Mengenal Konsep Otomasi Industri dan Manfaatnya Bagi Industri

Pengertian Otomasi Industri

Otomasi industri adalah suatu sistem kontrol mesin dan proses yang digunakan di berbagai sektor industri dengan menggunakan teknologi seperti robotika dan perangkat lunak komputer. Teknologi ini memungkinkan operasi yang lebih efisien dan efektif, serta mengurangi keterlibatan manusia dalam pelaksanaan tugas-tugas rutin. Otomasi industri memainkan peran penting dalam meningkatkan produktivitas dan kualitas produksi. Adanya otomasi, mengurangi risiko kesalahan dan meningkatkan konsistensi hasil produksi. Penerapan otomasi dalam industri bertujuan untuk meningkatkan produktivitas, mengurangi biaya yang terkait dengan karyawan dan tunjangan mereka, serta mengoptimalkan biaya lainnya. Selain itu, otomasi juga memberikan keuntungan dalam hal peningkatan presisi dan fleksibilitas dalam operasi industri.

Dalam beberapa tahun terakhir, otomasi industri telah menjadi tren yang signifikan di berbagai sektor industri, seperti manufaktur otomotif, pengolahan makanan dan minuman, farmasi, dan perakitan elektronik. Perusahaan-perusahaan dalam sektor ini telah mengadopsi otomasi sebagai cara untuk meningkatkan efisiensi operasional dan mempertahankan daya saing di pasar yang semakin kompetitif. Dengan munculnya revolusi industri, otomasi menjadi semakin umum dalam industri, yang menghasilkan peningkatan produksi barang yang lebih murah dan dalam jumlah yang lebih besar. Mesin dan proses mekanis dalam industri sering kali lebih cepat daripada metode manual, yang memungkinkan perusahaan untuk meningkatkan efisiensi dan kapasitas produksi mereka. Namun, meskipun mekanisasi memberikan manfaat signifikan, masih tetap diperlukan tenaga kerja manusia yang terampil.
 

Elemen Otomasi Industri

Otomasi industri adalah platform sistem yang terintegrasi, fleksibel, dan memiliki biaya rendah. Sistem ini terdiri dari berbagai peralatan dan elemen yang berfungsi untuk penginderaan, kontrol, pengawasan, dan pemantauan dalam proses industri. Struktur otomasi industri mencakup berbagai elemen fungsional otomasi industri yang saling terhubung dan berinteraksi.

1.    Elemen Penginderaan dan Penggerak
Sensor atau elemen penginderaan dalam otomasi industri memiliki peran penting dalam mengubah variabel proses fisik menjadi bentuk listrik atau pneumatik yang dapat diproses lebih lanjut. Berbagai jenis sensor digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk termokopel, Resistance Temperature Detector (RTD), pengukur regangan, dan lainnya. Sensor-sensor ini mendeteksi dan mengukur parameter seperti aliran, tekanan, suhu, dan lainnya, serta mengubahnya menjadi sinyal yang dapat diproses.

Sinyal dari sensor-sensor ini kemudian digunakan untuk memproses, menganalisis, dan mengambil keputusan yang diperlukan untuk menghasilkan output kontrol yang diinginkan. Berbagai teknik kontrol digunakan dalam proses ini, di mana variabel proses yang dihasilkan oleh sensor dibandingkan dengan nilai yang ditetapkan. Dengan menggunakan teknik kontrol ini, pengontrol mampu menghasilkan output yang dihitung dan diterapkan sebagai masukan sinyal listrik atau pneumatik ke elemen penggerak.

Elemen penggerak, yang juga dikenal sebagai aktuator, berperan dalam mengubah sinyal listrik atau pneumatik yang diterima dari pengontrol menjadi variabel proses fisik yang dapat menggerakkan atau mengontrol peralatan atau sistem. Contoh aktuator meliputi katup kontrol, relai, motor, dan sebagainya. Aktuator ini bertugas untuk mengubah sinyal kontrol menjadi tindakan fisik yang menggerakkan atau mengontrol perangkat atau mekanisme dalam sistem otomasi industri.

2.    Elemen Sistem Kontrol
Pengontrol elektronik berbasis mikroprosesor atau sering disebut sebagai komputer industri, adalah komponen utama dalam otomasi industri. Pengontrol ini menerima sinyal dari berbagai sensor yang mengukur variabel proses fisik serta menerima sinyal perintah dari sistem pengawasan atau operator manusia. Dengan menggunakan mikroprosesor dan perangkat keras yang terintegrasi, pengontrol ini mampu memproses nilai penginderaan dan pengawasan secara cepat dan efisien. Pengontrol ini dapat berupa sistem kontrol kontinu atau kontrol sekuensial/logika tergantung pada struktur sifat kontrol. Pengontrol memproses nilai penginderaan dan nilai pengawasan dan bergantung pada struktur kontrol, menghasilkan output kontrol ke berbagai perangkat penggerak.

Salah satu jenis perangkat kontrol modern yang sering digunakan dalam sistem otomasi adalah Programmable Logic Controller (PLC). PLC dilengkapi dengan perangkat lunak khusus yang memungkinkannya diprogram untuk melaksanakan operasi kontrol yang sesuai. PLC memiliki CPU yang kokoh, I/O digital, I/O analog, dan modul komunikasi yang memungkinkannya beroperasi di lingkungan industri untuk mengontrol berbagai parameter proses.

Human Machine Interface (HMI) adalah tampilan grafis yang digunakan oleh operator untuk menampilkan informasi mengenai proses, seperti status variabel proses, pencatatan hasil ke dalam database, serta menghasilkan sinyal alarm dan sebagainya. Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) adalah salah satu contoh antarmuka pengguna grafis yang digunakan untuk mengendalikan operasi industri dari jarak jauh. Selain itu, Distributed Control System (DCS) juga menyediakan HMI sendiri untuk menampilkan parameter-parameter industri dalam bentuk grafis.

3.    Elemen Kontrol Pengawas
Kontrol pengawasan melakukan kontrol tingkat yang lebih tinggi atas pengontrol otomatis yang selanjutnya mengontrol subsistem yang lebih kecil. Elemen utama dari level ini adalah PC stasiun proses, dan Antarmuka Mesin Manusia. PC stasiun proses ini bertanggung jawab atas fungsi seperti perhitungan set point, pemantauan kinerja, diagnostik, pengaktifan, pematian, dan operasi darurat lainnya.

Antarmuka Mesin Manusia atau antarmuka operator adalah antarmuka grafis untuk operator yang menampilkan informasi proses seperti status variabel proses, mencatat hasil ke database, menghasilkan sinyal alarm, dll. SCADA adalah salah satu antarmuka pengguna grafis yang mengontrol operasi industri dari jarak jauh. Juga, sistem kontrol terdistribusi (DCS) menyediakan HMI mereka sendiri untuk tampilan grafis dari berbagai parameter industri.
 

Jenis-Jenis Sistem Otomasi Industri

Berikut ini adalah jenis sistem dari otomasi industri.

1.    Fixed Automation
Otomatisasi industri sering kali dikaitkan dengan tugas-tugas yang terdefinisi dengan jelas, alur kerja yang berkelanjutan, produksi dalam volume besar, dan hambatan masuk yang tinggi. Jenis otomatisasi ini, juga dikenal sebagai otomasi keras, jarang mengalami perubahan signifikan dalam operasinya. Menerapkan perubahan pada sistem otomatisasi ini biasanya memerlukan biaya yang tinggi dan waktu yang lama. Hal ini terkait dengan adaptasi atau pengaturan ulang yang diperlukan untuk mengakomodasi produk baru atau perubahan dalam proses produksi.

2.    Programmable Automation
Programmable automation sering kali dikaitkan dengan produksi dalam bentuk batch, di mana beberapa puluh hingga ribuan unit diproduksi dalam satu siklus. Keuntungan utama dari programmable automation dalam konteks ini adalah kemampuan untuk dengan cepat menyesuaikan alur kerja dan pengaturan mesin untuk menghasilkan berbagai produk dalam volume yang berbeda.

Dalam produksi dengan volume yang lebih rendah, sering kali diperlukan pergantian lebih sering antara produk yang berbeda. Hal ini perlu dipertimbangkan saat menentukan ukuran batch dan waktu tunggu antara setiap pergantian. Dengan otomatisasi yang dapat diprogram, perusahaan dapat dengan mudah mengubah konfigurasi sistem otomatis sesuai dengan kebutuhan produksi yang berbeda. Ini memungkinkan perusahaan untuk mengoptimalkan waktu kerja dan meminimalkan waktu tunggu antara pergantian produk, sehingga meningkatkan efisiensi produksi secara keseluruhan.

3.    Flexible Automation
Kemajuan dalam jenis otomasi industri telah mengarah pada proses yang melibatkan interaksi manusia yang lebih sedikit dan peningkatan waktu operasional tanpa henti. Ini memungkinkan produksi yang lebih luas dalam jangkauan produk yang diproduksi pada satu mesin atau jalur produksi. Flexible automation sering melibatkan kontrol elektromekanis yang akurat.

Mesin CNC (Computer Numerical Control) adalah contoh dari flexible automation dalam industri. Mesin ini dikendalikan oleh program komputer yang presisi, yang memungkinkan produksi yang lebih akurat, cepat, dan konsisten dari berbagai produk dengan perubahan konfigurasi yang relatif mudah. Mesin CNC juga memungkinkan pergantian alat secara otomatis, mengurangi waktu henti yang terkait dengan pergantian produk atau operasi.

4.    Integrated Automation
Mengintegrasikan perangkat dan mesin ke dalam satu sistem kontrol merupakan langkah penting dalam menciptakan otomatisasi terintegrasi dalam lingkungan manufaktur. Pendekatan ini menghubungkan titik-titik antara berbagai proses, lini produksi, dan elemen lainnya dalam satu sistem yang terkoordinasi dengan baik. Dalam otomatisasi terintegrasi, mesin dan peralatan yang sebelumnya beroperasi secara independen dapat berkomunikasi melalui jaringan, seperti IIoT (Industrial Internet of Things) dan Industri 4.0, untuk menciptakan fleksibilitas yang lebih besar dan mencapai produksi yang lebih sesuai permintaan dan peningkatan kustomisasi.

Salah satu tren yang mendorong otomasi industri adalah penggunaan perangkat pemantauan yang cepat dan mudah diintegrasikan ke dalam berbagai jenis otomasi. Perangkat pemantauan ini memungkinkan perusahaan untuk mengumpulkan data secara real time dari berbagai mesin, peralatan, dan proses dalam lingkungan produksi. Data yang terkumpul ini dapat digunakan untuk membuat keputusan yang lebih baik dalam hal produksi, penyesuaian rantai pasokan, atau pengelolaan tenaga kerja.
 

Perangkat Utama Otomasi Industri

Dalam industri otomasi, diperlukan beragam perangkat untuk menjalankan proses tersebut. Hal ini melibatkan penggunaan sistem kontrol yang menggabungkan berbagai perangkat dan sistem yang mempengaruhi berbagai aspek dalam proses manufaktur. Berikut ini dijelaskan beberapa perangkat utama yang terlibat dalam industri otomasi.

1.    Programmable Logic Controller (PLC)
PLC (Programmable Logic Controller) adalah sebuah sistem kontrol komputer industri yang kuat yang dapat diprogram sebelumnya. PLC digunakan untuk mengendalikan dan mengotomatiskan operasi dalam proses industri. PLC terus memantau dan menerima informasi dari perangkat input atau sensor, memproses informasi, dan memicu perangkat output yang terhubung, untuk menyelesaikan tugas dalam proses industri atau mesin.

2.    Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)
Sistem SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) adalah sistem yang banyak digunakan untuk mengendalikan dan memantau proses industri. Sistem SCADA memperoleh dan memproses data secara real-time melalui interaksi langsung dengan perangkat yang terhubung, seperti sensor, PLC, dan perangkat lainnya. Selain itu, sistem SCADA juga merekam peristiwa yang terjadi dalam proses industri ke dalam file log. Fungsi utama dari sistem SCADA adalah memantau kondisi operasional, mengumpulkan data, dan mengendalikan perangkat dalam proses industri. Sistem ini memungkinkan operator atau pengguna untuk mengamati secara real-time parameter dan variabel penting dalam proses, seperti suhu, tekanan, level, kecepatan, dan lain sebagainya.

3.    Human Machine Interface (HMI)
HMI (Human-Machine Interface) adalah sebuah aplikasi perangkat lunak yang dirancang untuk memfasilitasi interaksi dan komunikasi antara operator manusia dengan mesin atau sistem produksi. HMI berfungsi sebagai antarmuka yang menghubungkan pengguna dengan perangkat keras dan perangkat lunak yang ada dalam proses produksi. Fungsi utama dari HMI adalah menerjemahkan data kompleks yang dihasilkan oleh perangkat keras atau sistem produksi menjadi informasi yang lebih mudah diakses dan dipahami oleh operator manusia.

4.    Artificial Neural Network (ANN)
ANN (Artificial Neural Network) adalah sistem komputasi yang terinspirasi dari struktur dan fungsi otak manusia. ANN terdiri dari jaringan node neuron yang saling terhubung, mirip dengan jaringan saraf dalam otak manusia. Tujuan utama dari ANN adalah untuk mensimulasikan cara otak manusia menganalisis dan memproses informasi.

5.    Distributed Control System (DCS)
DCS (Distributed Control System) adalah sistem kontrol terdistribusi yang digunakan untuk mengontrol dan memantau berbagai elemen dalam sistem otomatis. DCS berfungsi sebagai jaringan pemantauan pusat yang menghubungkan perangkat-perangkat dan komponen sistem untuk mengontrol operasi yang kompleks.

6.    Robotics
Robot memiliki kemampuan untuk melakukan tugas dengan efisiensi dalam situasi yang rumit atau berbahaya. Keberadaan robot ini dapat meningkatkan aliran dan kualitas produksi, serta meningkatkan keselamatan bagi para karyawan. Selain itu, kehadiran robot juga dapat memberikan kenyamanan dan kemudahan dalam kehidupan sehari-hari.
 

Tingkatan dalam Otomasi Industri

Dalam otomasi industri terdapat lima level yang dikenal sebagai L0 hingga L4. Berikut adalah penjelasan singkat mengenai masing-masing level.

1.    Level 0: Sensor dan Sinyal
Ini merupakan tingkat pertama dan terendah dalam otomasi industri Ini terdiri dari perangkat lapangan seperti sensor, aktuator, instrumen, motor, katup, aktuator, sakelar, dan peralatan lainnya. Anda juga dapat mendefinisikannya sebagai lapisan bidang. Tujuan utama otomasi industri adalah untuk mengontrol input dan output, dan Anda harus terbiasa dengannya untuk mengontrolnya secara efisien. Jika Anda tidak tahu apa yang akan dilakukan sensor atau bagaimana motor akan bekerja, maka tidak dapat melanjutkan ke tingkat pemrograman berikutnya.

2.    Level 1:  Manipulasi dan Kontrol
Tahap awal pengendalian dimulai dengan menggunakan PLC dan PID (Proportional-Integral-Derivative) controller. Setelah mendapatkan data dari sensor, langkah selanjutnya adalah mengendalikan motor berdasarkan data tersebut. Untuk melakukan itu, sebuah program harus ditulis di dalam pengontrol yang akan menerima input dari sensor perangkat keras dan mengontrol output motor perangkat keras sesuai dengan program yang telah ditentukan. Pengontrol yang digunakan dalam hal ini adalah PLC, di mana sebuah program akan ditulis untuk memanipulasi input dan output sesuai dengan kebutuhan pengendalian yang diinginkan.

Selain PLC, pengontrol PID juga sering digunakan dalam beberapa kasus untuk mengurangi biaya. Pengontrol PID adalah pengontrol yang lebih sederhana yang mengatur output berdasarkan input yang diterima, menggunakan perhitungan berdasarkan algoritma PID (Proportional-Integral-Derivative). Keuntungan dari pengontrol PID adalah biaya yang lebih rendah dibandingkan dengan PLC dan penggunaannya yang cukup efektif dalam mengatur banyak jenis sistem. Namun di PLC, Anda dapat membuat seluruh program sesuai dengan kebutuhan Anda. Level ini dapat disebut sebagai tahap kontrol dan mengirimkan data ke level berikutnya melalui formulir komunikasi.

3.    Level 2: Kontrol Pengawasan
Misalnya terdapat 10 PLC di pabrik dan Anda ingin memantau dan mengendalikannya dari kantor terpencil, diperlukan adanya jaringan dan komunikasi antara semua PLC tersebut.

Pada dasarnya, peran level ini adalah mengintegrasikan semua pengontrol pabrik ke dalam satu platform tunggal yang memungkinkan pengawasan dan pengendalian keseluruhan sistem secara simultan. Fungsi ini dijalankan oleh SCADA. Dengan menggunakan SCADA, Anda dapat memvisualisasikan seluruh proses produksi, memonitor alarm, menghasilkan laporan, menjalankan proses batch, dan mengontrol tindakan operator melalui jejak audit. Dengan demikian, SCADA memfasilitasi pengawasan dan pengendalian yang efisien terhadap seluruh sistem otomasi industri. Untuk mengintegrasikan seluruh jaringan dengan SCADA, penting untuk memahami berbagai topologi komunikasi yang digunakan dalam sistem PLC. SCADA dapat dijalankan pada PC desktop atau IPC (Industrial PC) sebagai platform utama.

4.    Tingkat 3: Perencanaan dan Operations
Level ini digunakan untuk perencanaan dan operasi di pabrik. Ini adalah sistem manajemen komputer dan dapat memantau dan mengontrol beberapa sistem SCADA. Misalnya Dalam sebuah pabrik dengan banyak proses, penting untuk memonitor seluruh alur produksi dari awal hingga akhir. Untuk tujuan ini, MES (Manufacturing Execution System) dapat digunakan. Dengan menggunakan MES, pengguna dapat melakukan perencanaan aktivitas dan mengendalikan data serta proses manufaktur. MES memungkinkan pengguna untuk melihat dan mengendalikan berbagai informasi terkait pabrik, mulai dari awal hingga akhir proses produksi. Ini mencakup informasi data vendor, informasi peralatan, dan bagan harian perencanaan dan pembuatan.

5.    Level 4: Perencanaan Bisnis, Logistik, dan Operasi Tingkat Perusahaan
Terdapat beberapa departemen yang ada dalam sebuah perusahaan, seperti penjualan, pembelian, SDM, keuangan, logistik, produksi, pengendalian inventaris, dan lain sebagainya. Jika semua proses setelah tahap pembuatan (MES) tidak terhubung dan dilakukan secara manual, maka akan menghasilkan keluaran yang diinginkan, tetapi dengan kecepatan yang lambat. Tingkat produksi dapat menurun karena banyak orang harus menunggu personel dari departemen lain untuk langkah selanjutnya. Oleh karena itu, munculnya sistem ERP (Enterprise Resource Planning).

ERP merupakan sebuah sistem otomatisasi yang menggunakan teknologi komputer untuk mengotomatiskan berbagai proses di kantor secara efisien. Dengan ERP, semua proses di berbagai departemen dapat diotomatiskan dan data dapat dikomunikasikan secara transparan antar departemen. Hal ini menghasilkan pengurangan waktu dan peningkatan efisiensi dalam operasi perusahaan. Dalam konteks perjalanan proses otomasi industri, mulai dari sensor hingga PLC, SCADA, MES, dan akhirnya ERP, terdapat pergeseran dari kontrol lokal menuju pengawasan, kontrol manufaktur, dan manajemen proses perusahaan.
 

Manfaat Otomasi Industri

Berikut ini adalah manfaat yang diperoleh dari penggunaan otomasi industri.

1.    Kualitas yang meningkat
Otomasi industri umumnya memiliki tingkat variasi yang lebih rendah dibandingkan dengan pekerjaan yang dilakukan oleh operator manusia, dan dapat lebih rentan terhadap kesalahan. Meskipun demikian, kelebihan utama dari otomasi industri adalah tingkat ketepatan yang tinggi yang diberikan. Kemampuan otomasi untuk menjaga konsistensi dan reproduktibilitas yang konsisten sepanjang proses manufaktur memberikan manfaat signifikan dalam menghasilkan produk dengan kualitas lebih tinggi.

2.    Efisiensi dan throughput yang lebih tinggi
Robot memiliki keunggulan dalam hal waktu operasional yang dapat berjalan 24 jam sehari dan 7 hari seminggu, yang jauh melebihi kapasitas kerja manusia. Kehadiran robot dalam lingkungan produksi memungkinkan peningkatan efisiensi dan throughput yang lebih tinggi dari sel kerja. Dengan kemampuan mereka untuk bekerja lebih cepat daripada operator manusia, waktu produksi dapat dikurangi secara signifikan.

Keunggulan lain dari otomasi industri adalah fleksibilitas yang diberikannya dalam menyesuaikan sel kerja. Dalam situasi di mana perlu dilakukan optimasi sel kerja atau melakukan modifikasi untuk produk baru, sistem otomatis dapat diprogram ulang secara offline. Proses ini seringkali membutuhkan sedikit atau tanpa waktu henti produksi, dan pelatihan minimal atau bahkan tanpa pelatihan tambahan bagi operator manusia.

3.    Biaya lebih rendah
Penggunaan robot dalam industri memiliki keunggulan ekonomi yang signifikan dibandingkan dengan operator manusia. Meskipun biaya awal untuk memperoleh dan menginstal robot mungkin tinggi, namun setelah biaya tersebut terbayar, biaya operasional robot cenderung lebih murah. Satu-satunya biaya yang perlu dipertimbangkan adalah pemeliharaan dan konsumsi energi selama operasional robot.

Dalam jangka panjang, penggunaan robot dapat menghasilkan penghematan biaya yang substansial jika dibandingkan dengan upah dan tunjangan yang harus diberikan kepada operator manusia. Robot dapat bekerja tanpa henti dan tidak memerlukan waktu istirahat atau cuti, sehingga mengoptimalkan waktu kerja dan menghasilkan produksi yang lebih efisien. Selain itu, penggunaan robot dalam proses produksi dapat meningkatkan kualitas produk dan mengurangi jumlah limbah yang dihasilkan.

4.    Peningkatan kecepatan ke pasar
Otomasi industri memberikan manfaat signifikan dalam meningkatkan efisiensi lini produksi. Dengan menggunakan sistem otomatis yang terintegrasi, waktu tunggu produk dapat dikurangi secara signifikan. Proses produksi menjadi lebih efisien dengan penggunaan otomasi, meminimalkan waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan setiap tahap produksi.

5.    Keselamatan yang lebih baik
Salah satu keuntungan terbesar dari otomasi industri adalah peningkatan keselamatan operator. Dengan otomasi, operator tidak lagi perlu melakukan tugas-tugas berbahaya yang dapat membahayakan kesehatan dan keselamatan mereka. Beberapa contoh tugas berbahaya tersebut meliputi bekerja dengan bahan kimia berbahaya, mengangkat benda berat secara manual, bekerja dalam kondisi lingkungan yang ekstrim seperti suhu tinggi, dan melaksanakan tugas-tugas dengan gerakan yang berulang. Dengan adanya robot dan solusi otomasi lainnya, tugas-tugas ini dapat dilakukan dengan aman dan efisien.
 

Kesimpulan

Otomasi industri adalah suatu sistem kontrol mesin dan proses yang digunakan di berbagai sektor industri dengan menggunakan teknologi seperti robotika dan perangkat lunak komputer. Perkembangan otomasi industri saat ini sangat pesat. Terdapat berbagai penerapannya dalam dunia industri dan memberikan manfaat yang beragam. Dalam otomasi industri terdapat level dan perangkat yang perlu dipahami, sehingga dapat menggunakan sistem otomasi dengan baik.