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研究生:杜威樺
研究生(外文):Wei-Hua Tu
論文名稱:應用田口方法於高週波加熱提升材料表面穩定性之研究
論文名稱(外文):Application of Taguchi Method in the Improvement of Material Surface Stability by High-Frequency Heating
指導教授:王偉驎王偉驎引用關係林文燦林文燦引用關係
指導教授(外文):Wei-Ling WangWen-Tsann Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立勤益科技大學
系所名稱:工業工程與管理系
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:98
中文關鍵詞:高週波萃思田口方法表面硬度熱處理技術地圖
外文關鍵詞:High FrequencyTRIZTaguchi MethodSurface HardnessHeat TreatmentTechnology Roadmap
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本研究個案的公司為一家用製造汽車馬達的企業,依其技術地圖發展的途程中,有一功能性結構遭遇到問題,因此對此問題以六標準差DMAIC步驟手法進行分析,因馬達部件中的鐵芯矽鋼片材質與馬達後續工程站配合加工站導至馬達轉子因而受損影響品質特性的關鍵,因此使用高週波熱處理提升馬達轉子表面硬度,也必須與此零件生產開發的技術人員及設計後工程站機台設備的專業技術人員,進行專家及相關人員之交互探討,再運用TRIZ33條演化線及技術地圖、TRIZ歸納的39項參數中的矛盾矩陣與發明原理找出關鍵參數因子加以評估,再配合田口的實驗設計手法能驗證先前的矛盾矩陣表法分析的結果。透過TRIZ方法修改高週波溫度模式並設計不同的參數,改善表面的硬度在利用田口方法由溫度及時間以此種工作環境內為較佳因子水準組合找出適合的參數,利用田口方法的三個因子為輸入參數,由馬達材料表面硬度實驗數據做為輸出參數,達到收斂狀態。
分析零件表面系統之層級架構。找出最佳化的條件,再進行驗證來預測改善後之Cpk值。由此研究的實驗結果顯示由Cpk0.77提升為Cpk 1.60製程能力有顯著提升,改善後的最佳解,顯示以田口方法結合反應曲面法進行高週波硬化加熱製程參數最佳化是可行的,期望減少發生與降低品質成本。期望求得最佳化的參數水準組合,持續減少品質成本損失。此運作方法希望持續的提升品質、增加競爭力。
The company selected as the subject of study is engaged in the manufacturing of car motors. A functional structure problem kept surfacing during the development of the technology roadmap. For this, the DMAIC steps of Six Sigma were adopted for the analysis of this problem. The material of the iron-core silicon steel sheet and the combination of subsequent workstations and the machining stations for the motor production were the keys that led to the damage of rotors and compromised quality. Therefore, high frequency heat treatment was used to improve the surface hardness of rotors. For this, the technical staff in charge of the development and production of this part and professional technicians in charge of post-design workstations were brought in for expert discussion. The 33 development lines and technology roadmap of TRIZ, the contradiction matrix containing 39 parameters derived from TRIZ and invention principle were used to identify the key factors for evaluation. Taguchi’s experiment design method was also used since it is capable of verify the results of previous contradiction matrix analysis. High frequency temperature mode was modified through TRIZ and various parameters were designed for improvement of surface hardness. Then, the Taguchi method was applied to identify appropriate parameters using better factor level combinations in such a working environment based on temperature and time. The three factors of Taguchi method were used as input parameters and the data of motor material surface hardness experiment as output parameters to achieve convergence.
The hierarchy of the surface system of parts was analyzed to identify optimized conditions before verification for the predicted Cpk value after improvement. The experiment results suggested that Cpk increased from 0.77 to 1.60, indicating significant improvement of process ability. The optimal solution after improvement showed the feasibility to optimize the parameters of high frequency hardening and heating process with the combination of Taguchi method and response surface method in the attempt to reduce occurrence and quality cost. It is hoped to determine the optimized parameter level combination for the continuous reduction of losses to quality cost. Hopefully this approach will continue to improve quality as well as competitiveness.
摘要 I
Abstract II
致謝 IV
目錄 V
表目錄 IX
圖目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究對象及範圍 2
1.4研究之架構與流程 4
第二章 文獻探討 6
2.1電磁鋼片 6
2.2高週波 7
2.2.1感應加熱原理 7
2.2.2高週波電流發生裝置 9
2.2.3 加熱感應線圈 9
2.2.4 高週波淬火用鋼 12
2.3 六標準差(Six-Sigma) 13
2.4 測量誤差及有效性 15
2.5製程能力指標(Process Capability Index) 15
2.6 TRIZ 17
2.7 田口方法(Taguchi Method) 20
2.7.1 田口方法概念 22
2.7.2參數設計(Parameter Design) 25
2.7.3 直交表(Orthogonal Array) 27
2.7.4 訊號雜訊比(SN比) 29
2.7.5 變異數分析(Analysis of Variance, ANOVA) 31
2.7.6 田口二階段最佳化程序 33
2.7.7 確認實驗 35
2.7.8 信賴區間 36
2.7.9田口方法實施步驟 38
2.7.10 田口方法相關文獻 39
第三章 研究方法 41
3.1研究架構 41
3.2定義(Define) 42
3.3衡量(Measure) 43
3.3.1 驗證量測系統 43
3.3.2 製程能力指標 44
3.4分析(Analyze) 45
3.4.1 TRIZ手法選擇實驗因子 45
3.4.2 專家訪談與参數篩選 48
3.4.3 實驗因子與參數水準選取 49
3.5改善 49
3.5.1田口實驗方法 49
3.5.2反應曲面實驗方法 50
3.6控制流程 50
第四章 個案研究分析 51
4.1 定義問題(Define) 51
4.1.1馬達轉子加工流程 52
4.1.2目的特性 52
4.1.3實驗設備與量測儀器 52
4.2 衡量階段(Measure) 54
4.2.1Gage R&R 54
4.2.2製程能力指數Cpk 55
4.3分析資料(Analyze) 57
4.3.1定義品質特性 57
4.3.2 TRIZ 33條技術演化線 57
4.3.3 TRIZ方法選取實驗因子 58
4.3.4專家訪談與參數篩選 62
4.3.5因子分析 63
4.3.6實驗因子與水準的選取 64
4.4改善作業 65
4.4.1田口實驗因子配置 65
4.4.2田口實驗數據分析 65
4.4.3變異數分析 67
4.4.4最適條件的推定 67
4.4.5確認實驗 68
4.4.6製程能力驗證 68
4.4.7反應曲面法 69
4.4.8Box-Behnken設計 70
4.4.9聯立最佳化技術 73
4.5控制 76
4.6個案小節 77
第五章 結論與建議 78
5.1結論 78
5.2建議 79
參考文獻 80
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[1]http//:www.sunholy.com.tw/epaper/NO.77/77.pdf.
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