ccitonline.com

A. Project Title

Optimasi Pemilihan Material Komponen Sayap Pesawat Menggunakan Metode Numerik Berbasis Multi Kriteria

B. Author Complete Name

Ghina Khairani

C. Affiliation

Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia

D. Abstract

Penyeleksian material untuk komponen sayap pesawat merupakan faktor kritis dalam menentukan performa aerodinamis, efisiensi bahan bakar, dan keselamatan penerbangan. Proyek ini bertujuan mengoptimalkan proses seleksi material dengan menggunakan pendekatan metode numerik berbasis multi-kriteria, mempertimbangkan kekuatan tarik, densitas, dan ketahanan terhadap korosi. Dengan menerapkan prinsip dari kerangka berpikir DAI5, setiap langkah dalam penelitian ini didasarkan pada kesadaran mendalam terhadap peran ilmu dalam membawa manfaat luas serta keinginan untuk menghasilkan solusi yang benar berasal dari niat yang baik dari dalam diri penulis. Metodologi yang digunakan meliputi teknik pembobotan kriteria menggunakan Analytic Hierarchy Process (AHP) dan skoring numerik terhadap alternatif material berdasarkan data teknis yang tersedia. Hasil analisis menunjukkan bahwa material komposit berbasis serat karbon memberikan kinerja terbaik dalam rasio kekuatan terhadap berat, dibandingkan dengan paduan aluminium dan titanium. Proses idealisasi dilakukan untuk merancang model seleksi yang sederhana namun representatif, sedangkan langkah-langkah implementasi dievaluasi melalui interpretasi hasil dan iterasi prosedur. Studi ini membuktikan bahwa penerapan metode numerik yang terstruktur dapat mempercepat pengambilan keputusan teknik yang lebih objektif dan bertanggung jawab, serta mendorong inovasi dalam desain struktur pesawat yang lebih efisien.

E. Author Declaration

1. Deep Awareness (of) I
   Dalam menjalani proyek ini, penulis menyadari sepenuhnya bahwa setiap ilmu dan kemampuan yang diperoleh adalah karunia dari Tuhan Yang Maha Esa. Oleh karena itu, setiap langkah penelitian dilakukan dengan mengedepankan kejujuran ilmiah dan niat untuk memberikan manfaat kepada masyarakat dan dunia penerbangan.

2. Intention of the Project Activity
   Proyek ini bertujuan untuk menghasilkan metode pemilihan material yang lebih efisien dan akurat untuk mendukung industri penerbangan yang lebih aman, ekonomis, dan ramah lingkungan. Seluruh aktivitas dilakukan dengan niat untuk mendukung kesejahteraan umat manusia dan menjaga keberlanjutan ciptaan Allah.

F. Introduction

Material sayap pesawat memiliki peran penting dalam menentukan performa terbang, efisiensi bahan bakar, dan keselamatan penerbangan. Permasalahan utama adalah bagaimana memilih material yang memenuhi kriteria kekuatan tinggi dan berat minimum. Banyak alternatif material tersedia, namun pemilihan manual sangat memakan waktu dan rawan bias.

Karenanya, diperlukan metode sistematis berbasis numerik untuk menemukan material terbaik secara objektif.

Initial Thinking (about the Problem):

Penelitian terdahulu banyak berfokus pada penggunaan aluminium dan titanium dalam pesawat. Namun, dengan perkembangan teknologi material komposit, kini terdapat peluang untuk meningkatkan performa lebih lanjut. Kesenjangan yang ada adalah kurangnya sistem seleksi material berbasis optimasi numerik yang mempertimbangkan banyak kriteria secara bersamaan.

G. Methods & Procedures

1. Idealization:
   Beberapa asumsi dibuat untuk menyederhanakan analisis:
   1. Material diasumsikan homogen dan isotropik.
   2. Beban dianggap statis (tanpa fluktuasi dinamis besar).
   3. Faktor ekonomi (harga material) tidak dipertimbangkan pada tahap awal.

2. Instruction (Set):
   1. Menentukan kriteria seleksi:
      Strength-to-weight ratio (kekuatan per satuan berat)
      Ketahanan korosi
      Faktor ketersediaan
   2. Mengumpulkan data properti material: aluminium alloys, titanium alloys, carbon-fiber composites, dsb.
   3. Melakukan pembobotan kriteria menggunakan metode Analytic Hierarchy Process (AHP).

→ Menggunakan metode numeruk untuk membandingkan antar kriteria (seberapa penting kekuatan dibandingkan dengan ketahanan korosi) yang kemudian dihitung eigenvector dari matrix untuk mendapat bobot numerik setiap kriteria

4. Skoring material berdasarkan nilai properti.

→ Tiap material diambil data kekuatan, densitas, ketahanan korosinya kemudian dinoermalisasi terlebih dahulu lalu dikalilan dengan kriteria bobot masing-masing.

5. Menghitung skor total untuk masing-masing material.
6. Menentukan material optimal berdasarkan skor tertinggi.
   

Berikut adalah algoritma yang digunakan untuk AHP dan skoring

import numpy as np

import pandas as pd

import matplotlib.pyplot as plt

# — Step 1: Data Material dan Kriteria —

# Data

materials = [‘Aluminium Alloy’, ‘Titanium Alloy’, ‘Carbon Fiber Composite’]

strength = [572, 950, 600]  # (MPa)

density = [2.8, 4.4, 1.6]   # (g/cm³)

corrosion_resistance = [6, 9, 10]  # (skala 1–10)

# — Step 2: Bobot Kriteria (hasil dari AHP sederhana) —

# Hasil AHP: Strength (50%), Density (30%), Corrosion Resistance (20%)

weights = np.array([0.5, 0.3, 0.2])

# — Step 3: Normalisasi Data —

# Untuk strength dan corrosion resistance: makin besar makin bagus

# Untuk density: makin kecil makin bagus => normalisasi dibalik

strength_norm = np.array(strength) / np.max(strength)

density_norm = np.min(density) / np.array(density)  # invers

corrosion_norm = np.array(corrosion_resistance) / np.max(corrosion_resistance)

# Gabungkan ke satu array

criteria_matrix = np.vstack((strength_norm, density_norm, corrosion_norm)).T

# — Step 4: Hitung Skor Akhir —

final_scores = criteria_matrix.dot(weights)

# — Step 5: Buat DataFrame untuk hasil —

df = pd.DataFrame({

    ‘Material’: materials,

    ‘Strength (norm)’: strength_norm,

    ‘Density (norm)’: density_norm,

    ‘Corrosion Resistance (norm)’: corrosion_norm,

    ‘Final Score’: final_scores

})

# Urutkan dari skor tertinggi

df_sorted = df.sort_values(by=’Final Score’, ascending=False)

# — Step 6: Plot Grafik —

plt.figure(figsize=(8,5))

plt.bar(df_sorted[‘Material’], df_sorted[‘Final Score’], color=’skyblue’)

plt.title(‘Material Selection Score’)

plt.ylabel(‘Final Score’)

plt.ylim(0,1)

plt.grid(axis=’y’)

plt.show()

# — Output DataFrame —

print(df_sorted)

H. Results & Discussion

• Hasil:
  Dari hasil perhitungan, material komposit berbasis serat karbon memiliki skor tertinggi, diikuti oleh titanium alloy.
  
• Diskusi:
  • Carbon-fiber composite unggul pada rasio kekuatan terhadap berat.
  • Aluminium alloy tetap menjadi alternatif yang baik dari segi biaya dan kemudahan produksi.
  • Titanium menawarkan keunggulan pada ketahanan korosi, namun beratnya lebih besar dibanding komposit.
• Perbandingan dengan literatur:
  Hasil ini konsisten dengan tren industri penerbangan modern yang semakin beralih ke material komposit.

I. Conclusion, Closing Remarks, Recommendations

• Conclusion: Pemilihan material sayap pesawat dengan metode numerik menghasilkan rekomendasi Carbon Fiber Composite sebagai pilihan terbaik berdasarkan kekuatan, massa jenis, dan ketahanan korosi.
• Closing Remarks: Metode numerik seperti normalisasi dan pembobotan terbukti efektif dan objektif dalam proses pengambilan keputusan teknik. Pendekatan ini juga mengintegrasikan prinsip Deep Awareness dalam setiap tahap pengambilan keputusan, selaras dengan Framework DAI-5.
• Recommendations: Penelitian lanjutan dapat mempertimbangkan:

• Aspek biaya material,
• Kemudahan manufaktur,
• Ketersediaan di pasaran, sebagai tambahan variabel penilaian numerik untuk mendapatkan keputusan yang lebih komprehensif

J. Acknowledgments

Penulis mengucapkan puji syukur kepada Allah SWT atas segala karunia dan rahmatNya sehinggal saya dapat menyelesaikan proyek ini. Saya juga mengucapkan terimakasih kepada dosen, teman-teman, dan berbagai penulis yang sudah dijadikan acuan referensi.

K. (References) Literature Cited

Ashby, M.F. (2011). Materials Selection in Mechanical Design. 4th ed. Butterworth-Heinemann.
Jones, R.M. (1998). Mechanics of Composite Materials. Taylor & Francis.
Callister, W.D. (2007). Materials Science and Engineering: An Introduction. 7th ed. Wiley.

Kalpakjian, S., & Schmid, S. (2014). Manufacturing Processes for Engineering Materials. Pearson.

L. Appendices

• Tabel data properti material
• Perhitungan pembobotan dan skoring
• Grafik perbandingan skor material