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研究生: 黃瑞欽
Huang, Ruei-Chin
論文名稱: 冷鍛製程中沖棒失效預測-使用機器學習方法
Cold Forging Process - Using Machine Learning Method
指導教授: 侯廷偉
Hou, Ting-Wei
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系碩士在職專班
Department of Engineering Science (on the job class)
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 57
中文關鍵詞: 智能製造系統機器學習決策樹物聯網冷鍛製程
外文關鍵詞: intelligent manufacturing system, machine learning, decision tree, ANN, SVM, Internet of Things, cold forging process
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  • 臺灣為螺絲螺帽緊固件產業的第三大出口國,但臺灣緊固件產業的品質檢驗大多仍舊依賴人工抽檢。在工業4.0的趨勢下,螺絲緊固件產業逐漸導入現代化的設備做為產品的檢測,如光學篩選設備;但混料、重複計次和品質不良篩選未篩出等問題依舊無法完全解決。近幾年國內開始有廠商將解決方案由產品產出後篩選,提早至產品製程中檢測,例如引進使用光學尺及主滑台安裝壓電感測器的製程檢測機等。希望在製程中即時反應異常鍛造,保護模具亦提升製程品質。但目前上述檢測機制無法感測到微小的模具損壞所產生的磨損,主因為模具磨損屬於工業製程中的不規則因素,無法通過單一成品量測來測量,要判斷模具磨耗通常需要長時間的觀察記錄,故目前的市售檢測機制無法有效檢測出模具的損耗進而預防保養。
    本研究採用壓電感測器收集大量冷鍛製程資訊,探討沖棒模具於鍛造過程所承受壓力與沖棒模具之生命週期的關聯,以實現在線檢測沖棒模具故障的預警系統。本研究最後提出了一種演算法,乃透過本研究提出之模型提取冷鍛製程中電壓訊號的10個特徵值並結合單一決策樹。且透過多種不同實驗方式比較驗證,包括類神經網路(ANN-6, ANN-66),支持向量機(SVM)等分類方法。最後的比較結果,本研究提出之演算法均優於其他方法,在超過400萬組數據中其分類辨視精確度達93%以上。

    The study is to create an on-line tool to assist in the detection of the wear and tear failure process of the punch. Four groups of sensed data, were collected from the complete cold forging process, which is from a new punch just installed, and working to wear failure, in the actual production process of the industrial six-mode cold forging machine. There were a total of more than four million data items collected. We propose an algorithm, based on the single decision tree for constantly evaluating the values of 10 parameters to predict the failure of the punch, which is empirically recognized as the appearance of the overvoltage zone. These parameters are specifically tailored to the characteristics of the punching process. The proposed algorithm is compared with other machine learning methods including neural networks and support vector machine learning method in classifying the punching process in the normal zone and overvoltage zone. The proposed algorithm is the best and its accuracy rate is above 93%.

    中文摘要 I Extended Abstract II 誌謝 IX 章節目錄 X 表目錄 XII 圖目錄 XIV 第一章 緒論 1 1-1 研究背景與動機 1 1-2 研究目的 6 1-3 研究貢獻 7 1-4 論文架構 8 第二章 文獻探討 9 2-1 智能製造系統實際運用於工業製程及不規則連續訊號特徵值選定的相關研究 9 2-2 機器學習運用在不規則線性波形分類技術相關研究 12 第三章 智能製造系統實現在線檢測故障的預警系統 14 3-1 實驗場景介紹 16 3-2 硬體設備 17 3-3 系統架構 18 3-4 特徵值擷取演算法說明 19 第四章 實作成果與討論 21 4-1資料整理-人工分類資料正常區、過壓區定義 22 4-2實驗一:單一特徵值與人工分類結果比較 26 4-3實驗二: 800點取樣率配合不同機器學習方法 28 4-4實驗三: 10組特徵值配合不同機器學習 30 4-5修正實驗-資料平移 35 4-6 實驗四: 10組特徵值配合不同機器學習,使用資料平移 37 4-7問題討論與分析 42 第五章 結論與未來工作 44 5-1 結論 44 5-2 未來工作 45 參考文獻 46 附錄 47

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