Performa: Media Ilmiah Teknik Industri ISSN 1412-8624 (cetak)  |  ISSN 2620-6412 (online) Vol. 23, No. 1, 2024, Hal. 77-82
doi.org/10.20961/performa.23.1.84221
PERANCANGAN MESIN SORTIR DAN OPTIMASI PROSES SORTIR BIJI KOPI DENGAN METODE TAGUCHI DAN GREY RELATIONAL ANALYSIS
Shafry Yusuf Al Juni 1 , Eko Pujiyanto *2 , Roni Zakaria 3 , dan Muh. Hisjam 4
1 Program Studi Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta, Jawa Tengah, Indonesia
2,3 Jalan Ir. Sutami 36 Kentingan, Jebres, Surakarta, Jawa Tengah, Indonesia 57126 Email: shafryyusuf@gmail.com 1 , ekopujiyanto@ft.uns.ac.id * 2 , ronizakaria@staff.uns.ac.id 3 , hisjam@staff.uns.ac.id 4

## Abstrak
Komoditas biji kopi harus memenuhi kriteria SNI 01-2907-2008. Kriteria utama kualitas biji kopi adalah ukuran biji kopi  dan  pengotornya.  Untuk  memenuhi  standar  tersebut,  telah  dirancang  mesin  sortir  untuk  memilah  biji  kopi berdasarkan tingkatnya. Perancangan mesin sortir dilakukan untuk meningkatkan mutu biji kopi secara silmultan, yaitu melakukan penyortiran biji kopi dan mengurangi pengotor biji kopi, sehingga hasil penyortiran biji kopi memenuhi kriteria SNI 01-2907-2008. Proses penyortiran biji kopi dilakukan dengan menggunakan saringan yang digoncangkan dengan arah angin dan kekuatan angin yang sesuai. Respon yang diukur adalah biji kopi cacat dan proporsi pengotor yang berhasil dipisahkan. Faktor yang diteliti adalah kecepatan putaran motor, kecepatan blower, dan sudut ayakan. Optimasi multirespon secara simultan dilakukan dengan menggunakan metode Taguchi dan Gray Relational Analysis. Hasil level optimal adalah kecepatan motor 800 rpm, kecepatan blower 800 rpm, dan sudut ayakan 15°.
Kata Kunci : Kualitas biji kopi, Mesin sortir, Optimasi multi-respons, Taguchi and Gray Relational Analysis

## Abstract
The coffee bean commodity must meet the criteria of SNI 01-2907-2008. The main criteria for coffee bean quality are the size of the green bean and its impurities. To  meet these standards, a sorting machine has been designed to sort coffee beans according to their grade. The development of sorting machines is carried out to improve the quality of coffee beans simultaneously, namely sorting coffee beans and reducing coffee bean impurities, so that the coffee bean sorting results meet the criteria of SNI 01-2907-2008. The process of sorting coffee beans is carried out using a sieve (screen) which is shaken and combined with the appropriate wind direction and wind strength. The responses measured were the defective coffee beans and the proportion of impurities that were successfully separated. The factors studied were motor rotational speed, blower speed, and sieve angle. Simultaneous multi -response optimization was carried out using the Taguchi and Gray Relational Analysis methods. The result of setting the optimal level is the motor speed of 800 rpm, the blower speed of 800 rpm, and the sieve angle of 15°.
Keywords : Coffee bean quality, Sorting machine, Multi-response optimization, Taguchi and Gray Relational Analysis

## 1. Pendahuluan
Pemerintah  telah  mengeluarkan  SNI  untuk  biji kopi  dalam  bentuk green  bean (biji  kopi  yang  sudah dikupas  kulit  tanduknya)  yaitu  SNI  01-2907-1999. Standar ini telah disempurnakan menjadi SNI 01-2907- 2008 untuk memenuhi standar ICO 407 yang mengatur standar kopi di pasar internasional. Berdasarkan SNI 01- 2907-2008  kriteria  utama  kualitas  kopi  adalah  ukuran green  bean dan  kadar  kotorannya  (Budiyanto  et  al, 2021).  Untuk  memenuhi  standar  biji  kopi,  digunakan mesin sortir atau grading untuk memilah biji kopi sesuai tingkatannya  menggunakan  ayakan.  Proses  sortir  kopi dapat  dilakukan  menggunakan  ayakan  mekanis  atau
 Penulis korespondensi
manual untuk memisahkan biji kopi berdasarkan ukuran dan membersihkan kopi dari kotoran (Choiron, 2010).
Widyotomo  dan  Mulato  (2005)  telah  merancang dan  mengukur  kinerja  mesin  sortir  biji  kopi  dengan metode meja getar. Penelitian tersebut mengkaji tingkat keseragaman  mutu  dan  efesiensi  mesin.  Tingkat keseragaman mutu diukur berdasarkan ukuran biji kopi dan  keefektifan  mesin  diukur  berdasarkan  rancangan sudut  ayakan  dan  kecepatan  putar  tenaga  penggerak. Kondisi  optimal  proses  sortir  terjadi  pada  kemiringan 10°  dan  kecepatan  putar  tenaga  penggerak  1.450  rpm. Azis  dan  Rivai  (2018)  merancang  alat  sortir  kopi berbasis getaran untuk menyortir biji kopi berdasarkan
ukuran menggunakan sensor berat. Pratama dkk (2022) merancang mesin sortir kopi dengan metode fuzzy logic control berbasis  mikrokontroler.  Fatih  dkk  (2021) membuat  simulasi  dan  desain  mesin  sortir  biji  kopi kering  dengan  sistem  penggerak  engkol.  Anugrah  dkk (2020).  Afsari  dan  Kamyar  (2024)  mendesain  mesin getar linier yang dioptimalkan berdasarkan maksimalisasi efisiensi dan minimalisasi keausan mesh menggunakan metode elemen diskrit. Zhao dkk. (2017) telah  melakukan  studi  optimasi  mesin  ayakan  getar dengan  menggunakan  metode  Taguchi  dengan  tujuan mendapatkan desain yang optimal dan operasional yang efisien.
Saat ini, mesin sortir biji kopi beredar di Indonesia tidak dapat memilah biji kopi yang cacat atau busuk dan mengurangi  kotoran  yang  terdapat  pada  biji  kopi. Penelitian  ini  akan  merancang  mesin  sortir  kopi menggunakan  ayakan (sreeen) yang  diguncang (shaking) dan tiupan angin dengan sudut dan kekuatan angin  yang  sesuai.  Penelitian  ini  juga  menentukan setting optimal proses sortir biji kopi dengan mesin hasil rancangan dengan metode Taguchi dan Grey Relational Analysis (GRA).  Mesin  hasil  rancangan  diharapkan mampu  mensortir  biji  kopi  sesuai  tingkatannya  dan mereduksi  sampah  pada  biji  kopi  sehingga  memenuhi kriteria SNI 01-2907-2008.

## 2. Metode Penelitian
Diagram  alir  penelitian  ditunjukkan  pada  gambar 1.

## Gambar 1. Diagram alir penelitian
Perancangan  mesin sortir kopi mengikuti konsep engineering  design oleh  Pahl  (1984)  yang  meliputi penjabaran  tugas,  penentuan  konsep  rancangan, perancangan bentuk, dam perancangan rinci. Penjabaran tugas  dan  penentuan  konsep  dilakukan  dengan
pendekatan black  box . Black  box berisi  aliran  energi yaitu perubahan energi dari listrik menjadi gerak, aliran bahan baku biji kopi yang jatuh pada ayakan getar, dan aliran  sinyal  menggerakkan  putaran  motor  listrik  AC untuk menjalankan mesin sortir kopi. Skema black box mesin sortir kopi ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Black box mesin sortir kopi
Gambar  3  menjelaskan  tentang  sub  fungsi  mesin sortir  kopi  yang  lebih  terperinci.  Sub  fungsi  tersebut diuraikan  sesuai  dengan  urutan  pengoperasian  mesin, sehingga  setiap  tahapan  pengoperasian  dapat  dicari alternatif  desain  yang  sesuai.  Alternatif  desain  yang optimal dapat memberikan kemudahan dan kenyamanan pengguna saat mengoperasikannya.
Gambar 3. Sub fungsi mesin sortir kopi
Tahap  eksperimen  meliputi  penentuan  respon, faktor  dan  level.  Respon  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  biji  kopi  cacat  dan  kadar  kotoran pada  biji  kopi.  Menurut  Taguchi,  kedua  respon  ini bertipe Larger  the  Better (LTB)  (Bagtachi,  1993). Faktor  proses  sortir  meliputi  kecepatan  motor, kecepatan  putar blower dan  sudut  kemiringan  ayakan. Jumlah level adalah tiga untuk  masing-  masing faktor. Penentuan  nilai  level  faktor  berdasarkan  penelitian Widyotomo  dan  Mulato  (2005)  dan  Mujianto  (2019). Tabel 1 menunjukkan faktor dan level  yang digunakan dalam  eksperimen. Orthogonal  Array L 9 (3 4 )  dari Taguchi  digunakan  untuk  pelaksanaan  eksperimen (Bellavendram, 1995).
Tabel 1. Faktor dan level eksperimen
Bahan  yang  digunakan  dalam  eksperimen  yaitu biji  kopi  dengan  tingkat  kadar  air  12%  sebanyak  500 gram yang telah dicampurkan 150 gram biji kopi cacat dan kadar kotoran pada biji kopi sebanyak 5 gram. Alat eksperimen adalah mesin sortir kopi hasil rancangan dan timbangan digital.
Data respon biji kopi cacat dan kadar kotoran pada biji kopi dikumpulkan, selanjutnya dilakukan
perhitungan Signal  to  Noise  Ratio (SNR)  dan melakukan  proses  optimasi  multirespon  menggunakan metode  GRA  yang  meliputi  normalisasi  SNR, menghitung  delta  data  normalisasi,  menghitung Grey Relational  Coefficient (GRC)  dan  menghitung Grey Relational Grade (GRG) (Jiang, 2022). Proses optimal secara simultan tercapai pada nilai GRG yang tertinggi.
3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1 Perancangan mesin sortir kopi
Perancangan  desain  2D  dan  3D  mesin  sortir  kopi menggunakan perangkat lunak Solid Work 2019. Sketsa 2D  dan  3D  rancangan  mesin  sortir  kopi  ditunjukkan Gambar  3  dan  Gambar  4.  Setelah  alat,  bahan,  dan spesifikasi  ditentukan,  hasil  perancangan  mesin  sortir kopi ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 3. Sketsa 2D mesin sortir kopi
Gambar 4. Sketsa 3D mesin sortir kopi
Gambar 5. Rancangan mesin sortir kopi

## 3.2  Ekperimen sortir kopi
Eksperimen dilaksanakan dengan metode Taguchi menggunakan Orthogonal Array L 9 (3 4 )  dengan tiga kali replikasi untuk setiap respon. Data respon proses sortir kopi dari eksperimen ditunjukkan Tabel 2.
Tabel 2. Data respon biji kopi cacat dan kadar kotoran

## 3.3  Optimasi multirespon menggunakan GRA
Kedua  respon  yaitu  biji  kopi  cacat  dan  kadar seperti ditunjukkan pada Tabel 2 adalah tipe Larger The Better , maka perhitungan SNR menggunakan rumus
𝑆𝑁𝑅 = −10𝐿𝑜𝑔 [ 1 𝑛 ∑ 1 𝑦𝑖 2 𝑛 𝑖=1 ]
Dimana n =  jumlah  replikasi, y i data  eksperimen ke-i.
Contoh  perhitungan  SNR untuk  respon  biji  kopi cacat eksperimen pertama (i=1) adalah sebagai berikut:
𝑆𝑁𝑅 = −10𝐿𝑜𝑔 [ 1 3 ( 1 9,12 2 + 1 9,42 2 + 1 8,96 2 )]
=  19,25
Dengan  melakukan  perhitungan  yang  sama  pada kedua  respon  untuk  semua  eksperimen,  hasil  SNR ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3. SNR biji kopi cacat dan SNR kadar kotoran
Data  SNR  pada  Tabel  3  dinormalisasi  dengan rumus
𝑋 𝑖(𝑗) ∗ = 𝑋 𝑖(𝑗) − min 𝑋 𝑖(𝑗) max 𝑋 𝑖(𝑗) − min 𝑋 𝑖(𝑗) 𝑋 𝑖(𝑗) ∗ =  nilai  normalilasi SNR eksperimen  ke  -  i respon ke - j
𝑋 𝑖(𝑗) = nilai SNR eksperimen ke - i respon ke - j Contoh perhitungan normalisasi SNR untuk respon biji kopi cacat eksperimen pertama ( i =1) adalah sebagai berikut
𝑋 1(1) ∗ = 19,25 − (19,25) 27,68 − (19,25) = 0
Dengan  melakukan  perhitungan  yang  sama  pada kedua  respon  untuk  semua  eksperimen,  hasil normalisasi SNR ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4. Normalisasi SNR biji kopi cacat dan SNR kadar kotoran
Data  normalisasi SNR pada  Tabel  4  selanjutnya dihitung deltanya dengan rumus ∆ 0𝑖(𝑗) = |𝑋 0(𝑗) ∗ − 𝑋 𝑖(𝑗) ∗ |
𝑋 0(𝑗) ∗ = nilai minimum normalilasi SNR , respon ke- j
𝑋 𝑖(𝑗) ∗ = nilai SNR eksperimen ke – i,  respon ke-j Contoh  perhitungan  delta  untuk  respon  biji  kopi cacat eksperimen pertama (i=1) adalah sebagai berikut ∆ 01(1) = |0 − 1| = 1
Dengan  melakukan  perhitungan  yang  sama  pada kedua  respon  untuk  semua  eksperimen,  hasil  delta normalisasi SNR ditunjukkan pada Tabel 5.
Tabel 5. Delta data normalisasi biji kopi cacat dan kadar kotoran
Data  delta  normalisasi  SNR pada  Tabel  5 selanjutnya dihitung GRC dengan rumus
𝑦(𝑥 0(𝑗), 𝑥 𝑖(𝑗), ) = ∆ 𝑚𝑖𝑛 + 𝜁∆ 𝑚𝑎𝑥 ∆ 0𝑖(𝑗) + 𝜁∆ 𝑚𝑎𝑥 ∆ 𝑚𝑖𝑛 = nilai minimum rangkaian deviasi ∆ 𝑚𝑎𝑥 = nilai minimum rangkaian deviasi 𝜁 =  koefisien yang diutamakan = 0,5
Contoh  perhitungan  GRC untuk  eksperimen pertama (i=1) adalah sebagai berikut
𝑦(𝑥 0(1), 𝑥 1(1) ) = 0 + 0,5 ∗ 1 1 + 0,5 ∗ 1 = 0,33
Dengan  melakukan  perhitungan  yang  sama  pada kedua  respon  untuk  semua  eksperimen,  hasil  GRC ditunjukkan pada Tabel 6.
Tabel 6. GRC biji kopi cacat dan kadar kotoran
Data GRC pada Tabel 6 selanjutnya dihitung GRG dengan rumus
𝑦(𝑥 0, 𝑥 𝑖 ) = 1 𝑚 ∑ 𝑦(𝑥 0(𝑗), 𝑥 𝑖(𝑗) ) 𝑚 𝑖=0 𝑦(𝑥 0, 𝑥 𝑖, ) = nilai GRG setiap eksperimen 𝑚 = jumlah respon 𝑦(𝑥 0(𝑗), 𝑥 𝑖(𝑗) ) = nilai RGC setiap respon
Contoh  perhitungan  GRG untuk  eksperimen pertama (i=1) adalah sebagai berikut
𝑦(𝑥 0, 𝑥 1 ) = 1 2 (0,33 + 0,33) = 0,33
Dengan  melakukan perhitungan  yang sama untuk semua eksperimen, hasil GRG ditunjukkan pada Tabel 7.
Tabel 7. GRG dan urutan
Berdasarkan  hasil  perhitungan  GRG  seperti ditunjukkan  Tabel  7,  didapatkan  bahwa  eksperimen yang  memiliki  GRG  paling  tinggi  yaitu  eksperimen ketiga.  Sehingga  proses  optimal  sortir  kopi,  dengan memperhatikan  secara  simultan  repons  biji  kopi  cacat dan  kadar  secara  optimal  terjadi  pada  kecepatan  putar motor  adalah  800  rpm,  kecepatan blower adalah  800 rpm  dan  sudut  ayakan  adalah  15 o .  Berbeda  dengan penelitian  Widyotomo  dan  Mulato  (2005)  yang  hanya melibatkan  dua  faktor  dan  mencapai  kondisi  optimum pengoperasian mesin sortasi dilakukan pada kemiringan 10° dan kecepatan putar tenaga penggerak sebesar 1.450 rpm, hasil riset ini melibatkan tiga faktor dengan setting optimum yang lebih rendah putaran motornya.
Hasil  optimal  pada  eksperimen  ketiga  adalah  biji kopi  cacat  adalah  22,68%  dan  kadar  kotoran  58,29%. Penelitian ini berbeda dengan Pratama dkk (2022) yang hanya melaporkan sortir kopi dalam tiga ukuran dengan ukuran keberhasilan tingkat kesalahan (error). Dengan demikian  hasil  riset  ini  lebih  baik  karena  berhasil memisahkan  kopi  cacat  dan  kotoran.  Hasil  optimal  ini selanjutnya  dapat  digunakan  untuk  proses  sortir  pada kondisi nyata.

## 4. Kesimpulan
Penelitian  ini  telah  berhasil  merancang  mesin sortir kopi dan berhasil digunakan untuk mensortir kopi pada  tahap  eksperimen.  Hasil  eksperimen  dengan metode Taguchi dan optimasi multirespon dengan GRA menunjukkan  bahwa  proses  optimal  sortir  kopi  terjadi pada kecepatan putar motor adalah 800 rpm, kecepatan blower  adalah  800  rpm  dan  sudut  ayakan  adalah  15o. Hasil  optimal  pada  eksperimen  ke-3  adalah  biji  kopi cacat  adalah  22,68%  dan  kadar  kotoran 58,29%.  Hasil optimal  ini  selanjutnya  dapat  digunakan  untuk  proses sortir  pada  kondisi  nyata  dengan  penyesuaian  yang diperlukan,  sehingga  kualitas  kopi  memenuhi  SNI  01- 2907-2008.

## Ucapan Terima Kasih
Terima  kasih  juga  disampaikan  kepada  LPPM UNS  atas  dukungannya  melalui  skema  PENELITIAN HGR-UNS, Kontrak No. 260/UN27.22/HK.07.00/2021.

## Daftar Pustaka
Anugrah,  R.,  Muhtadin,  Mahyudin,  (2020).  Rancang Bangun  Mesin  Sortir  Biji  Kopi  Dengan Kapasitas  Rencana  40  Kg/Jam,  Jurnal  Ristech (Jurnal Riset, Sains dan Teknologi) Vol. 3, No.1,
Juli 2020. Afsari, O., & Hashemnia, K. (2024). Optimized design of  a  linear  vibrating  screen  based  on  efficiency maximisation  and  mesh  wear  minimisation employing discrete element method. Particuology, 90, 307–322. https://doi.org/10.1016/j.partic.2024.01.004 Azis,  D.  Z.,  &  Rivai,  M.,  2018.  Alat  Sortir  Biji  Kopi Berbasis Metode Getaran Menggunakan Arduino  Due.  Jurnal  Teknik  ITS,  7(2),  F245- F250. doi: 10.12962/j23373539.v7i2.31070
Budiyanto, B., Uker, D., Izahar, T., 2021. Karakteristik Fisikkualitas  Biji  Kopi  dan  Kualitas  Kopi Bubuksintaro  2  dan  Sintaro  3  dengan  Berbagai Tingkat Sangrai. Jurnal Agroindustri,  11(1), 54- 71. doi:10.31186/j.agroind.11.1.54-71
Bagtachi,  T.P.,  1993.  Taguchi  methods  explained: practical  steps  to  robust  design,    Prentice-Hall, New Delhi.
Belavendram.,  N.,  1995.  Quality  by  Design:  Taguchi Techniques  for  Industrial,  Experimentation. Pretince Hall International: New York.
Choiron, M.,  2010. Penerapan  GMP  pada  Penanganan Pasca  Panen  Kopi  Rakyat  untuk  Menurunkan Okratoksin  Produk  Kopi  (Studi  Kasus  di Sidomulyo,  Jember).  Agrointek,  4(2),  114–120. doi: 10.21107/agrointek.v4i2.1363
Fatih, A., Kabib, M. dan  Hudaya,  A.Z. (2021),  Desain dan  Simulasi  Mesin  Sortir  Biji  Kopi  Kering dengan  Sistem  Penggerak  Engkol,  Jurnal CRANKSHAFT, Vol. 4 No. 1 Maret 2021.
Jiang, B., Huang, J., Ma, H., Zhao, H., & Ji, H., 2022. Multi-objective optimization of process parameters in 6016 aluminum alloy hot stamping using taguchi-grey relational analysis. Materials, 15(23), 1-14. doi: 10.3390/ma15238350
Mujianto,  H.  (2019).  Pengaruh  Sudut  Kemiringan (Inklinasi) Terhadap Unjuk Kerja Ayakan Getar (Vibrating  Screen).  Sigma  Teknika,  2(2),  137. doi: 10.33373/sigma.v2i2.2051
Pahl,  G.  dan  Beitz,  W.,  (1984).  Engineering  design, Design Council, London.
Pratama, B.W., Baisrum, Purnama, H, (2022). Rancang Bangun  Mesin  Sortir Biji  Kopi  dengan  Metode FLC  Berbasis  Mikrokontroller  dan  Computer Vision,  Prosiding  The  13th  Industrial  Research Workshop and National Seminar.
Standar  Nasional  Indonesia.,  2008.  Biji  Kopi  SNI 2907:2008.
Widyotomo, S., & Mulato, S., 2005. Performance of a table  vibration  type  coffee  grading  machine. Pelita Perkebunan (a Coffee and Cocoa Research
Journal),
21(1):
55–72. doi:
10.22302/iccri.jur.pelitaperkebunan.v21i1.125 Zhao, L., Zhao, Y., Bao, C., Hou, Q., & Yu, A. (2017).
Optimisation  of  a  circularly  vibrating  screen based  on  DEM  simulation  and  Taguchi orthogonal experimental
design. Powder Technology, 310,:307–317.
doi: 10.1016/j.powtec.2017.01.049