Pengukuran dan PeningkatanKehandalan Sistem

Pengukuran Kehandalan

Learning Outcomes

Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswaakan mampu :

• Menguraikan proses perancangan kehandalansistem

3

KehandalanKemampuan suatu alatuntuk melaksanakansuatu fungsi yangdiperlukan (tanpakegagalan) dalamkeadaan yangditentukan untuk jangkawaktu tertentu

Outline Materi

• Faktor kehandalan• Fungsi kehandalan

5

Pengukuran Kehandalan• Ada empat faktor yang terkait dengan kehandalan

suatu peralatan yaitu :– Nilai kemunginan / Probabilitas– Performansi / Prestasi / kinerja / Unjuk kerja– Periode Waktu (time limit)– Kondisi Operasional

• Faktor-faktor diatas tak hanya ditujukan pada sistemberoperasi, tetapi juga pada saat sebelumnya yakni pada saatsistem berada dalam penyimpanan atau diangkut dari satulokasi ke lokasi yang lain

6

Probabilitas• Setiap peralatan / komponen pada suatu sistem

mempunyai probabilitas umur operasi yang berbeda.• Ada yang berumur panjang dan ada yang berumur

pendek.• Misalnya: probabilitas umur operasi suatu komponen

selama 100 jam kerja adalah 0,5, berarti ada 50komponen dari 100 komponen yang dapatdioperasikan selama 100 jam kerja.

7

Performansi / Prestasi / kinerja / Unjuk kerja

• Kehandalan suatu sistem ditunjukkan denganperformansi yang memuaskan dari sistem itudalam suatu periode waktu tertentu dan padakondisi operasi yang telah ditetapkan untuksistem itu.

• Dinyatakan dalam laju kerusakan / kegagalanf(t) failure density function

8

Periode Waktu (time limit)

• Kehandalan dinyatakan sebagai probabilitassukses dari suatu sistem,ditunjukkan dalamperiode waktu tertentu.

• Misalnya : waktu diantara dua kerusakan

9

Kondisi Operasional

• Merupakan faktor-faktor lingkungan operasidimana sistem akan digunakan.– Lokasi geografis– Kelembaban (humidity)– Getaran (vibration)– Ketinggian– Suhu ruang (Temperature)

10

Fungsi kehandalan (1)

• R(t) = Probabilitas sistem / produk akan suksesuntuk waktu tertentu (t)

• F(t) = Probabilitas sistem akan gagal dalamwaktu tertentu (t)

• Jika variabel acak t, memiliki laju kegagalanf(t), maka :

11

dttftFtRt

1

Fungsi kehandalan (2)

Jika waktu kegagalan dinyatakan dalam fungsilaju eksponensial

= Mean Life atau MTBF (Mean Time betweenFailure

= failure rate (laju kerusakan) = 1 / t = Periode waktue = 2.7183 (bilangan natural)

12

t

etf1

Fungsi kehandalan (3)

Fungsi kehandalan menjadi :

Karakteristik tidak harus sama, ada beberapafungsi distribusi probabilitas untukmenjelaskan kerusakan termasuk Binomial,Eksponensial, Normal, Poisson, Weibull,Rayleigh

13

tλ

1

eedtetRt

tt

Laju Kerusakan / failure rate(1)

simbol ( )• Laju dari kerusakan yang terjadi pada

interval waktu tertentu

14

operasijamTotal

kJumlahKerusakanLaju

erusakan

R(t)

f(t)λ(t)

f(t) = failure density function

R(t) = reliability systemSemakin kecil semakin baik dan semakin besar MTBF semakinbaik

Laju Kerusakan / failure rate(2)• Beberapa komponen mekanikal mempunyai distribusi

kerusakan menurut fungsi Weibull, sehinggareliability dinyatakan sbb :

F(t) = 1 – R(t)

15

m

t

tttR

0

0exp)(

t = waktu kerusakan

t0 = waktu dimana F(t) = 0

= parameter skala (karakteristik umur)

m = parameter bentuk slope dari graphic WeibullDistribution

Laju Kerusakan / failure rate(3)• Untuk kasus t0 = 0 dan m = 1, maka

Jadi sama dengan distribusi eksponensial ( = MTBF)

16

t

1mt

expt

expR(t)

MTBF (MTTF)

• Mean Time between Failure atau Mean Time ToFailure (MTTF)

• Waktu rata-rata sistem mengalami kegagalan• Umur sistem (mean life) simbol :

• Jika (laju eksponensial) maka :

17

0

)( dttRMTBFt R(t)

dtt

.MTBF0

11

-MTBF0 t

Kurva Nomograph

• Berguna untuk melihat secara cepat hubunganMTBF-laju kegagalan-nilai kehandalan-waktuoperasi

18

Peningkatan Kehandalan

20

Learning Outcomes

Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswaakan mampu :

• Menguraikan proses perancangan kehandalansistem

21

Outline Materi

• Teknik Peningkatan KehandalanRedudancy SystemStand-by redudancyPartial Active RedudancyParalel redudancy SystemDerating

• Alokasi Kehandalan

22

Redudancy System (1)• Sistem redudancy ini masing-masing komponennya

terdiri dari sistem yang memiliki satu atau lebihkomponen paralel atau seluruh sistem ditempatkansecara paralel dengan satu atau lebih sistem yangsama

23

Redudancy System (2)• Stand-by redudancy

– Satu unit aktif dan sejumlah k unit dalam kondisi cadangan(cold standby)

– Jika unit aktif gagal bekerja, akan segera digantikan olehsistem cadangan

• Asumsi standby redudancy:– semua sistem unit identik dan bebas– Pengalihan saklar (switching) bekerja sempurna– Standby unit dalam kondisi bekerja baik– Unit yang gagal belum pernah diperbaiki– Laju kegagalan setiap unit konstant– Pada sistem ini berlaku distribusi Binomial Probability

24

Redudancy System (3)• Pada standby sistem ini berlaku distribusi

Poisson

Dimana :k adalah jumlah unit yang standby

Untuk mencari MTBF untuk sistem standby sbb:

!

)...

!3

)

!2

)1)(

k

ttttetR

kt

s

0

)( dttRMTBF

25

Redudancy System (4)• Untuk mencari MTBF akan dihasilkan sbb:

MTBF = (k+1) /

0 !

)...

!3

)

!2

)1 dt

k

tttteMTBF

kt

26

Redudancy System (5)• partial active redudancy system/ r-out of-m unit

networkSedikitnya sebanyak r unit dari m unit yang aktif harus

bekerja memuaskan pada suatu sistem yang handalPada sistem ini berlaku distribusi Binomial Probability

P(x)= Peluang secara tepat beroperasinya komponen xX = komponen sukses (tanpa kegagalan) dari n komponen

;!!

!;1)(

n

x xnx

nRRxP xnx

n

x

27

Teknik Derating (1)• Menggunakan komponen dibawah kondisi operasional yang

dipersyaratkan• Tujuan untuk memperpanjang dari umur komponen• Gambar berikut mengilustrasikan sebuah contoh kurva

derating untuk sebuah transistor.Kurva yang mirip tersediauntuk komponen lain.

• Dengan mengacu pada gambar, nilai maksimum penuhditunjukkan bersama dengan nilai derating yang ditampilkansebagai sebuah fungsi dari temperatur ambient. Denganmemberikan temperatur ambient yang diharapkan adalah75oF, dapat ditentukan nilai derated sebagai

28

Teknik Derating (2)

1.0

0.6

0o25 o75 o150

Diss

ipatio

n de

ratin

g

Temparature derating interval

RatedT ActualT MaxT

Normalized temperature.

Temparature ruang

Tn

4,0125

5025150

2575ax

ratedTmT

ratedTactualTnormalizedT

Kurva Derating untuk komponen transistor

29

Alokasi Kehandalan

• Kehandalan sistem dihitung mulai padaproses perancangan awal hingga tahapakhir dari sistem digunakan (phase out)

Analisis Kehandalan

1. Mendefinisikan apa yg dimaksud dengankegagalan.Contoh:– Mesin mati dan menyebabkan pesawat jatuh,

akan tetapi jika pesawat tidak jatuh apakah masihbisa disebut gagal?

– Jika listrik PLN mati dan diesel generator perluwaktu 30 detik, apakah masih bisa disebut gagal?

2. Perancangan peningkatan kehandalan

ATS : Automatic Transfer SwitchSTS : Static Transfer SwitchPDU : Panel Distribution Unit

Proposal Proyek

• Diagram Blok• Jelaskan bahwa perancangan dari diagram

blok dapat meningkatkan kehandalan sistem