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作者:魏綸群(2008-01-20);推薦:徐業良(2008-01-20)
附註:本文為九十六學年度元智大學機械工程研究所魏綸群碩士論文「塑膠射出成型製程時間最佳化設計」第四章。

第四章 結論與討論

塑膠射出成型之最佳化模型中,成型不良問題因其複雜度,因此難以以外顯形式方式表示,一般傳統之最佳化演算法,對於此類問題幾乎束手無策。模糊比例微分控制器最佳化演算法之特徵在處理:(1)設計變數在目標函數與限制條件常具有單調性;且(2)目標函數與限制條件常為內隱式函數,而塑膠射出成型製程時間最佳化設計,正是典型的此類問題。本論文之研究,即在同時考量充填不足、凹塌、流痕、氣泡等四種以內隱式函數表示之成型不良狀況下,透過模糊比例微分控制器演算法求解最短製程時間。

塑膠射出成型製程時間主要由關模時間()、射出充填時間()、保壓時間()、冷卻靜置時間()、開模時間(),以及成品頂出步驟之時間()所組成。由於關模時間、開模時間、成品頂出時間與成品之幾何尺寸相關,於射出製程中均未對其作調整,且對於較小幾何尺寸之成品,一般並不會設定保壓時間,因此本論文中僅以射出充填時間及冷卻靜置時間之和為目標。

依據工程師對於成型不良之改善經驗,本論文中針對十種常見之成型不良現象,建立了內隱式函數與設計變數間之單調性,並由工程師依據品質檢測標準予以判定內隱式函數值,若屬於成型不良,則給予函數值1,若判定符合要求,則給予函數值0。本論文中以一具有充填不足、凹塌、流痕、氣泡等四種成型不良現象之成品為案例,將與此四種成型不良現象之內隱式函數加入限制條件中,以取得最小製程時間下,完全符合品質標準之成品。

本論文中運用模糊比例微分控制器最佳化演算法,作為求取塑膠射出成型製程時間最佳化問題之方法。由本論文之實驗結果可以清楚得知藉由模糊比例微分控制器演算法的應用,使射出充填時間及冷卻靜置時間之和,在經過21次迭代後,快速由初始值11秒下降至1.85秒,且所得之射出成品完全符合品質標準。

本論文所使用之機車前置物箱之塑膠射出成型成品案例,為一實際量產之塑膠射出成品,在進行本論文之研究前,此案例實際量產所採用之射出時間為7秒,冷卻時間採用過8秒及0秒。而經過模糊比例微分控制器最佳化演算法進行製程最佳化後,射出時間大幅縮減至1.85秒,而冷卻時間為與實際案例相同之0秒。由此證明本論文所進行之討論,以及所使用之模糊比例微分控制器最佳化演算法,能實際為工程師提供最佳之製程參數。表4.1所示為本論文最佳解之設計變數值與實際案例所採用之數值。

4.1 最佳解之設計變數值與實際案例所採用之數值比較表

變數

最佳值

1.85

33

29

0

244

54

55

實際案例

7

45

45

0

238

45

70

雖然本論文之研究,已針對一具有充填不足、凹塌、流痕、氣泡等四種成型不良現象之射出成型案例作討論,並獲得符合品質標準之成品,且大幅降低製程時間。由本研究之結果,應可推論利用模糊比例微分控制器演算法考量十種成型不良現象為可行之方式,然而仍有本研究中未能仔細考量之議題,有待深入討論:

A.     本論文中以描述成型不良現象之內隱式函數作為限制條件之一部分,然而射出成型之製程中,並非僅有成型不良不易以外顯形式表現。欲使本論文之研究成果更接近實際工程運用,宜盡可能將製程中相關之條件與工程師經驗加入模型中,然如此卻將使模型更加複雜,求解之困難度將因此提高。

B.     射出成型製程中,工程師可進行調整之製程變數不僅本論文中所描述之7個設計變數,且各製程變數間均相互影響,欲使本論文之研究更具實用性,應更積極將其餘製程變數加入模型中。

C.     本論文之研究結果雖使得射出充填時間及冷卻靜置時間之和降至1.85秒,然卻經過21次迭代方獲得此結果,此與本研究選用之移動步長有密切之關係,而於實際工程運用上將造成材料、時間之損失。選用適當之移動步長,為重要之議題。