Pendahuluan: Tantangan Kualitas di Industri Pengecoran

Industri pengecoran logam, sebagai tulang punggung manufaktur berbagai sektor seperti otomotif, dirgantara, hingga konstruksi, menghadapi tantangan krusial dalam menjaga mutu produk. Kualitas hasil pengecoran sangat dipengaruhi oleh kompleksitas proses, mulai dari desain cetakan, komposisi logam, suhu tuang, hingga kondisi pendinginan. Bahkan sedikit penyimpangan dalam parameter proses dapat menghasilkan cacat seperti porositas, shrinkage, cold shut, hingga hot tear, yang berisiko menurunkan integritas produk dan meningkatkan biaya produksi akibat scrap atau rework.

Di tengah desakan efisiensi dan kualitas tinggi, solusi tradisional berbasis inspeksi manual semakin tidak memadai. Kehadiran kecerdasan buatan (AI) dan machine learning (ML) menawarkan pendekatan baru yang lebih adaptif, akurat, dan efisien dalam mendeteksi cacat pada proses pengecoran. Paper yang ditulis oleh Alamuru et al. ini menjadi salah satu kontribusi signifikan yang mengeksplorasi penerapan AI dan ML dalam inspeksi pengecoran berbasis visual, khususnya melalui teknologi Smart Quality Inspection (SQI).

Latar Belakang Penelitian: Mengapa AI dan ML?

Secara garis besar, riset ini bertujuan menghadirkan teknologi mutakhir berbasis AI untuk mendeteksi cacat pengecoran secara otomatis, cepat, dan akurat. Penulis menyoroti bagaimana penggunaan sistem konvensional (berbasis visual inspeksi manual) memiliki kelemahan seperti subjektivitas manusia, kelelahan operator, inkonsistensi, hingga biaya yang mahal. AI, melalui model deep learning dan machine learning, mampu mengidentifikasi pola cacat secara konsisten dengan tingkat akurasi yang tinggi, sekaligus mengurangi kebutuhan tenaga manusia secara signifikan.

Salah satu poin penting dalam penelitian ini adalah integrasi model Convolutional Neural Network (CNN) khusus, yang terbukti mampu mendeteksi cacat pengecoran dengan akurasi hingga 99,86%. Hasil ini menunjukkan peningkatan signifikan dibandingkan dengan metode deteksi konvensional, sekaligus menetapkan standar baru bagi industri pengecoran.

Studi Kasus: Penerapan AI pada Pengecoran di Industri

Penelitian Alamuru et al. menggunakan dataset pengecoran nyata, termasuk citra radiografi X-ray dari komponen pengecoran baja karbon menengah. Salah satu studi kasus yang menarik adalah deteksi interdendritic shrinkage porosity, sebuah cacat internal yang sangat mempengaruhi kekuatan tarik dan ketangguhan fraktur suatu komponen. Deteksi dini cacat ini penting, terutama pada komponen berputar seperti turbin dan crankshaft, yang bekerja di bawah beban dinamis tinggi.

Selain itu, peneliti juga memanfaatkan dataset GDXray, yang berisi gambar X-ray berbagai jenis cacat pengecoran, sebagai basis pelatihan model object detection. Model Faster R-CNN berhasil mencapai mean Average Precision (mAP) sebesar 0,921 pada dataset uji, menandai pencapaian signifikan dalam deteksi otomatis cacat pengecoran berbasis citra.

Metodologi dan Teknik yang Digunakan

Penelitian ini menggunakan pendekatan metodologis yang sistematis, dimulai dari:

1. Definisi Tujuan: Mendeteksi berbagai jenis cacat seperti shrinkage porosity, gas porosity, cold shut, dan hot tear.
2. Pengumpulan Data Teknis: Melibatkan data dari proses pengecoran, parameter material, suhu penuangan, dan laju pendinginan.
3. Segmentasi Data: Pemisahan data pelatihan dan pengujian untuk memastikan model mampu melakukan generalisasi.
4. Pemilihan Model: Fokus pada model logistic regression, decision tree, dan random forest untuk klasifikasi cacat awal, serta CNN untuk deteksi visual.
5. Evaluasi dan Validasi: Menggunakan metrik akurasi, mAP, serta interpretasi model dengan bantuan tool seperti SHAP dan LIME untuk transparansi keputusan.

Teknologi wavelet transform juga digunakan untuk memproses citra X-ray, mengidentifikasi cacat seperti air-hole, foreign inclusion, dan shrinkage cavity secara efisien.

Hasil dan Analisis: Transformasi Menuju Smart Foundry

Smart Quality Inspection (SQI)

SQI yang dikembangkan dalam penelitian ini menjadi bukti transformasi digital dalam inspeksi pengecoran. Dengan akurasi deteksi 99,86%, sistem ini mengurangi faktor-faktor eksternal seperti kesalahan manusia, kelelahan, hingga kondisi lingkungan yang biasanya memengaruhi keakuratan inspeksi manual.

AI di Empat Metode Pengecoran

Penelitian ini juga membahas penerapan AI pada empat metode pengecoran utama:

1. Sand Casting: Genetic Algorithm (GA) banyak digunakan (63%) untuk optimasi desain sistem gating dan parameter proses.
2. Pressure Die Casting: Artificial Neural Network (ANN) mendominasi (72%) untuk mengkorelasikan parameter proses dan kualitas hasil cor.
3. Continuous Casting: ANN dan Fuzzy Logic masing-masing digunakan dalam 40% studi untuk mengontrol proses dan deteksi cacat.
4. Investment Casting: ANN menjadi pilihan utama (60%) untuk prediksi kualitas komponen.

Perbandingan dengan Penelitian Lain

Jika dibandingkan dengan studi oleh Tekin et al. (2022) tentang penggunaan supervised learning pada low-pressure die casting, penelitian Alamuru et al. melangkah lebih jauh dengan mengintegrasikan CNN dan Faster R-CNN, serta memanfaatkan X-ray imaging untuk deteksi internal yang lebih kompleks.

Studi oleh Santos et al. (2009) juga menunjukkan penggunaan Bayesian Network yang efektif dalam prediksi micro-shrinkages, namun model CNN yang diterapkan di SQI dalam penelitian ini menawarkan akurasi yang jauh lebih tinggi dan aplikasi yang lebih luas.

Dampak Industri: Menuju Foundry 4.0

Penerapan AI pada proses pengecoran berpotensi membawa industri menuju era Foundry 4.0, di mana pabrik pengecoran menjadi lebih cerdas, adaptif, dan minim intervensi manusia. Dampak praktisnya meliputi:

• Pengurangan Scrap: Penurunan cacat hingga 40% dalam beberapa studi.
• Efisiensi Produksi: Mempercepat proses inspeksi hingga 50%, mengurangi bottleneck di lini produksi.
• Prediktif Maintenance: Dengan integrasi Natural Language Processing (NLP) pada log inspeksi, sistem dapat membantu memprediksi perawatan mesin produksi secara proaktif.

Tantangan dan Solusi

Tantangan

1. Ketersediaan Data Berkualitas: Pengumpulan data X-ray berkualitas tinggi masih menjadi hambatan, terutama di lingkungan produksi yang dinamis.
2. Generalitas Model: Model AI seringkali overfitting pada data spesifik, membutuhkan validasi lintas industri.
3. Keterbatasan Interpretabilitas: Kompleksitas deep learning menyulitkan interpretasi keputusan model tanpa alat bantu.

Solusi

• Data Augmentasi dan Transfer Learning: Mengurangi ketergantungan pada dataset besar.
• Explainable AI (XAI): Meningkatkan kepercayaan operator pada keputusan AI.
• Edge AI dan IoT: Implemen
• tasi real-time di shop floor dengan latensi rendah.

Masa Depan dan Rekomendasi

Melangkah ke depan,

integrasi AI dalam lini produksi pengecoran harus disertai dengan:

1. Pengembangan Dataset Open-Source: Kolaborasi industri-akademisi untuk pengumpulan data cacat pengecoran.
2. Integrasi IoT dan Big Data: Monitoring proses secara real-time untuk meningkatkan kualitas produk.
3. Implementasi di UKM: Simplifikasi sistem AI berbasis cloud atau edge computing untuk adopsi di industri kecil dan menengah.

Kesimpulan

Penelitian "Artificial Intelligence and Machine Learning for Defect Detection in Castings" oleh Alamuru et al. menunjukkan bahwa teknologi AI, khususnya Smart Quality Inspection berbasis CNN, dapat mentransformasi sistem inspeksi pengecoran. Dengan akurasi mencapai 99,86%, AI mampu mengatasi keterbatasan metode manual, meningkatkan efisiensi, dan membuka jalan menuju digitalisasi industri Foundry 4.0.

Meskipun tantangan implementasi masih ada, peluang untuk pengembangan lebih lanjut sangat besar. Penelitian ini menjadi fondasi bagi integrasi AI yang lebih luas dalam manufaktur, dengan potensi besar untuk meningkatkan kualitas, menekan biaya, dan mendorong daya saing industri pengecoran global.

 

Sumber Artikel:

Alamuru, S., Reddy, G. S., & Raju, M. V. J. (2024). Artificial intelligence and machine learning for defect detection in castings. Journal of Physics: Conference Series, 2837(1), 012079.