Electromyograph (EMG)

Berbicara mengenai elektronika dan sinyal elektromiograf maka kita akan menemukan suatu pengetahuan yaitu elektronika medika. Elektronika medika merupakan suatu cabang ilmu yang menggabungkan antara ilmu elektronika, instrumentasi, computer dan medika. Beberapa istilah yang familiar dengan elka medika adalah perekaman sinyal Electromyograph(EMG), electrocardiograph (ECG), electroencephalograph (EEG), electrooculograph (EOG) dan lain sebagainya . Dalam perkembangannya, bidang elektronika medika merupakan bidang ilmu yang cukup unik dan sangat diperlukan umumnya pada teknologi  medis. Namun, dalam perjalanannya bidang ilmu ini kurang familiar di beberapa jurusan elektro di beberapa perguruan tinggi.

Dalam bahasan kali ini, mengulas potensial elektrik pada otot dalam kaitannya sebagai biosignal yang dapat direkam dan dimanfaatkan untuk control alami ke aplikasi robot maupun pada aplikasi peralatan instrumentasi medis. Maka, bagaimanakah sebuah otot mampu menghasilkan sinyal elektrik?

• Otot manusia

Tubuh manusia terdiri dari jaringan otot dengan masing-masing bentuk yang spesifik secara homeostatis yaitu otot jantung, jaringan otot dan syaraf otot. Jaringan otot tubuh manusia berisi seratus sel yang bentuknya silender dan bersama digabungkan dengan jaringan syaraf. Gambar 2.1 berikut menunjukkan struktur otot.

Gambar 2.1. Struktur otot

Pada tubuh manusia otot merangsang untuk kontraksi yang dibangkitkan oleh sinyal dari otot seperti pada gambar 2. Axon atau fiber yang panjang dan berbentuk silinder. Yang berkembang melalui spinal nerves dan otak kemudian disebarkan ke cabang-cabang yang dimana cabang-cabang tersebut merupakan gabungan dari fiber.

Diantara otot – otot tersebut untuk mencapai ke cabang – cabangnya biasanya secara individual.

 

 Gambar 2.2. Contoh dari motor unit otot

  Gambar 2.3. Psikologi otot

Semua unit motor neuron dapat sebagai otot fibers,  masing- masing otot fibers adalah sebuah otot neuron kombinasi dari single motor neuron dan semua otot fibers dapat dikontrol yang disebut sebagai motor unit. Aktifitas dari motor neuron, semua otot fibers dapat dirangsang oleh neuron yang dibangkitkan sinyal elektrik.

Psikologi kontraksi otot dikontrol oleh :

1.               Aktifitas dari motor unit dengan otot.

2.               Mengontrol frekuensi dari rangsangan motor neuron dari masing-masing    motor unit.

Hampir semua rangsangan listrik yang dibangkitkan dan konduksi oleh masing – masing fibers kurang dari 100 µV, konduksi dari beberapa fibers tegangannya berbeda dan cukup lebar untuk dideteksi oleh elektrode, perubahan tegangan didapatkan pada saat kontraksi .

Potensial potensial listrik yang dihasilkan oleh otot saat kontraksi dan relaksasi ini berupa sinyal elektromyograph. Selain dapat melakukan  perubahan tegangan, otot manusia memiliki kemampuan untuk melakukan berbagai macam gerak. Pada gambar 8 berikut adalah contoh gerak  pada lengan yang melibatkan otot bisep dan trisep yaitu gerak ekstensi-fleksi.Gerak ekstensi-fleksi ini merupakan gerakan menekuk dan membengkok, dimana gerakan ayunan ke depan merupakan (ante)fleksi dan ayunan ke belakang disebut (retro)fleksi/ekstensi. 

Gambar 2.4. Gerak lengan

• EMG

Electromyogram adalah teknik untuk mengevaluasi dan merekam aktivitas sinyal otot. Aktivitas Electromyogram ditunjukkan oleh Electromyograph. Electromyograph berfungsi untuk mendeteksi adanya potensial listrik yang dihasilkan oleh otot saat kontraksi dan relaksasi.

Dalam Electromyograph, terdapat beberapa teknik pengukuran yang meliputi :

1.    Surface Electromyograph (SEMG)

Adalah teknik non-invasive untuk mengukur hasil aktifitas elektrik otot dari proses kontraksi dan relaksasi

2.    Fire Wire Electromyograph (Intramuscular EMG)

Adalah teknik invasive untuk mengukur hasil aktivitas elektrik otot dari proses kontraksi dan relaksasi.

3.    Neuromuscular Electrical Simulation (NMES)

Burst  dari Pulsa elektrik merangsanag kontaksi otot yang ditargetkan otot melalui electrode.

         Gambar 2. 5. Typical pulsa pada NMES

Pada sinyal EMG dapat ditunjukkan beberapa sinyal dan kegunaannya sebagai berikut :

1.      Raw EMG signal adalah sinyal EMG alami (unprocessed) yang dicirikan dengan puncak positif dan  negatif. Nilai amplitudo dan frekuensi dari sinyal ini memberikan informasi tentang kontraksi atau relaksasi otot. Hal ini berguna ketika mempelajari waktu pengaktifan otot atau untuk verifikasi kualitas sinyal dan mendeteteksi artifact sinyal. Raw EMG signal ditunjukkan pada gambar 2.6. berikut :

Gambar 2.6. Raw  EMG signal

2.      RMS EMG adalah root mean squared dari  raw signal dan merepresentasi mean power dari sinyal.Hal ini berguna saat mempelajari waktu pengaktivan otot dan untuk mengukur level aktivasi otot seperti level istirahat atau menghitung kekuatan yang dibangkitkan otot. Ditujukkan pada gambar 2.7. berikut :  

Gambar 2.7. RMS  EMG signal

3.      Frequency Spectrum of EMG adalah sinyal raw EMG  yang dikonversi dalam domain frekuensi  dengan melakukan perhitungan Fast Fourier Transform  menggunakan data poin yang ada. Spektrum frekuensi menyatakan nilai firing frekueinsi dalam otot. Frekuensi ini umumnya menerima SEMG frekuensi yang relevan  dengan range antara 20 - 500Hz. Dengan  memperhatikan spektrum frekuensi dapat juga memberikan informasi seperti kelelahan otot.

 Gambar 2. 8. EMG signal dalam domain frekuensi

Begitulah karakteristik otot beserta tipe sinyal EMG yang dapat dihasilkan dari pergerakan otot. Sinyal EMG hasil akuisisi data tersebut dapat diolah dengan metode-metode seperti pemfilteran dengan filter digital maupun menggunakan jaringan syaraf tiruan sehingga siap digunakan dalam suatu aplikasi maupun untuk diagnosis. (MS)

Sumber : Pendahuluan TA-MS 2009

Gemba Kaizen

KAIZEN

• Kai = Break, change      Zen = simple, better
• Kaizen = continous improvement yaitu perbaikan terus menerus
• Konsep kaizen ini mengasumsikan bahwa hidup kita ( cara kerja, hidup bersosial atau rumah tangga ) seharusnya berusaha untuk terus menerus mengalami perbaikan.
• Meskipun perubahan di dalam Kaizen tidak dramatis tetapi sedikit dan bertahap, perubahan yang diakibatkan dalam jangka waktu tertentu cukup besar. Hal ini berbeda dengan perubahan yang dihasilkan oleh western manajement yang biasanya dramatis.
• Kaizen merupakan payung bagi semua manajement practices yang berkembang seperti TQC, ZD, JIT dll

Mengapa Menggunakan Kaizen?

• Cepat dan mudah pelaksanaannya
• Big impact > direct attack ke masalah
• Hasil bisa langsung dirasakan
• Menggunakan SDM yang ada
• Fokus pada major issue
• Teamwork, lihat dengan kacamata berbeda
• Melewati semua batasan birokrasi
• Bisa dipakai untuk referensi Kaizen berikutnya

Apa yang dipelajari di Kaizen ?

• Sejarah Lean Production System
• Mengenal 7 waste di manufaturing
• Value added vs non value added
• Ergonomic, work flow & work stations
• Material flow dan line lay out
• Base data vs improvement
• Follow up activities after Kaizen

Penyebab Kaizen Gagal

1. Fokus di area tertentu bukan pada perubahan budaya
2. Tidak melibatkan semua bagian
3. Ketakutan gagal dan ragu pada hal baru
4. Ketidakmampuan untuk melihat proses secara keseluruhan
5. Salah prioritas utama (produksi, design, bisnis)
6. Ketidakmampuan membaca peluang ke depan
7. Gagal menerapkan ADOPT, ADAPT &CREATIVITY

Penerapan Kaizen di Industri

• Flex & Response : penambahan produksi sekecil mungkin ( tidak ada stock)
• Fokus pada pengurangan Non Value added karena handling proses
• Pengurangan abnormal proses untuk memaksimalkan aliran proses
• Pull system semaksimal mungkin
• Ergonomic dan peletakan line tooling
• Material flow dan inventory system secara keseluruhan

GEMBA

• Gemba adalah ‘real place’ yaitu tempat dimana suatu tindakan dilakukan atau terjadi.
• Didalam bisnis gemba adalah tempat dimana suatu aktifitas yang bernilai  (value-adding) untuk dapat memuaskan konsumen.
• Gemba didalam manufacturing industry adalah tempat dimana dilakukan proses pengembangan (developing), produksi dan penjualan produk. 
• Didalam ‘service’ gemba adalah tempat dimana customer berinteraksi dengan tempat pelayanan jasa.

GEMBA

• Problem yang biasa timbul pada kebanyakan manajer adalah mereka lebih senang duduk didalam kantor dan menjaga jarak dengan gemba (tempat produksi). Mereka mengetahui berbagai proses produksi yang telah dilakukan hanya dari report yang dikirim harian, mingguan atau bulanan.
• Didalam proses yang baik (cleaner production), prioritas pertama manajer seharusnya pergi ke gemba dan observasi.
• Gemba adalah guru yang nyata dan memberikan data yang real.

5 Gempa-Principles

• When a trouble happens go to gemba first
• Ini adalah prinsip utama, ketika terjadi masalah digemba, maka segeralah pergi ke tempat kejadian.
• Check with gembutsu (machines, tools, reject and customer complaints)
• gembutsu adalah sesuatu yang bisa disentuh/diraba dengan tangan. Ketika melakukan pengecekan timbulkan pertanyaan “why”, sehingga suatu saat timbul jawaban kenapa trouble terjadi.
• Take temporary countermeasures on the spot.
• Lakukan sesuatu seketika juga hal-hal yang dianggap dapat menyelesaikan masalah, misalnya ketika mesin berhenti lakukan sesuatu bahkan mungkin perlu menendang mesin tersebut, atau ketika customer marah lakukanlah permintaan maaf atau memberikan hadiah kepadanya. Tetapi hal-hal tersebut bukan merupakan langkah temporer saja bukan permanen
• Find out the root cause
• dengan mengatakan ‘why’ pada saat check gembutsu, diharapkan akar penyebab permasalahan dapat ditemukan.
• Standardize for prevention of recurrence
• jika telah teridentifikasi penyebab permasalahan dan melakukan countermeasure (tindakan penyelesaian), seharusnya hal-hal tersebut distandarisasi sehingga problem yang sama tidak timbul lagi.

1. Housekeeping

• Merupakan hal yang sangat diperlukan didalam good manajement
• Melalui housekeeping, pekerja mendapatkan dan melatih disiplin secara mandiri
• Pekerja tanpa kedisplinan akan sulit untuk mendapatkan product atau service yang berkualitas

2. Muda

• Muda adalah waste/sampah yaitu segala sesuatu yang tidak ada atau tidak memberikan tambahan nilai pada produk atau service.
• Kaizen lebih menekankan muda elimination sehingga dapat meningkatkan produktifitas dan menurunkan cost dibanding meningkatkan investasi.

7 waste / muda

• Muda of over production yaitu memproduksi melebihi yang diinginkan oleh konsumen sehingga menimbulkan stock.
• Muda of inventory, ini adalah hasil adanya over production, jika dapat memproduksi sesuai yang dibutuhkan pada proses selanjutnya berarti telah melakukan eliminasi muda of inventory.
• Muda of waiting, seringkali ditemukan seorang operator menunggu materil tiba baru kemudian mereka menghidupkan mesin, hal ini merupakan sesuatu yang tidak ada nilainya (non-value added) ketika operator hanya melihat dan menunggu.
• Muda of motion , ketika opertor berkeliling untuk mencari tools atau untuk mendapatkan benda kerja merupakan sesuatu yang tidak punya nilai tambah (no value added)
• Muda of transportation , ketika material bergerak diatas truk, conveyor, forklift merupakan sesuatu yang no value added.
• Muda of producing rejects , menghasilkan reject cenderung mengakibatkan rework atau bahkan material terbuang sia-sia (big muda).
• Muda of processing , dengan menyusun lagi aliran proses dengan baik seringkali dapat menghilangkan beberapa proses yang tidak perlu 

PROBLEM SOLVING

• Cara penyelesaian masalah ada dua yaitu analytical approach dan design approach
• Analytical approach adalah cara penyelesaian masalah setelah masalah terjadi, kebanyakan ini yang dilakukan.
• Setelah problem timbul baru dilakukan pengecekan  untuk mencari akar penyebab masalah dan kemudian melakukan standarisasi prosedur baru sehingga masalah yang sama timbul lagi.
• Design Approach yaitu mengantisipasi masalah dan mencoba memecahkan masalah yang akan timbul.
• Dampak penggunanaan design approach najuh lebih besar jika dibandingkan analytical approach
• Design approach dapat dilakukan dengan meningkatkan perencanan/planning yang baik.
• Tools yang digunakan biasanya adalah FTA (Failure-free Analysis) atau FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) yang baru-baru ini dikembangkan. 

***
(K3 dan Managemen Industri)

Logika Fuzzy

Pada pertengahan 1960, Prof. Lotfi Zadeh dari universitas California di Barkeley menemukan bahwa hukum benar atau salah dari logika boolean tidak memperhitungkan beragam kondisi yang nyata. Untuk menghitung gradasi yang tak terbatas jumlahnya antara benar dan salah, Zadeh mengembangkan ide penggolongan set yang ia namakan set fuzzy. Tidak seperti logika boolean, logika fuzzy memiliki banyak nilai. Tidak seperti elemen yang dikategorikan 100% ini atau itu, atau sebuah dalil yang menyatakan semuanya benar atau seluruhnya salah, fuzzy membaginya dalam derajat keanggotaan dan derajat kebenaran, yaitu : sesuatu yang dapat menjadi sebagian benar dan sebagian salah pada waktu yang sama. Hal ini telah dibuktikan oleh Bart Kosko bahwa logika boolean adalah kasus khusus dari logika fuzzy.

Sebagi contoh, apakah 80 cm/sekon tergolong sedang atau cepat? Dalam logika fuzzy, dan dalam dunia nyata, “kedua-duanya benar” mungkin merupakan jawabannya. Seperti yang anda lihat pada grafik fuzzy dibawah ini, 80 cm/sekon adalah sebagian sedang dan sebagian cepat dalam gambaran set fuzzy. Sementara hal ini dapat dibenarkan bahwa tumpang tindih antara set dapat terjadi dalam logika boolean, transisi dari set ke set terjadi seketika itu juga ( yaitu elemen yang dapat menjadi anggota set atau tidak ). Dengan logika fuzzy, sementara itu, transisi dapat bertingkat – tingkat ( yaitu elemen dapat memiliki sebagian keanggotaan dalam sejumlah set )

Gambar 2.37 Set konvensional dan set fuzzy[1]

Dalam logika klasik menggunakan set konvensional yang ditunjukkan dibawah, 79,9 mm dapat diklasifikasikan sebagai sedang, dan 80,1 mm dapat diklasifikasikan sebagai jauh. Perubahan kecil dalam sistem dapat menyebabkan perbedaan reaksi yang berarti. Dalam sistem fuzzy, perubahan kecil temperatur akan memberikan hasil perubahan yang tidak jelas pada kinerja sistem. Informasi tambahan pada set Fuzzy. Dalam teori klasik atau konvensional, set “S” didefinisikan sebagai fungsi (fs), dinamakan “fungsi karakteristik S“. Fs memetakkan elemen S ke satu (benar) atau nol (salah), seperti ditunjukkan dalam rumus dibawah. Karena itu, untuk setiap elemen x dari S, fs(x)=1, jika x adalah elemen S, dan fs(x)=0 jika x bukan elemen S { } 1, 0 : ® S fs untuk sebuah elemen x dari S,

fs(x) = 1, jika x Îs

fs(x) = 0, jika x Ïs

Secara tasekon, dalam teori set fuzzy, set S didefinisikan sebagai s m , dinamakan “fungsi keanggotaan S” s m, memetakkan elemen S pada nilai antara nol dan satu, seperti ditunjukkan dalam rumus. Untuk x sebagai elemen S, s m (x) sama dengan derajat dimana x adalah elemen S, seperti ditunjukkan dalam persamaan rumus berikut ini :

[ ] 1 , 0 : ® S S m

( ) 1 = x S m , berarti x total dalam S

( ) 0 = x S m , berarti x bukan dalam S

[ ] 1 . . . . 0 á á x S m , berarti x sebagian dalam S

Logika Fuzzy mengenali tidak hanya clear cut, alternatif hitam dan putih, tapi juga tingkatan tak terbatas antara keduanya. Hal ini mungkin kelihatan tidak jelas, namun logika fuzzy menghilangkan banyak keraguan dengan menentukan nilai tertentu pada tingkatan tersebut. Sebagai contoh jarak 80 mm dapat diklasifikasikan antara daerah nol sampai satu sebagai kecepatan pada tingkat 0,6. Nilai ini kemudian digunakan untuk menurunkan kepastian atau penyelesaian crisp terhadap masalah perancangan. Walaupun kelihatan kontradiksi dari namanya , logika fuzzy memberikan metoda ketepatan yang dapat diandalkan dari persoalan pengambilan keputusan crisp.

Gambar 2.38  Keterangan pengelompokan fuzzy [2]

DERAJAT KEANGGOTAAN adalah derajat dimana nilai crisp compatible dengan fungsi keanggotaan (dari 0 sampai 1), juga mengacu sebagai tingkat keanggotaan, nilai kebenaran, atau masukan fuzzy.

LABEL adalah nama deskriptif yang digunakan untuk mengidentifikasikan sebuah fungsi keanggotaan.

FUNGSI KEANGGOTAAN adalah mendefinisikan fuzzy set dengan memetakkan masukan crisp dari domainnya ke derajat keanggotaan.

MASUKAN CRISP adalah masukan yang tegas dan tertentu

LINGKUP / DOMAIN adalah lebar fungsi keanggotaan. Jangkauan konsep, biasanya bilangan, tempat dimana fungsi keanggotaan dipetakkan. Disini domain dari fuzzy set ( fungsi keanggotaan ) adalah dari 0 sampai 20 derajat dan lingkupnya adalah 20 derajat.

DAERAH BATASAN CRISP adalah jangkauan seluruh nilai yang mungkin dapat diaplikasikan pada variabel sistem. Menggunakan logika fuzzy untuk mencapai penyelesaian crisp pada masalah khusus biasanya melibatkan tiga langkah : fuzzyfikasi, evaluasi rule, dan defuzzyfikasi. Jika anda tidak / belum mengetahui bagaimana logika fuzzy itu bekerja kami sarankan agar anda benar-benar memahami betul tiap langkah dalam bagian berikutnya.

(Cuplikan Materi Kuliah 2007)

---

[1] Fuzzy Logic TEAM, Laboratorium Mikroelektronika ITN Malang hal 4

[2] ibid hal 6