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汽車油封零件自動塗膠與檢測技術的研發

隨著工業技術的進步，密封元件產品之需求隨之不斷增加，其中油封零件在車輛產業中有重要的優勢，其品質的優劣，決定了車輛工作的性能。因此本計畫與K公司合作，藉由產學合作開發自動化塗膠與檢測系統，希望能改良該公司現有產能與品質的問題。 本研究針對解油封製程的各項工作程序進行瞭解，找出需要導入自動化的製程。依據人工與品質等因素進行評估後，決定以塗膠程序為優先改良的區塊。由於塗膠原料會產生有毒氣體，對人體造成傷害，因此本研究首先利用TRIZ創新原理設計一套進出料機構與自動塗膠技術，再以機器手臂執行油封的取放作業，達成無人化操作。為了查看塗膠品質，本研究另設計一套影像辨識流程，可判斷塗膠是否出現瑕疵。統合了油封的自動取放、塗膠與品質檢測等技術，本項製程得以達到全自動化，大幅節省人力成本，且能確保產品的品質。

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運用六軸機械手臂於大提琴演奏之研究

隨著現代自動化與人工智慧技術的提升，機器人的應用逐漸從工業界，擴展到娛樂及服務業。機器人由原本只會從事高重複性的自動化工具，轉變成具智慧及學習能力的整合式系統。近年來娛樂型機器人蓬勃發展，其中音樂型機器人更是受到重視。本實驗室研究音樂型機器人多年，從早期的XY 型小提琴演奏機器人開始，慢慢發展到利用六軸機器人演奏大提琴。由於以往的結構臂長不足，容易出現奇異點；按弦機構過於複雜，準確度及壓力不足；缺少音色和音量的控制，演奏效果不佳。因此，本研究旨在改進過去的大提琴演奏機器人結構及控制系統，提升其演奏效果。本研究首先採用臂長較長的機器手臂，改善因第四與第六軸共線而出現奇異點的問題。再利用影像追蹤技術，校正和改善手臂的運動軌跡。在音準及音色方面，透過強化手指結構設計，達到較為良好的按弦控制，同時增加揉弦以及音量大小的控制，提升音品音質。為了呈現研究的成果，本研究採用改編的樂曲「浮光掠影」做為案例，確保能模擬人類演奏時的效果。

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飛機降落時剎車行為之模擬研究

飛機剎車系統是飛機上具有相對獨立功能的子系統，其作用是承受飛機的靜態重量、動態衝擊載荷以及吸收飛機著陸時的動能，實現飛機的起飛、著陸、滑行、轉彎的制動和控制，因此本文以剎車行為模擬分析之研究為目標。 本文對剎車行為模擬分析的研究內容為1.不同跑道對於剎車行為的影響，2.剎車力矩及輪胎與地面接合力之模擬研究，3.剎車歷程之輪胎運動模擬分析。 本文建立數學模型進行模擬剎車行為的研究，探討輪胎與跑道地面互制行為、跑道摩擦力，以分析模擬方法得到飛機在剎車時的滑移率、結合係數、機輪轉速、飛機速度、輪胎外緣線速度、剎車距離、剎車力矩、剎車制動力和剎車生熱隨時間之變化。

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SVM法在齒輪轉子系統異常檢測研究

齒輪的傳動系統被廣泛的使用在各個種類的機械設備中，目前普遍是靠著技術人員來診斷減速機等齒輪機構的健康狀態，在實務中若齒輪損毀沒有及時進行更換，不僅可能會影響生產物品的良率以及產量，更甚還可能會因此損壞其他的零件，增加維修的成本以及難度。隨著科技的進步無人工廠或智慧型工廠的概念的展開，一個能自動診斷齒輪健康狀態的系統是目前的趨勢。 　　本文實驗主要分為兩個階段，第一階段使用加速規分別對六種不同的運轉中齒輪箱的三軸X、Y以及Z軸進行震動訊號的抓取，而齒輪箱一共分為六種類別，分別為正常、齒輪偏心、鬆脫、轉軸不對心、斷齒和磨耗，將資料經過快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)，將時域頻域整合資料輸入至分類器有K個最近鄰居法(K-nearest neighbor, K-NN)以及支持向量機器(Support Vector Machine, SVM)中進行，支持向量機器的分類對於單個故障齒輪箱可達到100％的準確度，此分類結果對齒輪異常檢測有著極大的幫助。 　　第二階段延續使用第一階段的資料擷取方式以及支持向量分類器的過程，利用決策函數給每個樣本中的每類一個評分並進行排序，透過排序可以使得在診斷齒輪異常時可以優先進行排查，可以給有複合異常齒輪的判定提供一個檢測一個有效的方式。

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以機器學習為主之環境適應性CNC工具機機上溫升熱變形補償方法之研究

本研究主要為建立環境適應性溫升熱變形模組，以往預測方式為在不同伺服軸劃分不同的量測點位，並建立數多個迴歸方程式來進行曲線擬合，不同的環境溫度即需要不同的環境溫度實驗模組，將會需要收集許多數據來達成預測，本實驗透過Python程式語言中的函式庫Tensorflow，來搭建類神經網路架構使能進行學習，透過少量的數據訓練，訓練出一個模組可以預測該軸各量測點位之變形量，在不同的環境溫度，訓練資料外都能有良好的預測。補償方法主軸補償利用CNC控制器上之機械座標原點偏移功能進行線上補償，而伺服軸補償則是輸出補償指令以螺距誤差(Pitcherror)補償方式進行。並建立一個友善的人機介面，介面上能夠了解目前各軸的預測誤差量，並使使用者能夠自行填寫希望加工件之精度，並進行自動補償功能，也將會提醒使用者如果當下需要進行補償的話，該進行的操作步驟來進行補償。本系統在不同的環境溫度影響下，在考慮機台升溫與環境溫度的情況下，可改善80%以上之熱變形誤差，達到降低工具機熱變形誤差之目的。

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模具與成型產業之ERP平台的開發與整合

近年來各企業已紛紛導入企業資源計劃ERP(Enterprise Resource Planning)，雖然ERP系統帶來了很多好處，如強化洞察力、提高生產效率、加速報表產出等優點，但是在專業模具廠的管理上，需要有一套更有效的整合系統，才能夠即時的提供完整的資訊給客戶及廠商；如能透過專屬之ERP系統和模具設計引導系統與MES(Manufacturing Execution System)做整合，將能夠有效的進行訂單管理、模具估價、模具設計、物料控管，並縮短聯絡上的時間，亦可即時得知目前訂單作業進度與設計相關資訊，並降低可能的人為問題與延誤，有效地達成廠商和客戶間的溝通來減少缺失。 所以本研究利用MongoDB資料庫搭配程式進行開發，以專屬之簡易型ERP系統與模具設計引導系統進行有效的整合，提供建構訂單、設計、估價及物料狀態系統等功能，從客戶下單到完成交付模具，每個階段的狀態都能即時、透明、正確地顯示在ERP系統上，模具廠人員能夠透過ERP進行訂單追蹤，在設計過程中如遇到任何問題，設計人員與客戶能夠進行線上的聯繫，透過線上聯繫能夠有效地增加工作效率，待設計完成後，設計端進行回饋估價參數，模具廠人員透過ERP進行估價，客戶透過系統即可得知估價結果，並決定是否確認訂單或是進行議價，待客戶進行付款，後續的設計與製造流程也都能夠從模具平台掌握即時資訊，而模具廠內人員操作本平台時，也能在客戶進行下單後，即時的接收所需的零件有哪些，並得知倉庫目前的庫存量，庫存量不足時系統進行警告通知，並利用MES平台接收機台加工進度，來提供客戶目前專案的即時進度，讓客戶可以在此整合型ERP系統上，完全掌控產品之生命週期。

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智慧製造之DDS中介層的佈屬與驗證

隨著科技與資訊技術的進步，工廠自動化和無人化已經是各個企業所追求的目標，這樣的工廠可以減少人力成本、降低安全風險和提高生產效率，但是在工廠在運作的過程中，機台資訊和產生出的資料是非常大量與多樣的，因此，資料如何有效地收集、發送、存取與互通，使工廠能夠更穩定且即時的去運作，以達到最佳的通訊配置，為智慧製造發展主要課題之一。 本研究利用資料分散式服務DDS(Data Distribution Service)與API程式開發，透過DDS這個中介層結合前端與後端的資料，開發一個傳遞的通訊層，以資料整合的概念，部屬在工廠的各個機台以及MES上面，透過DDS發布(Pub)/訂閱(Sub)，讓使用者可以傳遞機台的即時資訊到MES，也讓需要的機台可以即時收到MES的重要資訊；此外，為了因應不同即時的需求，透過DDS的QoS(Quality of Service)設定，可以將重要的訊息提前讓使用者知道，以避免錯誤發生且保持工廠運作的穩定性，或是在大量的訊息之中只取出最新的資料，將這些QoS進行驗證還有分析，讓工廠傳遞資料的效率更加迅速。

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智慧模具工廠之MES與CPS平台的開發與驗證

現今MES(Manufacturing Execution System)在製造行業的使用已成為不可或缺的元素，因為自動化雖然可以減少許多人力成本，並提升生產上的效率，但是如果沒有一個有效的系統去整合工廠產線上的資訊，在遇到突發狀況無法預先處理或即時回報，將會造成不少的損失，並且可能會趕不上零件或整個專案的交期，進而導致後續製程的延後，而透過MES進展到智慧製造的CPS(Cyber-Physical System)，可以有效的監控工廠產線上機台的狀態，並即時回傳可能的異常與故障，讓工程人員即時處理，將損失減至最低；且利用機台回傳的加工資訊，分析後並推估機台的狀況，並比對真實狀況的處理，更可以有效的減少未來機台故障的機率。 本研究透過ERP(Enterprise Resource Planning)系統接收客戶的訂單，並利用先前開發的模具設計引導系統(Jong et al.[1])進行模具零件表的產生，帶入靜態全域排程如FIFO(First In , First Out)、EDD(Earliest Due Date)，再透過ACO(Ant Colony Optimization)、GA(Genetic Algorithm)演算法進行優化，以視覺化來呈現並做比對，讓使用者更有效掌控優化後的排程結果；另外透過MES-CPS平台與DDS(Data Distribution Service)串接，做為系統與現場溝通的橋樑，並搭配可視化介面的開發，能清楚且即時的監控目前專案進度與機台加工狀況，串接ERP系統並告知客戶目前專案進度。

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線上匹配式曲線誤差補償系統與整線自動化之研究

由於工業4.0的到來與物聯網的發展，使得在產線上提高精度與高效率的生產模式顯得更加可行。而其首先必須將生產資訊透明化，且能夠在機器間快速自動傳遞相關資訊，可即時掌控產線上的異常資訊並做及時的製程控到修正並提升加工精度與生產效率。將現經用到加工精度提升上時，則需可即時回傳加工製程匹配誤差，並做即時的補償，就達到智能誤差補償效果。針對曲線加工路徑進行研究，透過系統可從關鍵量測參數設定到誤差匹配補償都能線上有效完成，設計上也搭配自動化功能，可節省傳統匹配製程中的人力與時間，達到低成本快速量產的效果。具體研發整合(1)針對組裝匹配及製程匹配兩種模式建立線上匹配誤差計算及補償法;(2)透過線上自動檢測及加工程式自動修正方法作到線上快速加工誤差修正功能，使生產可依照匹配誤差及時生產出正確的匹配組裝件;(3)根據(1)(2)建立具備友善人機介面的電腦輔助誤差補償系統;(4)實機驗證，證明所建立的方法與系統的準確性及實用性。最後再經由實驗驗證可以得知: 本系統可依照量測件的誤差同時進行加工件的尺寸與幾何誤差的調整，在初次補償時尺寸誤差為0.377mm可以縮小到0.053mm以內，可提升85%，初次角度誤差為0.93∘修正後縮小至0.118∘以內，可提升87%，而再次進行複合式製程匹配初始誤差為0.183mm修正後縮小至0.028mm，誤差補償率更提升至82%。

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奈米氣溶膠衝擊噴流於平板之數值熱傳研究

本論文完成奈米氣溶膠衝擊噴流對平板表面熱傳特性之數值分析，主要目的在探討高雷諾數下，奈米粒子濃度、無因次衝擊高度及噴嘴直徑比對衝擊平面努賽爾數的影響。首先，本研究以圓管式噴流作為基本外型，對特定無因次衝擊高度下第二峰值現象進行驗證，接著以Standard k-epsilon、RNG k-epsilon、兩種紊流模型對文獻實驗數據進行比對，之後對其進行網格獨立性測試，以找出符合時間成本及準確性的模擬方式。最後將兩種奈米氣溶膠作為工作流體，探討濃度、無因次衝擊高度及噴嘴直徑比對加熱壁面努賽爾數分布圖的影響。 結果發現，努賽爾數值隨著奈米氣溶膠體積分率的提升而增加，在無因次高度0.25時較其他無因次高度有更高的局部努賽爾數及平均努賽爾數。此外，當奈米氣溶膠濃度提升至0.4%時，其平均努賽爾數值與使用水為工作流體時相當，具有取代水應用於工業領域的潛力。