai saat ini, di dalam berbagai sektor biaya-biaya bahan dan energi merupakan komponen utama dalam penentuan harga produk akhir. Misalnya industri manufakturing, bahan-bahan mengambil bagian hingga melebihi 43 persen dari biaya produksi. Menurut Biro Statistik Federal Jerman, biaya ketenagakerjaan saja hanya menghabiskan sebesar 20,5 persen. Pada sektor-sektor yang intensif akan bahan, seperti pada manufaktur untuk logam dasar dan pada industri otomotif, bahan-bahan secara jelas menghabiskan lebih dari setengah harga jual kotor.

Menciptakan nilai maksimal dengan sumber daya minimal

“Meminimalisir konsumsi energi dan bahan mentah menjadi faktor kompetitif yang menentukan pada tahun-tahun yang akan datang. Efisiensi sumber daya adalah satu-satunya jalan bagi para pengusaha pabrik untuk keluar dari biaya-biaya yang memusingkan,” kata Presiden Fraunhofer-Gessellschaft Profesor Reimund Neugebauer.

“Di masa depan, kita diharuskan untuk memperkecil pengeluaran seiring perkembangan zaman. Keharusan ini akan menjadi kehilangan yang mendasar dari upaya untuk memperoleh keuntungan yang maksimal dengan menggunakan modal investasi yang minimal, untuk mencapai pertambahan nilai yang maksimal dari sumber daya yang minimal, dibarengi dengan keuntungan terbaik yang mungkin untuk dicapai.”

Beberapa penelitian Fraunhofer memperlihatkan potensi bagi perusahaan-perusahaan untuk meningkatkan efisiensi energi. Salah satu penelitian yang berjudul “Efisiensi energi di dalam lingkungan produksi” memperlihatkan bahwa di dalam jangka waktu menengah ada celah untuk mengurangi konsumsi energi pada sektor manufaktur industri hingga mencapai 30 persen. Dengan menjumlahkan pembagian kelompok produk yang digunakan pada penelitian ini, maka jumlahnya setara dengan setengah dari total konsumsi energi untuk rumah tangga di Jerman, atau setara dengan energi yang dihasilkan oleh empat pembangkit listrik bertenaga 1,4 gigawatt.

Sebuah penelitian gabungan dari Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research ISI di Karlsruhe, Arthur D. Little GmbH, dan Wuppertal Institute menunjukkan bahwa pengurangan konsumsi dari bahan-bahan mentah sebesar paling sedikitnya 7 persen akan menghasilkan suatu penghematan sebesar 48 miliar euro setiap tahun. Konsultan Strategis Roland Berger juga mengidentifikasi adanya potensi yang besar untuk peningkatan efisiensi energi. Penelitian Berger terhadap peningkatan efisiensi energi di dalam industri-industri yang intensif akan energi menjelaskan bahwa penggunaan teknologi-teknologi yang baru akan cukup untuk memangkas konsumsi energi hingga setengah bagian.

Bahan baku. (Sumber foto/@: MEV, Fraunhofer)
Bahan baku. (Sumber foto/@: MEV, Fraunhofer)

Bagaimana produksi yang hemat sumber daya tercapai? Teknik-teknik baru manufakturing yang mana yang diperlukan untuk konservasi listrik dan bahan-bahan? Para peneliti Fraunhofer terus menyelesaikan sejumlah proyek penelitian dan pengembangan untuk menemukan solusi bagi pertanyaan tadi. Titik kunci untuk mengawalinya adalah optimalisasi efisiensi produksi dengan menghindari dihasilkannya limbah dan mengurangi kebutuhan akan pengerjaan ulang ketika proses-proses pengembangan dan proses pengurangan sedang berjalan.

Di dalam industri otomotif misalnya, hingga 40 persen dari masing-masing lembaran baja akan dikembalikan lagi kepada bagian pengolahan ulang. Dengan menggunakan energi sebesar 21 megajoule untuk pengolahan pada tahap awal dari bahan-bahan dan lembaran-lembaran yang hampir selesai tersebut, maka prosedur ini secara jelas menggambarkan suatu pemborosan energi. Melakukan suatu proses perancangan produk yang tepat dengan berorientasi kepada efisiensi adalah sebuah prasyarat untuk manajemen sumber daya yang efektif. Kita harus berterima kasih kepada sejumlah peralatan untuk pengembangan bahan-bahan dan produk-produk  yang memungkinkan untuk merancang dan menguji proses, bentuk, tampilan, dan karakteristik kinerja manufakturing yang lainnya untuk produk-produk baru.

Mengurangi konsumsi energi pada manufaktur kendaraan

Inovasi dari perkumpulan bernama Green Carbody Technologies (InnoCaT) ditujukan untuk mengurangi jumlah energi yang dikonsumsi di dalam manufaktur badan kendaraan dan mengurangi level konsumsi yang terakhir akan bahan mentah sebesar sepertiga bagian yang ada saat ini. Total anggaran penelitian dari seluruh perusahaan yang berpartisipasi adalah sekitar 100 juta euro. Kementerian Federal Jerman untuk Pendidikan dan Penelitian mendanai perkumpulan tersebut dengan sumbangan sebesar 15 juta euro. Bersama dengan Volkswagen AG, Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU di Chemnitz memandu suatu kerja sama dengan para pembuat kendaraan bermotor, para penyuplai komponen, dan para pengusaha pabrik di dalam bidang industri otomotif.

Pengurangan konsumsi bahan-bahan mentah paling sedikitnya 7 persen di dalam industri produksi akan menghasilkan sebuah penghematan sebesar 48 miliar euro setiap tahunnya. (Sumber foto/@: MEV, Fraunhofer)
Pengurangan konsumsi bahan-bahan mentah paling sedikitnya 7 persen di dalam industri produksi akan menghasilkan sebuah penghematan sebesar 48 miliar euro setiap tahunnya. (Sumber foto/@: MEV, Fraunhofer)

“Kita disibukkan dengan peningkatan efisiensi energi dan mendapatkan lebih banyak tambahan material untuk digunakan, sementara pembuangannya sendiri juga lebih rendah. Hal-hal yang harus dilakukan di dalam keseluruhan rantai proses adalah mulai dari lembaran-lembaran yang hampir diselesaikan, alat-alat mesin dan bagian pengepresan, hingga selesai semua pekerjaan untuk manufaktur badan kendaraan dan diakhiri dengan pengecatan,” kata Dr.-Ing.Welf-Guntram Drossel Direktur IWU. Tiga lembaga Fraunhofer Institutes yakni IWU—Fraunhofer  Institutes for Production Technology IPT dan Manufacturing Engineering and Automation IPA. Hasil-hasil awalnya menunjukkan bahwa untuk membentuk mesin-mesin, memungkinkan untuk tercapainya suatu penghematan energi hingga 60 persen pada setiap bagiannya dengan menggunakan solusi-solusi kemudi alternatif untuk tahapan penggambaran rancangannya.

Dari suatu pemahaman ekonomis dan ekologis, penting juga untuk menganalisis bahan-bahan mentah, tambahan dan hasil kerja. Di bawah label Eco2 Optimization, Fraunhofer IPT mengembangkan seperangkat peralatan yang menggunakan identifikasi sistematis dan optimalisasi untuk efisiensi pemadatan di dalam suatu rantai proses tertentu. Dengan mengoptimalisasikan spesifikasi di dalam rancangan proses tersebut, salah satu pemimpin di bidang manufaktur otomotif telah mampu memangkas biaya di dalam rantai proses manufakturing kereta listrik  sebesar 21 persen tanpa harus berinvestasi secara besar-besaran di dalam fasilitas-fasilitas manufakturing yang baru.

Energi bisa juga dihemat dengan mengoptimalisasikan otomatisasi. Setiap badan mobil yang diproduksi telah dikerjakan oleh ratusan robot, dan tahapan-tahapan pergerakannya dikembangkan agar jumlah listrik yang dikonsumsi menjadi lebih rendah. Suatu contoh yang penting dari pekerjaan robot ini adalah tugas untuk memindahkan suatu bagian dari A ke B, yang sampai sekarang masih cenderung dilakukan dengan gerakan-gerakan yang kaku, sehingga bisa berhenti secara teratur di sepanjang alurnya. Dengan diprogram menjadi lebih lentur, mencakup skema gerakan yang tidak terputus, maka konsumsi energi bisa turun hingga sebesar 35 persen.

Sebuah langkah penting yang lainnya untuk menghemat energi adalah dengan membawa konstruksi berbobot ringan dan teknologi bionik kepada dunia alat-alat mesin. Semakin dinamis suatu mesin, maka semakin besar potensi untuk konstruksi dengan bobot yang ringan, sehingga secara khusus akan tepat untuk mesin-mesin dengan siklus akselerasi yang tinggi. Mengoptimalisasikan beragam komponen peralatan yang berbeda-beda menghasilkan suatu penghematan energi sebesar 20 persen yang mungkin dari seluruh proses pekerjaannya.

Baca juga :   Potensi Bisnis Infrastruktur Gas dan LNG US$48 Miliar

Penting juga untuk menganalisis aliran-aliran energi di dalam pabrik agar dapat mencapai hasil yang optimal melalui pemakaian energi. Langkah ini disebut manajemen energi total. Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA di Stuttgart telah mengembangkan beragam konsep yang dirancang untuk mengidentifikasi dan mengoptimalisasikan aliran-aliran energi utama dan para pengguna yang relevan. Banyak proses produksi yang menghasilkan panas pada bagian yang satu, membuangnya kepada lingkungan sekitar, sehingga membutuhkan adanya panas pada bagian yang lainnya. Gagasan-gagasan yang baru tentang bagaimana menyimpan dan merubah energi adalah aspek yang lain dari manajemen energi yang sistematis.

Selain untuk mengoptimalisasikan konsumsi energi, kriteria biaya yang relevan lainnya adalah perhitungan waktu pengoperasian secara menyeluruh. Puncak pengisian muatan yang tidak terjadwal bisa menghasilkan biaya hingga 180 euro per kilowatt. Kriteria ini telah mendorong para pakar di Fraunhofer IPT untuk mengembangkan model-model sistem manajemen energi individual bagi industri. Sistem ini bertujuan untuk memberikan suatu rangkuman yang jelas dari puncak-puncak pemakaian dan pengisian, untuk mengidentifikasi ukuran-ukuran efisiensi yang sesuai. Solusi-solusi yang sederhana sering merupakan semua yang disyaratkan, misalnya saja biaya-biaya yang lebih rendah dengan mengimplementasikan sebuah penyesuaian yang sistematis pada mesin di saat permulaan pada masing-masing bagian pekerjaannya.

Bahan-bahan mentah yang dapat diperbaharui seperti kayu dirancang untuk menggantikan minyak sebagai bahan bakar untuk manufakturing bahan-bahan kimia. (Sumber foto/@: MEV)
Bahan-bahan mentah yang dapat diperbaharui seperti kayu dirancang untuk menggantikan minyak sebagai bahan bakar untuk manufakturing bahan-bahan kimia. (Sumber foto/@: MEV)

Proses manufakturing yang baru

Proses-proses manufakturing yang baru menyebabkan pertambahan produksi dengan pengurangan material menjadi mungkin. Pembaharuan ini termasuk penggantian metode-metode produksi berbasis pemotongan dengan proses-proses pembentukan, sehingga lebih menghemat bahan, energi dan waktu. Misalnya perputaran gir-gir berlubang yang dingin untuk sistem persneling, yang dapat mengurangi kebutuhan material hingga sepertiga bagian dan memangkas waktu manufakturing hingga setengahnya. Selain itu, satu kilogram barang-barang jadi yang dihasilkan dengan menggunakan teknik-teknik pembentukan dapat mengurangi kebutuhan energi hingga sepertiganya ketimbang barang-barang jadi dengan jumlah yang sama dihasilkan dengan pemotongan. Membentuk perabot dengan tekanan tinggi sungguh efisien, misalnya saja dengan membentuk logam menggunakan tekanan hidrostatis, yaitu memproduksi dengan suatu corong yang berlubang, yang dapat lebih menghemat material sebesar 30 persen.

Kelompok Freudenberg menggunakan suatu penggabungan dari teknik-teknik pembentukan dan pengelasan untuk manufaktur cincin-cincin penyegel, bukan dengan melubangi cincin-cincin tersebut. Ada banyak keuntungan dari teknik ini, yang dikenal juga dengan singkatan SUL (disingkat dari istilah Bahasa Jerman Schmalband-Umform-Laserschweißen). Teknik ini mengurangi limbah yang dihasilkan oleh teknik-teknik pelubangan, yang rata-rata mengurangi jumlah material yang dibutuhkan mencapai 73 persen. Suatu fasilitas tunggal SUL memberikan sebuah penghematan sebesar 1800 ton baja setiap tahun sehingga mengurangi emisi CO2 hingga sebesar 2700 ton.

Menggantikan manufakturing galvanis dengan metode-metode yang berbasis laser secara drastis menurunkan jumlah material yang dibutuhkan. Sebuah contoh untuk membuktikannya adalah penghantar-penghantar berbahan emas yang digunakan pada baterai-baterai untuk komputer laptop, telepon seluler atau mobil. Hingga saat ini, kumparan listrik telah digunakan untuk melapisi keseluruhan permukaan emas. Suatu metode baru yang berbasis laser mengelas titik-titik penghantar listrik pada emas yang sangat kecil tanpa menutupi seluruh lapisannya, sehingga menurunkan jumlah emas yang dibutuhkan sampai 90 persennya. Metode ini ditemukan oleh para peneliti pada Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT di Aachen.

Teknologi-teknologi informasi dan komunikasi juga bisa membantu konservasi sumber daya. Para pakar dari Fraunhofer Institute for Algorithms and Scientific Computing SCAI di Sankt Augustin telah mengembangkan sebuah software sebagai solusi untuk mengoptimalisasikan penggunaan bahan dan ruang. Solusi ini sekarang telah digunakan oleh lebih dari 7000 perusahaan di seluruh dunia. Aplikasi yang paling terkenal antara lain AutoNester—pengaturan optimalisasi otomatis pada disain-disain tekstil, kulit, bahan-bahan logam dan kayu—serta  PackAssistant (untuk optimalisasi penggunaan dari ruang wadah). Sumbangan penting dari software ini adalah untuk bagian-bagian yang dipotong dari logam, kayu atau kulit yang menurunkan jumlah limbah material sebanyak 30 persen.

Manufakturing bahan aditif juga sungguh hemat material. Manufaktur produk-produk dari lapisan-lapisan bubuk secara langsung membentuknya berdasarkan data rancangan. Manufakturing bahan aditif tidak hanya membutuhkan peralatan-peralatan khusus tetapi juga cetakan-cetakan, sehingga keuntungan yang diberikannya adalah hampir tidak adanya limbah karena bubuk yang sisa bisa digunakan lagi dengan mudah. Fraunhofer Additive Manufacturing Alliance saat ini sedang bekerja untuk menciptakan bahan-bahan dan metode-metode baru yang menjadikan manufakturing bahan aditif dapat digunakan dengan layak bagi industri.

 

Memproduksi tanpa bahan-bahan mentah

Manufakturing yang hemat sumber daya menjadikan kita mampu untuk bekerja secara ekonomis ketika bahan-bahan mentah langka.  Para peneliti Fraunhofer sudah berpemikiran jauh ke depan. Tujuannya adalah agar bisa berproduksi tanpa memerlukan lagi bahan-bahan mentah yang murni, sehingga hanya menggunakan sumber-sumber daya yang kita konsumsi.

“Upaya ini mensyaratkan pendaur ulangan yang konsisten. Menggunakan bahan-bahan mentah terus-menerus dan mengembalikannya kepada aliran proses produksi bertujuan untuk menghemat sumber daya alam,” tegas Profesor Fritz Klocke Ketua Fraunhofer Group for Production.

Para peneliti baru saja menyelesaikan proyek Sesudah Hari Esok berjudul “Penyortiran Molekuler” yang berkaitan dengan bagaimana melakukan upaya ini. Mereka bekerja untuk menciptakan teknik-teknik baru untuk manufakturing di dalam aliran bahan-bahan dengan siklus yang tertutup. Fokusnya di sini adalah pada proses-proses baru untuk pemisahan bahan. Fraunhofer juga mendirikan Project Group for Materials Recycling and Resource Strategies IWKS di Alzenau dan Hanau.

Dengan bekerja bersama para pengusaha pabrik, para peneliti sedang berusaha untuk merancang dan merakit produk-produk dengan cara tertentu sehingga masing-masing komponen individual bisa berpotensi untuk digunakan kembali. Sebagai penyuplai bagi industri otomotif, Bosch telah memiliki berbagai keberhasilan dalam hal manufakturing ulang. Produksi ulang Bosch menggunakan mesin starter, generator, pompa pendingin udara, pendistribusi panas atau pompa penyuntik diesel, dan pada tahun 2010  telah menghasilkan 3,3 juta suku cadang untuk digunakan kembali.

Kemungkinan yang lainnya adalah dengan menggunakan kotoran organik dan sumber daya bermanfaat yang dapat diperbaharui. Jalan ini telah dipilih misalnya oleh Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes CBP di Leuna. Tanpa penggunaan bahan bakar minyak, mereka menggunakan kayu sebagai bahan bakar untuk plastik dan bahan kimia. Limbah kayu kemudian diurai ke dalam unsur lignin dan selulosa. Dengan berkolaborasi bersama dua belas mitra dari industri dan lembaga-lembaga penelitian, para peneliti di CBP telah mengembangkan sebuah teknik agar mereka bisa menggunakan material kayu sebanyak 80 hingga 90 persennya. Manufaktur produk-produk lainnya yang berbasis minyak secara tradisional juga bisa menggunakan sumber daya yang dapat diperbaharui. Para peneliti di Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV telah berhasil memanipulasi biopolimer-biopolimer di dalam air untuk membuatnya lebih kental, sehingga menjadi bisa digunakan sebagai oli. Oli pendingin yang bebas minyak dan bahan mineral sekarang telah siap digunakan di dalam industri pengolahan logam.

Ergonomis dan keamanan emisi

Orang-orang di Jerman saat ini hidup dan bekerja lebih lama dibandingkan dengan sebelumnya, yang menjadikan isu-isu tentang perlindungan kesehatan dan ergonomi di tempat kerja sebagai hal yang terpenting. Garis produksi di masa depan terbagi ke dalam tiga pilar, yaitu efisiensi, keamanan emisi-emisi, dan ergonomi. Tantangan utamanya adalah untuk menjadikan otonomi energi pada proses-proses produksi, sehingga garis-garis produksi mampu ditegakkan secara independen dari pasokan-pasokan energi eksternal sekurang-kurangnya untuk beberapa waktu. Garis yang sedemikian rupa itu saat ini sedang dirancang di IWU. Pada tahun 2013, organisasi penelitian tentang “produksi yang efisien sumber daya” diharapkan mulai meletakkan perkembangan dan kemajuan saat ini kepada pengujian yang berdasarkan pada kondisi-kondisi nyata pada organisasi.

“Penggunaan yang optimal akan sumber daya yang tersedia membuat organisasi di masa depan mampu untuk tetap bersaing secara meyakinkan,” tegas Presiden Fraunhofer Neugebauer. Inovasi-inovasi yang melahirkan efisiensi mengurangi kebutuhan Jerman untuk mengimpor bahan-bahan mentah dan energi, sehingga tidak hanya menguntungkan bagi industri, tetapi juga bagi keseluruhan perekonomian Jerman. (Diolah dari  Efficient manufacturing processes tulisan Birgit Niesing, Fraunhofer)

Incoming search terms:

Advertisement

Tulis Opini Anda