SMAW (Shielded Metal Arc Welding)

 SMAW (Shielded Metal Arc Welding) atau pengelasan busur logam terlindung merupakan metode pengelasan yang memanfaatkan panas dari busur listrik sebagai sumber energi utama. Busur listrik tersebut terjadi akibat adanya kontak antara elektroda logam berlapis dengan permukaan benda kerja yang akan disambung.

Pada proses ini, elektroda berfungsi sebagai logam pengisi yang dilapisi oleh bahan fluks. Lapisan fluks tersebut akan mencair dan membentuk slag yang berperan sebagai pelindung kolam las dari pengaruh udara luar selama proses pengelasan berlangsung. Pengelasan SMAW juga dikenal dengan sebutan Manual Metal Arc (MMA) atau stick welding. Skema kerja pengelasan SMAW ditunjukkan pada gambar ilustrasi berikut.

Istilah Shielded Metal Arc Welding (SMAW) digunakan untuk menggambarkan proses pengelasan yang bertujuan menyambung dua material logam atau menambahkan logam baru pada permukaan logam yang sudah ada. Setiap kata dalam istilah SMAW memiliki arti khusus. Kata shielded menunjukkan adanya sistem perlindungan yang berfungsi menyingkirkan udara di sekitar area las agar tidak menimbulkan pengaruh negatif terhadap mutu sambungan.

Selain itu, makna shielded juga berkaitan dengan keberadaan lapisan fluks yang menyelimuti inti elektroda. Kata metal mengacu pada inti elektroda yang terbuat dari logam konduktif, yang akan mencair selama proses pengelasan dan berperan sebagai bahan pengisi pada kolam las. Istilah arc atau busur menggambarkan fenomena pelepasan plasma yang mengubah energi listrik menjadi energi panas, sedangkan welding menunjukkan bahwa proses penyambungan logam terjadi melalui mekanisme peleburan (fusi).

Mekanisme perlindungan pada pengelasan SMAW serta susunan lapisan pada daerah las ditunjukkan pada ilustrasi berikut. Perlindungan terhadap kolam las dilakukan melalui dua cara utama untuk menghindari dampak merugikan dari gas-gas yang terdapat di udara. Mekanisme pertama adalah pengusiran udara secara aktif oleh gas yang terbentuk akibat pembakaran dan penguraian lapisan elektroda. Mekanisme kedua adalah pembentukan lapisan terak yang menutupi permukaan logam cair, sehingga menghambat masuknya unsur-unsur udara ke dalam kolam las.

Prinsip Operasi Las SMAW

Pada pengelasan SMAW, sistem kelistrikan dimanfaatkan untuk membentuk busur listrik yang berfungsi mengonversi energi listrik menjadi energi panas. Panas yang dihasilkan oleh busur tersebut memiliki intensitas tinggi dan terfokus, sehingga mampu melelehkan bagian permukaan benda kerja sekaligus ujung elektroda. Operator las mengendalikan stabilitas busur dengan menjaga jarak antara elektroda dan kolam las pada benda kerja secara konstan. Setelah busur listrik dihentikan, logam cair akan menyatu dan kemudian mengalami proses pendinginan hingga membentuk sambungan logam yang padat dan berkesinambungan.

Seperti diperlihatkan pada ilustrasi sebelumnya, sumber listrik pada mesin las dihubungkan ke elektroda dan benda kerja dalam suatu rangkaian seri. Sumber daya ini memiliki dua terminal keluaran, di mana satu terminal disambungkan ke benda kerja, sedangkan terminal lainnya terhubung ke pemegang elektroda. Selama elektroda belum didekatkan ke permukaan benda kerja, rangkaian berada dalam kondisi terbuka (open circuit), sehingga terdapat perbedaan potensial listrik antara elektroda dan benda kerja.

Ketika operator mulai mendekatkan atau menyentuhkan ujung elektroda ke permukaan benda kerja, jalur penghantar arus terbentuk dan memicu terjadinya busur listrik. Kontak singkat tersebut memungkinkan arus mengalir, dan selanjutnya, selama jarak antara ujung elektroda dan permukaan benda kerja dipertahankan mendekati diameter elektroda, beda tegangan yang terjadi akan menyebabkan arus mengalir melalui celah udara sempit dan menghasilkan busur yang stabil.

Aliran arus dalam busur berlangsung melalui plasma, yaitu gas yang berada dalam kondisi terionisasi. Dari sudut pandang kelistrikan, arus konvensional mengalir dari terminal positif busur (anoda) menuju terminal negatif (katoda), sedangkan pergerakan elektron terjadi ke arah sebaliknya. Apabila mesin las diatur pada polaritas arus searah dengan elektroda positif (Direct Current Electrode Positive / DCEP), maka permukaan benda kerja berperan sebagai katoda, sementara ujung elektroda berfungsi sebagai anoda.

Besarnya energi panas yang dihasilkan oleh busur dipengaruhi oleh tingkat ionisasi gas serta besarnya arus yang mengalir. Sebaran temperatur ditentukan oleh keseimbangan antara panas yang dihasilkan, panas yang dilepaskan ke lingkungan, dan ukuran busur itu sendiri. Panas yang sangat tinggi dari busur akan segera melelehkan inti elektroda yang berada di dekatnya serta membakar lapisan fluks di sekelilingnya. Sebagian material pelapis akan menguap atau terurai, sehingga menghasilkan gas pelindung dalam jumlah besar.

Sebagian material pelapis lainnya tetap bertahan dan membentuk struktur pelindung di sekitar kawat inti, sementara sebagian lagi mencair dan berpindah bersama logam inti dalam bentuk tetesan yang terdorong melintasi busur menuju benda kerja. Pada saat yang sama, logam cair mulai terakumulasi pada permukaan benda kerja di sekitar area busur, membentuk kolam las awal.

Dalam waktu singkat, kondisi kuasi-stabil tercapai, ditandai dengan terbentuknya kolam las yang jelas dan siap untuk dikendalikan melalui pergerakan elektroda oleh juru las. Pada tahap awal inilah potensi terjadinya porositas relatif tinggi, karena sistem perlindungan belum berkembang secara optimal dan udara di sekitar area pengelasan belum sepenuhnya tersingkir.

Elektroda SMAW

Seluruh elektroda yang digunakan pada proses SMAW dilengkapi dengan lapisan pelindung yang dirancang untuk mendukung kestabilan pengelasan sekaligus menambahkan unsur paduan tertentu guna meningkatkan karakteristik sambungan las. Tanpa adanya lapisan ini, pembentukan busur listrik akan sulit dikendalikan, logam las cenderung menjadi rapuh akibat penyerapan oksigen dan nitrogen, bentuk manik las menjadi tidak seragam, serta berpotensi menimbulkan cacat pengelasan seperti undercut pada benda kerja.

Elektroda berlapis pada pengelasan SMAW berfungsi sebagai sumber logam pengisi sekaligus sistem perlindungan selama proses pengelasan berlangsung. Setiap elektroda memiliki variasi komposisi kawat inti serta jenis fluks penutup yang berbeda-beda. Kawat inti berperan sebagai material pengisi, sedangkan lapisan fluks menjalankan berbagai fungsi penting yang bergantung pada klasifikasi elektroda yang digunakan, antara lain:

• membentuk lapisan terak yang menutupi kolam logam cair dan sambungan las selama proses pembekuan,

• menghasilkan gas pelindung yang mengisolasi busur dan logam las dari pengaruh udara sekitar,

• menyediakan unsur pengion untuk menjaga kestabilan dan kemudahan pengoperasian busur listrik,

• mengandung zat deoksidator dan scavenger yang berperan dalam memperbaiki struktur mikro logam las,

• menambahkan unsur paduan seperti nikel dan kromium, khususnya pada elektroda untuk baja tahan karat,

• serta memasukkan material tambahan seperti serbuk besi guna meningkatkan laju deposisi logam las.

Klasifikasi Elektroda SMAW

Sistem pengelompokan elektroda terbungkus yang digunakan secara luas di industri pengelasan Amerika Serikat dikembangkan oleh American Welding Society. Pada sistem ini, penamaan elektroda diawali dengan huruf E yang menunjukkan elektroda, kemudian diikuti oleh empat atau lima angka untuk elektroda baja karbon maupun baja paduan rendah. Pada beberapa jenis elektroda, kode tersebut dapat dilengkapi dengan akhiran tambahan (sufiks). Setiap angka dalam kode klasifikasi tersebut memiliki makna teknis tertentu.

• Digit dua (atau tiga) pertama pada kode elektroda menyatakan nilai kekuatan tarik minimum dari logam las yang dihasilkan, dengan satuan ribuan psi (1.000 psi), sebagaimana dirangkum dalam tabel berikut.

• Digit ketiga (atau keempat) menunjukkan posisi pengelasan yang dapat digunakan elektroda, seperti pada Tabel berikut.

• Digit keempat (atau kelima) menunjukkan karakteristik arus dan jenis lapisan elektroda, seperti pada Tabel berikut.

• Sufiks / akhiran terkadang ditambahkan pada EXXXX (tidak berlaku untuk klasifikasi E60XX). Akhiran menunjukkan komposisi kimia dari logam las yang disimpan, seperti dicontohkan Tabel berikut.

Dimensi elektroda ditetapkan berdasarkan diameter kawat inti serta panjang total elektroda. Secara umum, diameter kawat inti elektroda berada pada kisaran 1/16 inci (1,6 mm) hingga 5/16 inci (7,9 mm). Sementara itu, panjang elektroda bervariasi antara 9 inci (229 mm) sampai 18 inci (457 mm), walaupun untuk kebutuhan tertentu tersedia elektroda dengan panjang khusus yang dapat mencapai 36 inci (914 mm).

Panjang elektroda yang paling banyak digunakan dalam praktik pengelasan adalah sekitar 14 inci (346 mm). Pada salah satu ujung elektroda terdapat bagian kawat inti yang tidak dilapisi fluks, yang berfungsi sebagai titik kontak listrik dengan pemegang elektroda. Panjang bagian tanpa lapisan ini telah distandarkan, yaitu berkisar antara 3/4 inci (19 mm) hingga 1 1/2 inci (38 mm).

Variabel Pengelasan SMAW

Pelaksanaan pengelasan shielded metal arc welding (SMAW) pada jenis sambungan tertentu menuntut perhatian terhadap sejumlah parameter pengelasan. Parameter ini berperan dalam mengendalikan jalannya proses pengelasan sekaligus menentukan mutu sambungan las yang dihasilkan. Secara umum, parameter pengelasan dikelompokkan ke dalam tiga kategori, yaitu variabel tetap atau pra-terpilih (fixed/preselected variables), variabel utama, dan variabel sekunder.

Variabel tetap atau pra-terpilih merupakan parameter yang ditentukan sebelum pekerjaan pengelasan dimulai. Variabel ini mencakup jenis elektroda, ukuran elektroda, serta jenis arus yang digunakan. Setelah proses pengelasan berlangsung, variabel tetap tidak dapat diubah. Selanjutnya, variabel utama adalah parameter pengelasan yang dapat disesuaikan selama proses berlangsung dan berfungsi sebagai pengendali utama setelah variabel tetap ditentukan.

Variabel utama memengaruhi pembentukan manik las melalui pengaruhnya terhadap lebar manik, tinggi manik, kedalaman penetrasi, kestabilan busur, serta kualitas keseluruhan hasil las. Parameter yang termasuk variabel utama antara lain arus pengelasan, tegangan busur, dan kecepatan gerak elektroda. Parameter-parameter ini bersifat terukur dan dapat diatur sehingga efektif digunakan untuk mengendalikan proses pengelasan.

Penetrasi las didefinisikan sebagai kedalaman maksimum logam las yang menembus ke bawah permukaan logam induk. Tinggi manik (bead height) merupakan bagian logam las yang menonjol di atas permukaan logam dasar, yang juga dikenal sebagai capping. Sementara itu, laju deposisi (deposition rate) menunjukkan massa logam las yang diendapkan dalam satuan waktu tertentu. Konsep mengenai tinggi manik, lebar manik, dan penetrasi ditunjukkan pada ilustrasi berikut.

Variabel sekunder merupakan parameter tambahan yang masih dapat disesuaikan untuk membantu pengendalian proses pengelasan. Dibandingkan dengan variabel utama, parameter ini umumnya lebih sulit untuk diukur secara kuantitatif. Contoh variabel sekunder yang dapat diatur antara lain sudut kerja elektroda dan sudut gerak atau sudut perjalanan elektroda selama pengelasan.

Pembahasan parameter pengelasan diarahkan pada pencapaian mutu sambungan las yang optimal berdasarkan tiga karakteristik utama, yaitu kedalaman penetrasi, laju pengendapan logam, dan profil atau bentuk manik las. Diagram berikut memperlihatkan keterkaitan serta pengaruh berbagai variabel pengelasan terhadap ketiga karakteristik utama tersebut.

Pengaruh dari parameter utama pengelasan terhadap karakteristik manik las (weld bead) yang terbentuk disajikan secara ringkas pada ilustrasi berikut.

Cilacap

 

• Cilacap merupakan ibu kota dari Cilacap Regency, sebuah kabupaten di Provinsi Central Java (Jawa Tengah). Wikipedia+2Maps of World+2

• Terletak di pesisir selatan Pulau Jawa, menghadap Samudra Hindia, sehingga memiliki posisi strategis sebagai kota pelabuhan. ResearchGate+1

• Luas kabupaten (termasuk pulau-terluar seperti Nusakambangan) sekitar 2.249,28 km². Populasi kabupaten diperkirakan mencapai sekitar 2.007.829 jiwa per pertengahan tahun 2024. Wikipedia+1

• Bahasa sehari-hari lokal utama adalah dialek Banyumasan (varian dari bahasa Jawa), selain bahasa Indonesia. Wikipedia

---

Sejarah & Perkembangan

• Karena posisinya sebagai pelabuhan alami di pesisir selatan, Cilacap memiliki peran penting secara strategis — baik pada masa kolonial Belanda, pendudukan Jepang, maupun dalam infrastruktur transportasi. Encyclopedia Britannica+1

• Salah satu peninggalan penting adalah Benteng Pendem (“fort buried / benteng terkubur”), yang dibangun oleh Belanda antara tahun 1861–1879 untuk mempertahankan pelabuhan Cilacap. Wikipedia+1

• Karena bentuknya sebagian terkubur (dengan struktur bawah tanah dan bangunan tertutup tanah), maka mendapat nama “Pendem”. Sekarang menjadi objek wisata sejarah. Wikipedia

• Dalam catatan bencana: kota ini pernah terkena tsunami setinggi sekitar 3 meter akibat gempa di lepas pantai pada tahun 2006. World Meteorological Organization

---

Ekonomi & Aktivitas Utama

• Sebagai kota pesisir dan pelabuhan, sektor perikanan, pelabuhan, pengolahan hasil laut dan ekspor memegang peran penting. Misalnya perusahaan PT Cilacap Samudera Fishing Industry Tbk (ASHA) yang menjalankan bisnis perikanan terintegrasi. AEI+1

• Pelabuhan di Cilacap dianggap salah satu yang terlindungi di pantai selatan Jawa karena adanya gugusan pulau Nusakambangan yang menjadi “tameng” alami. Encyclopedia Britannica

• Dari sisi perkebunan dan komoditas ekspor: antara lain kopra (kelapa kering), karet, teh, dan singkong tercatat sebagai komoditas utama pada masa lalu. Encyclopedia Britannica

---

Budaya & Masyarakat

• Dialek lokal khas yang digunakan di Cilacap dikenal dengan aksen “ngapak” — khas Banyumasan. Hal ini memberi warna tersendiri pada identitas lokal. Traveling Per Second

• Masyarakatnya umumnya hidup di pesisir atau dataran rendah pantai, dengan banyak aktivitas ekonomi yang berhubungan dengan laut dan pelayaran.

• Karena berada di zona pesisir selatan yang rawan gempa/tsunami, kesadaran akan mitigasi bencana menjadi aspek penting. World Meteorological Organization

---

Potensi Wisata & Daya Tarik

Cilacap cukup menarik bagi wisata alam, sejarah dan pantai. Beberapa tempat yang direkomendasikan:

• Pantai Teluk Penyu (“Turtle Bay Beach”) — pantai pasir cokelat, dekat kota, cocok untuk jalan-jalan santai dan menikmati makanan laut. Vocal+1

• Benteng Pendem — situs bersejarah yang eksotis untuk dijelajahi, terutama bagi yang suka wisata sejarah. Wikipedia+1

• Pulau Nusakambangan — meskipun terkenal sebagai pulau dengan penjara berkeamanan tinggi, sekitarnya juga memiliki keindahan alam dan pantai. Java Private Tour+1

• Reservoir, hutan mangrove, dan wilayah alami di pesisir selatan yang relatif masih asri. Observer+1

---

Kelebihan & Kekurangan

Kelebihan:

• Letak pesisir selatan yang unik – masih kurang dieksplorasi dibanding bagian utara Jawa, sehingga potensi untuk wisata “hipster” atau alternatif cukup besar.

• Kombinasi alam pantai + sejarah kolonial + budaya lokal yang khas memberikan pengalaman yang berbeda dari kota-kota wisata mainstream.

• Ekonomi pelabuhan dan perikanan menyediakan basis yang kuat untuk pengembangan lokal.

Kekurangan / Tantangan:

• Infrastruktur ke beberapa tempat wisata mungkin belum sebaik di daerah wisata besar – akses mungkin agak sulit. Misalnya ada catatan bahwa ke Nusakambangan memerlukan boat dan negosiasi. Tripadvisor+1

• Risiko bencana alam (gempa, tsunami) karena posisi pantai selatan. Harus tetap waspada. World Meteorological Organization

• Potensi wisata banyak tapi mungkin belum “masif” di promosi dan fasilitas dibanding daerah lain, sehingga bagi wisatawan mungkin terasa kurang fasilitas mewah atau pilihan penginapan selebar di kota besar.

---

Tips Berkunjung

• Jika ingin santai di pantai, pilih waktu sore menjelang matahari terbenam – pantai seperti Teluk Penyu bisa menjadi pilihan yang bagus.

• Untuk ke Nusakambangan — tanya lebih dulu tentang izin atau paket wisata karena beberapa wilayahnya dengan fungsi khusus (penjara) jadi akses terbatas.

• Cobalah kuliner lokal: makanannya laut-segar karena dekat pantai. Selain itu nikmati suasana kota pesisir yang “lebih tenang” dibanding kota besar.

• Waktu kunjungan ideal di musim kering (hindari musim hujan atau angin kencang dari laut).

• Karena dialek lokal agak khas, bisa jadi ada sedikit hambatan komunikasi kalau hanya mengandalkan bahasa daerah – tapi bahasa Indonesia umumnya dimengerti.

Optimisasi Metode PSO

 

Particle Swarm Optimization (PSO) merupakan salah satu algoritma optimasi berbasis populasi (populational-based optimization) yang dikembangkan oleh Kennedy dan Eberhart pada tahun 1995. Algoritma ini terinspirasi dari perilaku sosial kawanan burung dan gerombolan ikan dalam mencari makanan, di mana setiap individu (disebut partikel) bergerak dalam ruang pencarian dan saling berbagi informasi untuk mencapai posisi terbaik secara kolektif.

PSO digunakan secara luas dalam berbagai bidang karena kemampuannya untuk mencari solusi optimal secara efisien, terutama dalam masalah yang kompleks, non linier, dan berdimensi tinggi. Prinsip dasar PSO adalah dalam PSO, setiap partikel merepresentasikan solusi kandidat dari suatu masalah optimasi. Partikel memiliki posisi (x) dan kecepatan (v) dalam ruang pencarian. Gerakan setiap partikel dipandu oleh dua hal utama:

1.              Personal Best (pbest) – posisi terbaik yang pernah dicapai oleh partikel itu sendiri.

2.              Global Best (gbest) – posisi terbaik yang pernah dicapai oleh seluruh partikel dalam populasi.

Pergerakan partikel diatur oleh dua persamaan berikut:

1.              Update kecepatan dapat dilihat pada Persamaan 1

 

v_i​ (t+1) = w ⋅ v_i​ (t) + c₁​⋅r₁ ​⋅ (pbest_i ​− x_i​(t)) + c₂​ ⋅ r₂ ​⋅ (gbest − x_i​(t))       (1)

 

2.              Update posisi dapat dilihat pada Persamaan 2

 

x_i​ (t+1) = x_i ​(t) + v_i ​(t+1)                                                                    (2)

 

keterangan :

• X_i = posisi partikel ke-i,
• V_i = kecepatan partikel ke-i,
• w = bobot inersia (mengontrol eksplorasi global dan eksploitasi lokal),
• c₁, c₂​ = konstanta pembelajaran (biasanya bernilai 1.5 – 2.0),
• r₁, r₂= bilangan acak antara 0 dan 1.

Parameter dalam PSO antara lain :

• Inertia weight (w) : mengatur keseimbangan eksplorasi dan eksploitasi. Nilai w yang besar mendorong eksplorasi global, sedangkan nilai kecil mendorong eksploitasi lokal.
• Cognitive factor (c₁​) : tingkat kepercayaan partikel terhadap pengalaman dirinya sendiri.
• Social factor (c₂​): tingkat kepercayaan partikel terhadap pengalaman populasi.

Keunggulan PSO antara lain :

• Sederhana dalam implementasi dan membutuhkan sedikit parameter untuk disetel.
• Cepat dalam konvergensi, terutama pada fase awal iterasi.
• Cocok untuk optimasi non linear, multidimensi, dan fungsi yang tidak terdiferensialkah.
• Tidak memerlukan informasi gradien.

Keterbatasan PSO antara lain :

• Mudah mengalami konvergensi prematur ke solusi lokal jika tidak dikendalikan.
• Sensitif terhadap pemilihan parameter.
• Tidak selalu menjamin solusi global jika ruang pencarian sangat kompleks.

Optimisasi Metode Algoritma Genetika

 

Algoritma Genetika (Genetic Algorithm atau GA) merupakan salah satu metode optimasi berbasis populasi yang terinspirasi oleh proses evolusi biologis makhluk hidup, seperti seleksi alam, reproduksi, dan mutasi. GA pertama kali diperkenalkan oleh John Holland pada tahun 1975 dan telah berkembang luas sebagai salah satu teknik optimasi metaheuristik yang efektif dalam menyelesaikan berbagai permasalahan kompleks, baik linier maupun non linier. GA bekerja dengan cara menyimulasikan proses seleksi alam, di mana solusi terbaik akan bertahan dan berkembang dari generasi ke generasi. Proses ini diawali dengan pembangkitan populasi awal yang berisi kumpulan solusi kandidat (biasa disebut kromosom atau individu), kemudian dilakukan serangkaian operasi genetika secara iteratif untuk mendekati solusi optimum.

Langkah-langkah Umum dalam GA

1. Inisialisasi populasi : membuat sejumlah individu awal secara acak, yang masing-masing merepresentasikan solusi dari masalah.
2. Evaluasi fitness : menghitung nilai fitness setiap individu berdasarkan fungsi objektif. Individu dengan fitness lebih baik memiliki peluang lebih besar untuk dipilih.
3. Seleksi (selection) : memilih pasangan individu induk yang akan menghasilkan keturunan. Metode seleksi umum adalah roulette wheel, tournament selection, dan rank selection.
4. Crossover (penyilangan) : menggabungkan dua kromosom induk untuk menghasilkan kromosom anak dengan cara tertentu. Ini memungkinkan pewarisan sifat dari dua solusi berbeda.
5. Mutasi : mengubah sebagian kecil gen dari individu secara acak untuk menjaga keberagaman populasi dan mencegah konvergensi prematur.
6. Elitism dan iterasi : individu terbaik dapat dipertahankan dalam generasi selanjutnya (elitism). Proses seleksi-crossover-mutasi diulang hingga mencapai jumlah generasi tertentu atau hingga kriteria konvergensi terpenuhi.

Representasi solusi dalam GA adalah dalam bentuk kromosom. Kromosom dapat berupa:

• Biner (string 0 dan 1),
• Bilangan real (untuk kasus optimasi kontinu),
• Struktur lain sesuai kebutuhan (misalnya untuk optimasi jalur atau komposisi).

Fungsi Tujuan dalam GA menjadi dasar dalam mengevaluasi seberapa baik suatu solusi. Tujuan optimasi bisa berupa maksimisasi atau minimisasi, tergantung permasalahan.

Keunggulan GA antara lain :

• Mampu mencari solusi optimum global dalam ruang solusi yang luas.
• Tidak memerlukan turunan atau informasi gradien (non-deterministik).
• Dapat menyelesaikan masalah diskrit maupun kontinu.
• Tahan terhadap noise dan fungsi tujuan yang tidak mulus.

Keterbatasan GA antara lain :

• Proses komputasi dapat memakan waktu relatif lama untuk konvergen.
• Pemilihan parameter seperti ukuran populasi, laju crossover, dan mutasi sangat mempengaruhi hasil.
• Bisa mengalami premature convergence (terjebak pada solusi lokal).

Optimisasi Metode Response Surface Methodology (RSM)

 

Response Surface Methodology (RSM) merupakan suatu pendekatan statistik dan matematis yang digunakan untuk memodelkan dan menganalisis masalah di mana respon (output) dari suatu proses dipengaruhi oleh beberapa variabel input (faktor), dengan tujuan utama untuk mengoptimalkan respon tersebut. RSM digunakan secara luas dalam berbagai bidang, seperti rekayasa proses, kimia, bioteknologi, pertanian, dan industri manufaktur. Konsep utama dari RSM adalah mengembangkan model empiris dalam bentuk persamaan berdasarkan data hasil eksperimen. Model ini kemudian digunakan untuk:

1. Memahami hubungan antara variabel input dan respon,
2. Menentukan kombinasi variabel input yang optimal untuk mencapai nilai respon yang diinginkan.

Bentuk umum model kuadratik dalam RSM dapat dilihat pada Persamaan 1.

  Y= β0+ ∑〖β(i ) Xi 〗+∑ β(ii )  Xi^2+∑〖β(ij ) Xi  Xj+ ε〗                    (1)

di mana:

Y = respon (output),

X_i​ dan X_j = variabel independen (faktor),

β₀ ​ = konstanta,

β_i = koefisien linier,

β_ii = koefisien kuadratik,

β_ij = koefisien interaksi,

ε = error (residual).

Langkah-langkah dalam RSM

1. Perancangan Eksperimen (Design of Experiment, DOE)
   Umumnya menggunakan metode Central Composite Design (CCD) atau Box-Behnken Design (BBD) untuk efisiensi dan efektivitas eksperimen.
2. Pembangunan Model
   Berdasarkan data eksperimen, dibangun model regresi menggunakan analisis statistik.
3. Validasi Model
   Diperiksa melalui analisis statistik seperti ANOVA, nilai koefisien determinasi (R²), uji signifikansi (p-value), dan uji lack of fit.
4. Analisis dan Optimasi
   Dilakukan dengan memvisualisasikan response surface (permukaan respon) dan contour plot, serta menggunakan metode numerik untuk menentukan kondisi optimum.

Keunggulan RSM

• Dapat mengidentifikasi efek interaksi antar variabel proses.
• Mengurangi jumlah eksperimen dibandingkan metode trial-and-error.
• Cocok untuk optimasi proses kompleks dengan banyak faktor.

Keterbatasan RSM

• Kurang cocok untuk sistem dengan perilaku non linier ekstrem atau diskontinuitas.
• Hanya valid dalam rentang faktor yang dipilih dalam desain eksperimen.

Optimisasi

 

Optimisasi adalah proses pencarian satu atau lebih penyelesaian yang berhubungan dengan nilai-nilai dari satu atau lebih fungsi objektif pada suatu masalah sehingga diperoleh satu nilai optimal (Berlianty, I., & Arifin 2010). Secara umum optimisasi berarti pencarian nilai terbaik (minimum atau maksimum) dari beberapa fungsi yang diberikan pada suatu konteks. Optimisasi juga dapat berarti upaya untuk meningkatkan kinerja sehingga mempunyai kualitas yang baik dan hasil kerja yang tinggi. Secara matematis optimisasi adalah cara mendapatkan harga ekstrim baik maksimum atau minimum dari suatu fungsi tertentu dengan faktor-faktor pembatasnya. Jika persoalan yang akan diselesaikan dicari nilai maksimumnya, maka keputusannya berupa maksimal (Sari 2014).  Optimisasi adalah salah satu disiplin ilmu dalam matematika yang fokus untuk mendapatkan nilai minimum atau maksimum secara sistematis dari suatu fungsi, peluang, maupun pencarian nilai lainnya dalam berbagai kasus. Optimisasi hampir dapat digunakan dalam berbagai bidang untuk mencapai efektivitas dan efisiensi dari target yang diinginkan. Tujuan dari optimisasi salah satunya adalah penentuan minimum maka tujuan dalam model matematikanya adalah minimasi (Maharani 2015).

Optimisasi untuk menghasilkan bahan bakar minyak sudah pernah dilakukan oleh Wang pada tahun 2007, dengan tujuan memperoleh nilai maksimum yield gasolin secondary reaction  dari FCC yang menggunakan algoritma genetika, dimana memberikan hasil maksimum yield gasolin = 81,04 % wt (Wang et al. 2007). Pada tahun 2013, Cuadros melakukan optimisasi untuk memperoleh maksimum konversi pada  fluid catalytic cracking (FCC) dengan algoritma genetika, yang memberikan hasil maksimum konversi = 87,83 % wt (Cuadros et al. 2013). Cuadros juga berhasil melakukan optimisasi pada tahun 2020 dengan melakukan optimisasi nilai maksimum produk Naphtha pada fluid catalytic cracking unit (FCCU), menggunakan algoritma genetika dan PSO yang memberikan hasil maksimum produk Naphta yang diperoleh dengan metode algoritma genetika = 1.139.715,14 ton / tahun dan dengan metode PSO = 1.173.769,92 ton / tahun (F. Cuadros Bohorquez et al. 2020). Rahimi di tahun 2023 berhasil melakukan optimisasi maksimum biofuel yields (bio-char, bio-oil, and syngas) proses pirolisis, dengan menggunakan algoritma genetika dan memberikan hasil maksimum biofuel yields (bio-char, bio-oil, and syngas) proses pirolisis berturut-turut adalah 36,04 %, 45 % dan 54,16 % wt (Rahimi et al. 2023).

Optimisasi merupakan proses untuk mendapatkan hasil yang lebih baik/optimum dengan batasan-batasan masalah yang ada. Optimisasi ini memiliki beberapa bagian yaitu objective function (fungsi objektif) yang merupakan hasil yang kita inginkan, selanjutnya adalah constraints / batasan masalah yang merupakan batasan-batasan yang ada dan harus dimasukkan ke dalam proses optimisasi dan yang terakhir adalah model matematis dari sebuah sistem,

Ada beberapa teknik optimisasi stokastik antara lain algoritma duelist, RWA, algoritma genetika dan PSO. Algoritma duelist  berdasarkan pada cara duelist untuk meng-update kemampuan bertarungnya. RWA merupakan salah satu teknik optimisasi dengan didasarkan pada filosofi hujan yang turun. Hujan yang turun tersebut diasumsikan merupakan objek yang jatuh bebas dari langit untuk mencari posisi yang paling rendah di bumi sesuai dengan hukum Newton tentang gerak. Proses inisialisasi dilakukan untuk menentukan parameter. Beberapa parameternya yaitu jumlah rain water, dimensi fungsi objektif, global optimum untuk menemukan nilai minimum atau maksimum, batas atas dan bawah fungsi objektif dan jumlah iterasi.