Desain sistem adalah proses mendesain elemen-elemen sistem seperti arsitektur, modul dan komponen, antarmuka yang berbeda dari komponen-komponen tersebut, dan data yang melewati sistem tersebut.

Analisis Sistem adalah proses yang menguraikan sebuah sistem ke dalam bagian-bagian komponennya dengan tujuan untuk mendefinisikan seberapa baik komponen-komponen tersebut berinteraksi untuk mencapai persyaratan yang ditetapkan.

Tujuan dari proses Desain Sistem adalah untuk menyediakan data dan informasi terperinci yang cukup tentang sistem dan elemen-elemen sistemnya untuk memungkinkan implementasi yang konsisten dengan entitas arsitektur seperti yang didefinisikan dalam model dan pandangan arsitektur sistem.

Elemen-elemen sistem

1. Arsitektur - Ini adalah model konseptual yang mendefinisikan struktur, perilaku, dan lebih banyak pandangan dari sebuah sistem. Kita dapat menggunakan diagram alir untuk merepresentasikan dan mengilustrasikan arsitektur.
2. Modul - Ini adalah komponen yang menangani satu tugas tertentu dalam sebuah sistem. Kombinasi dari modul-modul tersebut membentuk sistem.
3. Komponen - Ini menyediakan fungsi tertentu atau kelompok fungsi terkait. Komponen ini terdiri dari modul-modul.
4. Antarmuka - Ini adalah batas bersama di mana komponen-komponen sistem bertukar informasi dan berhubungan.
5. Data - Ini adalah pengelolaan informasi dan aliran data.

Tugas utama yang dilakukan selama proses desain sistem

• Inisialisasi definisi desain
• Merencanakan dan Mengidentifikasi teknologi yang akan menyusun dan mengimplementasikan elemen-elemen sistem dan antarmuka fisiknya.
• Tentukan teknologi dan elemen sistem mana yang memiliki risiko untuk menjadi usang, atau berevolusi selama tahap operasi sistem. Rencanakan potensi penggantinya.
• Mendokumentasikan strategi definisi desain, termasuk kebutuhan dan persyaratan sistem, produk, atau layanan yang memungkinkan untuk menjalankan desain.

Menetapkan karakteristik desain

• Tetapkan karakteristik desain yang berkaitan dengan karakteristik arsitektur dan periksa apakah karakteristik tersebut dapat diimplementasikan.
• Tentukan antarmuka yang tidak ditentukan oleh proses Arsitektur Sistem atau yang perlu disempurnakan seiring dengan berkembangnya detail desain.
• Mendefinisikan dan mendokumentasikan karakteristik desain dari setiap elemen sistem2.

Menilai alternatif-alternatif untuk mendapatkan elemen-elemen sistem

• Menilai opsi desain
• Pilih alternatif yang paling tepat.
• Jika keputusan dibuat untuk mengembangkan elemen sistem, sisa proses definisi desain dan proses implementasi digunakan. Jika keputusannya adalah untuk membeli atau menggunakan kembali elemen sistem, proses akuisisi dapat digunakan untuk mendapatkan elemen sistem.

Mengelola desain

• Menangkap dan mempertahankan alasan untuk semua pilihan di antara alternatif dan keputusan untuk desain, karakteristik arsitektur.
• Menilai dan mengendalikan evolusi karakteristik desain.

Faktor-faktor yang mempengaruhi pertukaran teknologi selama desain sistem

Skala Produk

• Sebagai contoh, perusahaan perangkat lunak perusahaan yang membangun perangkat lunak tingkat sistem memprioritaskan keandalan karena pelanggan perlu menggunakannya. Setiap perubahan harus diuji secara ketat, dan sering kali disetujui sebelum dirilis.
• Sementara itu, perusahaan internet konsumen menghabiskan waktu dan uang untuk membuat UX mereka menyenangkan sehingga orang ingin menggunakannya. Keandalan adalah sesuatu yang rela mereka korbankan. Karena banyak aplikasi berbasis web, mereka dapat mengulang dengan cepat dan sering merilis perubahan.

Waktu

• Mempelajari teknologi baru terkadang membutuhkan waktu. Pengorbanan dalam hal ini akan dilakukan sesuai dengan stack/teknologi mana yang akan tepat waktu dengan tanggal pengiriman yang ditetapkan. Jika beralih ke stack/teknologi baru akan mengakibatkan perubahan besar pada tanggal pengiriman dan ketidaknyamanan besar bagi para pemangku kepentingan, maka peralihan dapat ditunda hingga waktu yang tepat.

Biaya

• Dalam skala yang lebih besar, keputusan teknologi dibuat berdasarkan mana yang lebih hemat biaya, di mana perbandingan dapat dilakukan untuk menentukan mana yang lebih efektif antara membeli sistem yang sudah jadi dan menyesuaikannya atau membangun sistem baru.

Efisiensi

• Trade off teknologi juga dilakukan berdasarkan teknologi mana yang lebih efisien misalnya memilih antara ReactJs atau AngularJs untuk aplikasi front end.

Pengalaman dan Dukungan Pengguna

• Jumlah dukungan dan dokumentasi yang tersedia pada teknologi tertentu juga dapat menjadi faktor penentu keputusan. Bekerja dengan Teknologi yang memiliki basis dukungan yang besar, dokumentasi yang komprehensif, dan pengalaman pengguna yang baik akan jauh lebih mudah dan membutuhkan waktu yang sangat singkat untuk meningkatkannya karena banyaknya sumber daya yang tersedia untuk mendukungnya.

Pemeliharaan

• Pemeliharaan dalam hal ini adalah kemudahan sebuah produk untuk dipelihara untuk memperbaiki kesalahan, memperbaiki bug, dan menambahkan fitur tambahan. Keputusan trade-off akan dibuat berdasarkan kemampuan pemeliharaan Teknologi

Keandalan

• Dalam hal ini trade off dibuat berdasarkan Teknologi yang berkinerja baik secara konsisten dan secara konsisten meningkatkan ke versi yang lebih efisien.

Skalabilitas

• Trade off teknologi juga dibuat berdasarkan teknologi yang lebih skalabel dan mampu menangani peningkatan beban secara efisien tanpa mengganggu efisiensi sistem.

Pola desain MVC

Pola desain Model View Controller (MVC) menetapkan bahwa sebuah aplikasi terdiri dari model data, informasi presentasi, dan informasi kontrol.

MVC sebagian besar berhubungan dengan lapisan antarmuka/interaksi pengguna dari sebuah aplikasi.

Dalam pola MVC, pengguna melihat View yang diperbarui oleh model yang kemudian dimanipulasi oleh Controller.

^{_{Sumber: medium}} 

^{_{Pola MVC}}

• Model hanya berisi data aplikasi murni, tidak mengandung logika yang menjelaskan bagaimana menyajikan data kepada pengguna. Controller adalah bagian dari aplikasi yang mengimplementasikan logika untuk domain data aplikasi. Mereka mengambil dan menyimpan status model dalam database.
• View menyajikan data model kepada pengguna. View hanya dapat digunakan untuk mengakses data model. Mereka adalah komponen yang menampilkan antarmuka pengguna (UI) aplikasi.
• Controller berada di antara view dan model. Controller mendengarkan kejadian yang dipicu oleh view dan menjalankan perintah yang sesuai. Controller adalah komponen yang menangani interaksi pengguna, bekerja dengan model, dan pada akhirnya memilih view untuk dirender yang menampilkan UI.

Keuntungan dari pola desain MVC

Beberapa pengembang dapat bekerja secara bersamaan pada model, controller, dan view.

• MVC memungkinkan pengelompokan logis dari tindakan yang terkait pada controller secara bersamaan. Tampilan untuk model tertentu juga dikelompokkan bersama.
• Kopling rendah - Sifat dasar kerangka kerja MVC adalah sedemikian rupa sehingga ada kopling yang rendah di antara model, view atau controller.
• Model dapat memiliki banyak view.
• Kemudahan modifikasi - Karena adanya pemisahan tanggung jawab, pengembangan atau modifikasi di masa depan menjadi lebih mudah

Kekurangan

Pengetahuan tentang berbagai teknologi menjadi norma. Pengembang yang menggunakan MVC harus terampil dalam berbagai teknologi.

Di bawah ini adalah contoh desain sistem

^{_{Sumber: medium}}

Disadur dari: medium.com

Artikel Rekayasa dan Manajemen Sistem (SE&M) memberikan praktik terbaik siklus hidup sistem untuk mendefinisikan dan melaksanakan proses interdisipliner guna memastikan bahwa kebutuhan pelanggan terpenuhi dengan kinerja teknis, jadwal, dan solusi yang sesuai dengan biaya. Gambar di bawah ini menggambarkan konteks proses SE&M dan panduan praktik dalam SEBoK.

^{_{Sumber: sebokwiki.org}}

^{_{Gambar 1: Konteks SE&M SEBoK Bagian 3 [SEBoK Asli] untuk lebih jelasnya lihat Struktur SEBoK}}

Materi SE&M saat ini sedang diperbarui untuk memberikan panduan implementasi Rekayasa Digital [DE] dan Rekayasa Sistem Berbasis Model [MBSE] bagi para praktisi desain sistem yang menggunakan Bahasa Pemodelan Sistem (SysML).

• DE melakukan pengembangan sistem-perangkat lunak Agile berdasarkan standar terbuka industri dengan menggunakan MBSE.
• MBSE mengembangkan dan mengintegrasikan model desain SysML dengan kemampuan simulasi untuk kolaborasi lintas domain di seluruh siklus hidup.
• SysML adalah notasi grafis standar industri dengan semantik formal (makna) untuk mendefinisikan persyaratan sistem, batasan, alokasi, perilaku dan karakteristik struktur

Artikel SE&M memberikan contoh proses dan praktik yang dapat disesuaikan bagi organisasi teknik untuk memenuhi tujuan bisnis strategis dan tujuan proyek individu termasuk:

• Bagaimana teknik melakukan pengembangan sistem
• Tujuan dari setiap artefak teknik yang dihasilkan
• Bagaimana sistem diintegrasikan, dan persyaratan diverifikasi
• Bagaimana desain produk baru dialihkan ke operasi produksi
• Bagaimana sistem yang dihasilkan digunakan dan dipertahankan untuk memenuhi kebutuhan pelanggan

Tinjauan rekayasa dan manajemen sistem

Peran Rekayasa Sistem [SE] adalah mendefinisikan persyaratan sistem, batasan, alokasi, perilaku, dan karakteristik struktur untuk memenuhi kebutuhan pelanggan. Sistem didefinisikan dalam hal elemen struktural hirarkis dan interaksi perilakunya. Interaksi tersebut meliputi pertukaran data, energi, gaya, atau massa yang memodifikasi keadaan elemen-elemen yang bekerja sama sehingga menghasilkan perilaku yang muncul, diskrit, atau kontinu. Perilaku tersebut berada pada tingkat agregasi berurutan [bottoms-up] atau dekomposisi [top-down] untuk memenuhi persyaratan, kendala, dan alokasi. SE berkolaborasi dalam tim produk terintegrasi dengan teknik kelistrikan, mekanik, perangkat lunak, dan teknik khusus untuk menentukan implementasi desain rinci subsistem dan komponen untuk mengembangkan solusi teknis yang menyeluruh.

SE secara tradisional menerapkan praktik-praktik spesifik domain yang intuitif yang menekankan pada proses dan prosedur dengan kemampuan menulis yang baik untuk mengatur informasi secara manual dalam kumpulan dokumen yang berbeda termasuk spesifikasi kebutuhan sistem tekstual, laporan analisis, deskripsi desain sistem, dan spesifikasi antarmuka. SE tradisional sering disebut sebagai pendekatan yang berpusat pada dokumen. Praktisi desain sistem telah mengembangkan teknik berbasis model sejak akhir 1990-an untuk memfasilitasi komunikasi, mengelola kompleksitas desain, meningkatkan kualitas produk, meningkatkan penangkapan dan penggunaan kembali pengetahuan. MBSE didefinisikan sebagai aplikasi formal pemodelan grafis dengan definisi semantik yang tepat untuk analisis operasional, definisi persyaratan, pengembangan desain sistem, dan kegiatan verifikasi yang dimulai pada fase konseptual dan berlanjut di seluruh fase siklus hidup selanjutnya [INCOSE, 2015]. MBSE melakukan pengembangan sistem dengan menggunakan ekosistem rekayasa yang terdiri dari alat yang tersedia secara komersial untuk membuat model desain sistem dengan semantik yang sesuai dengan SysML yang merepresentasikan persyaratan sistem, batasan, alokasi, perilaku, dan karakteristik struktur. Model desain sistem ini menyediakan Sumber Kebenaran Otoritatif [ASoT] untuk dasar teknis proyek dengan kemampuan simulasi ujung ke ujung yang terintegrasi untuk mengevaluasi parameter kinerja utama sistem dalam lingkungan komputasi digital. MBSE mencakup pembuatan, pengembangan, dan pemanfaatan model desain digital dengan analisis khusus produk domain termasuk kedirgantaraan, mobil, konsumen, pertahanan, dan perangkat lunak.

Adopsi praktik DE baru-baru ini [Roper, 2020] memperluas transformasi MBSE berdasarkan prinsip-prinsip berikut:

• Pengembangan Sistem dan Perangkat Lunak Tangkas untuk memprioritaskan pengembangan kemampuan dan merespons ancaman, lingkungan, dan tantangan yang terus berkembang.
• Modular Open System Approach [MOSA] untuk mengembangkan lini produk berdasarkan standar industri yang dapat beradaptasi dengan kebutuhan pelanggan yang terus berkembang dengan kapabilitas baru, yang dimodifikasi, dan yang sudah ada [reuse].
• Digital Engineering [DE] untuk mengembangkan, mengintegrasikan, dan menggunakan model desain MBSE dengan kemampuan simulasi untuk meniru sistem dalam lingkungan komputasi digital secara realistis untuk kolaborasi lintas domain di seluruh siklus pengembangan, verifikasi, produksi, dan keberlanjutan desain sistem.

Model desain sistem mencakup representasi desain sistem fungsional, logis, dan fisik dengan kemampuan yang terintegrasi dengan disiplin ilmu kelistrikan, mekanik, perangkat lunak, dan desain khusus untuk penilaian fungsional dan kinerja sistem. Skrip model desain dapat mengekspor spesifikasi fungsional (SSS, B1, B2, B5), spesifikasi antarmuka (IRS, ICD, IDD), laporan penelusuran desain & persyaratan, dan deskripsi desain (SADD, SSDD, SWDD). Simulasi terintegrasi menyediakan kembaran digital dengan utas digital dari parameter kinerja utama sistem untuk mengevaluasi alternatif desain dalam lingkungan komputasi digital untuk menemukan dan menyelesaikan cacat desain sebelum mengeluarkan biaya untuk memproduksi prototipe fisik.

• Thread digital adalah kerangka kerja analitis yang menyediakan simulasi sistem ujung ke ujung untuk mengevaluasi operasi logis dan parameter kinerja utama di lingkungan komputasi digital dengan bertukar informasi antara alat pemodelan teknik yang berbeda di seluruh siklus hidup. Evaluasi simulasi thread digital memastikan bahwa persyaratan, interaksi, dan ketergantungan dipahami secara umum di seluruh disiplin ilmu teknik. Perubahan desain secara otomatis tercermin dalam semua penggunaan model desain untuk menilai kepatuhan, dengan masalah apa pun yang ditandai untuk tindakan perbaikan.
• Digital twins adalah representasi otoritatif dari sistem fisik termasuk koneksi ujung-ke-ujung utas digital dengan semua data, model, dan infrastruktur yang diperlukan untuk mendefinisikan dan mengoptimalkan siklus hidup sistem secara digital. Digital twins memungkinkan kolaborasi tim proyek, penilaian kinerja fungsional simulasi sistem, evaluasi dampak perubahan desain, dan perpustakaan penggunaan kembali manajemen lini produk

MBSE meningkatkan kemampuan untuk menangkap, menganalisis, berbagi, dan mengelola informasi otoritatif yang terkait dengan spesifikasi lengkap suatu produk dibandingkan dengan pendekatan berbasis dokumen tradisional. MBSE menyediakan kemampuan untuk mengkonsolidasikan informasi dalam sumber yang dapat diakses dan terpusat, memungkinkan otomatisasi sebagian atau keseluruhan dari banyak proses rekayasa sistem, dan memfasilitasi representasi interaktif dari komponen dan perilaku sistem. Materi SE&M yang lama semuanya terpengaruh oleh adopsi praktik MBSE, dan SEBoK memperbarui materinya untuk mencerminkan praktik dan prinsip terbaik dalam lingkungan rekayasa berbasis model yang terintegrasi.  Materi yang diperbarui untuk menentukan perilaku sistem dan karakteristik struktur dengan penelusuran ke persyaratan terkait disusun sesuai dengan Standar Proses Siklus Hidup Sistem ISO/IEC/IEEE-15288:2015 yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

^{_{Sumber: sebokwiki.org}}

^{_{Gambar 2. Garis Besar Standar ISO/IEC/IEEE-15288:2015 (SEBoK Asli)}}

Gambar 3 menggambarkan contoh umum dari proses desain sistem berbasis model. Pendekatan ini konsisten dengan panduan Buku Pegangan Rekayasa Sistem INCOSE dengan penambahan repositori model desain sistem untuk mengelola dasar teknis proyek. Proses desain MBSE tidak bergantung pada metodologi desain tertentu (misalnya, analisis terstruktur, berorientasi objek, dll.) yang digunakan. Setiap elemen model desain memiliki definisi tunggal dengan beberapa contoh pada berbagai diagram yang menggambarkan struktur sistem dan karakteristik perilaku termasuk penelusuran ke persyaratan terkait. Proses desain berbasis model dapat disesuaikan untuk proyek-proyek yang bergantung pada pendekatan domain-area, pengembangan, dan siklus hidup.

^{_{Sumber: sebokwiki.org}}

^{_{Gambar 3: Proses Rekayasa Sistem Berbasis Model. (Sumber: SEBoK Original)}}

Pengetahuan dan keahlian desain sistem domain-area produk masih wajib dimiliki dengan penerapan pendekatan MBSE, yang menggunakan alat bantu pemodelan terintegrasi sebagai pengganti alat bantu gambar lawas (misalnya, Powerpoint, Visio), spesifikasi berbasis teks (misalnya, DOORS), dan laporan analisis rekayasa dan deskripsi desain (Word).

Panduan desain sistem berbasis model SE&M memungkinkan tim multidisiplin untuk mengelola garis dasar teknis proyek dalam satu model desain sistem yang tunggal, konsisten, dan tidak ambigu. Model desain MBSE yang terintegrasi berisi representasi fungsional dan logis sistem dengan implementasi desain rinci fisik untuk menentukan, menganalisis, merancang, dan memverifikasi bahwa persyaratan telah terpenuhi. Panduan ini mendefinisikan konvensi untuk mengembangkan model desain untuk menentukan perilaku sistem dan karakteristik struktur dengan penelusuran ke persyaratan proyek. Model desain menyediakan sumber informasi otoritatif digital untuk repositori informasi kebenaran untuk dasar teknis proyek. Simulasi model dengan kasus uji memfasilitasi verifikasi desain awal dalam lingkungan komputasi digital untuk menemukan dan menyelesaikan cacat desain sebelum mengeluarkan biaya untuk memproduksi prototipe fisik.

Praktik MBSE mengubah SE dari pendekatan berbasis dokumen saat ini menjadi penggunaan alat bantu desain berbantuan komputer yang sebanding dengan evolusi disiplin EE, ME, SW, dan SP beberapa tahun yang lalu. Manfaat nilai tambah adalah penggunaan alat pemodelan terintegrasi alih-alih alat gambar statis tradisional [misalnya, PowerPoint, Visio] untuk pengembangan produk, integrasi, dan verifikasi di seluruh siklus hidup sistem. Panduan desain sistem berbasis model SE&M memberikan praktik terbaik MBSE untuk menerapkan strategi rekayasa digital guna mengembangkan model desain sistem untuk menentukan dan mensimulasikan karakteristik perilaku/struktur dengan ketertelusuran ke persyaratan terkait berdasarkan prinsip-prinsip berikut:

1. Mengembangkan, mengintegrasikan, dan menggunakan model desain sistem digital untuk kolaborasi lintas domain di seluruh siklus hidup produk [yaitu, pengembangan teknik, produksi, dan keberlanjutan].
2. Mengelola lini produk berdasarkan standar terbuka industri dengan pustaka varian khusus yang disesuaikan untuk pelanggan dengan kemampuan desain sistem yang baru, dimodifikasi, dan yang sudah ada [penggunaan ulang].
3. Memelihara repositori informasi sumber kebenaran otoritatif digital untuk setiap varian produk yang telah disetujui secara teknis di seluruh siklus hidup produk untuk memfasilitasi kolaborasi dan menginformasikan pengambilan keputusan.
4. Melakukan simulasi model dengan kasus uji verifikasi untuk mengevaluasi perilaku dan struktur sistem dalam lingkungan komputasi digital untuk menemukan cacat desain sebelum biaya produksi prototipe fisik.
5. Mendefinisikan utas digital dari parameter kinerja utama teknis dan menyinkronkan informasi di seluruh alat pemodelan desain SE, EE, ME, SW, dan SP untuk memastikan persyaratan, interaksi, dan ketergantungan sistem dipahami secara umum. Perubahan desain secara otomatis tercermin dalam semua penggunaan model di seluruh alat bantu disiplin teknik dan dinilai kesesuaiannya, dengan masalah apa pun yang ditandai untuk tindakan perbaikan.
6. Memanfaatkan proses pengembangan “Agile” untuk menyediakan metode yang konsisten dalam mengembangkan model desain sistem dan mengidentifikasi utas digital untuk sinkronisasi data di seluruh disiplin ilmu teknik dalam lingkungan teknik berbasis model yang terintegrasi.

Pendekatan desain sistem berbasis model SE&M memiliki landasan ilmiah teoretis berdasarkan fenomena sistem yang didefinisikan oleh Prinsip Hamilton: sebuah sistem terdiri dari elemen-elemen hirarkis yang berinteraksi dengan cara bertukar data, energi, gaya, atau massa untuk mengubah keadaan elemen yang bekerja sama yang menghasilkan perilaku yang muncul, diskrit, atau kontinu pada tingkat agregasi atau dekomposisi yang progresif seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

^{_{Sumber: sebokwiki.org}}

^{_{Gambar 4: Fenomena Sistem - Prinsip Hamilton. (Sumber: SEBoK Original)}}

Disadur dari: sebokwiki.org

Bagaimana perbandingannya dengan teknik mekatronika?
Dalam teknik desain sistem, fokus pada semester awal adalah membangun dasar pengetahuan teknik umum, serta pengetahuan dan pengalaman dengan metodologi desain yang dapat diterapkan secara luas. Mahasiswa kemudian dapat mengambil pilihan teknis dan mengerjakan proyek-proyek desain tingkat lanjut di bidang-bidang yang menjadi minat mereka, seperti mekatronika, sistem cerdas, interaksi manusia-komputer, pemodelan sistem, dan energi alternatif.

Sebaliknya, program teknik mekatronika berfokus secara khusus pada desain sistem mekatronika yang efektif yang menggabungkan konsep mekanik, elektronik, komputer, dan perangkat lunak, seperti robotika, sistem kendaraan, dan perangkat “pintar”.

Bagi siswa yang tertarik pada aplikasi luas desain dan sistem mekatronika, pendekatan terbaik mungkin adalah menggabungkan program Desain Sistem dengan Opsi Mekatronika.

Bagaimana perbandingannya dengan rekayasa komputer, sistem, dan perangkat lunak?
Program-program di bidang teknik komputer dan teknik sistem berfokus hampir secara eksklusif pada sistem komputasi (perangkat keras/perangkat lunak), sedangkan Desain Sistem mencakup berbagai macam sistem yang jauh lebih luas yang mungkin atau mungkin tidak termasuk sistem komputasi. Demikian pula, program rekayasa perangkat lunak Waterloo berfokus hampir secara eksklusif pada pengembangan perangkat lunak.

Banyak mahasiswa desain sistem menemukan diri mereka dalam pekerjaan yang berorientasi pada perangkat lunak (pemrograman), terutama selama masa kerja awal. Namun, mahasiswa kami tidak terikat untuk mengikuti jalur yang hanya berorientasi pada komputer atau perangkat lunak.

Mahasiswa mengambil sekitar satu mata kuliah berbasis komputer per semester selama dua tahun pertama masa studi, setelah itu mereka dapat memilih untuk mengambil mata kuliah pilihan yang terkait dengan komputer dan perangkat lunak, atau berkonsentrasi pada bidang-bidang seperti sistem ergonomi-manusia dan sosial-lingkungan. Proyek desain senior mencakup berbagai aplikasi, pemodelan sistem lingkungan, analisis konflik, pengenalan pola, sistem cerdas, interaksi manusia-komputer, dan biomekanik.

Bagaimana jika dibandingkan dengan manajemen dan teknik industri?

Teknik industri secara tradisional berfokus pada penerapan metode teknik untuk peningkatan proses manufaktur dan industri, namun telah diperluas untuk mencakup domain terkait pekerjaan lainnya seperti perawatan kesehatan dan manajemen informasi. Ini adalah fokus program teknik manajemen Waterloo, yang ditawarkan oleh Departemen Ilmu Manajemen kami.

Rekayasa desain sistem mencakup banyak metode teknik industri sebagai bagian dari kurikulum inti, seperti penjadwalan dan optimasi, faktor manusia dan ergonomi, manajemen informasi, dan manajemen proyek, yang diterapkan dalam proyek desain tim tahun pertama siswa. Namun, siswa kami juga mempelajari dasar-dasar disiplin ilmu mekanik, listrik, komputasi, sipil, dan rekayasa perangkat lunak, yang memungkinkan mereka menentukan di mana mereka memfokuskan studi mereka di tahun-tahun atas.

Disadur dari: uwaterloo.ca

Pendahuluan: Material Konstruksi di Tengah Krisis Iklim

 

Industri konstruksi merupakan salah satu penyumbang terbesar emisi karbon global, terutama melalui produksi semen. Dalam konteks krisis iklim dan kebutuhan akan pembangunan berkelanjutan, artikel berjudul "Cement-Based Materials: A Path Towards Sustainable Development" karya Ajay Kumar dkk. menyajikan pendekatan multidisipliner dan praktis dalam mengurangi jejak karbon melalui inovasi dan strategi pemanfaatan material berbasis semen.

 

Strategi Kunci Menuju Konstruksi Berkelanjutan

 

Artikel ini menyoroti empat strategi utama yang perlu diadopsi industri konstruksi:

• Efisiensi energi dalam produksi
• Penggunaan bahan daur ulang
• Reduksi emisi CO2
• Peningkatan daya tahan bangunan

 

Life Cycle Assessment (LCA): Pendekatan Menyeluruh

 

LCA menjadi alat penting dalam menilai dampak lingkungan material konstruksi dari ekstraksi bahan mentah hingga fase pembongkaran. Lima tahap utama dalam siklus hidup material mencakup:

1. Ekstraksi bahan mentah
2. Produksi
3. Konstruksi
4. Masa pakai
5. Pembongkaran dan daur ulang

 

Contohnya, beton biasa dengan kekuatan tekan 30 MPa, w/c 0,65 dan densitas 2330 kg/m3 menyumbang emisi CO2 signifikan di setiap tahap siklus hidupnya.

 

Inovasi Material: Jalan Alternatif yang Menjanjikan

 

1. Photocatalytic Cement

Mengandung titanium dioksida yang berfungsi sebagai katalis untuk mengurai NOx dan senyawa organik saat terpapar cahaya matahari. Dapat menurunkan polutan udara hingga 25%—digunakan pada jalan dan dinding terowongan.

 

2. Sulfoaluminate Cement (SAC)

Menghasilkan lebih sedikit CO2 dibanding OPC karena kandungan CaO lebih rendah. Memiliki waktu ikat fleksibel, kekuatan awal tinggi, dan potensi aplikasi cepat pada infrastruktur darurat.

 

3. Blended Cement

Campuran semen Portland dengan fly ash, slag, dan silica fume. Dapat mengandung hingga 90% bahan tambahan dan menghasilkan beton berkinerja tinggi (HPC) yang tahan lama, hemat energi, dan tahan serangan kimia.

 

4. Lightweight Concrete

Berat 500–1700 kg/m3, cocok untuk elemen isolasi termal seperti panel pracetak dan bata. Memiliki konduktivitas panas rendah, permeabilitas uap tinggi, dan memanfaatkan 90% bahan daur ulang.

 

Studi Kasus: ITC Lab dan Inovasi Bangunan Hijau

 

Penerapan inovasi ini terlihat pada ITC-Lab (Italcementi Group), pusat R&D seluas 11.000 m2 yang dirancang oleh Richard Meier. Bangunan ini menggunakan kombinasi material inovatif dan dirancang untuk meraih sertifikasi LEED Platinum—menjadi simbol komitmen industri terhadap keberlanjutan.

 

Peran Green Building dan LEED

 

LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) menjadi standar global untuk bangunan hijau. Dalam sistem ini, material berperan penting melalui:

 

Kategori Materials and Resources: Penggunaan bahan daur ulang dan pengelolaan limbah.

 

Kategori Energy and Atmosphere: Evaluasi konsumsi energi bangunan dan efisiensi termal.

 

Salah satu kontribusi terbesar material semen berbasis inovasi adalah pada kategori efisiensi termal, di mana isolasi dinding dan pemilihan bahan memengaruhi konsumsi energi untuk pemanasan dan pendinginan.

 

Tantangan dan Opini Kritis

 

Meski potensinya besar, artikel ini tidak menyoroti secara rinci:

• Aspek biaya dan analisis ekonomi dari material inovatif
• Kendala penerapan di negara berkembang
• Standarisasi global yang belum sinkron

 

Perbandingan dengan studi lain (seperti Mehta, 2002 atau Naik, 2007) menunjukkan bahwa artikel ini lebih kuat dalam pendekatan sistem dan integrasi inovasi, meski kurang eksplorasi aspek kuantitatif.

 

Rekomendasi Strategis

 

Untuk akselerasi penerapan:

• Dorong kolaborasi antara universitas dan industri dalam pengembangan produk
• Terapkan insentif pajak dan regulasi hijau bagi proyek konstruksi ramah lingkungan
• Gunakan pendekatan LCA sebagai standar evaluasi material di semua proyek publik

 

Kesimpulan: Menyatukan Inovasi, Regulasi, dan Kesadaran

 

Artikel ini menyajikan visi holistik tentang bagaimana bahan berbasis semen dapat menjadi bagian dari solusi, bukan sumber masalah, dalam perjalanan menuju keberlanjutan. Melalui pendekatan berbasis siklus hidup, penggunaan limbah sebagai sumber daya, dan penerapan teknologi baru, industri konstruksi dapat mewujudkan bangunan yang tidak hanya kokoh tetapi juga bertanggung jawab terhadap bumi.

 

Sumber:

 

Kumar, A., Kumar, N., Kumar, K., & Yadav, P.K. (2023). Cement-Based Materials: A Path Towards Sustainable Development. In Multidisciplinary Approach in Research Area (Vol. 10). ISBN: 978-81-971947-3-3.

 

Pendahuluan: Inovasi dan Keberlanjutan Sebagai Jalan Masa Depan

Temukan bagaimana inovasi dan regulasi lingkungan membentuk masa depan proyek konstruksi yang kompetitif dan berkelanjutan.

Di tengah tantangan krisis iklim dan persaingan ekonomi global, sektor konstruksi memainkan peran penting dalam mendorong pembangunan berkelanjutan. Tak banyak yang tahu, sektor ini menyumbang sekitar 40% emisi karbon dunia, mengkonsumsi 40% energi, dan menghasilkan 40% limbah secara global. Fakta ini menempatkan industri konstruksi sebagai salah satu target utama perubahan menuju masa depan yang lebih hijau.

 

Sebuah studi menarik dari Ain Shams Engineering Journal berjudul “Unveiling the impact of innovation on competitiveness among construction projects: Moderating and mediating role of environmental regulation and sustainability” mengupas secara mendalam bagaimana inovasi, keberlanjutan, dan regulasi lingkungan saling terkait dalam meningkatkan daya saing proyek konstruksi. Artikel ini bukan hanya menyajikan data empiris dari 184 proyek di Tiongkok, tetapi juga menawarkan panduan praktis untuk meningkatkan efisiensi dan reputasi proyek melalui pendekatan berkelanjutan.

 

Mengurai Kompleksitas: Apa yang Diteliti?

Penelitian ini berangkat dari kebutuhan untuk memahami bagaimana inovasi berdampak pada daya saing proyek secara langsung, sekaligus secara tidak langsung melalui keberlanjutan. Di sisi lain, regulasi lingkungan diuji sebagai faktor yang dapat memperkuat (moderasi) hubungan antara variabel-variabel tersebut.

 

Tujuan utama penelitian ini:

1. Menentukan hubungan antara inovasi, keberlanjutan, dan daya saing pada level proyek.

2. Menguji apakah keberlanjutan memediasi pengaruh inovasi terhadap daya saing.

3. Menganalisis apakah regulasi lingkungan memperkuat hubungan tersebut.

 

Metode yang digunakan adalah Structural Equation Modeling (SEM), yang memungkinkan analisis hubungan antar variabel yang kompleks. Data dikumpulkan dari responden dengan pengalaman minimal tiga tahun di proyek konstruksi melalui kuesioner skala Likert.

 

 

Hasil Penelitian: Bukti Empiris yang Kuat

Penelitian ini menghasilkan beberapa temuan penting yang patut digarisbawahi:

1. Inovasi Meningkatkan Keberlanjutan dan Daya Saing

Inovasi memiliki pengaruh positif signifikan terhadap keberlanjutan (β = 0.530) dan daya saing (β = 0.324).

Inovasi yang dimaksud meliputi inovasi proses, organisasi, dan produk, seperti penggunaan teknologi ramah lingkungan, sistem manajemen hijau, dan material berkelanjutan.

 

2. Keberlanjutan Menjadi Jembatan Menuju Daya Saing

Keberlanjutan secara langsung meningkatkan daya saing proyek (β = 0.504).

Menariknya, keberlanjutan juga memediasi hubungan antara inovasi dan daya saing (efek tidak langsung β = 0.268). Artinya, proyek yang berinovasi namun tidak menjalankan praktik keberlanjutan bisa jadi tidak optimal secara kompetitif.

 

3. Regulasi Lingkungan Menguatkan Pengaruh Inovasi dan Keberlanjutan

Regulasi lingkungan berperan sebagai moderator positif. Ketika aturan lingkungan diperketat, dampak inovasi dan keberlanjutan terhadap daya saing menjadi lebih kuat.

Hal ini sejalan dengan Hipotesis Porter, yang menyatakan bahwa regulasi lingkungan yang cerdas mendorong inovasi dan keunggulan kompetitif.

 

 

Studi Kasus: Tiongkok sebagai Laboratorium Pembangunan Berkelanjutan

Studi ini menarik karena menggunakan data nyata dari proyek konstruksi di Tiongkok, negara dengan pertumbuhan pembangunan tercepat sekaligus tantangan lingkungan terbesar. Dari 184 kuesioner yang valid:

 

60,8% responden berasal dari perusahaan konstruksi.

 

Sebagian besar responden berusia 25–35 tahun dan memiliki pengalaman 5–10 tahun.

 

Proyek yang dikaji mencakup skala investasi dari <1 miliar hingga >20 miliar yuan.

 

Hasilnya menunjukkan bahwa di tengah tekanan pembangunan pesat, proyek yang mengadopsi inovasi hijau dan merespon regulasi lingkungan dengan serius lebih unggul secara sosial dan ekonomi.

 

Analisis dan Interpretasi Tambahan

 

Mengapa Keberlanjutan Bisa Meningkatkan Daya Saing?

Karena pasar global saat ini sangat peduli pada jejak karbon, efisiensi energi, dan reputasi perusahaan. Konsumen maupun mitra bisnis cenderung memilih entitas yang bertanggung jawab secara sosial dan lingkungan. Selain itu, keberlanjutan menekan biaya jangka panjang dan meningkatkan efisiensi operasional.

 

Inovasi: Investasi Jangka Panjang, Bukan Beban

Beberapa pihak mungkin menganggap inovasi sebagai pengeluaran besar tanpa hasil cepat. Namun studi ini membuktikan bahwa dalam jangka panjang, inovasi meningkatkan daya saing melalui:

Efisiensi biaya

Kualitas proyek

Reputasi merek

Kepatuhan regulasi

 

Regulasi yang Cerdas Itu Menguntungkan

Banyak pelaku industri melihat regulasi sebagai beban. Tapi studi ini menunjukkan bahwa regulasi lingkungan yang tepat justru menjadi pemicu inovasi, bukan penghambat. Ini menciptakan ekosistem kompetitif yang sehat dan berkelanjutan.

 

 

Dampak Praktis bagi Dunia Nyata

 

Bagi Pelajar dan Masyarakat Umum:

Memahami bahwa inovasi bukan hanya soal teknologi, tapi juga soal tanggung jawab sosial dan lingkungan.

Kesadaran bahwa karier di industri konstruksi ke depan harus ramah lingkungan dan adaptif terhadap perubahan regulasi.

 

 

Bagi Manajer Proyek:

Rekomendasi agar menerapkan green supply chain, prefabrikasi, dan teknologi BIM sebagai langkah strategis.

Bangun struktur organisasi yang fleksibel dan terbuka terhadap pembaruan.

 

 

Bagi Pemerintah:

Perlu merancang kebijakan lingkungan yang bersifat insentif dan mendorong inovasi, bukan hanya membatasi.

Memberikan subsidi atau insentif untuk proyek yang menjalankan prinsip keberlanjutan.

 

Kritik dan Catatan Lanjutan

 

Meski studi ini kaya data dan menarik, ada beberapa catatan:

Konteks geografis terbatas pada Tiongkok, sehingga perlu penelitian tambahan di negara berkembang lain termasuk Indonesia.

Tidak dibahas secara spesifik tantangan implementasi inovasi di proyek kecil.

Belum mengeksplor lebih jauh peran budaya organisasi dan kepemimpinan dalam mendorong inovasi berkelanjutan.

 

Kesimpulan: Inovasi Berkelanjutan adalah Masa Depan Konstruksi

 

Artikel ilmiah ini memberikan kontribusi nyata terhadap pemahaman bahwa inovasi yang dibarengi keberlanjutan, ditopang oleh regulasi yang tepat, adalah kunci daya saing proyek konstruksi di era modern. Tak hanya sekadar membangun gedung, proyek masa depan harus bisa membangun nilai tambah ekonomi sekaligus melestarikan lingkungan.

 

Bagi pelajar dan masyarakat umum, memahami hubungan ini bisa menjadi dasar untuk menjadi bagian dari solusi, bukan hanya penonton perubahan. Sementara bagi para pelaku industri, studi ini adalah sinyal kuat bahwa strategi bisnis tak bisa lagi lepas dari prinsip keberlanjutan.

 

Sumber Referensi:

 

Zhang, R., Tang, Y., Liu, G., Wang, Z., & Zhang, Y. (2024). Unveiling the impact of innovation on competitiveness among construction projects: Moderating and mediating role of environmental regulation and sustainability. Ain Shams Engineering Journal, 15, 102558. https://doi.org/10.1016/j.asej.2023.102558

Pendahuluan: Mengapa Dunia Konstruksi Harus Berubah?

 

Di tengah ancaman nyata dari perubahan iklim global, industri konstruksi dituntut untuk lebih peduli terhadap dampak lingkungannya. Salah satu sorotan utama adalah penggunaan beton—material utama dalam hampir setiap proyek konstruksi, namun dikenal sebagai penyumbang emisi karbon besar. Produksi semen, komponen utama beton, menghasilkan sekitar 1 ton CO₂ untuk setiap ton yang diproduksi. Fakta ini membuat inovasi beton ramah lingkungan (green concrete) menjadi salah satu fokus penting dalam pembangunan berkelanjutan.

 

Artikel ilmiah karya Zahra Ghinaya dan Alias Masek (2021) mengkaji berbagai pendekatan yang telah dilakukan dalam menciptakan beton yang lebih ramah lingkungan, termasuk pengujian berbagai material alternatif untuk menggantikan semen atau agregat konvensional. Melalui metode tinjauan sistematis, mereka mengevaluasi efektivitas dan kelayakan aplikasi beton hijau di dunia nyata.

 

Apa Itu Beton Ramah Lingkungan?

 

Beton ramah lingkungan didefinisikan sebagai beton yang:

 

Menggunakan limbah atau material daur ulang sebagai bahan baku,

 

Memerlukan energi lebih sedikit dalam proses produksinya,

 

Menghasilkan emisi karbon yang lebih rendah dibanding beton konvensional,

 

Memiliki daya tahan dan siklus hidup yang tinggi.

 

 

Konsep ini bukan sekadar teori—berbagai eksperimen menunjukkan potensi besar beton hijau dalam mengurangi jejak karbon industri konstruksi.

 

 

Ragam Inovasi Beton Hijau: Dari Abu Terbang Hingga Limbah Plastik

 

1. High Volume Fly Ash (HVFA) Concrete

 

Salah satu inovasi tertua dan paling dikenal adalah HVFA—beton yang menggunakan abu terbang dari pembakaran batubara sebagai pengganti sebagian besar semen (50–60%). Teknologi ini pertama dikembangkan oleh Malhotra di Kanada dan kini telah digunakan dalam proyek-proyek nyata seperti pondasi dan jembatan.

 

Analisis Tambahan:

Penggunaan HVFA tidak hanya mengurangi emisi karbon, tetapi juga menghemat energi produksi. Namun, kualitas beton HVFA tetap perlu diperhatikan karena penggantian semen dalam jumlah besar bisa menurunkan kekuatan awal beton.

 

2. Limbah Keramik dan Abu Sekam Padi

 

Penelitian lain menemukan bahwa penggantian semen hingga 30% dengan limbah keramik menghasilkan beton ekonomis tanpa menurunkan kekuatan tekan. Begitu juga dengan abu sekam padi yang menunjukkan hasil serupa.

 

Tren Industri:

Negara-negara berkembang dengan produksi limbah agrikultur tinggi (seperti Indonesia dan India) sangat potensial dalam memanfaatkan abu sekam padi sebagai bahan bangunan.

 

3. Plastik Daur Ulang dan Polimer Alami

 

Inovasi lainnya menggunakan plastik daur ulang seperti botol PET dan limbah kayu sebagai substitusi agregat halus. Hasilnya bervariasi, tetapi PET menunjukkan performa mekanik yang lebih baik dibanding limbah lainnya.

 

Penelitian Susilorini dkk. bahkan menggunakan serbuk rumput laut dalam mortar sebagai polimer alami. Komposisi optimal (KM-0.5) menunjukkan kekuatan tekan dan tarik yang menjanjikan.

 

4. Alccofine dan Fly Ash Halus

 

Kombinasi Alccofine (mikrosilika ultra-halus) dengan fly ash menunjukkan kinerja luar biasa, meningkatkan kemampuan kerja dan kekuatan beton. Ini adalah salah satu contoh konkrit inovasi berbasis teknologi kimia.

 

 

Studi Kasus: Ketahanan Beton Alternatif terhadap Tekanan

 

Beberapa material menunjukkan hasil signifikan dalam pengujian kekuatan tekan:

 

Beton dengan kulit kemiri hanya mencapai kekuatan tekan 8,4 MPa pada 28 hari, jauh di bawah beton standar 30,68 MPa.

 

Beton dengan pasir laut malah menunjukkan kekuatan lebih tinggi dari beton biasa, menjadikannya opsi realistis di wilayah pesisir.

 

Grafik dari penelitian menunjukkan:

> Beton ramah lingkungan bisa menyaingi beton konvensional dalam hal kekuatan, tetapi pemilihan material sangat krusial.

 

Kritik dan Refleksi: Jalan Masih Panjang, Tapi Menjanjikan

 

Meski banyak material alternatif menunjukkan hasil menggembirakan, sebagian masih memiliki keterbatasan:

 

Masalah standar dan konsistensi: Banyak hasil eksperimen belum konsisten dan tidak memenuhi standar kekuatan minimum bangunan.

 

Isu logistik dan biaya: Tidak semua wilayah memiliki akses ke limbah spesifik seperti Alccofine atau fly ash dalam jumlah besar.

 

Tantangan skala industri: Aplikasi beton hijau masih banyak terbatas di tahap laboratorium atau proyek kecil.

 

 

Namun demikian, potensi keberlanjutan dan efisiensi dari beton hijau menjanjikan solusi besar terhadap dampak lingkungan dari industri konstruksi.

 

 

Masa Depan Beton Ramah Lingkungan di Indonesia

 

Sebagai negara berkembang dengan kebutuhan infrastruktur tinggi dan volume limbah industri/agrikultur besar, Indonesia memiliki peluang emas untuk:

 

Memanfaatkan limbah lokal seperti abu sekam, slag baja, dan limbah plastik,

 

Mengembangkan laboratorium uji mutu beton hijau berskala nasional,

 

Mendorong sertifikasi dan regulasi beton ramah lingkungan dalam proyek pemerintah.

 

 

Rekomendasi Praktis:

 

1. Libatkan institusi pendidikan tinggi dan LSM untuk uji coba dan edukasi.

 

2. Dorong kerja sama industri-sekolah untuk pengembangan produk beton hijau.

 

3. Buat insentif bagi kontraktor yang mengadopsi inovasi ramah lingkungan.

 

 

Kesimpulan

 

Inovasi beton ramah lingkungan bukan sekadar eksperimen ilmiah—ini adalah kebutuhan strategis. Dengan pendekatan ilmiah, pemilihan material yang tepat, serta kolaborasi lintas sektor, beton hijau berpotensi menjadi tulang punggung pembangunan berkelanjutan masa depan. Kini saatnya dunia konstruksi tidak hanya membangun gedung, tetapi juga masa depan yang lebih hijau.

 

 

Sumber Artikel:

 

Ghinaya, Z., & Masek, A. (2021). Eco-Friendly Concrete Innovation in Civil Engineering. ASEAN Journal of Science and Engineering, 1(3), 191–198.

Tautan: ASEAN Journal of Science and Engineering

DOI: http://dx.doi.org/10.17509/xxxx.xxxx