Analisis Keandalan Sistem Keselamatan Redundan dengan Degradasi: Studi Kasus dan Pendekatan Markov Berbasis Jendela

Pendahuluan

Dalam berbagai industri seperti transportasi, nuklir, dan manufaktur, sistem keselamatan redundan digunakan untuk mengurangi risiko kecelakaan. Namun, komponen mekanis dan elektronik dalam sistem ini mengalami degradasi, yang dapat meningkatkan risiko kegagalan.

Penelitian oleh Elena Rogova dari Delft University of Technology ini mengevaluasi metode analitis dan pendekatan Markov berbasis jendela untuk menilai keandalan sistem keselamatan redundan yang mengalami degradasi. Studi ini membahas bagaimana metode ini dapat digunakan untuk memperkirakan probabilitas kegagalan sistem, terutama dalam eskalator, lift, dan peralatan transportasi lainnya.

Metodologi Penelitian

Penelitian ini menggunakan pendekatan Reliability Block Diagram (RBD) dan metode berbasis Markov, dengan langkah-langkah utama sebagai berikut:

1. Analisis Standar Keselamatan dan Metode Keandalan
   • Menggunakan ISO 22201-2 dan IEC 61508 untuk menilai standar keandalan dalam sistem keselamatan transportasi.
   • Mengklasifikasikan sistem keselamatan eskalator, lift, dan jalur berjalan otomatis.
2. Penggunaan Model Redundansi dan Degradasi
   • Mengembangkan model M-out-of-N redundan untuk komponen mekanis dan elektronik.
   • Menggunakan pendekatan failure rate function berbasis Weibull distribution untuk memprediksi degradasi.
3. Simulasi dan Evaluasi dengan Markov Berbasis Jendela
   • Menganalisis transisi status sistem dari kondisi normal ke kegagalan menggunakan model Markov.
   • Validasi hasil melalui simulasi Monte Carlo untuk menilai keakuratan metode.

Hasil dan Temuan Utama

1. Evaluasi Keandalan Sistem Keselamatan Redundan

• Sistem mekanis memiliki failure rate yang meningkat seiring waktu, berbeda dengan sistem elektronik yang cenderung stabil.
• Model redundansi M-out-of-N meningkatkan keandalan sistem hingga 97,3% jika diterapkan dengan konfigurasi optimal.
• Penggunaan data eksperimental dari sistem eskalator menunjukkan bahwa brake failure adalah salah satu penyebab utama kecelakaan, dengan probabilitas kegagalan meningkat 30% setelah 5 tahun penggunaan.

2. Implementasi Model Markov Berbasis Jendela

• Metode Markov lebih akurat dibandingkan pendekatan berbasis RBD, terutama dalam menganalisis sistem dengan failure rate tidak konstan.
• Perhitungan probabilitas kegagalan rata-rata (PFDavg) lebih realistis dibandingkan metode analitis konvensional.
• Validasi dengan simulasi Monte Carlo menunjukkan bahwa model Markov berbasis jendela dapat memperkirakan keandalan dengan margin kesalahan kurang dari 5%.

3. Dampak Degradasi pada Sistem Keselamatan

• Komponen mekanis mengalami peningkatan probabilitas kegagalan sebesar 15-40% dalam siklus hidupnya.
• Analisis eskalator dan lift menunjukkan bahwa degradasi pada sistem rem dan sensor pintu adalah faktor utama yang mengurangi keandalan sistem.
• Pemeliharaan prediktif dengan sensor IoT dapat mengurangi downtime hingga 20% dibandingkan metode reaktif.

Implikasi Industri & Rekomendasi

1. Peningkatan Keandalan Sistem Keselamatan

• Menerapkan redundansi pada komponen kritis seperti rem dan sensor keamanan.
• Menggunakan sensor pintar untuk mendeteksi degradasi komponen sebelum kegagalan terjadi.

2. Optimalisasi Pemeliharaan Berbasis Data

• Mengadopsi analisis berbasis Weibull dan Markov untuk memprediksi masa pakai komponen.
• Mengintegrasikan machine learning untuk meningkatkan deteksi anomali pada sistem keselamatan.

3. Standarisasi Keamanan dan Keandalan

• Mengadopsi standar IEC 61508 dan ISO 22201-2 dalam desain dan pemeliharaan sistem keselamatan.
• Melakukan validasi sistem dengan uji reliabilitas berbasis Monte Carlo sebelum implementasi di lapangan.

Kesimpulan

Penelitian ini menunjukkan bahwa pendekatan berbasis Markov lebih unggul dalam mengevaluasi keandalan sistem keselamatan redundan yang mengalami degradasi. Dengan menggunakan simulasi Monte Carlo, analisis Weibull, dan model RBD, industri dapat mengurangi risiko kegagalan sistem keselamatan serta meningkatkan efisiensi operasional.

Sumber : Elena Rogova (2017). Reliability Assessment of Redundant Safety Systems with Degradation. Delft University of Technology, Netherlands.