臺灣博碩士論文加值系統

本研究以水封式真空幫浦技術輔助五軸電腦數值控制工具機加工航太工件，改善機具設備真空壓力迴路，使真空吸力與流速變為更大且穩定，有效降低生產成本以及增加生產稼動率，並新增真空失壓警報裝置，改進先前架構上的真空失壓警示性不足，在成本上的控制可以有效的降低，加裝的裝置可以簡易的來維護以及提升工作的效率。以失效模式與效應分析結合機構上改良應用的方式，將成本的危害風險降至最低。

本研究以系統化、數據化的方式改善彈性製造系統的妥善率之外、並提升設備可靠度與產品品質，讓「設備故障工時」不再是航太製造產業風險考量上的一大負擔。

In this study, the liquid-ring vacuum pumps technology is used to assist the five-axis computer numerical control machines to process the aerospace workpiece. It can improve the vacuum pressure circuit of the equipment, which can make the vacuum suction and flow rate become larger and more stable. It can also effectively reduce the production cost and increase activation rate. A vacuum loss alarm device is used to ensure the vacuum loss warning of the previous structure. The cost control can be effectively reduced, and the installed device can be easily maintained. The risk of hazard is minimized by combining failure mode and effect analysis (FMEA) with improved application on the organization.

This study improves the availability of flexible manufacturing systems in a systematic and data-based manner. So equipment failure time is no longer a burden on the aerospace manufacturing industry risk considerations.

摘 要 i
Abstract ii
目 錄 iii
圖 目 錄 vi
附 圖 目 錄 ix
表 目 錄 x
附 表 目 錄 xi
第一章、 緒論 1
1.1 研究目的 1
1.2 研究背景及動機 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 預計達成的目標或成果 5
第二章、 研究理論與相關技術 7
2.1 柏努利定律 7
2.2 設計概念 9
2.3 簡單線性迴歸分析 10
2.4 真空吸盤流速之公式推導 11
2.5 真空幫浦之定義與選用要素 13
2.5.1 真空幫浦之定義 13
2.5.2 真空幫浦之分類 14
2.5.3 正排氣式真空幫浦 15
2.5.4 水封式真空幫浦原理 16
第三章、 研究架構與方法 18
3.1 機器架構 18
3.1.1 機台簡介 18
3.1.2 真空壓力系統架構 20
3.1.3 PID真空壓力控制系統方塊圖 23
3.2 研究架構 23
3.2.1 氣體特性設備迴路更改 23
3.2.2 真空失壓警報裝置安裝 25
3.3 真空壓力開關 27
3.3.1 真空壓力開關安裝位置 27
3.3.2 真空失壓警報動作流程圖 28
3.4 研究方法 30
3.4.1 FMEA簡介 30
3.4.2 FMEA作業說明 30
3.4.3 真空壓力系統失效模式建立與效應分析 34
第四章、 實驗結果與討論 36
4.1 底板真空值之實驗結果 36
4.2 真空吸盤閥值之實驗結果 38
4.3 實驗結果之討論 41
4.3.1 底板真空值之實驗討論 41
4.3.2 真空吸盤閥值之實驗討論 43
4.3.3 真空吸盤流速之實驗討論 49
4.4 實驗結果與機具妥善率之討論 51
第五章、 結論與未來展望 55
5.1 結論 55
5.2 未來展望 56
參考文獻 57
附錄 59





圖 目 錄
圖1.1 大氣實驗圖 3
圖2.1 噴嘴圖 9
圖2.2 機翼圖 10
圖2.3 真空幫浦分類圖 15
圖2.4 高真空渦輪分子幫浦系統 16
圖2.5 水封式真空幫浦原理 17
圖3.1 彈性製造系統 19
圖3.2 SINUMERIK 840D sl系統架構圖 20
圖3.3 彈性製造系統架構圖 20
圖3.4 BECKER真空幫浦與真空儲氣桶組立圖 21
圖3.5 廠房水封式真空幫浦 21
圖3.6 真空床台與管路圖 21
圖3.7 真空耦合機構圖 22
圖3.8 真空底板 22
圖3.9 真空吸盤 22
圖3.10 PID真空壓力控制系統方塊圖 23
圖3.11 吸盤正常壓力範圍-0.7~-0.8bar 24
圖3.12 原氣體特性設備迴路圖 24
圖3.13 改良後氣體特性設備迴路圖 25
圖3.14 真空失壓警報裝置 26
圖3.15 人機控制介面 26
圖3.16 真空壓力開關 26
圖3.17真空失壓警報裝置示意圖 27
圖3.18 壓力開關安裝位置圖 27
圖3.19 壓力開關安裝示意圖 27
圖3.20 真空失壓警報動作流程圖 29
圖3.21 FMEA展開流程圖 31
圖3.22 真空馬達FMEA分析表 35
圖3.23 真空床台FMEA分析表 35
圖4.1 Brinno縮時攝影相機 36
圖4.2 底板#5真空吸盤開啟前 37
圖4.3 底板#5真空吸盤開啟後 37
圖4.4 底板#5加工完成關閉真空吸盤 37
圖4.5 Algol機械式拉力計 38
圖4.6 量測方法示意圖 38
圖4.7 底板#5與底板#9真空值變化比較圖 42
圖4.8 底板#7與底板#11真空值變化比較圖 42
圖4.9 底板#19與底板#20與底板#29真空值變化比較圖 43
圖4.10 底板#5加工過程中真空值變化趨勢圖 47
圖4.11 底板#7加工過程中真空值變化趨勢圖 47
圖4.12 底板#9加工過程中真空值變化趨勢圖 47
圖4.13 底板#11加工過程中真空值變化趨勢圖 48
圖4.14 底板#19加工過程中真空值變化趨勢圖 48
圖4.15 底板#20加工過程中真空值變化趨勢圖 48
圖4.16 底板#29加工過程中真空值變化趨勢圖 49
圖4.17 彈性製造系統妥善率(2018上半年) 53
圖4.18 彈性製造系統妥善率(2018下半年) 53
圖4.19 彈性製造系統機障工時與機器工時(2018上半年) 54
圖4.20 彈性製造系統機障工時與機器工時(2018下半年) 54


附 圖 目 錄
附圖1-1 底板#7真空吸盤開啟前 59
附圖1-2 底板#7真空吸盤開啟後 59
附圖1-3 底板#7加工完成關閉真空吸盤 59
附圖1-4 底板#9真空吸盤開啟前 61
附圖1-5 底板#9真空吸盤開啟後 61
附圖1-6 底板#9加工完成關閉真空吸盤 61
附圖1-7 底板#11真空吸盤開啟前 63
附圖1-8 底板#11真空吸盤開啟後 63
附圖1-9 底板#11加工完成關閉真空吸盤 63
附圖1-10 底板#19真空吸盤開啟前 65
附圖1-11 底板#19真空吸盤開啟後 65
附圖1-12 底板#19加工完成關閉真空吸盤 65
附圖1-13 底板#20真空吸盤開啟前 67
附圖1-14 底板#20真空吸盤開啟後 67
附圖1-15 底板#20加工完成關閉真空吸盤 67
附圖1-16 底板#29真空吸盤開啟前 69
附圖1-17 底板#29真空吸盤開啟後 69
附圖1-18 底板#29加工完成關閉真空吸盤 69

表 目 錄
表1真空範圍表 14
表2水封式真空幫浦特點與用途 17
表3 FMEA分析表 31
表4 FMEA表格欄位說明表 32
表5 FMEA嚴重度評估表 33
表6 FMEA發生率評估表 33
表7 FMEA偵測度評估表 34
表8底板#5加工過程中真空壓力值 38
表9底板#5於各壓力下真空吸盤量測之閥值 39
表10線性迴歸法分析相關係數表 40
表11底板#5大小吸盤面積與吸力值 45
表12 底板#5加工過程中真空量測值 46
表13底板#5加工中吸盤內氣體流速 50
表14彈性製造系統上下半年妥善率 53
表15彈性製造系統機器工時與機障工時(單位:小時) 54

附 表 目 錄
附表1 底板#7加工過程中真空量測值 60
附表2 底板#9加工過程中真空量測值 62
附表3 底板#11加工過程中真空量測值 64
附表4 底板#19加工過程中真空量測值 66
附表5 底板#20加工過程中真空量測值 68
附表6 底板#29加工過程中真空量測值 70

[1].W. E. K. Middleton, The History of the Barometer, Johns Hopkins University Baltimore, 1964
[2].A. Wolf, A History of Science Technology and Philosophy in the 16th and 17th Centuries,Macmillan New York, 1935
[3].P. Lenard, Reat Men of Science, Macmillan New York, 1933
[4].O. W. Richardson, The Emission of Electricity from Hot Bodies, Longmans reen and Co, London, 1916
[5].J. T. Stock, Development of the Chemical Balance, A Science Museum Survey, Her Majestys Stationary Office, London, 1969
[6].S. Dushman, Production and Nleasurement of High Vacuum, General Electric Review Schenectady, New York, 1922
[7].D. Ge, T. Matsuno, Y. Sun, C. Ren, Y. Tang, S. Ma, Quantitative Study on the Attachment and Detachment of Passive Suction Cup, Vacuum, Vol. 116, pp. 13-20, 2015
[8].G. Mantriota, Optimal Grasp of Vacuum Grippers with Multiple Suction Cups, Mechanism & Machine, Vol. 42, pp. 18-33, 2006
[9].K. Kimura, M. Okamoto, Bending of Rectangular Plates Carried by Vacuum Cups, Mechanics Research Communications, Vol. 32, pp. 679-691, 2004
[10].A. L. Hitchcox, Putting Vacuum to Work, Hydraulics & Pneumatics, Vol. 61, pp. 12-17, 2008
[11].T. Giegerich, C. Day, M. Jager, Mercury Ring Pump Proof-of-principle Testing in the THESEUS Facility, Fusion Engineering & Design, Vol. 124, pp. 809-813, 2017
[12].C. Brunn, S. Sinanis, S. M. Gleissle, K. Schaber, Generation and Deposition of Organic Nanoparticles in a Liquid Ring Pum, Chemical Engineering & Technology, Vol. 38, pp. 827-834, 2015
[13].M. Villarini, V. Cesarotti, L. Alfonsi, V. Introna, Optimization of photovoltaic maintenance plan by means of a FMEA approach based on real data, Energy Connversion & Management, Vol. 152, pp. 1-12, 2017
[14].R. Fattahi, M. Khalilzadeh, Risk evaluation using a novel hybrid method based on FMEA, extended MULTIMOORA, and AHP methods under fuzzy environment, Safety Science, Vol. 102, pp. 290-300, 2018
[15].J. F. W. Peeters, R. J. I. Basten, T. Tinga, Improving failure analysis efficiency by combining FTA and FMEA in a recursive manner, Reliability Engineering &System Safety, Vol. 172, pp. 36-44, 2017
[16].M. J. Rezaee, A. Salimi, S. Yousefi, Identifying and managing failures in stone processing industry using cost-based FMEA, International Journal of Advanced Manufactuning Technology, Vol. 88, pp. 3329-3342. 2017
[17].張世鄉、陳維方、龔傑、鐘明吉，流體力學第五版，全華科技圖書， 2002
[18].杜鳳棋，流體力學(上)，高立圖書，2001
[19].蘇青森，真空技術精華，五南圖書出版公司，2003
[20].國科會精密儀器發展中心，真空技術與應用，全華圖書出版公司，2004
[21].聖世機器股份有限公司，水封式真空幫浦原理，公司網站資料，2018
[22].宋晁宇，潛在得失效模式與效應分析(FMEA) ，中國生產力中心，2015