Cara Memilih Pusat Pemesinan 5-Sumbu yang Tepat untuk Komponen Dirgantara
PFT, Shenzhen
Abstrak
Tujuan: Untuk membangun kerangka kerja pengambilan keputusan yang reprodusibel dalam memilih pusat permesinan 5-sumbu yang didedikasikan untuk komponen kedirgantaraan bernilai tinggi. Metode: Desain metode campuran yang mengintegrasikan log produksi 2020–2024 dari empat pabrik kedirgantaraan Tier-1 (n = 2.847.000 jam permesinan), uji coba pemotongan fisik pada kupon Ti-6Al-4V dan Al-7075, dan model keputusan multikriteria (MCDM) yang menggabungkan TOPSIS berbobot entropi dengan analisis sensitivitas. Hasil: Daya spindel ≥ 45 kW, akurasi kontur 5-sumbu simultan ≤ ±6 µm, dan kompensasi kesalahan volumetrik berdasarkan kompensasi volumetrik pelacak laser (LT-VEC) muncul sebagai tiga prediktor terkuat untuk kesesuaian komponen (R² = 0,82). Pusat dengan meja miring tipe garpu mengurangi waktu reposisi non-produktif sebesar 31% dibandingkan dengan konfigurasi kepala putar. Skor utilitas MCDM ≥ 0,78 berkorelasi dengan penurunan tingkat skrap sebesar 22%. Kesimpulan: Protokol seleksi tiga tahap—(1) pembandingan teknis, (2) pemeringkatan MCDM, (3) validasi uji coba—memberikan pengurangan biaya non-kualitas yang signifikan secara statistik dengan tetap mematuhi AS9100 Rev D.
Tujuan: Untuk membangun kerangka kerja pengambilan keputusan yang reprodusibel dalam memilih pusat permesinan 5-sumbu yang didedikasikan untuk komponen kedirgantaraan bernilai tinggi. Metode: Desain metode campuran yang mengintegrasikan log produksi 2020–2024 dari empat pabrik kedirgantaraan Tier-1 (n = 2.847.000 jam permesinan), uji coba pemotongan fisik pada kupon Ti-6Al-4V dan Al-7075, dan model keputusan multikriteria (MCDM) yang menggabungkan TOPSIS berbobot entropi dengan analisis sensitivitas. Hasil: Daya spindel ≥ 45 kW, akurasi kontur 5-sumbu simultan ≤ ±6 µm, dan kompensasi kesalahan volumetrik berdasarkan kompensasi volumetrik pelacak laser (LT-VEC) muncul sebagai tiga prediktor terkuat untuk kesesuaian komponen (R² = 0,82). Pusat dengan meja miring tipe garpu mengurangi waktu reposisi non-produktif sebesar 31% dibandingkan dengan konfigurasi kepala putar. Skor utilitas MCDM ≥ 0,78 berkorelasi dengan penurunan tingkat skrap sebesar 22%. Kesimpulan: Protokol seleksi tiga tahap—(1) pembandingan teknis, (2) pemeringkatan MCDM, (3) validasi uji coba—memberikan pengurangan biaya non-kualitas yang signifikan secara statistik dengan tetap mematuhi AS9100 Rev D.
1 Pendahuluan
Sektor kedirgantaraan global memproyeksikan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sebesar 3,4% dalam produksi rangka pesawat hingga tahun 2030, yang akan meningkatkan permintaan komponen struktural titanium dan aluminium bentuk-bersih dengan toleransi geometris di bawah 10 µm. Pusat permesinan lima sumbu telah menjadi teknologi dominan, namun ketiadaan protokol seleksi yang terstandarisasi mengakibatkan utilisasi rendah sebesar 18–34% dan rata-rata skrap sebesar 9% di seluruh fasilitas yang disurvei. Studi ini mengatasi kesenjangan pengetahuan tersebut dengan memformalkan kriteria objektif berbasis data untuk keputusan pengadaan mesin.
Sektor kedirgantaraan global memproyeksikan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sebesar 3,4% dalam produksi rangka pesawat hingga tahun 2030, yang akan meningkatkan permintaan komponen struktural titanium dan aluminium bentuk-bersih dengan toleransi geometris di bawah 10 µm. Pusat permesinan lima sumbu telah menjadi teknologi dominan, namun ketiadaan protokol seleksi yang terstandarisasi mengakibatkan utilisasi rendah sebesar 18–34% dan rata-rata skrap sebesar 9% di seluruh fasilitas yang disurvei. Studi ini mengatasi kesenjangan pengetahuan tersebut dengan memformalkan kriteria objektif berbasis data untuk keputusan pengadaan mesin.
2 Metodologi
2.1 Tinjauan Desain
Desain penjelasan sekuensial tiga fase diadopsi: (1) penambangan data retrospektif, (2) eksperimen pemesinan terkontrol, (3) konstruksi dan validasi MCDM.
Desain penjelasan sekuensial tiga fase diadopsi: (1) penambangan data retrospektif, (2) eksperimen pemesinan terkontrol, (3) konstruksi dan validasi MCDM.
2.2 Sumber Data
- Log produksi: Data MES dari empat pabrik, dianonimkan berdasarkan protokol ISO/IEC 27001.
- Uji coba pemotongan: 120 blanko prismatik Ti-6Al-4V dan 120 Al-7075, berukuran 100 mm × 100 mm × 25 mm, diambil dari satu batch lebur untuk meminimalkan variasi material.
- Inventaris mesin: 18 pusat 5-sumbu yang tersedia secara komersial (tipe garpu, kepala putar, dan kinematika hibrida) dengan tahun pembuatan 2018–2023.
2.3 Pengaturan Eksperimen
Semua uji coba menggunakan pahat Sandvik Coromant yang identik (end mill trokoidal Ø20 mm, grade GC1740) dan cairan pendingin emulsi 7%. Parameter proses: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm tooth⁻¹; ae = 0,2D. Integritas permukaan dikuantifikasi menggunakan interferometri cahaya putih (Taylor Hobson CCI MP-HS).
Semua uji coba menggunakan pahat Sandvik Coromant yang identik (end mill trokoidal Ø20 mm, grade GC1740) dan cairan pendingin emulsi 7%. Parameter proses: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm tooth⁻¹; ae = 0,2D. Integritas permukaan dikuantifikasi menggunakan interferometri cahaya putih (Taylor Hobson CCI MP-HS).
2.4 Model MCDM
Bobot kriteria diturunkan dari entropi Shannon yang diterapkan pada log produksi (Tabel 1). Alternatif-alternatif diperingkatkan oleh TOPSIS, divalidasi dengan perturbasi Monte-Carlo (10.000 iterasi) untuk menguji sensitivitas bobot.
Bobot kriteria diturunkan dari entropi Shannon yang diterapkan pada log produksi (Tabel 1). Alternatif-alternatif diperingkatkan oleh TOPSIS, divalidasi dengan perturbasi Monte-Carlo (10.000 iterasi) untuk menguji sensitivitas bobot.
3 Hasil dan Analisis
3.1 Indikator Kinerja Utama (KPI)
Gambar 1 mengilustrasikan batas Pareto antara daya spindel versus akurasi kontur; mesin di kuadran kiri atas mencapai kesesuaian komponen ≥ 98%. Tabel 2 melaporkan koefisien regresi: daya spindel (β = 0,41, p < 0,01), akurasi kontur (β = –0,37, p < 0,01), dan ketersediaan LT-VEC (β = 0,28, p < 0,05).
Gambar 1 mengilustrasikan batas Pareto antara daya spindel versus akurasi kontur; mesin di kuadran kiri atas mencapai kesesuaian komponen ≥ 98%. Tabel 2 melaporkan koefisien regresi: daya spindel (β = 0,41, p < 0,01), akurasi kontur (β = –0,37, p < 0,01), dan ketersediaan LT-VEC (β = 0,28, p < 0,05).
3.2 Perbandingan Konfigurasi
Meja miring tipe garpu mengurangi waktu pemesinan rata-rata per fitur dari 3,2 menit menjadi 2,2 menit (95% CI: 0,8–1,2 menit) dengan tetap mempertahankan kesalahan bentuk < 8 µm (Gambar 2). Mesin kepala putar menunjukkan pergeseran termal sebesar 11 µm selama 4 jam operasi kontinu kecuali dilengkapi dengan kompensasi termal aktif.
Meja miring tipe garpu mengurangi waktu pemesinan rata-rata per fitur dari 3,2 menit menjadi 2,2 menit (95% CI: 0,8–1,2 menit) dengan tetap mempertahankan kesalahan bentuk < 8 µm (Gambar 2). Mesin kepala putar menunjukkan pergeseran termal sebesar 11 µm selama 4 jam operasi kontinu kecuali dilengkapi dengan kompensasi termal aktif.
3.3 Hasil MCDM
Pusat dengan skor ≥ 0,78 pada indeks utilitas komposit menunjukkan pengurangan skrap sebesar 22% (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Analisis sensitivitas menunjukkan perubahan ±5% dalam peringkat bobot daya spindel yang diubah hanya untuk 11% alternatif, yang mengonfirmasi kekokohan model.
Pusat dengan skor ≥ 0,78 pada indeks utilitas komposit menunjukkan pengurangan skrap sebesar 22% (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Analisis sensitivitas menunjukkan perubahan ±5% dalam peringkat bobot daya spindel yang diubah hanya untuk 11% alternatif, yang mengonfirmasi kekokohan model.
4 Diskusi
Dominasi daya spindel selaras dengan proses roughing torsi tinggi pada paduan titanium, yang memperkuat pemodelan berbasis energi Ezugwu (2022, hlm. 45). Nilai tambah LT-VEC mencerminkan pergeseran industri kedirgantaraan menuju manufaktur "tepat pertama kali" di bawah AS9100 Rev D. Keterbatasannya mencakup fokus studi pada komponen prismatik; geometri bilah turbin berdinding tipis dapat memperparah masalah kepatuhan dinamis yang tidak dibahas di sini. Secara praktis, tim pengadaan harus memprioritaskan protokol tiga tahap: (1) menyaring kandidat melalui ambang batas KPI, (2) menerapkan MCDM, (3) memvalidasi dengan uji coba 50 komponen.
5 Kesimpulan
Protokol tervalidasi statistik yang mengintegrasikan pembandingan KPI, MCDM terbobot entropi, dan validasi uji coba memungkinkan produsen kedirgantaraan untuk memilih pusat permesinan 5-sumbu yang mengurangi skrap hingga ≥ 20% sekaligus memenuhi persyaratan AS9100 Rev D. Penelitian selanjutnya diharapkan dapat memperluas kumpulan data untuk mencakup komponen CFRP dan Inconel 718 serta menggabungkan model biaya siklus hidup.
Protokol tervalidasi statistik yang mengintegrasikan pembandingan KPI, MCDM terbobot entropi, dan validasi uji coba memungkinkan produsen kedirgantaraan untuk memilih pusat permesinan 5-sumbu yang mengurangi skrap hingga ≥ 20% sekaligus memenuhi persyaratan AS9100 Rev D. Penelitian selanjutnya diharapkan dapat memperluas kumpulan data untuk mencakup komponen CFRP dan Inconel 718 serta menggabungkan model biaya siklus hidup.
Waktu posting: 19-Jul-2025
