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作者:唐永新、李維禎、莊水發、陳庭軒、邱俊嘉工具機機電運動平台之精度及可靠度研究

作者:Julio ZurbituCNC工具機的新挑戰

自動化數值控制器已廣泛應用於工具機領域數十年，然而隨著工業4.0革命來臨，自動化數值控制器的挑戰時刻也隨之到來。

今日的數值控制器已可取得大量過去未曾取得的訊息。雖然工具機製造商不斷增加機台上的感測器，但是單純整合感測器本身，並不會增加機台與製程的附加價值。因為有了自動化數值控制器的協助，所有的新信息才可用於提高加工過程的質量和效率。除此之外，工業4.0革命已為開發CNC整合服務應用的第三方公司開闢大門。

在本文中，我們將解釋在Fagor Automation中所做的一些發展，以及第三方在實施CNC先進發展的所有可能性，克服等待著我們的新挑戰。

作者:郭晨暉、蓋震宇工具機伺服系統自動調機技術發展

工具機是機械結構、伺服系統和控制器三者的結合，通常機台在出廠前為了符合性能指標會經過調教，出廠後機械經過長時間運作，會造成性能的劣化而需要重新調教，其中伺服參數的調整，是過程最為繁複卻也影響重大，因此商用控制器的廠商多數都有開發自動調機的功能。本文介紹目前工具機控制器關於伺服參數的自動調試技術與發展方向，另外工研院智慧機械中心藉由模擬控制器的軌跡，可預測參數對運動軌跡的影響，分析參數調整是否符合需求，並發展出可根據使用者加工需求，自動調整參數的技術，期望目標是簡化並建立參數調整的標準流程。

作者:胡竹生、陳鏗元、張欣宏、林詠凱採用多維量化回授器控制電壓源反相器之方法

金屬雙極板具有低成本與高機械強度的特性，但是質子交換膜燃料電池的金屬雙極板因為操作在溫度較高的硫酸環境中，所以金屬板會遇到腐蝕的問題。透過雷射披覆碳膜於金屬雙極板上可提供抗腐蝕之保護。

作者:鄔詩賢、徐淑玲、邱顯宗、廖建智、羅佐良拓樸結構生成技術於高性能工具機設計

2011年台灣為全球工具機出口國第4名，產值為42億美元，然而在產品等級上，由於控制器、結構穩定度、剛性/精度問題，仍落居日本、德國，因此不易導入高階市場，因此單機價格亦無法大幅提升。過去工具機結構設計承襲與累積了前人智慧經驗的傳承，師徒制與經驗法則為工程結構設計之主力方法。然而台灣工具機欲邁向A+等級追德趕日，則設計理念必然需要有一個徹底的改變。科學導入設計已是必然的趨勢。2012年工研院機械所執行之工業基礎技術~虛擬工具機技術即整合虛擬切削、拓樸結構生成技術、機電整合多體動力模擬形成一個完整之工具機科學設計法則。本文即在此基礎下建立工具機專屬拓樸分析與自動生成技術之理論與軟體研析。預計2013年整體虛擬工具機技術完成後，可以大幅提升國內工具機設計技術與質量的整體改變，期將台灣工具機設計水準提升至國際一級水準。

作者:S. Doruk Merdol, MASc, PhD、羅佐良透過高效率加工路徑分析提升生產效率

在現今競爭激烈的市場上，加工面臨了低價但高品質之挑戰，尤其是在中小型產品加工市場上。如何不再做出設備投資而直接提高生產嫁動率為重要之研發策略。瞭解加工標的，認識自己所用之加工機，解析其耦合之切削力學關聯，可以做為科學計算最佳加工條件，成為提高加工效率計算之依據。本文作者為Dr. Merdol為英屬哥倫比亞大學機械博士，專長為切削解析與震動學。文中提供切削解析與切削條件優化之技術輪廓與案例。工研院機械所與Dr. Merdol目前進行多項技術交流與合作計畫，期望透過先進的分析技術提供加工製程優化的技術服務給精密加工與航太代工業者。

作者:黃華志、王能治液靜壓軸頸軸承的多目標最佳化設計

本文針對「液靜壓軸頸軸承」進行多目標最佳化設計與分析，此類軸承為精密大型工具機的關鍵元件[1,2,3]。採用等黏度、不可壓縮牛頓流體的雷諾方程式為潤滑模型，油腔壓力為自動間隙補償供油模式[4]，目的為建立「液靜壓軸頸軸承」多目標最佳化設計的分析模型，供設計者依軸承的使用條件及選定的設計目標，找出相關的軸承設計參數，以同時符合二個但優勢（benefit）互相衝突的設計目標。本研究採用粒子群演算法[5]為基礎，配合Pareto準則進行修改，以適用於多目標最佳化設計，設計參數包括軸承間隙、油腔長度及寬度和軸承方位角。雙目標最佳化的目標函數設定為最大化軸承剛性及最小化軸承姿態角。

作者:成庭皓、李聲昀、林祐廷、蔡佳濃應用最佳化方法進行車輛底盤之輕量化設計

在全球暖化日益嚴重的今日，如何減緩暖化的趨勢已成為各國政府及汽車製造商不斷努力的課題，正因為如此，降低車輛的二氧化碳排放以及燃油消耗，已是近年來汽車發展的主要趨勢之一，除了改善動力系統的效率、使用混和式動力系統、降低車輛的風阻係數及輪胎的摩擦阻力等方法之外，輕量化亦是減少二氧化碳排放以及燃油消耗的主要方法之一；本文即應用最佳化方法、新材料及新製程，以國內自主整車廠之SUV車型為設計載具，在維持相同之彎曲及扭轉剛性的限制條件下，進行車輛底盤之輕量化設計。

作者:藍亦維車用馬達最佳化設計與分析

本文提出一車用馬達最佳化設計方法，解析車輛行車模態與驅動馬達力矩與速度曲線之關係，定義馬達設計最佳化之指標。以提升車用馬達都市行駛行車模態（Urban Dynamometer Driving Schedule, UDDS）的平均效率為目標，應用最佳化設計流程之手法進行設計改善。本研究之最佳化手法採用最佳化軟體Optimus與電磁分析軟體Maxwell之整合分析，利用Optimus自動化修改Maxwell軟體參數之方法達成最佳化設計。其最佳化流程為建立目標馬達分析模型，設定最佳化之參數與目標，並建立最佳化軟體與分析軟體之連結，最終使用Optimus之設定最佳化方法進行分析，得到最佳化設計結果。應用此最佳化設計流程，得到之馬達最佳化設計，其UDDS平均效率提升2 %，後續將會以此設計結果進行製造與測試驗證，後續將針對此設計結果進行製造開發驗證。

作者:蔡孟勳、周家駿、吳明政、黃仁樹、莊易霖、陳文瑞感應馬達最大化加速度、最佳化效率與全數位控制之研究

工具機主軸馬達大多以感應馬達為主，其控制方法有純量控制與向量控制，純量控制方法就是俗稱的V/F控制，V/F控制大多操控在開迴路系統，特色是方法簡單，但是會有多餘的能量損耗、無法控制電磁轉矩與磁通大小等問題；向量控制則是相反，此方法可以將馬達三相座標系統，藉由空間座標轉換，將複雜的三相座標系統，轉換至d、q軸旋轉座標系統，進而可以將複雜且耦合的電磁轉矩與磁通解耦合，達到獨立控制的目的。然而就算使用向量控制來控制感應馬達，不同的d、q軸電流命令，仍然會有不同的影響產生，q軸電流命令可以由速度迴路計算得知，d軸命令則是使用者自訂，因此本文提出如何選定適當的d軸電流命令，使感應馬達可以得到最佳化效率及最大加速度。在全數位控制中，EtherCAT為目前所較流行的數位通訊，本研究亦說明如何將EtherCAT如何整合入整體控制。

作者:林昱成、徐祥傑、彭志凱、陳文仁基於預估控制之自適應巡航控制決策設計

近年來，隨著汽車數量增加和公路建設的擴大，交通事故問題日漸嚴重；根據世界衛生組織WHO統計資料顯示，全球每年有將近124萬人死於交通事故，且超過一半的死亡事故是因駕駛者疏忽分心所導致，且又以車對車追撞事故為最大宗。據Daimler Benz研究指出，駕駛者若能多0.5秒反應時間，則可避免60%的追撞事故，若能再爭取1.5秒，則追撞事故可減少90%。因此本文主要基於一預估控制方法發展一套智慧型自適應巡航控制決策，其主要利用Bellman's最佳化原理與移動區間方法預估出未來最佳的回授控制命令與最適的系統響應；其中二次目標函數的定義亦同時考慮本車與前車之最小追蹤誤差與加速度限制。本文所提出之控制決策不僅能依據前車速度並透過預估控制方式提前開始緩慢減速，有效減少煞車距離，增加行車安全性，此外更能透過減少急煞、急加油門的情況發生，達到節能駕駛之功效。最後並透過不同的行車情境進行功能驗證與量化分析。

作者:吳昱勳、張正敏、張鈞傑、丁家敏、吳郁欣、黃昌圳永磁馬達最佳化設計

永磁馬達具有高功率密度、高響應、體積小等優點，近年來廣泛應用於民生與工業產品。為追求更好的馬達品質，常有提高最大轉矩、降低轉矩漣波、提高效率等需求，為達成這些最佳化設計，需考量諸多馬達設計參數，如定子槽型、磁鐵厚度等。然而最佳化設計往往需要大量的模擬實驗，本文引用田口法大幅減少實驗次數，取得符合目標的最佳設計結果。

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