Desain Monitoring Sistem pada Tungku Pembakaran dengan Pendekatan Multi-level Digital Twin Galih Purnama Taryana Murman Dwi Prasetio Murni Dwi Astuti S1 Teknik Industri S1 Teknik Industri, S1 Teknik Industri, Universitas Telkom Universitas Telkom Universitas Telkom Bandung, Indonesia Bandung, Indonesia Bandung, Indonesia galihpurnamataryana@ student.telkomunivesity.ac.id murmandwi@telkomuniversit y.ac.id murnidwiastuti@ telkomuniversity.ac.id Ayudita Oktafiani Endang Budiasih Wiyono S1 Teknik Industri, S1 Teknik Industri, S1 Teknik Industri, Universitas Telkom Universitas Telkom Universitas Telkom Bandung, Indonesia Bandung, Indonesia Bandung, Indonesia ayuditaoktafiani@telkomuniversi ty.ac.id endangbudiasih@telkomuniv ersity.ac.id wiyono@ telkomuniversity.ac.id
Abstract -Industry  4.0  discusses  concepts  related  to  intelligent  systems.  There  are  many concepts related to intelligent systems, one of which is the digital twin concept . Digital twin concept as a data acquisition tool is used to build digital information for a physical system.  The  company  is  a  producer  of  murando  glazur  tiles.  in  the  rooftile  production process  at  the company,  there  are  defective  rooftiles produced  by the  company,  namely white stone defects and cracked rooftiles. Cracked rooftiles are caused by inappropriate temperatures  during  the  firing  process.  With  a  temperature  monitoring  system  in  the rooftiles  furnace,  combustion  temperatures  can  be  monitored  in  real  time.  Monitoring system design using a multi-level approach can describe in detail the architecture of the monitoring  system  based  on  the  digital  twin  concept.  The  website  is  designed  using  the Human Centered Design method so can produce a website user interface that is in line with  the  goals  and  needs  of  the  user.  The  monitoring  system  can  provide  real-time information  on  the  temperature  of  the  rooftiled  anywhere  with  a  design  that  suits  the user's needs.
Keywords— intelligent systems, monitoring system, digital twin, multi-level approach

## I. PENDAHULUAN
Sebelum  era  Industri  4.0,  aset  fisik  seperti  mesin  pada  proses  produksi  dikendalikan secara langsung oleh manusia. Namun demikian, sulitnya untuk mencapai efisiensi yang tinggi  menyebabkan  munculnya  teknologi  seperti  komputer,  internet,  dan  jaringan wireless  [1]. Monitoring sistem  melalui  internet  dengan  menghubungkan  antara  dunia maya  dan  dunia  nyata  suatu  sistem  manufaktur  merupakan  suatu  tantangan.  Dengan Industri  4.0  yang  mana  membahas  mengenai  sistem  produksi  yang  cerdas  dapat meningkatkan efisiensi. Banyak konsep terkait dengan sistem produksi yang cerdas salah satunya  konsep digital  twin [2]. Digital  twin merupakan  konsep  membangun  informasi digital  suatu  sistem  fisik  [3].  Konsep digital  twin digunakan  sebagai  alat  akuisisi  data yang dapat mendukung keselarasan antara sistem produksi fisik dengan sistem  produksi digital  [4].  Dengan  konsep digital  twin data  pada  proses  produksi  dapat  di  evaluasi dengan  melakukan monitoring yang  sesuai  dengan  kondisi  nyata  sehingga  dapat meningkatkan  performansi  mesin  [2].  Konsep digital  twin diterapkan  untuk  melakukan monitoring suhu  pada  tungku  pembakaran  genting  tanah  liat.  tungku  pembakaran
digunakan sebagai alat pembakaran genting untuk mengurangi kadar air yang tersisa pada tanah liat. suhu pada proses pembakaran genting kurang lebih mencapai 900°C [5].
Tempat  observasi  merupakan  perusahaan  produsen  genting  murando  glazur.  Genting merupakan  salah  satu  struktur  bangunan  yang  berada  pada  bagian  atas  bangunan berfungsi debagai pelindung dari sebuah bangunan. Genting terbuat dari campuran tanah liat  dan  pasir  [17].  Proses  produksi  genting  diawali  dengan  proses  penggilingan  bahan baku  mentah,  pemotongan  bahan  baku,  pencetakan,  penyimpanan,  penjemuran, pembakaran pertama, proses inspeksi, proses pengecatan, proses pembakaran kedua, dan proses  pengemasan  genting.  Klasifikasi  genting  terdiri  dari  genting  bagus,  genting  batu putih,  dan  genting  retak  [16].  Pada proses  produksi  genting  terdapat  genting  cacat  yang dihasilkan yaitu genting cacat retak dan genting cacat batu putih. Genting cacat retak dan genting cacat batu putih dihasilkan setelah proses pembakaran. Bahan baku genting yang tercampur  batu  putih  sebelum  proses  pembakaran  sekecil  apa  pun  akan  pecah  ketika genting  dibakar  pada  proses  pembakaran  sehingga  menimbulkan  bekas  lubang  pada genting. Selain itu, kurangnya monitoring temperatur suhu saat pembakaran genting dapat menyebabkan cacat retak pada genting [6]. Dengan pembuatan desain monitoring sistem tungku  pembakaran  genting,  suhu  pembakaran  dapat  dimonitor  secara realtime dimanapun sehingga dapat mengurangi genting cacat akibat retak.

## II. METODE PENELITIAN
Menurut International  Organization  for  Standardization (ISO)  terdapat  referensi kerangka  model digital  twin .  Model digital  twin tersebut  terbagi  menjadi  empat  yaitu, digital  twin user entity , digital  twin entity , data collection and device control ,  dan observable manufacturing element .  Empat  elemen  tersebut  digambarkan  pada  kerangka di bawah ini.
Gambar 1. Kerangka model digital twin ISO. Gambar dari [7].
Digital twin user entity yaitu komponen yang akan ditampilkan antara digital twin dan sistem  manufaktur. Digital  twin entity yaitu  seluruh  manajemen  operasi,  layanan  dan aplikasi  serta  akses  sumber  daya. Digital  twin entity merupakan  inti  dari  pembentukan model  dan  simulasi. Data  collection  and  device  control yaitu  sistem  manufaktur  yang terkoneksi  untuk  mengumpulkan  data  dari  peralatan  yang  ada  pada  lantai  produksi. Observable  manufacturing  element terdiri  dari  komponen  fisik  yang  ada  di  perusahaan [7].
Terdapat bagian utama pada kerangka digital twin diantaranya physical entity platform yang  merupakan  entitas  fisik  atau  komponen  yang  ada  di  dunia  nyata. Virtual entity platform merupakan  kumpulan  informasi  yang  mencerminkan  atau  representasi  dari entitas  fisik. Data management platform berkaitan  dengan  data  akuisisi  dan  manajemen pengumpulan data. Dan terakhir yaitu Service Platform yaitu aplikasi atau layanan untuk
mengoptimasi  dan  mencapai  tujuan  dari digital  twin [8].  Berdasarkan  kerangka digital twin tersebut, tahapan pada perancangan ini dijelaskan pada diagram berikut.
Gambar 2. Tahapan perancangan
A. Observable Manufacturing Element
Pada bagian ini dilakukan pengumpulan data diantaranya kondisi tungku pembakaran, tata letak tungku pembakaran, peralatan dan fasilitas yang ada pada tungku pembakaran, tahapan proses pembakaran genting, dan penentuan peletakan sensor thermocouple pada tungku  pembakaran.  Selanjutnya  pembuatan  sensor  tungku  pembakaran  menggunakan sensor thermocouple type K yang  dihubungkan  dengan  mikrokontroler  ESP32  dengan bantuan  modul  MAX6675.  Mikrokontroler  merupakan mikroprocessor yang  memiliki tambahan part yang dapat mengendalikan device external [9]. Kemudian mikrokontroler yang  telah  terhubung  dengan thermocouple type  K dihubungkan  dengan  LCD  untuk menampilkan  suhu  pembakaran  di  dekat  tungku  pembakaran.  Berikut  merupakan tampilan blok diagram dari perancangan desain monitoring tungku pembakaran.

## Gambar 3. Blok diagram perancangan
Berdasarkan  blok  diagam  tersebut,  melakukan  koneksi  perkabelan  setiap  komponen pada  blok  diagram  tersebut.  Berikut  merupakan  koneksi  perkabelan  dari  blok  diagram tersebut.
(a)
(b)
Gambar 4. Koneksi perkabelan: (a) Mikrokontroler dengan modul MAX6675 (a); (b) Mikrokontroler dengan modul MAX6675.
Mikrokontroler  yang  digunakan  yaitu  ESP32  DEV  KIT  dihubungkan  dengan  modul MAX6675  melalui  SCK,  SO,  dan  CS  [10]  untuk  pengiriman  data  suhu  dan  VCC  serta GND untuk mengalirkan tegangan menuju modul. Tegangan yang digunakan pada modul ini  yaitu  tegangan  3V.  Sensor thermocouple dihubungkan  melalui port KT-  dan  KT+. LCD dihubungkan pada mikrokontroler dengan menggunakan koneksi I2C. Koneksi I2C mengirimkan data melalui port SDA dan SCL [11]. Tegangan yang digunakan oleh LCD yaitu tegangan 5V.

## B. Data collection and device control
Sensor thermocouple dan  LCD  yang  telah  terhubung  dengan  mikrokontroler dikendalikan  oleh  mikrokontroler  yang  telah  diprogram.  Program  mikrokontroler menggunakan  bantuan software arduino  ide.  Tahap  awal  pemrograman  yaitu  dengan menginstal library yaitu  LiquidCristal_I2C,  max6675,  dan  Wire  [12]  [13].  Selanjutnya pendefinisian port yang  digunakan  pada  mikrokontroler,  melakukan  setup  awal  LCD, melakukan  pembacaan  suhu  yang  dikirim  ke  serial  monitor  arduino  ide,  dan menampilkan suhu pada LCD.
Untuk  pengumpulan  data  pembacaan  suhu  dilakukan  dengan  menggunakan  database mysql. Data yang dikumpulkan yaitu nomor urut data, data suhu dalam celcius, data suhu dalam fahrenheit, dan waktu pengambilan data. Data tersebut dikumpulkan dalam bentuk tabel. Data dikirim oleh mikrokontroler ESP32 yang terhubung dengan internet. Program untuk  pengiriman  data  suhu  ke  database  diawali  dengan install library yaitu WiFi dan HTTPClient . Selanjutnya melakukan konfigurasi WiFi dan nama server yang digunakan, melakukan  koneksi  mikrokontroler  dengan  internet  melalui WiFi ,  melakukan pemeriksaan koneksi mikrokontroler dengan server, mengirimkan data suhu ke database dengan  menggunakan HTTP Post,  dan  menerima  data  sensor  yang  telah  dikirim  oleh mikrokontroler.

## C. Digital twin entity
Tahap ini melakukan pembuatan dashboard sebagai aplikasi untuk menampilkan hasil suhu  tungku  pembakaran.  Aplikasi  ini  dalam  berbasiskan  website  yang  menampilkan informasi yang ada pada database yaitu nomor urut data, suhu dalam celcius, suhu dalam fahrenheit,  dan  waktu  pengambilan  data.  pembuatan dashboard diawali  dengan pembuatan mockup website, selanjutnya melakukan pemrograman website menggunakan html,  dan  menghubungkan  website  dengan  database  sehingga  dapat  menampilkan  data yang ada pada database secara realtime dari data yang dikirim oleh mikrokontroler.
D. Digital twin user entity
Pada  tahap  ini  informasi  yang  akan  ditampilkan  yaitu  informasi  proses  pembakaran yaitu  suhu  tungku  pembakaran  dengan  menampilkan  suhu  pada  aplikasi  yaitu  dalam
bentuk  website.  Desain  tampilan  website  dibuat  dengan  menggunakan  metode  Hu man Centered  Design . Human  Centered  Design atau  HCD  merupakan  model  baru  dalam mengembangkan sistem berbasis web. Tujuan dari penggunaan metode HCD yaitu untuk mendapatkan desain yang sesuai dengan tujuannya. Desain interface berfokus pada tujuan kegunaan, lingkungan, karakteristik pengguna, alur kerja, dan tugas. Tahapan pembuatan desain user interface menggunakan  metode Human  Centered  Design diawali  dengan memahami  konteks  pengguna,  memahami  kebutuhan  pengguna,  memproduksi  solusi desain  yang  sesuai  dengan  kebutuhan  pengguna,  mengevaluasi  solusi  desain user interface [14].

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Model digital twin monitoring tungku pembakaran Model digital  twin pada  desain monitoring sistem  tungku  pembakaran  dengan menggunakan  pendekatan  multi-level digital  twin .  Pendekatan  multi-level  merupakan suatu  konsep digital  twin yang  berdasarkan  standar  ISA95.  Standar  ISA95  terdiri  dari Enterprise Resource Planning (ERP) dan Manufacturing Execution System (MES) yang termasuk  level cyber atau  dunia  maya.  Level  0  merupakan  proses  produksi  dan  level  1 merupakan manipulation and sensing atau  penginderaan  yang  termasuk  level  fisik  atau dunia  nyata.  Dan  level  2  yaitu  pemantauan  dan  pengendalian  yang  merupakan  transisi antara  dunia  nyata  dan  dunia  maya.  Pendekatan  multi  level  menggabungkan  antara konsep onion architecture dan konsep cyber physical system berdasarkan standar ISA95 [6].  Konsep onion  architecture merupakan  yang  terdiri  dari  beberapa  lapisan  seperti bawang.  Lapisan  terluar  terdiri  dari user interface ,  pengujian,  dan  infrastruktur. Infrastruktur yaitu database , file, dan web service [15]. Gabungan kedua konsep tersebut menghasilkan  konsep  9  blok.  Konsep  9  blok  merupakan  terdiri  dari  model, signal ,  dan Interface yang  diselaraskan  dengan  level  0  hingga  level  2  yaitu  proses  produksi, manipulation and sensing atau penginderaan, serta pemantauan dan pengendalian [6]. Di bawah ini merupakan identifikasi sistem ditinjau dengan pendekatan multi-level.
Gambar 2. Model digital twin monitoring tungku pembakaran
M2  terdiri  dari  mikrokontroler  ESP32  yang  digunakan  untuk  mengendalikan  sensor thermocouple . Thermocouple type  K termasuk  M1  merupakan  sensor  yang  digunakan untuk  membaca  suhu  pada  tungku  pembakaran.  Tungku  pembakaran  termasuk  M0 dikarenakan  merupakan  model  yang  ada  dan  digunakan  langsung  di  lantai  produksi.  S2 mengirimkan signal pada  level  sensor.  HTTP  post  digunakan  untuk  mengirimkan  data
sensor  menuju database dan  I2C  atau inter  integrated  circuit digunakan  untuk mengirimkan data menuju LCD. Database , HTML website, dan LCD termasuk ke dalam level  I1  dimana  data  yang  ditampilkan  merupakan  data  sensor  yang  dibaca  oleh  sensor thermocouple .
B. Desain layout User interface Desain layout perancangan user interface pada  tampilan  sistem monitoring tungku pembakaran menggunakan metode Human Centered Design .

## 1) Spesifikasi Konteks Pengguna
Pengguna  desain  website  ini  merupakan  pemangku  kepentingan  perusahaan diantaranya  pemilik  sekaligus  penentu  kebijakan  di  perusahaan  dan  operator  tungku pembakaran.  Dilakukan  wawancara  untuk  mengetahui  permasalahan  yang  ada  di perusahaan  dan  kebutuhan  desain  seperti  apa  yang  diharapkan  oleh  pemangku kepentingan perusahaan. Pada konteks ini, pengguna memiliki permasalahan terkait tidak adanya monitoring suhu  pembakaran  pada  tungku  pembakaran  dan  pemangku kepentingan tidak pandai dalam menggunakan aplikasi yang rumit.
2) Spesifikasi Kebutuhan Pengguna
Berdasarkan  konteks  pengguna  yang  akan  menggunakan  desain monitoring sistem tungku  pembakaran  untuk  melihat  suhu  pembakaran  secara realtime .  Pengguna membutuhkan  desain  yang  minimalis,  mudah  digunakan,  fokus  terhadap  informasi  dan data  sehingga  informasi  dapat  cepat  terlihat  dan  mudah  untuk  dipahami  oleh  seluruh pemangku  kepentingan  dimanapun  lokasi  pengguna  dan  menggunakan  perangkat elektronik apapun.

## 3) Memproduksi Solusi Desain
Dari  kebutuhan  yang  diharapkan  oleh  pengguna  solusi  desain  yang  dibuat  yaitu sebagai berikut.
Gambar 2. Solusi desain user interface website.
Desain  tampilan  website  langsung  menampilkan  kondisi  suhu  terkini  tungku pembakaran  di  perusahaan.  Desain  pada  tampilan  website  dibuat  seminimalis  mungkin untuk  memfokuskan  pada  data  dan  informasi.  Desain  dapat  digunakan  pada  website komputer maupun smartphone dengan hanya memasukkan URL sehingga mempermudah penggunaan.

## 4) Evaluasi Solusi Desain
Desain  website  diuji  dan  dievaluasi  langsung  oleh  pengguna  yaitu  oleh  pemilik perusahaan dan operator tungku pembakaran. Tahapan evaluasi diawali dengan pengguna mencoba  memasuki  website  selanjutnya  memberikan  pendapat  dari  website  yang  telah dilakukan  uji  coba.  Berdasarkan  hasil  evaluasi  tersebut,  pengguna  merasa  puas  dengan kemudahan  dalam  mengakses  website  dan  melihat  informasi  terkait  suhu.  Namun terdapat  masukan  mengenai  tampilan  pada  smartphone  pada  kondisi  potrait  tampilan menjadi rapat dan kata pada judul tabel terpisah tetapi informasi tetap dapat terlihat dan dapat dipahami.

## IV. K ESIMPULAN
Konsep digital  twin sebagai  alat  akuisisi  data  dapat  digunakan  dalam  melakukan monitoring suhu  pada  tungku  pembakaran  genting.  Permasalahan  perusahaan  mengenai genting cacat diantaranya genting cacat retak dan genting cacat batu putih dapat dikurangi dengan  melakukan monitoring suhu  tungku  pembakaran  yang  dapat  dilakukan menggunakan komputer maupun smartphone melalui website. Penggunaan konsep digital twin dalam  pembuatan  model monitoring dengan  menggunakan  pendekatan  multi-level digital twin menjelaskan arsitektur sistem dengan menggunakan konsep 9 blok sehingga terbagi menjadi level 0 yaitu level produksi, level 1 yaitu manipulation and sensing atau penginderaan,  dan  level  2  yaitu  pengendalian  dan  pemantauan  serta  terbagi  menjadi model, signal , dan interface .

## REFERENCE
[1] F.  Tao,  M.  Zhang,  dan  A.  Y.  C.  Nee, Digital  twin driven  smart  manufacturing. London [England] ; San Diego, CA: Academic Press, 2019.
[2] M.  Farsi,  A.  Daneshkhah,  A.  Hosseinian-Far,  dan  H.  Jahankhani,  Ed., Digital  twin Technologies and Smart Cities. Cham: Springer International Publishing, 2020. doi: 10.1007/978-3-030-18732-3.
[3] L. F. C. dos S. Durão, E. de S. Zancul, dan K. Schützer, “ Digital twin : a concept in evolution,”  Product,  vol.  19,  no.  1,  hlm.  e20210001,  2021,  doi: 10.4322/pmd.2021.003.
[4] L. Manca, R. Grugni, dan R. Mirzazadeh, “White Paper - Digital twin .” Engineering, 2022.
[5] A. K. Ratri, S. Sriatun, dan A. Darmawan, “Pengaruh Serbuk Kaca dan Variasi Suhu Pembakaran  pada  Pembuatan  Genteng  Lempung  Sedimentasi  Banjir  Kanal  Timur Kota  Semarang  terhadap  Kuat  Tekan  serta  Daya  Serapnya  terhadap  Air,”  J.  Kim. Sains Apl., vol. 11, no. 3, hlm. 63–69, Des 2008, doi: 10.14710/jksa.11.3.63-69.
[6] G. P. Mulia dan J. Robecca, “Analisis Pengendalian Kualitas Proses Produksi Produk Genteng Palentong Menggunakan Pendekatan Metode Lean Six Sigma Di PG. Mulia Jatiwangi”.
[7] W.  M.  Mohammed,  R.  E.  Haber,  dan  J.  L.  Martinez  Lastra,  “Ontology-Driven Guidelines  for  Architecting Digital  twin s  in  Factory  Automation  Applications,” Machines, vol. 10, no. 10, hlm. 861, Sep 2022, doi: 10.3390/machines10100861.
[8] K. Josifovska, E. Yigitbas, dan G. Engels, “Reference Framework for Digital  twin s within  Cyber-Physical  Systems,”  dalam  2019  IEEE/ACM  5th  International Workshop  on  Software  Engineering  for  Smart  Cyber-Physical  Systems  (SEsCPS), Montreal, QC, Canada, Mei 2019, hlm. 25–31. doi: 10.1109/SEsCPS.2019.00012.
[9] D.  Ibrahim,  Microcontroller-based  temperature monitoring and  control.  Oxford: Newnes, 2002.
[10] Maxim  Integrated  Products,  “MAX6675  Evaluation  Kit,”  19-2345  datasheet,  Feb. 2007.
[11] S.  A.  Madyaratri,  “LCD  I2C  dengan  ESP32  Menggunakan  IDE  Arduino,”  17 February 2020. [Online] Available : . Available: https://medium.com/@shfamrsya/lcd-i2c-dengan-esp32-menggunakan-ide-arduino-
31fd4f2f4e49 (Accessed 14 March 2023).
[12] Kelvin,  "  I2C  Communication  Protocol  and  How  It  Works,"  14  September  2022. [Online]  Available  :  .  Available:  https://www.seeedstudio.com/blog/2022/09/02/i2c- communication-protocol-and-how-it-works/. [Accessed 14 March 2023].
[13] R.  Santos,  “ESP32:  K-Type Thermocouple with  MAX6675  Amplifier.”  [Online] Available : . Available:  https://randomnerdtutorials.com/esp32-k-type- thermocouple - max6675/ (Accessed 14 Maret 2023).
[14] I. G. P. A. P. Wulantari, N. K. A. Wirdiani, dan P. W. Buana, “Penerapan Metode Human  Centered  Design Dalam  Perancangan User  interface (Studi  Kasus:  PT.X),” Jurnal Ilmiah Teknologi dan Komputer, vol. 2, no. 3, 2021.
[15] J. Palermo, “The Onion Architecture : part 1,” 29 Juli 2008.
https://jeffreypalermo.com/2008/07/the-onion-architecture-part-1/  (diakses  14  Maret 2023).
[16] M. D. Prasetio, M. H. Rifai, dan R. Y. Xavierullah, “Design of Defect Classification on  Clay  Tiles  using  Support  Vector  Machine  (SVM),”  2020  6th  International Conference  on  Interactive  Digital  Media  (ICIDM),  Bandung,  Indonesia.  doi: 10.1109/ICIDM51048.2020.9339642.
[17] M.  D.  Prasetio,  “An  Approaching  Machine  Learning  Model:  Tile  Inspection  Case Study,” IJIES, vol. 4, no. 01, hlm. 12–22, Jan 2020, doi: 10.25124/ijies.v4i01.44.