臺北科技大學機電整合研究所學位論文
國立臺北科技大學,正常發行
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飛行模擬器又稱為模擬機，它是一個技術複雜的機電整合訓練機器，它包含了很多機電整合技術，它的重要性是幫助航空公司訓練機師。誠如大家所知，飛機是一種無法使用實機測試的交通工具，其原因有二，一、價格昂貴：飛機燃料相當貴，以實機測試不合成本且具危險性。二、無法達成訓練需求：飛行中各種突發狀況須於模擬機艙才可能實施，真實飛行中不應且不可實行，所以維持飛行模擬器操作的正確性及可用性對於增進飛安的重要性不言可喻。 本篇論文主要是透過價值鏈找出飛行模擬器的維修流程，再利用知識管理的工具及分享協作的概念來解決模擬器的故障，增進模擬器的維修效率，然後利用可靠性維修的概念，分析模擬機各種故障的模式，透過故障模式分析及可靠性維修價值鏈快速找出可能故障的原因，並擬定可靠性預防維修的價值鏈，最後透過訪談機師及維修部門主管並實際實施論文內提及的方法以確認其可行性。 本篇論文的結論是藉由兩個維修的例子來闡述知識管理實施前後對縮短重大故障的維修時間的效果。其中第一個自動油門故障的例子中維修時間由兩個月縮短為兩星期，另一個例子則是透過可靠性維修價值鏈加速了水平尾翼平衡系統故障的解決，增加維修效率。
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雷射掃描工件輪廓時，若雷射功率為高斯分佈，在照射區工件材料會造成類似高斯分佈的能量吸收，導致切割邊緣的不鋒利。再者，雷射掃描在加減速區或者轉彎處，速度會變化，導致工件材料被照射的時間不一致，使得低速部分能量過多或高速部分能量過少，因此本研究的目的在以雷射功率在空間上以及時間上的調變提高雷射加工的品質。 空間上調變將使用光束整形器將功率為高斯分佈的雷射形狀改變成平頂分佈的形狀。此光點的功率分佈將非常均勻，照射區內的工件材料吸收的能量將為一致，導致切割邊緣較為鋒利。 時間上調變則是使用配有閉迴路功率穩定系統的CO2雷射機，經一聲光調變器將雷射功率配合工件移動速度做功率大小的調變，工件速度快功率變大，反之變小。如此使得低速部分吸收的能量可與高速部分相等。 最後，以雷射照射於工件上，並且使用顯微鏡去觀察雷射照射區域的能量吸收，用以證明經過空間調變以及時間調變的雷射掃描有提高加工的品質。這樣的技術能應用於雷射鑽孔、切割、焊接及其它雷射加工。
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MRI(Magnetic Resonance Imaging)磁振造影系統藉由三軸(X、Y、Z)梯度線圈掃描，由三軸量測得之訊號，經由主系統端電腦分析及處理後可得待測物之3D立體影像。本研究之梯度線圈將由兩軸(X、Y)梯度線圈，Z軸方面將以機械式的驅動系統搭配控制系統來完成Z軸的驅動平台，達到3D立體影像呈現之目的。 平台架構主要分成兩大部分，驅動系統及控制系統，亦為本研究著重之重點，驅動系統主要由H橋驅動電路之設計及分析，使得直流馬達得以正反轉，平台得以順暢的前進及後退作動。控制部分主要由單晶片PIC30f4011作為控制器，由控制器做運算來判別平台位置是否達到所設定之定位點，感測器部份由光學尺做平台位置的訊號回授，控制演算法以PID(比例、積分、微分控制)及模糊滑動控制(Fuzzy Sliding Mode)演算法作為控制演算法，實驗測試結果顯示此平台定位精度可達設定之μm級誤差範圍。
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目前台灣國道高速公路利用RFID技術導入於ETC電子收費系統(不停車收費系統)後，面臨電子標籤讀取率穩定性的問題，因採單一類型高輸出功率之收費閘門，經過調整校正後，使用ETC電子標籤之車輛也提升趨近於六百萬台車輛，此設置系統現已漸漸純熟，並且降低在高速公路行車中發生回堵之可能性，而在往後市區道路交通，政府勢必導入技術裝置做為多元化應用。由於市區道路在限制與複雜性程度上遠比高速公路條件來的多，除了單位時間內高車流量外，必須考量車輛種類多樣化與政府標準法規對於都市區域所能發射之電磁波功率強度，最終更要滿足讀取範圍區塊內能維持穩定之讀取率。 因此讀取閘門若建立於市區道路，需針對上述條件與問題來建構且使得電子標籤在條件限制下維持高穩定度的讀取率。本研究在於探討如何運用RFID 技術導入現有之ETC讀取閘門模組，藉由閘門高度與天線配置方向調整，提出建構讀取閘門模型並利用有限元素分析之HFSS軟體分析計算電磁場強度分佈情形，由模擬來驗證此設計可符合市區道路各類車種之需求，且電磁波之輸出功率由原先法規規範之0.5W，透過電磁波原理計算模擬降低至約為0.36W，最終探討讀取閘門所發射之電磁場強度可滿足所通過之電子標籤的穩定讀取關係。
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本研究目標在研製一套低功耗、低成本攜帶型可隨時檢測的血糖機器。利用微針之設計，針尖賦予酵素（Glucose Oxidase，簡稱GOD）並與人體組織液（Interstitial Fluid，簡稱ISF）反應得出細微的血糖濃度值。其包括：基板；電化學感測單元；訊號處理單元；以及電源單元。其中，電化學感測單元是由陣列排列的微針所組成，而經皮感測器係藉由微針低侵入性穿刺皮膚，減輕使用者的疼痛感，且可達到量測皮下目標分子濃度，以獲知人體生理訊號的目的。 截至目前，市面上常見針頭外徑分別為0.71mm與0.51mm，當進行測量血糖將針頭刺入人體表皮層時，會給使用者帶來痛感，研究顯示注射所產生的皮膚痛感，會隨著注射針頭直徑的縮小而大幅降低，最後猶如蚊蟲叮咬之微弱痛感而已。因此本研究採用一種利用經皮探針陣列，建立起一奈微米生醫感測器平臺，透過角質層下組織液的成分量測，進行例如血糖值、體溫和Glucose Oxidase等監測。
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本文針對感應加熱技術用於模具加熱作開發研究，提出兩種通以高頻電流之嵌入式感應線圈和感應線圈整合集中器進行感應加熱快速提高模穴表面溫度之裝置方法。透過嵌入式感應線圈快速加熱模溫這項技術並可於塑料開模與合模注入階段持續加溫，解決射出成型製程流動阻力大而造成塑料流動性不佳之成型困難。顯示出高模溫的重要性所以本技術高週波感應加熱可達到快速加熱、控制加熱溫度等優點，降低生產成本以達到同時兼顧縮短成型週期與高生產量率之目標。 本論文主要利用ANSYS APDL/ ANSYS Maxwell 和ANSYS Multiphysics軟體模擬嵌入式感應線圈與集中器之整合對於模具之公模仁加熱的情形作與模擬熱油機提升模溫做比較，對ANSYS應用於含加熱源模具溫度場分析與驗證做討論，並對電磁與熱耦合分析應用於感應線圈設計進行分析，以進行感應加熱模擬尋找相關操作參數並驗證分析與實際的可行度，確定ANSYS軟體在分析含加熱源模具溫度場之可行性。本研究利用現有射出成型標準模具規格實際設計開發一組模具，同時設計出特殊線圈與以電木材質之機構固定線圈於模具上配合射出成型製程步驟進行升溫與冷卻做模擬分析。
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近年來人們對於身處的環境品質越來越重視，空氣汙染及溫室氣體排放儼然已成為重要的人類生存議題。傳統空氣汙染檢測方式分為地面固定檢測或人員手持檢測兩種方式，這些檢測方法受限於機動性與取樣位置，常被質疑其公平性，而事實上空氣品質的狀態是與時間及空間息息相關，也隨著污染物飄移而快速變化。為了更有效監測空氣污染物變化及流向，以氣體感測器安裝於移動載具，利用其具備高機動性的特點，進行即時環境監測，即時提供空氣汙染物的資料，已逐漸成為環境監控的新興技術領域。本研究選用PID光離子化感測器及NDIR非色散式紅外線氣體感測器，研究其在移動載具上分別偵測揮發性有機化合物與溫室氣體二氧化碳之可行性。實驗透過自行設計製造的小型風洞及密閉系統測試平台，模擬及分析PID感測器與NDIR感測器於移動狀態下所受到氣體流速或流量之影響，以及設計與評估感測器最佳酬載與封裝方式。本研究中針對感測器三種氣體取樣模式評估，模式一為將感測器裸裝直接置於流場中，模式二為將感測器進行封裝後與自行設計的氣體分流機構連接，模式三為將微型泵浦連接至感測器封裝機構氣體出口連續抽氣，並使用30 km/h、40 km/h、50 km/h三種流速進行評估。實驗結果顯示，PID感測器在模式一中，當待測氣體快速流經感測器時，其濃度讀值會出現上升趨勢，且流速越快上升趨勢越大，模式二則在氣體快速流經初期濃度讀值出現大幅下降且其讀值出現不穩定之波動，透過ANSYS fluent模擬封裝機構氣體內部流場，內部流場產生明顯渦流為導致模式二讀值不穩定之原因，模式三中感測器讀值十分穩定，因此模式三採抽氣取樣為PID搭配本實驗設計之封裝機構最佳模式。NDIR感測器本身自帶封裝流道，因此只針對模式二及模式三評估，實驗結果NDIR感測器在模式二及模式三中氣體濃度讀值皆無出現明顯波動，兩種模式皆可作為NDIR感測器氣體取樣模式。
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本研究設計一套針對帕金森氏病(Parkinson’s disease，PD）患者之步態分析系統，主要由可攜性步態裝置與即時監測系統構成。可攜性步態裝置，整合加速度規、壓力感測器、藍芽模組、控制晶片、程式軟體；即時監測系統開發，即時監測系統接收可攜性步態裝置訊號，即時監測PD患者行走狀況，包括步態參數:步數、跨步頻率、變異率與即時偵測步態凍結(FOG)發生的可能，最後儲存步態參數以供之後分析討論使用。開發步態分析系統，進行PD病患臨床試驗並評估效果與改善，希望本系統能適時及適應低改善PD病患異常步態，形成一種可提供病患閉迴路偵測、反應與處理能力的個人不太健康系統，提升其個人自我管理能力與生活品質。
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本研究應用40奈米之Ag球形奈米顆粒及90奈米之SiO2球形奈米顆粒於血糖感測上，改善葡萄糖氧化酶(GOD)的活性和穩定性。將兩種奈米顆粒配合含鈷赤血鹽用來製作電流式葡萄糖感測器，將其作為電子傳媒以混入載體樹酯中。從實驗中所量測之循環伏安圖得知所添加之Ag奈米顆粒及SiO2奈米顆粒對感測電極的靈敏度提升了三倍以上，應答電流也因奈米顆粒的添加提升了兩倍。實驗中發現碳粉對樹酯比以4:10為最佳。實驗中亦指出碳粉與電子傳媒之混合比以6：4 用於碳糊電極效果最佳。實驗之偵測電位選擇於-200 mV 以避免溶液中干擾物質氧化產生電流干擾。另外，使用網狀高分子Nafion 固定GOD可製作葡萄糖感測器。考慮人體一天之內血糖濃度變化範圍以及美國食品和藥品管理協會(FDA)對血糖計容許之誤差標準15%，因此所訂之目標偵測極限我們期望至少為0.5 mM，目標線性範圍為3 ~7 mM，量測結果偵測極限為0.5mM已達成。此外，對電極之保存期限探討，本研究將電極存放於乾燥室溫下兩星期後，活性約下降40 %。
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台灣袋包箱產業的起步可追溯自1970年，台灣憑藉著精良的代工技術以及卓越的品質，席捲全球代工市場，迅速成為「箱包王國」，就台灣中小企業經濟發展而言，製造業一直扮演推動者與執行者角色。傳統產業對整體經濟仍為不容忽視的影響力，但我國卻已喪失低廉勞力的優勢，想促進傳統產業進一步發展，則必須了解未來的發展與外在環境變化，另尋產業創造附加價值與競爭力的途徑。 本研究採用「德懷術」、「專家訪談」、「個案研究」等研究法，深入分析台灣傳統包袋產業生產技術與研發創新之因果關係，並以K公司為例。 本研究成果說明如下： 一、 包袋產業應利用標竿學習，收集相關產業標竿管理做法，有系統化整理歸納出產業之優缺點，並透過知識創新及製程改善，來保有競爭優勢。 二、依個案研究深入了解在K公司包袋產業加工程序要達最佳化，應該重視加工設備持續改善、加工程序細節的設計與安排、加工人力素質的提升與教育訓練，等工作。 三、傳統產業必須重視知識管理的重要，並且藉由知識管理，累積經驗法則，增進競爭優勢，由企業觀點探討知識管理會對公司創新有正向的關係，持續創新，不斷創造出更符合顧客價值的產品或服務，或許才是企業成功的不二法門。