Finite Element Method (FEM) atau Metode Elemen Hingga dewasa ini telah menjadi bagian tak terpisahkan dari solusi numerik di dunia teknik rekayasa.FEM diaplikasikan secara luas mulai dari analisa stress (tegangan) dan deformasi (perubahan bentuk) pada bidang struktur bangungan, jembatan, penerbangan, dan otomotif, sampai pada analisa aliran fluida, perpindahan panas, medan magnet, dan masalah non-struktur lainnya.

Kemajuan yang sangat pesat di bidang komputer baik piranti lunak maupun hardware dalam dua dekade terakhir telah menyebabkan FEM diterapkan secara massif pada level yang belum pernah dibayangkan sebelumnya. Dengan kecanggihan piranti lunak-keras komputer sekarang, masalah rekayasa yang rumit dapat dimodelkan dengan relatif mudah. Waktu yang diperlukan untuk memecahkan problem pun semakin singkat. Sebagai ilustrasi, simulasi tabrakan mobil dua puluh tahun lalu memerlukan waktu berminggu-minggu dengan manggunakan superkomputer. Tetapi pada hari ini simulasi serupa hanya memerlukan waktu belasan jam dengan menggunakan personal komputer!

Penggunaan CAE (Computer Aided Engineering) semakin mendapatkan tempat di dunia manufaktur karena memberikan banyak keuntungan dan kemudahan, antara lain sebagai berikut:

1. Mengurangi frekuensi uji coba produk

Pengurangan jumlah uji coba berakibat langsung pada:

Untuk uji coba diperlukan prototipe produk. Harga sebuah prototipe produk yang belum diproduksi massal sangat mahal. Sebagai contoh, salah satu standar uji kelayakan mobil penumpang adalah performan pada saat tabrakan. Coba anda bayangkan bila uji coba tabrakan mobil harus diadakan berkali-kali, tentu biaya yang dibutuhkan sangat besar. Selain itu, untuk membuat satu prototipe diperlukan waktu yang tidak singkat, semakin banyak prototipe yang harus dibuat semakin lama waktu yang harus disediakan untuk penelitian dan pengembangan produk tersebut.

2. Meningkatkan kualitas produk

Dengan memanfaatkan CAE suatu produk dapat diuji secara virtual. Pada uji virtual banyak kondisi yang bisa dikaji, termasuk kondisi-kondisi yang sulit dilaksanakan pada uji coba riil. Misalnya bagaimana bila sebuah kotak hitam pesawat terjatuh ke dalam laut dalam, apakah konstruksi kotak hitam tersebut dapat menahan tekanan yang sangat besar? Uji coba langsung seperti ini hanya bisa dilaksanakan di laboratorium-laboratorium khusus, namun uj coba virtualnya bisa dilakukan dengan mudah. Proses uji coba virtual seperti ini bila dilakukan dengan benar dan menggunakan model yang tepat, hasilnya akan mendekati kebenaran riil.Tentu saja, pada tahap akhir tetap harus dilakukan uji coba yang sebenarnya untuk memastikan performan suatu produk.

Model FEM untuk tabrakan

Mungkin terbersit di benak kita mengapa FEM yang paling banyak dipakai dalam rangkaian proses CAE? Jawabannya adalah karena FEM, dibandingkan metode-metode lain seperti Finite Difference Method (FDM) atau Boundary Element Method (BEM), lebih mudah diterapkan, lebih luas jangkauannya dan lebih fleksibel. Dunia industri tidak terlalu menekankan pada penguasaan teori yang mendalam, melainkan pada output hasil dan waktu yang diperlukan. Pada kenyataannya untuk sementara ini, dalam banyak masalah rekayasa FEM jauh lebih unggul dibanding metode-metode lain.

Yang harus diwaspadai dari pemakaian FEM secara massif adalah kecenderungan memakai FEM sebagai “black box”, atau alat hitung belaka. Harus diingat bahwa sebagus apapun software yang digunakan, hasil perhitungan sangat bergantung pada input dan model yang digunakan. Bila input salah maka hasil perhitungan pun pasti salah. Oleh karena itu operator FEM mesti memiliki dasar-dasar yang baik mengenai FEM itu sendiri, dan juga faham akan fenomena yang dianalisa.

Secara singkat peranan FEM dalam dunia design digambarkan dengan chart berikut (Bathe, J.K. Finite Element Procedures).

Peranan FEM dalam produksi barang