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研究生:劉景泰
研究生(外文):Charles Liu
論文名稱:以統計方法決定電路之最佳參數與公差設計
論文名稱(外文):Statistical Optimization of Parameter and Tolerance Design for an Electronic Circuit
指導教授:蔣安國蔣安國引用關係
指導教授(外文):Angus Jeang
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:工業工程學系
學門:工程學門
學類:工業工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:英文
論文頁數:44
中文關鍵詞:模擬最佳化參數設計公差設計品質損失公差成本反應曲面法電路設計
外文關鍵詞:SimultaneouslyOptimizationParameterToleranceQuality LossTolerance CostRSMCircuit Design
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摘要
在過去產品設計過程中,為了經濟性的考量,通常都在參數設計之後才進行公差設計,而本研究將參數與公差同時考慮做電路的設計,不但可以使成本更為降低,也可以對品質有所改善。因此,我們首先使用蒙地卡羅模擬法(Monte Carlo Simulation)將各參數與公差在不同水準下的實驗組合,輸入模擬軟體,將模擬結果轉換為總成本(Total Cost),該總成本包含了品質損失(Quality Loss)、公差成本(Tolerance Cost)與失敗成本(Failure Cost)三者,接著將總成本視為反應變數,而自變數為參數與公差在不同水準下的組合,然後,藉用反應曲面法(Response Surface Methodology)進行統計分析與最佳化的求解。所得之結果不僅提供各參數與公差之最佳值,亦可看出各元件在該產品設計中個別的重要性,而且所找到的反應方程式是可以重複使用的以作為後續產品設計的修正。
Conventionally, the parameter design is usually carried out prior to tolerance design for economic considerations. In this study, we consider parameter and tolerance design simultaneous for a circuit design. By this way can not only cost reduction but also quality improvement. At first, we generated a set of experimental data through Monte Carlo simulation based on various combination of parameter and tolerance levels as input, then the data are converted to a total cost as response value before applying the RSM for statistical analysis and optimization. The response (Total Cost) includes quality loss, tolerance cost, and failure cost, which reflect the combined effect of parameter and tolerance values being assigned. Then via numerical simulation and Response Surface Methodology (RSM). The results provide designers with optimal component parameter and tolerance values, the critical components, and the response function. Ane this function can be reuse for the correction in the future.
中文摘要 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅰ
英文摘要 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅱ
目 錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅲ
圖 目 錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅴ
表 目 錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅵ
第 一 章: 緒 論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1.1 研究背景與目的 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1.2 文獻探討 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
1.3 章節內容與研究架構 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
第 二 章 理論基礎 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
2.1 公差及公差成本 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
2.1.1 製程變異與估計 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
2.1.2 公差成本函數 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
2.2 品質損失 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
2.3 平均品質損失 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
2.4 反應曲面法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
2.5 Box-Behnken Design ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
2.6 電子元件簡介 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥16
2.6.1 電阻 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥16
2.6.2 電容 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17
2.6.3 電感器 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
第 三 章 範 例 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥19
3.1 範例描述與模擬實驗 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥19
第 四 章 實驗結果與討論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥25
第 五 章 結 論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥34
參考文獻 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥36
附 錄 Box-Behnken Design實驗矩陣 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥41
誌 謝 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥42
作者簡介 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥44
圖 目 錄
圖1-1 研究架構流程圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
圖2-1 公差與公差成本關係圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥9
圖2-2 傳統觀念的品質損失之觀念圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
圖2-3 二次函數的品質損失函數圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11
圖3-1 溫度調節器之電路圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥20
圖4-1 μ4和t4因子對總成本影響的等高線圖 ‥‥‥‥‥‥‥33
圖4-2 μ4和t4因子對總成本影響的反應曲面圖 ‥‥‥‥‥‥33
表 目 錄
表3-1 每個元件的製程公差範圍 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥22
表3-2 每個元件的尺寸變動範圍 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥22
表3-3 每個元件的製程平均數三水準值 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥23
表3-4 每個元件的製程公差三水準值與其公差成本 ‥‥‥‥‥23
表4-1反應變數的變異數分析表 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥26
表4-2各自變數對反應變數的變異數分析表 ‥‥‥‥‥‥‥‥28
表4-3各因子對反應變數影響的重要性順序 ‥‥‥‥‥‥‥‥29
表4-4多項式模式的迴歸分析結果 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥30
表4-5反應變數與各因子的最佳值 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥32
參 考 文 獻
[1]Box, G.E. and Draper, N. R., "Empirical Model Building and Response Surface", John Wiley and Sons, New York, 1997.
[2]Chase, K.W., Greenwood, W.H., Loosli, B.G., and Hauglund, L.F., "Least Cost Tolerance Allocation for Mechanical Assemblies with Automated Process Selection", Manufacturing Review, Vol.3, No.1, pp.49-59, 1990.
[3]Elsayed, E.A. and Chen, Argon, "Optimal Levels of Process Parameters for Products with Multiple Characteristics", International Journal of Production Research, Vol.31, No.5, pp.1117-1132, 1993.
[4]Jeang, A., "Tolerance Design for Quality and Cost", ORSA- TIMS , Detroit , Vol.10, No.1, pp.27-35, 1994.
[5]Jeang, A., "Economic Tolerance Design for Quality", Quality and Reliability Engineering International, Vol.11, No2, pp.113-121, 1995.
[6]Jeang, A., "Tolerance Chart Balancing for Machining Process Planning", Quality and Reliability Engineering International, Vol.12, No.5, pp.355-364, 1996.
[7]Jeang, A., "Optimal Tolerance Design for Product Life Cycle", International Journal of Production Research, Vol.34, No.8, pp.2187-2209, 1996.
[8]Jeang, A., "Tolerance Chart Optimization for Quality and Cost", International Journal of Production Research, Vol.36, No.11, pp.2969-2983, 1998.
[9]Jeang, A., "Robust Tolerance Design by Response Surface Methodology", International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol.15, No.6, pp.399-403 , 1999.
[10]Jeang, A., "Optimal Tolerance Design by Response Surface Methodology", International Journal of Production Research, Vol.37, No.14, pp.3275-3288, 1999.
[11]Jeang, A., "Optimal Process Parameter Determination for Computer-Aided Manufacturing", Quality and Reliability Engineering International, Vol.15, pp.3-16, 1999.
[12]Ji, P., "A Linear Programming Model for Tolerance Assignment in a Tolerance Chart", International Journal of Production Research, Vol.31, No.3, pp.739-751, 1993.
[13]Khuri, A.J. and Cornell, J.A., "Response Surface : Design and Analysis", Marcel Dekker, New York, 1996.
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[15]Myers, R.H. and Montyomery, D. C., "Response Surface Methodology, Process and Product Optimization Using Designed Experiments", John Wiley and Sons, New York, 1995.
[16]Ngoi, B.K.A. and Fang, S.L., "Computer-aided Tolerance Charting", International Journal of Production Research, Vol.32, No.8, pp.1939-1954, 1994.
[17]Ngoi, B.K.A. and Ong, J.M., "A complete tolerance charting system in assembly", International Journal of Production Research, Vol.37, No.11, pp.2477-2498, 1999.
[18]SAS. "SAS/STAT User’s Guide, Release 6.03 Edition", SAS Institute, Cary, NC, USA, 1988.
[19]Vasseur, H., Kurfess, T.R. and Cagan, J., "Use of a Quality Loss Function to Select Statistical Tolerances", Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME, Vol.119, No.3, pp.410-416, 1997.
[20]Wei, C.C., "Tolerance Design with Concurrent Optimization of Quality Loss and Process Capability", International Journal of Industrial Engineering, Vol.5, No.2, pp.169-174, 1998.
[21]Wu, Chin-Chung, Chen, Zhuoning and Tang, Geo-Ry, "Component Tolerance Design for Minimum Quality Loss and Manufacturing Cost ", Computers in Industry, Vol.35, No.3, pp.223-232, 1998.
[22]Robert Resnick, David Halliday, New York, "Physics", 2nd ed.,1974.
[23]Belavendram , Nicolo, London Prentice Hall, "Quality by design", 1995.
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[25]Montgomery 原著,黎正中譯,"實驗設計與分析",高立圖書出版有限公司,台灣臺北,1998.
[26]蔡彰文,"公差調合模式田口方法的應用",機械工業,No. 118, pp.186-198,1993.
[27]曾政鴻、金安兒,"利用反應曲面法對紅藻膠高壓凝膠作用的探討",中國農業化學會誌,Vol. 32,No. 5,pp.543-552,1994.
[28]金安兒、陳建富,"利用反應曲面法探討Curdlan及糯玉米澱粉的添加對嫩豆腐冷凍乾燥適性之影響",中國農業化學會誌,Vol. 37,No. 3,pp.390-402,1999.
[29]李永晃、梁有燈、蔡志弘,"考慮重工與不良率遞减之製程公差設計",機械工業,No. 188,pp.221-233,1998.
[30] Madahav S. Phadke原著,黎正中譯,"穩健設計之品質工程",臺北圖書有限公司,台灣臺北,1993.
[31]方俊雄,"反應曲面法在公差分配的應用分析",逢甲大學碩士論文,1998.
[32]張嘉麟,"以不對稱損失函數同時作裝配尺寸與公差之最佳化設計",逢甲大學碩士論文,2000.
[33]陳台昆,"在熱效應之影響下,以統計方法作參數與公差設計",逢甲大學碩士論文,2000.
[34]張紹勳編著,"SAS for Windows統計分析入門 : SAS/ASSIST自動程式產生之視窗",松崗電腦圖書資料股份有限公司,台灣臺北,1995.
[35]鄭春生著,"品質管理",育友圖書股份有限公司,台灣臺北,1997.
[36]蘇朝墩編著,"產品穩健數計",中華民國品質學會,台灣臺北,1997.
[37]葉偉成編著,"物理學",科技圖書股份有限公司,台灣臺北,1996.
[38]胡添進,許金益,劉茂修編著,"物理",全威圖書股份有限公司,台灣臺北,1995.
[39]朱鳳傳,"選用「公差」的基本觀念",工業職業教育,Vol. 5,No. 1,pp.34-38,1985.
[40]林銘貴,陳梧桐,"電腦輔助設計與製造",儒林圖書公司,1984.
[41]吳育昇,"CAD/CAM專題研究(1)",全華科技圖書股份有限公司,1997.
[42]盧佑銘,"Pspice A/D電子電路分析",台科大圖書股份有限公司,2000.
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