Digital Prototyping

Dalam dunia industri, untuk membuat atau mendesain suatu produk (baik produk baru atau peningkatan performa produk yang sudah ada), sering kali dibuat model tiruan produk yang akan dibuat untuk melihat performa produk tersebut kemudian dapat dilakukan penilaian dan perbaikan dari kekurangan yang diamati. Hal ini tentunya dilakukan untuk mengantisipasi kerugian yang dapat diderita oleh perusahaan ketika produk tersebut sudah di produksi secara massal dan baru ditemukan cacat desain.

Prototype yang paling umum digunakan adalah menggunakan model fisik skala penuh. Misalkan suatu perusahaan akan memproduksi komponen mesin yaitu baut. Pembuatan prototype fisik baut ini tidaklah terlalu mahal dibandingkan dengan biaya produksi massal yang akan dilakukan perusahaan, sehingga pemilihan prototype fisik merupakan pilihan yang realistis dalam kasus ini:

failed bolt

Namun, bagaimana jika yang akan diproduksi perusahaan tersebut adalah sebuah mesin yang sangat besar yang membutuhkan biaya sangat besar untuk membuat modelnya? atau bagaimana jika perusahaan tersebut akan memproduksi sebuah pesawat terbang atau mobil balap? Tentu saja pembuatan prototype fisik langsung sangatlah memakan biaya bahkan sangat beresiko bagi nyawa jika terjadi kecelakaan. Solusi dari kasus seperti ini yang menjadi trend adalah menggunakan model skala (Untuk kasus pesawat terbang baca Wind tunnel) atau menggunakan pengujian komputer.

Metode pengujian model produk menggunakan bantuan program komputer inilah yang dikenal dengan istilah digital prototyping. Pada kasus diatas, dengan bantuan program komputer kita dapat menganilis setiap detail fenomena (baik aerodinamika, struktur, gerakan dll.) dengan mudah dan tentu saja sangat murah dibandingkan dengan membuat model skala penuh maupun model wind tunnel. Perhatikan contoh gambar hasil CFD (Computational Fluid Dynamics) dibawah ini:

Gambar diatas adalah contoh proses digital prototyping yang dilakukan untuk menganallisa desain pesawat tempur. Dengan program komputer, dapat dihitung dengan mudah gaya angkat (lift), drag dan moment yang dihasilkan oleh suatu object. Kemudahan dalam menghitung gaya-gaya ini tentu saja membuat kita dengan mudah mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi gaya-gaya tersebut, misalkan dengan merubah bentuk atau ukuran body maupun spoiler. Hal ini sangat mudah dan tentu saja ekonomis jika dilakukan menggunakan program komputer. untuk mempelajari selengkapnya tentang CFD klik di sini.

Namun, coba anda bayangkan jika membandingkan variasi bentuk sayap, ekor, canard maupun fuselage tersebut dilakukan dengan membuat model fisik masing-masing satu unit, pasti biayanya akan sangat besar !

Kembali lagi ke gambar diatas. Dapat diamati bahwa terjadi pusaran aliran udara yang melilit diatas sayap hingga pada suatu panjang tertentu lilitan pusaran udara tersebut menjadi pecah. Fenomena lilitan pusaran udara ini disebut garis vortex core. Menggunakan pengujian fisik, fenomena ini akan sulit untuk diamati karena sangat sensitif dan pengambilan data dari fenomena ini (misalkan melihat kecepatan atau tekanan pada pusaran tersebut) sangatlah sulit atau bahkan tidak mungkin dilakukan. Namun hal ini dapat dilakukan dengan mudah menggunakan metode digital prototyping.

Contoh kasus lain yang cukup penting adalah melakukan analisis produk yang sudah ada. Misalkan suatu perusahaan membuat mesin dengan komponen crankshaft. Desainer memprediksi bahwa komponn tersebut tidak akan patah, namun yang terjadi di lapangan komponen tersebut patah dan tidak dapat diketahui penyebabnya dengan jelas. Solusi dari kasus seperti ini salah satunya adalah menggunakan bantuan komputer. Berikut ini adalah hasil simulasi menggunakan sotfware FEA (Finite Element Analysis) untuk kasus diatas:

Dari hasil simulasi di atas, dapat terlihat daerah-daerah mana yang memiliki tegangan yang tinggi pada kondisi beban-beban tertentu, sehingga proses pengambilan keputusan desain menjadi lebih terarah.

Selain analisa-analisa fisik diatas, kelebihan yang sangat terasa manfaatnya dari digital prototyping dalam dunia industri adalah fleksibilitasnya dalam melakukan penyesuaian ukuran dan hal ini sangatlah krusial untuk desain yang terdiri dari banyak komponen dan perlu dirakit menjadi satu. Dengan bantuan komputer, kita dapat dengan mudah membuat model 3D dan merubah-rubah ukuran dan tata letaknya tanpa kerugian biaya sedikitpun sekaligus mendesain tampilan atau estetika dari model yang akan kita buat. Contoh kasus adalah desain mesin conveyor dibawah ini:

gambar2

Mesin diatas terdiri dari komponen yang sangat banyak (conveyor, motor, gear, rantai, bearing, poros, mur, baut dll.) dan saling terkait ukuranya satu sama lain. Perencanaan menggunakan sketsa kertas dan pensil akan cukup sulit dan lama dilakukan karena interaksi antar komponen tersebut adalah 3 dimensi. Selain membantu proses penentuan tata letak, software-software digital prototyping saat ini dilengkapi fitur untuk membuat gambar teknik (gambar produksi) dari gambar 3D yang sudah dibuat sehingga mempermudah proses produksi.

drawing_1

Untuk mempelajari selengkapnya tentang digital prototyping dan industri 4.0, klik di sini

By Caesar Wiratama

aeroengineering.co.id merupakan jasa layanan dibawah CV. Markom dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.