Volume  11  No.2 Juli 2019 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## ANALISIS KINEMATIKA PADA DESAIN ALAT BANTU PENINGKAT KETERAMPILAN JURU LAS SMAW
Wina Libyawati 1,* , Nafsan Upara 1 , Agri Suwandi 1
1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila, Srengseng Sawah Jagakarsa, Kode Pos *E-mail: wina@univpancasila.ac.id
Diterima: 15 Juli 2018 Direvisi: 27 Januari 2019 Disetujui: 30 Januari 2019

## ABSTRAK
Persaingan  tenaga  kerja  terampil  di  Indonesia  saat  ini  dipengaruhi  oleh  kebijakan  nasional  dan  internasional. Masyarakat Ekonomi  ASEAN dan Program Mewujudkan  Masyarakat Indonesia  yang Mandiri, Maju, Adil dan Makmur merupakan peluang sekaligus ancaman bagi tenaga kerja Indonesia dalam bersaing untuk memperoleh lapangan  perkerjaan  di  Negaranya  sendiri.  Indonesia  merupakan  koordinator  untuk  sektor  barang  otomotif dengan  fokus  kepada  program  pengembangan  kendaraan  angkutan  umum  murah  pedesaan  berbasis  komponen lokal.  Pengelasan  memegang  peranan  penting  dalam  industri  otomotif  seperti  dalam  penyambungan  plat  untuk body kendaraan dan penyambungan rangka untuk chassis kendaraan. Teknologi bantu digunakan untuk menjaga konsistensi kesejajaran antara pergerakan tangan juru las pemegang obor dengan sumbu alur pengelasan. Tulisan ini  akan  membahas  tentang  analisis  kinematika  dengan  menggunakan  metode  perhitungan  matematika  serta simulasi metode elemen hingga. Berdasarkan hasil kedua metode tersebut desain dapat dinyatakan aman dengan nilai  von  misses stress antara  23.63  MPa  hingga  27.57  MPa  dan  nilai  tersebut  masih  jauh  dibawah  nilai yield strength material Mild Steel sebesar 207 MPa.
Kata kunci: metode elemen hingga, simulasi, kinematika, desain alat bantu.

## ABSTRACT
The competition for skilled workers in Indonesia is currently influenced by national and international policies. The  ASEAN  Economic  Community  and  the  Realization  of  Self-Released,  Advanced,  Equal  and  Prosperous Indonesian Programs are both an opportunity and a threat to Indonesian workers in competing for jobs in their own countries. Indonesia is the coordinator for the automotive goods sector with a focus on the development of rural  low-cost  public  transportation  vehicles  based  on  local  components.  Welding  an  important  role  in  the automotive industry such as in plate grafting for vehicle body and splicing frames for  vehicle chassis. Assistive technology is used to keep the alignment consistency between the hand movements of the torch holders weld with the  welding  axis.  This  paper  will  discuss  kinematics  analysis  using  mathematical  calculation  method  and simulation of finite element method. Based on the results of both methods the design can be declared safe with the  value  of  von  misses  stress  between  23.63  MPa  to  27.57  MPa  and  the  value  is  still  below  of  Mild  Steel material yield strength of 207 MPa.
Keywords : finite element method, simulation, kinematics, tool design.

## PENDAHULUAN
Masyarakat  Ekonomi  ASEAN  (MEA)  atau secara global dikenal dengan ASEAN Economic Community (AEC), selanjutnya disebut dengan MEA,  adalah  kesepakatan  antar  beberapa Negara  di  wilayah  Asian  Tenggara  tentang peningkatan dan pengembangan bidang ekonomi  dan  bidang  terkait.  Penerapan  dari kerjasama  tersebut  tercantum  dalam Priority Integration  Sectors (PIS).  PIS  terdiri  dari 8(delapan)  sektor  barang,  yaitu  pertanian, otomotif, elektronik, perikanan, produk berbahan  dasar  karet,  tekstil  dan  pakaian, produk berbahan dasar kayu dan logistik; serta 4(empat)  sektor  jasa,  yaitu  perjalanan  melalui udara, e-ASEAN, perawatan kesehatan, pariwisata.  Indonesia  merupakan  koordinator untuk  2(dua)  sektor  barang  yaitu  otomotif  dan produk berbahan dasar kayu (AEC, 2015).
Indonesia  sebagai  anggota  MEA  telah  melihat kebebasan  penempatan  dan  pergerakan  tenaga trampil dan pebisnis sebagai kekuatan sekaligus  ancaman  dalam  mengembangkan perekonomian  Indonesia.  Antisipasi  MEA dilakukan Indonesia dengan menerapkan diantaranya  adalah:  program  Mewujudkan Masyarakat  Indonesia  yang  Mandiri,  Maju, Adil  dan  Makmur  (MP3I);program  penerapan SNI  (Standar  Nasional  Indonesia)  untuk produk  unggulan  yang  beredar  di  Indonesia; program  sertifikasi  halal  dan  HAKI;  pendirian Lembaga  Sertifikasi  Profesi  (LSP);  program skema pembiayaan dengan bunga rendah untuk UMKM.  Pendirian  LSP  disertifikasi  oleh Badan  Nasional  Sertifikasi  Profesi  (BNSP). Pengelasan Shield Metal Arc Welding
(SMAW)  merupakan  salah  satu  program pelatihan  yang  diselenggarakan  oleh  BNSP sesuai  dengan  Kerangka  Kualifikasi  Nasional Indonesia(KKNI)  mengacu  kepada  Peraturan Pemerintah  Nomor  31  Tahun  2006  tentang Sistem  Pelatihan  Kerja  Nasional.  Program pemerintah  khusus  untuk  mendukung  program MP3I    di  industri  otomotif  adalah  program pengembangan  kendaraan  angkutan  umum murah  pedesaan  berbasis  komponen  lokal. Pengelasan  diterapkan  dalam  industri  otomotif diantaranya  diterapkan  dalam  proses  perakitan body dan pembuatan chassis kendaraan.
SMAW  merupakan  dasar  dari  seluruh  proses pengelasan. Sertifikat untuk pengelasan SMAW terdiri dari 3(tiga), yaitu sertifikat satu,
sertifikat  dua,  dan  sertifikat  tiga.Kompetensi inti  yang  dibutuhkan  untuk  memperoleh keseluruhan  sertifikat  tersebut  secara  garis besar  adalah  kemampuan  untuk:  membaca sketsa dan atau gambar kerja; mempergunakan peralatan  tangan  dan  mesin-mesin  ringan; melakukan  pemotongan  mekanik;  mengelas pelat  dan/atau  pipa  dalam  posisi  di  bawah tangan/flat,  secara  tegak/vertikal,  di  atas kepala/overhead, di sumbu tegak dapat diputar, di  sumbu  mendatar  dapat  diputar,  di  sumbu mendatar  tidak  dapat  diputar,  serta    di  sumbu miring  tidak  dapat  diputar;  mengelas  pelat dan/atau  pipa  segala  posisi  dengan  kombinasi Las  TIG  (GTAW)  dan  SMAW.  Kualifikasi seorang  juru  las  terlihat  bergantung  kepada kombinasi  pengalaman  dan  keterampilan  juru las atas bentuk benda kerja, jenis material, jenis proses pengelasan, dan posisi pengelasan.
Perkembangan keilmuan dan teknologi tentang pengelasan  telah  banyak  dilakukan  oleh  para peneliti diantaranya adalah: pemodelan perilaku juru las dengan menggunakan simulasi sensor  untuk  Gas  Tungsten  Arc  Welding (GTAW)  (Liu,  Zhang,  &  Zhang,  2014); perbandingan  studi  eksperimental  dengan simulasi  CFD  untuk  Gas  Metal  Arc  Welding berdasarkan  dimensi  tetesan  elekroda  cair  dan komponen  dasar  pengelasan  dalam  pengelasan sambungan  fillet  dengan  variasi  kecepatan  las dan wire  feed  rate (Wu,  Cheon,  Kiran,  &  Na, 2016); pemodelan kemampuan juru las GTAW berdasarkan  kemampuan  penetrasi  obor  dalam mengisi  alur  pengelasan  berdasarkan  arus, kecepatan pengelasan, dimensi alur pengelasan dan  orientasi  dari  obor  (W.J  &  Y.M,  2012); pemodelan  melalui  studi  eksperimental  untuk melihat  hubungan  antara  kemampuan  juru  las GTAW dengan kualitas hasil pengelasan dalam menjaga  konsistensi  penetrasi  obor  dengan sumbu  alur  pengelasan  (W.J  &  Y.M,  2013); perbandingan Friction  Stir  Welding (FSW) menggunakan  robot  dan  mesin  konvensional (Mendes,  Neto,  Loureiro,  &  Moreira,  2016); studi  eksperimental  pengalaman  penggunaan alat  pengelasan  pada  SMAW  dengan  bantuan teknologi  bantu Augmented  Reality berbasis aspek  emosi  dan  presepsi  dari  juru  las (Okimoto,  Okimoto,  &  Goldbach,  2015); simulasi  pengelasan  untuk  sistem  pelatihan Metal  Inert  Gas  Welding (MIG)  atau Gas Metal Arc Welding (GMAW) dalam menentukan  dimensi  sambungan  pengelasan,
Wina Libyawati, Nafsan Upara, Agri Suwandi : Analisis Kinematika Pada Desain Alat Bantu Peningkat Keterampilan Juru Las Smaw
Jurnal Teknologi 11 (2) pp 111- 116 © 2019
kedalaman penetrasi obor, distribusi temperatur berdasarkan  variasi  perpindahan  posisi  obor sesuai  fungsi  waktu    (Chambers,  et  al.,  2012); sistem  pelatihan  SMAW  dasar  berbasis komputer  dikembangkan  dengan  memasang sensor pada obor pengelasan untuk memperoleh  sudut  jalan,  sudut  pengelasan, panjang  alur  pengelasan,  dan  kecepatan pengelasan  (Teeravarunyou  &  Poopat,  2009); pemodelan kendali pergerakan tangan manusia dalam  GTAW  dengan  model  ANFIS  (Liu  & Zhang,  2014).  Keseluruhan  perkembangan keilmuan  dan  teknologi  berfokus  kepada pemodelan  hubungan  antara  interaksi  juru  las terhadap kualitas hasil pengelasan, membobotkan komponen pengelasan, perbandingan  hasil  pengelasan  antara  juru  las dengan robot, teknologi bantu untuk memperoleh komponen pengalaman dan persepsi dari juru las secara virtual, dan sistem pelatihan  berbasis  komputer  dengan  sensor suara  pada  peralatan  las.  Akan  tetapi  belum mengarah  kepada  teknologi  bantu  untuk menjaga  konsistensi  kesejajaran  pergerakan tangan juru las pemegang laras tembak dengan sumbu alur pengelasan.
Tulisan ini membahas tentang analisis kinematika  pada  desain  alat  bantu  peningkat keterampilan  juru  las  SMAW  dengan  tujuan mendapatkan  desain  yang  optimal  pada  alat bantu tersebut.

## METODE PENELITIAN
Kinematika  (Vinogradov,  2000)  merupakan ilmu yang mempelajari tentang variasi pergerakan  pada  suatu  mekanisme  untuk mencapai  tujuan  tertentu.  Contoh  penerapan kinematika  adalah  sebuah benda  bergerak  dari titik A ke titik B sepanjang garis lurus. Analisa kinematika pada suatu benda dilakukan dengan tahapan sebagai berikut:
1. Pembuatan Diagram Benda Bebas (D.B.B). DBB adalah skema sederhana dari suatu
mekanisme untuk menggambarkan gaya,
kecepatan, perpindahan yang terjadi.
2. Hitung derajat kebebasan. Derajat kebebasan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Kutzbach sebagai berikut: m = 3(n-1)-2j1-j2 (1)
dengan n jumlah  sambungan, j 1 = jumlah sambungan low-pair , j 2 = jumlah sambungan high-pair .
3. Pilih sistem koordinat.
4. Indentifikasi jumlah sambungan.
5. Identifikasi  posisi pergerakan  sudut  dari sambungan.
6. Buat persamaan siklus tertutup.
7. Identifikasi variabel input dan out put.
8. Selesaikan persamaan siklus tertutup.
9. Validasi hasil dengan analisis numerik.
Penerapan  kinematika  untuk  teknologi  bantu peningkat keterampilan juru las SMAW adalah analisis  pergerakan  mekanisme  penopang tangan  juru  las  ketika  proses  pengelasan berlangsung.  Skema  hubungan  antara  tangan juru las dengan teknologi bantu serta peralatan pengelasan  terangkum  dalam  Gambar  3.6 Skema sederhana menunjukkan untuk menjaga stabilitas  kesejajaran  antara  busur  listrik berdasarkan  orientasi  tangan  dengan  alur pengelasan menghasilkan perubahan kecepatan pengelasan  dan  sudut  kerja  pengelasan  secara stabil dengan deviasi 10-20%. Teknologi bantu menjadi  dudukan  sekaligus  pengarah  gerak sepanjang  alur  pengelasan.  Penentuan  derajat kebebasan  teknologi  bantu  harus  selaras dengan  kinematika  pergerakan  tangan  juru  las sewaktu  melakukan  proses  SMAW  dengan berbagai  posisi  dasar  pengelasan  di  tahap pertama.
Benda kerja Sum bu a lur p eng elas an x y z Elektroda pemegang Ara h p eng ela san Teknologi bantu
Gambar  1 .  Hubungan  antara  tangan  juru  las dengan teknologi bantu

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan kinematika pada rancangan teknologi  bantu  peningkatan  ketrampilan  juru las  SMAW,  menggunakan  perhitungan  derajat kebebasan, yaitu:
Dimana:  m  =  derajat  kebebasan;  n  =  jumlah sambungan; j 1 = low-pair ; j 2 = high-pair
Skema  penyandang  untuk  tangan  dari  juru  las pada  rancangan  teknologi  bantu  peningkatan ketrampilan  juru  las  SMAW,  seperti  terlihat pada gambar 2 berikut:
Gambar  2. Skema  komponen  penopang tangan dari juru las
Maka  dengan  memasukkan  persamaan  diatas, sebagai berikut:
m = 3(5-1)-2(4)-2 = 2 derajat kebebasan
Hasil derajat kebebasan menunjukkan komponen penopang mampu melakukan
gerakan sebanyak 2 arah, sehingga memungkinkan  tangan  juru  las  bergerak leluasa  untuk  mengatur  sudut  pengelasan dengan ketinggian tetap.
Diagram  Benda  Bebas  (D.B.B)  gaya-gaya yang terjadi pada penyandang tangan terangkum pada Gambar 5.2. Beberapa asumsi ditentukan  untuk  membuat  D.B.B  adalah sebagai berikut:
- Beban  distribusi  normal  pada  bagian penopang  tangan  adalah  0.25  dari massa juru las
- Sambungan komponen penopang
tangan  terhadap  meja  las  dianggap tetap
- Komponen  penopang  tangan  dianggap tanpa gesekan
- Struktur disederhanakan sebagai diagram batang
Perhitungan  gaya  dan  momen  yang  terjadi terbagi  ke  dalam  2  tahapan  yaitu  gaya  akibat pembebanan  dan  momen  yang  terjadi  dengan persamaan sebagai berikut:
dengan menerapkan asumsi pada D.B.B
Berikut  sketsa  dari  D.B.B  yang  terjadi  pada rancangan teknologi bantu peningkatan ketrampilan juru las SMAW:
Gambar 3. D.B.B
Asumsi berat untuk massa tangan dihitung dari ¼ berat tubuh manusia (lihat tabel 5.1) dengan 3(tiga) range antara 60 kg sampai 70 kg, yaitu: 60  kg,  65  kg  dan  70  kg.  Hasil  perhitungan terangkum pada Tabel 1:

## Tabel 1. Hasil perhitungan
Spesifikasi  desain  pada  Gambar  4  memiliki arah  gerak  2  axis  dan  sistem adjustable pada bagian  penopang  lengan  dengan  dimensi panjang  x    lebar  x  tinggi  adalah  605  mm  x 655.63 mm x 905 mm.
Setelah  konsep  desain  didapat,  maka  tahap selanjutnya adalah melakukan simulasi analisis stress yang  terjadi  pada  tiap  hasil  rancangan yang  telah  dibuat.  Hasil  analisis stress dibandingkan  untuk  kemudian  dijadikan  salah satu  acuan  pemilihan  rancangan  yang  akan dibuat nantinya. Hal tersebut dapat memberikan  gambaran  simulasi  beban  pada rancangan  yang  dibuat  (Yakub  dkk,  2015). Gambar  5  memperlihatkan  posisi  titik  kritis dari  desain  varian  1  dengan  kondisi  besarnya nilai  pembebanan  yang  bervariasi  dan  posisi kritis  untuk  desain  varian  1  ada  pada  bagian tengah  penopang tangan.
Wina Libyawati, Nafsan Upara, Agri Suwandi : Analisis Kinematika Pada Desain Alat Bantu Peningkat Keterampilan Juru Las Smaw
Jurnal Teknologi 11 (2) pp 111- 116 © 2019
Gambar 4. Konsep desain
(a) Massa tangan 15 kg
(b) Massa tangan 16.25 kg
(c) Massa tangan 17.50 kg
Gambar 5. Titik kritis pada desain alat
Pada  desain,  nilai von  misses  stress memiliki  kenaikan  nilai  yang  merata, selain itu distribusi tegangan yang diperlihatkan  pada  gambar  5,  bahwa konsentrasi  massa  berada  pada  bagian tengah penopang, sehingga tangan juru las menjadi  nyaman  dan  dapat  tertopang dengan optimal.

## KESIMPULAN
Analisis  hasil  simulasi  dengan  metode finite element pada desain adalah: pada massa tangan 15 kg dihasilkan nilai von misses stress sebesar 23.63  MPa;  massa tangan 16.25  kg  dihasilkan nilai von misses stress sebesar 25.60 MPa; dan pada  massa  tangan  17.50  kg  dihasilkan  nilai von  misses  stress sebesar  27.57  MPa.  Nilai- nilai  tersebut  masih  jauh  dibawah  nilai Yield Strength material  yang  akan  digunakan  yaitu kategori Mild  Steel sebesar  207  MPa,  maka nilai stress statis  desain  dapat  dinyatakan aman.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih ditujukan kepada LPPM Universitas  Pancasila  sebagai  pemberi  hibah In-House dengan nomor kontrak 4130/LPPM/UP/X/2017.

## DAFTAR PUSTAKA
AEC,  A.  (2015,  November  22). ASEAN Economic Community: Blueprint 2025. Retrieved  Mei  6,  2016,  from ASEAN Economic Community:
http://www.asean.org/asean-economic- community/
American  Welding  Society.  (1976). AWS Welding  Handbook  Seventh  Edition:
Fundamentals  of  Welding (Vol.  1).
Florida,  America:  American  Welding Society. doi:10.1007/978-1-349- 03073-6 Barrentine,  L.  B.  (1999). An  Introduction  to design  of  experiments. Winsconsin:
ASQ Quality Press.
Chambers, T., Aglawe, A., Reiners, D., White, S., Borst, C. W., Prachyabrued, M., & Bajpayee,  A.  (2012).  Real  Time Simulation  for  a  virtual  reality-based MIG  welding  training  system. 16 ,  45- 55. doi:10.1007/s10055-010-0170-x Commission,  I.  (2014).  IIW  Commission  XIV
workshop  success:  showcasing  latest international  developments  in  welding training  systems. Australian  Welding
Journal , 18-22.
Committee,  A.  I.  (2011). ASM  Handbook;
Volumeo6A-  Welding  Fundamentals and Process. Ohio: ASM Interntional.
Liu,  Y.,  &  Zhang,  Y.  (2014).  Control  of Human  Arm  Movement  in  Machine- Human  Cooperative  Welding  Process. Control  Engineering  Practice,  32 ,
161-171. doi:10.1016/j.conengprac.2014.08.003 Liu,  Y.,  Zhang,  W.,  &  Zhang,  Y.  (2014).  A tutorial  on  learning  human  welder's behavior:  Sensing,  modeling,  and control. Journal  of  Manufacturing
Processes, 16 , 123-136.
doi:10.1016/j.jmapro.20
Mendes, N., Neto, P., Loureiro, A., & Moreira, A.  P.  (2016).  Machines  and  control systems  for  friction  stir  welding:  A review. Materials  and  Design,  90 , 256-265. doi:10.1016/j.matdes.2015.10.124
Okimoto, M. L., Okimoto, P. C., & Goldbach, C.  E.  (2015).  User  Experience  in
Augmented  Reality  Applied  to  the
Welding  Education. 6th  International Conference on Applied Human Factors  and  Ergonomics(AHFE)  and Affiliated Conference (pp. 6223-6227). Elcevier B.V. doi:10.1016/j.promfg.2015.07.739
Penrod,  V.  M.,  Reichert,  C.  T.,  Boulware,  P. C.,  &  Conrardy,  C.  C.  (2011,  January 13). Patent  No.  US  2011/0006047  A1. USA.
Teeravarunyou,  S.,  &  Poopat,  B.  (2009).
Computer  based  Welding  Training System. International  Journal  of Industrial  Engineering,  16 (2),  116- 125.
Ulrich,  K.  T.,  &  Eppinger,  S.  D.  (2012).
Product  Design  and  Development. Singapore: McGraw-Hill. Vinogradov,  O.  (2000). Fundamentals  of Kinematics and Dynamics of Machines and  Mechanisms. Florida:  CRC  Press LLC.
W.J,  Z.,  &  Y.M,  Z.  (2012,  November). Modeling of Human Welder Response to  3D  Weld  Pool  Surface:  Part  I- Principles. Welding  Journal,  91 ,  310-
B-318B.
W.J,  Z.,  &  Y.M,  Z.  (2013,  May).  Dynamic Control  of  GTAW  Process  Using  a Human  Welder  Response  Model. Welding Journal, 92 , 154-B-166-B.
Wu,  L.,  Cheon,  J.,  Kiran,  D.  V.,  &  Na,  S.-J.
(2016).  CFD  simulations  of  GMA welding  of  horizontal  fillet  joints based  on  coordinate  rotation  of  arc models.
Journal of Materials Processing Tech., 231 , 221-238. doi:10.1016/j.jmatprotec.2015.12.027
Yahub, A., Karmiadji, D. W., & Ramadhan, A. I.,  (2015).  Optimasi  Desain  Rangka Sepeda  Berbahan  Baku  Komposit
Berbasis Metode Anova. Jurnal Teknologi ., 8 (1) , 17-22. doi:
10.24853/jurtek.8.1.17-22
Zboray,  D.  A.,  Bennett,  M.  A.,  Wallace,  M.
W.,  Jeremiah,  H.,  Dudac,  Y.  C., Lenker, Z. S., . . . Preisz, E. A. (2014).
Patent No. US8747116 B2. USA.