摘 要
在傳統射出成形產業中，由於產品的種類是多元且多變的，必須針對每種不同的產品來設定其製程參數，以往製程參數設定大都仰賴經驗豐富的工程師，依據過往之經驗來完成模具測試與參數設定。
本研究透過反應曲面法（RSM；Response surface methodology），及中央合成設計（CCD；Central composite design），以氣泡不良率及缺料不良率為研究的品質特性，依所需之品質目標找尋最佳射出成型參數條件。同時以類神經將CCD實驗數據資料經由倒傳遞神經網路(Back Propagation Neural Network)訓練與測試，用以建構射出成型產品品質預測器，再以品質預測器結合基因演算法(Genetic Algorithms)，找出最佳製程參數組合。研究顯示，兩種實驗方法所提出之最佳參數均能有效的達到品質特性之要求，並且可降低製程不良率，使得生產更具效率、符合經濟、和降低公司成本。以反應曲面法得到氣泡不良率由平均3.3%降至平均2.6%、及缺料不良率由平均2.7%降至1.9%。類神經網路結合基因演算法使得氣泡不良率由平均3.3%降至平均2.3%、及缺料不良率由平均2.7%降至1.6%。

關鍵詞： 反應曲面法、中央合成設計、倒傳遞神經網路、基因演算法

Abstract
In the traditional plastic injection molding industry, there are numerous kinds of product and the products are fast changing. There is a need to set process parameters for each product. In the past, the process parameter settings are mostly relied on experienced engineers.
The research found the optimal settings of plastic injection molding by central composite design (CCD) of response surface methodology (RSM) where the quality characteristics are bubble and shaping nonconforming rates. Besides, the data collected through CCD were used as input and output for back propagation neural network (BPN) to construct the prediction model and then genetic algorithm (GA)
was applied to search for the optimal process parameter settings. The research results showed that both optimal parameter settings improved the product quality. The response surface methodology reduced bubble nonconforming rate from 3.3% to 2.6% and shaping nonconforming rate from 2.7% to 1.9%. The BPN incorporating GA method reduced bubble nonconforming rate from 3.3% to 2.3% and shaping nonconforming rate from 2.7% to 1.6%.

Keyword: Response Surface Methodology, Central Composite Design, Back
Propagation Neural Network, Genetic Algorithm

目 次
摘要...............................................................i
Abstract .........................................................iii
目次...... .... ...................................................iii
表目錄.............................................................v
圖目錄.............................................................vi
第一章 緒論........................................................ 1
1.1 研究背景與動機.................................................. 1
1.2 研究目的....................................................... 4
1.3 研究限制....................................................... 5
1.4 研究方法....................................................... 5
1.5 研究架構與步驟.................................................. 6
第二章 文獻探討..................................................... 8
2.1 塑膠射出成型的發法與原理......................................... 9
2.1.1 射出成型製程介紹................................................................ 9
2.1.2 射出成型三大要素................................................................ 11
2.1.3 認識射出成型機............................................... 12
2.2 塑膠材料的基本物性............................................. 13
2.2.1 塑膠原料的種類和特性.......................................... 15
2.2.2 塑膠原料的種類............................................... 15
2.2.3 原料構成—PMMA射出成型....................................... 18
2.2.4 原料構成—PC射出成型......................................... 21
2.3 射出成型技術應用相關文獻........................................ 25
2.4 射出成型條件的參數控制.......................................... 27
2.4.1 成型機的參數控制............................................. 29
2.5 射出成型品質與成型不良原因和對策................................. 30
2.5.1 常見射出成型零件的缺陷與對策實施............................... 31
2.5.2 射出成型品質不良的成因........................................ 35
2.6 QC七大手法應用相關文獻......................................... 36
2.6.1 柏拉圖..................................................... 36
2.6.2 特性要因圖.................................................. 38
2.7 反應曲面法應用相關文獻......................................... 39
2.8 中央合成設計法應用相關文獻...................................... 42
2.9 類神經網路應用相關文獻.......................................... 46
2.9.1 類神經網路簡介.............................................. 46
2.9.2 倒傳遞類神經網路架構......................................... 48
2.10 基因演算法應用相關文獻........................................ 49
2.10.1 基因演算法則............................................... 49
第三章 研究方法................................................... 52
3.1 特性要因圖................................................... 54
3.2 反應曲面法................................................... 56
3.3 中央合成設計法................................................ 60
3.4 類神經網路.................................................................................................. 61
3.4.1 倒傳遞類神經網路輸入值的資料轉換............................................ 62
3.4.2 倒傳遞類神經網路之學習演算法.................................................... 63
3.4.3 倒傳遞類神經網路之演算步驟........................................................ 63
3.5 基因演算法.................................................................................................. 68
3.5.1 染色體表達方式................................................................................ 69
3.5.2 產生初始族群.................................................................................... 70
3.5.3 適合度函數........................................................................................ 70
3.5.4 複製.................................................................................................... 71
3.5.5 交配.................................................................................................... 72
3.5.6 突變.................................................................................................... 72
3.5.7 停止條件............................................................................................ 73
第四章 個案實例—南部車燈產業為例.................................................................... 74
4.1 中央合成實驗.............................................................................................. 74
4.1.1 問題的描述........................................................................................ 75
4.1.2 選定關鍵因子.................................................................................... 77
4.1.3 實驗設計的選擇................................................................................ 78
4.1.4 因子水準的設定................................................................................ 79
4.1.5 實驗數據收集與分析........................................................................ 80
4.1.6 確認實驗............................................................................................ 86
4.1.7 實驗結果與追蹤................................................................................ 87
4.2 類神結合基因演算法.................................................................................. 89
4.2.1 倒傳遞類神經網路輸入值的資料轉換............................................ 90
4.2.2 倒傳遞類神經網路建構.................................................................... 91
4.2.3 不良率倒傳遞類神經網路模式........................................................ 92
4.2.4 不良率倒傳遞類神經網路訓練結果................................................ 93
4.2.5 基因演算法修正類神經網路之連結權重........................................ 95
4.2.6 基因演算法修正不良率類神經網路之連結權重............................ 96
4.2.7 確認實驗............................................................................................ 99
4.2.8 實驗結果驗證與追蹤...................................................................... 100
第五章 結論與未來方向.......................................................................................... 102
5.1 結論............................................................................................................ 102
5.2 未來方向.................................................................................................... 103
參考文獻...................................................................................................................... 104
v
表目錄
表2-1 原料比重鑑別法.................................................................................................18
表2-2 PMMA原料之物性.............................................................................................20
表2-3 PMMA 成型條件設定規範................................................................................21
表2-4 PC 原料物性表...................................................................................................24
表2-5 PC 一般成型條件表規範...................................................................................25
表2-6 成型縮水對策改善實施......................................................................................31
表2-7 充填不足對策改善實施......................................................................................32
表2-8 毛邊對策改善實施..............................................................................................33
表2-9 氣泡對策改善實施.............................................................................................34
表4-1 本研究可控因子及其範圍.................................................................................78
表4-2 中央合成設計的實驗矩陣.................................................................................78
表4-3 因子水準實驗值.................................................................................................80
表4-4 本研究實驗數據.................................................................................................81
表4-5 氣泡不良率(Y1) ANOVA的分析........................................................................82
表4-6 氣泡不良率(Y1)反應值的二階模型.................................................................82
表4-7 缺料不良率(Y2) ANOVA的分析........................................................................83
表4-8 缺料不良率(Y2)反應值的二階模型.................................................................84
表4-9 反應值之規格限制與目標值.............................................................................85
表4-10 最佳參數值........................................................................................................86
表4-11 最佳參數之信賴區間與預測區間....................................................................87
表4-12 最佳參數組合....................................................................................................87
表4-13 改善後實驗數據................................................................................................87
表4-14 驗證實驗結果....................................................................................................88
表4-15 因子與反應值正規化後數值...........................................................................90
表4-16 不良率類神經網路交叉驗證............................................................................92
表4-17 不良率類神經網路結果....................................................................................94
vi
表4-18 不良率類神經網路之權重................................................................................95
表4-19 修正後不良率類神經網路連結權重................................................................98
表4-20 修正後不良率類神經網路結果........................................................................99
表4-21 最佳參數組合.................................................................................................101
表4-22 最佳化參數值..................................................................................................101
表4-23 實驗結果與追蹤.............................................................................................101
表4-24 CCD 與類神經比較差異................................................................................103
7
圖目錄
圖1-1 研究架構............................................................................................................7
圖2-1 射出成形製程步驟..........................................................................................11
圖2-2 射出成型機......................................................................................................13
圖2-3 塑膠原料總表..................................................................................................16
圖2-4 PMMA 塑膠粒................................................................................................18
圖2-5 PMMA 成型零件-反射片...............................................................................19
圖2-6 PMMA 成型零件-後燈...................................................................................20
圖2-7 PC 材質原料粒................................................................................................22
圖2-8 PC 材質與PMMA 材質差異.........................................................................23
圖2-9 車燈零件-PC 燈殼..........................................................................................23
圖2-10 車燈零件-RS 副反射鏡..................................................................................24
圖2-11 塑膠射出成型流程..........................................................................................28
圖2-12 射出成型製程過程與射出壓力、時間的變化關..........................................28
圖2-13 射出成型各階段的操作條件..........................................................................29
圖2-14 成型品品質三大因素......................................................................................30
圖2-15 成型不良現象-縮水........................................................................................31
圖2-16 成型不良現象-充填不足................................................................................32
圖2-17 成型不良現象-毛邊........................................................................................33
圖2-18 成型不良現象-氣泡........................................................................................34
圖2-19 射出成型件常見的缺陷及成因......................................................................36
圖2-20 柏拉圖的標準結構..........................................................................................37
圖2-21 魚骨圖的標準結構..........................................................................................39
圖3-1 實驗設計步驟..................................................................................................53
圖3-2 特性要因圖......................................................................................................56
圖3-3 反應曲面圖......................................................................................................57
8

參考文獻
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