APM智慧庫
智慧製造
CNC加工
零件沖壓
模夾治具
智慧製造
作者：T. Wang*, B. Zhang, L. Li, R. Zhang, D. Wu, R. Fan
國家：China
主題：Analysis and control of intelligent manufacturing aerospace parts based on zero-point quick-change technology
出版處：
In 2021 3rd International Symposium on Robotics & Intelligent Manufacturing Technology (ISRIMT), 2021 445-448, IEEE.
前景：
為了縮短數控工具機因上料、換料、定位作業而造成停機的時間延誤，本研究提出基於零點快換系統(Zero point quick change system)的自動上下料系統，包括設備改進、離線裝夾及機器人運輸，以提高機床加工效率，並對零定位快換原理進行了分析和評價。通過離線對位、夾緊，實現移動、定位、夾緊一次性的自動完成，系統採用閉迴路控制，重複定位精度可達到±0.005 mm並大量節省人力。
研究方法及重要結論：
通過該系統，某些結構件數控機床的停機時間從30分鐘減少至1-2分鐘，從而提高了加工速度，提高了企業的經濟效益。另外，採用智能自動化設備設計的想法，充分發揮現有機床的效能，並為後續建設智能工廠作為基礎。隨著航太製造業的快速發展，在航太結構件製造領域，減少裝夾時間以解決多品種、小批量生產帶來的設備利用率低的問題是不斷發展的趨勢。
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作者：Y. Chen, J. Zhang, Z. Li, H. Zhang, J. Chen, W. Yang*, T. Yu, W. Liu, Y. Li*
國家：China
主題：Manufacturing technology of lightweight fiber-reinforced composite structures in aerospace: current situation and toward intellectualization
出版處：
Aerospace 2023, 10, 206.
前景：
輕質纖維強化複合材料結構在航太領域應用已有數十年，其機械性能對於飛機安全性至關重要，主要取決於高壓加熱設備、樹脂轉注成型(Resin transfer molding)及自動排程技術等製造技術。近年來，由於大數據、深度學習及機器學習等智能技術的快速發展，促使製造技術傾向低成本、自動化、智能化方向發展。然而，製造技術的現狀及智能化並沒有獲得很好的研究結果。
研究方法及重要結論：
作者綜述纖維強化複合材料結構的製造技術進展，其包含常高壓加熱設備、樹脂轉注成型技術、自動排程技術及3D列印製造技術。針對這些技術進行優缺點比較，並討論其智能化發展及面臨的問題點及挑戰性。最後討論智能製造技術與智能複合材料結構的發展趨勢。此研究結果可供相關領域的研究人員參考。
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作者：H. Zhang*, J. Jiang, X. Sui
國家：China
主題：Intelligent manufacturing for the improvement of polypropylene carbon fiber quality stability
出版處：
International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM) (2022) 1-5.
前景：
聚丙烯腈(Polyacrylonitrile, PAN)基碳纖維以其優異的力學性能被廣泛應用於航太、風力發電、軌道交通等領域。影響碳纖維品質穩定性的因素很多，例如機械性能之離散性大、線密度之波動大等。
研究方法及重要結論：
作者針對碳纖維生產過程之技術、設備及生產環境進行優化。以提高碳纖維量產品質之穩定性，以促進PAN基碳纖維可持續發展。對於生產過程之品質穩定性為觀點，考慮品質穩定性改良、生產技術優化、生產環境及自動化生產設備，優化後之碳纖維的拉伸強度破壞率可增加55.6%及產品合格率可提升20%，且企業內部之虧損亦明顯降低。
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作者：Li Shi*, Liang Yan, Bai Shuqing, Zhuang Cuobo, Cao Yuanchong
國家：China
主題：Research on Intelligent Assembly Modes of Aerospace Products Based on Digital Twin
出版處：
Journal of Physics: Conference Series (2021) 1756 012011
前景：
基於航太產品多樣化及可擴展性的批量生產之混線裝配過程，提出自下而上由硬體層、軟體層及應用層組成的智能裝配整合平台的技術方法及系統架構，其中智能裝配整合平台是基於數位分身(digital twin)所建構。硬體層是由設備及通信模組所組成；軟體層主要包括數據庫及功能模塊；應用層是基於數位分身模型所建構，以達成裝配過程的可視化監控。
研究方法及重要結論：
作者建立基於數字分身的智能監控模式及基於二層優化(Two-layer optimization)的智能控制模式。在作業階段實體數字分身模型建立，以形成製程計劃優化、物流優化及品質優化等訊息，後控制優化執行訊息反饋至作業階段之營運層。在作業階段之即時資訊獲得及設備狀況監控，並將其優化後的資訊反饋至營運層，以實現作業階段之製程控制及優化處理。作者將智能裝配模式流程重建並驗證其在航太產品裝配之應用。
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作者：Zhaoxi Hong, Yixiong Feng*, Zhiwu Li, Zhongkai Li, Bingtao Hu, Zhifeng Zhang, Jianrong Tan
國家：China
主題：Performance balance oriented product structure optimization involving heterogeneous uncertainties in intelligent manufacturing with an industrial network
出版處：
Information Sciences 598 (2022) 126 – 156.
前景：
產品結構的優化設計是智能製造領域中常被忽視的關鍵問題，尤其是不同的不確定性所涉及的效能平衡。產品消費者、設計專家及製造工廠的串連以平衡產品結構的優化是目前迫切需要的議題
研究方法及重要結論：
基於智能製造的輸入，作者建立軟體定義網絡(Software-defined networking, SND)作為產品結構效能平衡優化設計的工業網絡，以解決工業網絡與產品結構效能平衡優化間的問題。考慮模糊專家評價其包含異構的不確定性，建構用於產品結構性能平衡優化的隨機機會約束之模糊模型。設計嵌套蒙特卡羅模擬(Monte Carlo simulation)集成多目標離散分佈之布榖鳥巢狀演算法(Multi-objective discrete cuckoo algorithm nested)求解該模型。以大型板金液壓沖床為例，驗證所提方法的合理性及優越性，以產生綜合性能較佳的產品模組。
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作者：Chao Liu, Pingyu Jiang*
國家：China
主題：A cyber-physical system architecture in shop floor for intelligent manufacturing
出版處：
Procedia CIRP 56 (2016) 372 – 377.
前景：
在過去十年，信息和通信技術 (Information and communication technologies, ICT) 被集成到一個稱為網絡物理系統(Cyber-physical system, CPS）的新系統中。 CPS 是一個協作計算的實體系統，此與周圍的物理世界及其正在進行的過程密切相關。
研究方法及重要結論：
作者提出一CPS以實現智能製造之目標。其架構為從不同硬體設備互連到數據採集、處理與可視化，以及最終的知識獲取及學習的虛實整合系統提供引導方法。此外，探討三種關鍵促成技術(Key enabling technology)，亦即不同硬體設備間的互聯互通、用於生產過程管控的工業大數據分析以及基於知識獲取和學習方法的智能決策。最後，作者以微製造系統實驗室的小尺度柔性自動化生產線的增加虛實整合系統為例，驗證所提出的系統架構的可行性。
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作者：Liliana Stan, Adrian Florin Nicolescu, Cristina Pupaza*, Gabriel Jiga
國家：Romania
主題：Digital Twin and web services for robotic deburring in intelligent manufacturing
出版處：
Journal of Intelligent Manufacturing (2022) 1-17.
前景：
現代製造發展需要關鍵的解決方法增強製造智能化，例如數位化、即時監控或模擬技術。對於智能製造而言，製造編程與流程規劃方法旨在提高效率與能源意識。在設計與製造階段，藉由適當的數位製造工具達成優化過程則顯得格外的重要。
研究方法及重要結論：
作者陳述利用機器人去除毛刺工作為例，進行數位分身(Digital Twin)開發以及流程規劃及排程。考慮大型工件實施機械編程的解決方案，利用影像處理解決去毛刺程序中無法完全去除毛刺區域進行再次加工。並以網路平台遠程監控機器人之工作狀況及意外狀況之警報觸發，並允許授權人員藉由網絡服務控制授權人員進行問題排除，其服務遵循所建立通信連接架構。研究目的旨在將數位分身與工業4.0的創新提議相結合，提供基於智能製造模型與體驗概念。
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作者：Lin Zhang, Longfei Zhou*, Lei Ren, Yuanjun Laili
國家：China and USA
主題：Modeling and simulation in intelligent manufacturing
出版處：Computers in Industry vol. 112 (2019) 103123
前景：
隨著資訊科技在製造領域的應用逐漸受到重視，製造系統資訊化已從單元數位製造發展為集成網路製造，再到全面數位化、網路化、智能製造、建模及模擬技術作為集計算機、模型理論、科學計算於一體的綜合性資訊技術。在製造資訊化的發展過程中扮演著無法取代的功能，廣泛應用於產品生命週期設計、生產、測試、維護、採購及銷售等各個階段。
研究方法及重要結論：
作者回顧與總結建模與模擬技術於製造系統中的研究與應用，從製造單元模擬、整合製造模擬及智能製造模擬等方面分析製造中典型的模擬技術。
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作者：Changqing Liu, Yingguang Li*, Qiang Wang, Wenping Mou
國家：China
主題：A synchronous association approach of geometry, process and monitoring information for intelligent manufacturing
出版處：Robotics and Computer Integrated Manufacturing vol. 58 (2019) pp. 120–129.
前景：
在不考慮被加工工件的幾何形狀與製程信息的情況下，僅藉由監控信號來實現複雜加工條件的實域閉迴路控制是很困難的。因此，幾何形狀、製程及監控信息的同步串聯是資料驅動之智慧製造的首要關鍵。
研究方法：
幾何、過程和監控信息是屬於多源、多模態及異質資料，同時涉及靜態與動態信息，因此整合信息之同步串聯是個挑戰。以理論離散刀位點和實際取樣刀位點為聯動，建立三種信息間的同步串聯關係。除此之外，將時間序列匹配與坐標匹配相結合，以減少坐標的錯配性。
重要結論：
藉由作者所提出方法可將加工幾何、製程及監控信息同步串聯，每個刀位點於同步串聯之時間延遲可小於0.1 ms，且小於信號擷取之最小時間週期。
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作者：W. Tao*, M. Al-Amin, H. Chen, M.C. Leu, Z. Yin, R. Qin
國家：China
主題：Real-Time Assembly Operation Recognition with Fog Computing and Transfer Learning for Human-Centered Intelligent Manufacturing
出版處：Procedia Manufacturing 48 (2020) 926–931.
前景：
以人為中心的智慧製造系統當中，每一要素皆是為了協助操作者達到最佳的營運績效。研發一以人為中心的資訊系統之首要任務為準確地分析人類之行為模式。作者提出一種用於組裝操作識別的霧計算框架(Fog computing framework)，使得運算能力接近於資料來源以實現即時識別之目的。對於資料收集，使用視覺攝影機從不同角度擷取操作員之活動行為。對於操作識別(Operation recognition)，不是直接從新建立與訓練所需要大量資料的深度學習模型，而是應用遷移學習(Transfer learning)將學習能力轉移至所使用之應用程式中，以建立現場人員之組裝作業資料集，目前包含安裝桌上型CNC工具機的組裝任務中之10個順序操作，利用此資料集開發遷移學習模型並進行評估。藉由測試實驗可以獲得95%的識別準確率。此外，可以不使用基於影像的識別方法，而是直接利用錄製視頻並以3D卷積神經網路(3D convolutional neural networks)等深度學習方法創建基於視頻的操作識別模型。
CNC加工
作者：Y. Xiao, Z. Jiang, Q. Gu, W. Yan, R. Wang*
國家：UK, China
主題：A novel approach to CNC machining center processing parameters optimization considering energy-saving and low-cost
出版處：
Journal of Manufacturing Systems 59 (2021) 535–548.
前景：
數控加工是目前機械製造系統中廣泛應用的一種加工方法。合理選擇製程參數可以顯著降低加工成本和能耗。為實現數控加工的節能、低成本要求，從節能、低成本方面針對切削參數進行優化，提出一種兼顧節能與低成本的數控加工中心加工參數優化方法。
研究方法及重要結論：
基於分析加工系統的能量流特性，考慮加工過程中機床性能與刀具壽命的實際約束，建立以銑削速度、每齒進給量及主軸轉速為優化變量的多目標優化模型，並導入權重係數便於求解轉化為單目標優化模型。為了保證模型求解的準確性，提出一種基於粒子群優化與NSGA-II的組合優化算法進行求解。最後以平面銑削為例驗證該方法的可行性。實驗結果表明，多目標優化模型可有效平衡能耗及加工成本，從而達到節能低成本目標。此外，將組合優化算法與NSGA-II進行比較，組合優化算法在求解速度與優化精度上都有更好的表現。
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作者：L. Barcenasa*, E. Ledesma-Orozcoa, S. Van-der-Veenb, F. Reveles-Arredondoa, E.A. Rodríguez-Sáncheza
國家：Mexico, France
主題：An optimization of part distortion for a structural aircraft wing rib: an industrial workflow approach
出版處：
CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 28 (2020) 15–23.
前景：
在加工零件過程中，大型結構件會因原材之殘餘應力導致變形。這是飛機零件製造之生命週期中常見的問題，嚴重會導致重工、報廢及製造成本增加等問題。
研究方法及重要結論：
作者建構一工作流程用以預測及優化具有代表性的飛機結構零件加工後的變形行為。研究方法分為採用修正層去除方法表徵材料的固有殘餘應力、使用部分變形測量生成殘餘應力分佈以及使用有限元素分析優化變形以獲得最佳零件位置。該工作流程藉由兩個不同殘餘應力狀態的鋁合金AA7050-T7451試件進行驗證。有限元素模型的變形預測會導致較高殘餘應力為0.44 mm，而較低殘餘應力的最大變形為0.36 mm。 實驗測試以CNC數控中心機進行驗證其數值結果。藉由實驗測試與數值結果的良好一致性可以獲得最佳零件位置，並可將變形降低至 0.12 mm。
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作者：Yiran Zhang, Kai Guo*, Jie Sun
國家：China
主題：Investigation on the milling performance of amputating clamping supports for machining with industrial robot
出版處：
The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 102 (2019) 3573 – 3586.
前景：
在複雜與大型工件的加工過程中，工業機器人廣泛應用於倒角、去毛邊及拋光等加工過程。通常，這些應用的材料去除率相對比較低，因此不需要修改零件的尺寸。然而，很少有工業機器人應用於銑削過程。主要障礙是由於串聯結構導致工業機器人的剛度與剛度低所導致的顫振問題。這些缺點大大降低了運動軌跡的精確度。
研究方法及重要結論：
作者提出一種用於工業機器人銑削的新型銑削工具。使用Kuka工業機器人(型號：KR210 R2700 extra)對於航太鋁合金7050-T7451之工件進行銑削作業，分析不同主軸轉速與不同銑削方法之銑削過程中的振動訊號。藉由快速傅里葉變換獲得頻率上的振動信號，以確認是否發生顫振現象。此外，以手持顯微鏡分析切屑及加工表面品質。最後利用理論分析與反應曲面法獲得最優之主軸轉速、進給速度及銑削方式，此有助於克服工業機器人銑削的不足。
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作者：P. Niesłonya*, W. Grzesik, K. Jarosza, P. Laskowski
國家：Poland
主題：FEM-based optimization of machining operations of aerospace parts made of Inconel 718 superalloy
出版處：
Procedia CIRP 77 (2018) 570–573.
前景：
使用 CAM 軟體中內置的刀具路徑驗證功能並不能確保刀具路徑在機器環境中的無故障性能。因此，檢查工具和工件之間的碰撞以避免工具與毛坯的損壞，可以減少不必要的成本。
研究方法及重要結論：
作者介紹一種Inconel 718高溫合金之航空零件執行銑削過程的優化策略。優化策略包含精確的材料架構模型(A modified Johnson-Cook constitutive model)確定及切削力最大值的自適應性控制。值得注意的是，材料架構模型是根據航太工業實驗室所獲得的原始實驗數據推演而來的，當切削力值超過臨界值時會根據切削速度的變化有效且即時控制CNC加工程式。根據加工過程所應用的優化程序可使薄壁零件之加工穩定性提高、生產效率提升及加工成本的降低。由研究結果可知，加工狀況可以確保在高性能條件下執行。
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作者：G. Moses Dayan, R. Hari Kishore, V. Praveen*
國家：India
主題：Experimental investigation of cutting parameters in CNC machining for surface roughness, temperature and MRR for Ti alloys
出版處：
Materials Today: Proceedings vol. 18 (2019) 2191–2196.
前景：
現今機械加工過程涉及不同切削參數的使用。由於切削參數的調整有助於提高加工性能以及降低加工溫度與摩擦可以延長刀具壽命。最佳切削參數對於降低表面粗糙度、加工溫度及提高金屬去除率與刀具壽命之效果非常顯著。鈦合金材料具有高耐熱性及低密度等優良物理特性，目前大量應用於航太及生醫產業。
研究方法及重要結論：
在作者的研究中，選擇三種不同的硬質合金刀具進行鈦合金材料之加工製程。考慮不同的切削速度、進給率及切削深度為輸入加工參數。採用Minitab統計軟體進行實驗設計方案搭配田口式直交表L9以降低加工材料、切削刀具及加工時間的消耗。實驗結果表明，進給速度是影響表面粗糙度之最主要加工參數，切削深度對於刀具壽命的影響量最大，而切削速度則是影響加工溫度之最大參數，其次為切削深度參數。
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作者：Andrea Pardo*, Robert Heinemann, Nuno Miguel Nobre, Luke Bagshaw
國家：United Kingdom
主題：Assessment of decision-making algorithms for adaptive drilling of aerospace stacks
出版處：
Procedia CIRP vol. 99 (2021) pp.392–397
前景：
針對多疊層航太材料進行鑽削時，自適應鑽削製程控制可以每層進行製程參數優化，從而提高鑽孔品質及刀具壽命。
研究方法及重要結論：
作者以不同的決策策略驗證CFRP/鋁疊層材料於鑽削製程的有效性。切削力訊號必須從不同加工設備於不同刀具磨損階段獲得並藉由三種決策算法評估其響應性及可靠性。與基於幅度方法相比，使用梯度監測的決策策略在可靠性和響應性方面產生顯著的改進。在適當的信號調整後，可以簡易設置梯度臨界值，意即工具磨損增加時，梯度監測可產生高度響應性並避免耗時的製程調整。
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作者：Lesley D. Frame*, Indranie Rambarran, Kevin Sala, Cameron Sanders
國家：United States
主題：
Impacts of machining and heat treating practices on residual stresses in alpha-beta titanium alloys
出版處：JMEPEG vol. 29 (2020) pp.3626–3637.
前景：
機械加工與高溫處理製程會造成鈦合金零件之殘留應力及變形效應，且殘餘應力的分佈與大小與航空零件之製程設計具有高度相關性。至今製程變數、加工步驟、殘餘應力特徵及表面微觀結構之關係尚不明確。
研究方法：
研究目的旨在模擬航太級 α-β 鈦合金的典型加工與高溫處理製程的初步結果。CNC加工實驗包含順銑切削及高速剝離切削製程，高溫處理製程同時考慮固溶處理與時效熱處理。試件之表面性質採用XRD之sin2φ法與Cosα法進行應變測量及以金相技術進行微觀組織觀測。
重要結論：
與鈦合金Ti 6Al-4V的時效固溶處理樣品相比，機械加工表面的殘餘應力對於刀具路徑極具相關性，且時效固溶處理的殘餘應力行為存在著顯著差異。
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作者：Xiurong Zhu*
國家：China
主題：
Design of X-axis Feed System of Cradle Five Axis CNC Machine Tool and its Computer Finite Element Analysis
出版處：Journal of Physics: Conference Series 2235 (2022) 012031.
前景：
隨著工業的迅速發展，工業界對於零件加工的需求日益增進。五軸數控工具機之複雜曲面的零件加工能力越來越受到重視。在航空、軍事、醫療、汽車等行業中更扮演著不可取代的作用，如此一來不僅可以解決零件加工困難以及無法加工的問題，尚可提高加工效率進而促進工業發展的速度。作者針對搖籃五軸(Cradle five axis)數控工具機之x軸進給系統設計，首先利用CATIA P3 v5r21與Auto CAD進行搖籃五軸數控工具機之CAD實體建模，對於搖籃五軸數控工具機進行x軸進給系統設計並進行精確度與強度之校核。藉由通用結構分析模組進行結構強度與穩定性的CAE分析，以及利用DMU運動學模組用於消除多餘的擾動。搖籃五軸數控工具機之優化結構參數可用以提高機具的穩定性與精確度。
零件沖壓
作者：Athale, T.Park, R. Hahnlen, F. Pourboghrat*
國家：USA
主題：Experimental characterization and finite element simulation of FDM 3D printed polymer composite tooling for sheet metal stamping
出版處：The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 121 (2022) 6973–6989.
前景：
3D列印之聚合複合材料為原型製作與低成本、小批量金屬板材成型應用提供一經濟高效的快速加工選項。由於3D列印之複合材料的機械性能具有高度各異向性、材料的精確表徵及有限元素建模對於成型工具的成功設計與應用至關重要。
研究方法及重要結論：
學者介紹3D列印之纖維強化聚合複合材料在不同應變率下的實驗表徵。根據實驗數據校準具有正交異向彈性的均質材料模型及Hill 1948異向性降伏準則。對於使用複合模具沖壓高強度鋼板進行有限元素模擬，預測模具變形並與實驗測量進行了比較。有限元素模擬結果與使用聚合物模具進行沖壓實驗結果非常吻合。研究發現，3D 列印之聚合複合材料的異向性與應變率敏感性對其作為工具材料性能具有重要影響性。
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作者：G. Kajal*, M.R. Tyagi, G. Kumar
國家：India, United Arab Emirates
主題：A review on the effect of residual stresses in incremental sheet metal forming used in automotive and medical sectors
出版處：
Materials Today: Proceedings 78 (2023) 524–534.
前景：
板金漸進成形技術(Incremental sheet metal forming, ISF)是一種生產過程其可以生產一系列逐步小增量變形的板材元件之成形技術。作者討論在板金漸進成形過程之殘餘應力與不同的製程參數(例如刀具直徑、刀具路徑、板材厚度、切削深度及壁角等)相關的影響，成形技術可應用於汽車及醫療產業。與其他傳統金屬成形技術相比，作者清楚解釋製程參數的影響性，此有助於改進板金漸進成形技術。針對不同類型材料的板金漸進成形並測量殘餘應力之行為。對於殘餘應力所對應的成形力、幾何形狀精度、成形性及成形過程中之其他因素的影響並提供具體的見解。
研究方法及重要結論：
根據研究結果可以深入確認差異性作為研究人員未來的研究基礎，以識別殘餘應力對於汽車及醫療領域的影響。在不同規模的製造過程之設計步驟中應考慮殘餘應力之重要性。
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作者：UK, China, Poland
國家：United States
主題：Formability and microstructure evolution mechanisms of Ti6Al4V alloy during a novel hot stamping process
出版處：
Materials Science & Engineering A 719 (2018) 72–81.
前景：
作者介紹冷成型工具對於Ti6Al4V合金之熱板材成形的熱沖壓技術。藉由加熱溫度範圍為600至900°C與應變率範圍為0.1至5 s-1的單軸拉伸試驗探討材料的可成形性。其中在加熱溫度範圍750至900°C可以達成30%至60%的拉伸率。隨加熱溫度範圍變化，主要的顯微組織演化機制包含材料恢復、相變化及再結晶行為等過程。變形後材料的硬度會隨著加熱溫度範圍的恢復而降低，其主要原因是由於相變化行為的增加。
研究方法及重要結論：
在熱沖壓試驗過程，合格的零件可在加熱溫度範圍750至850°C內順利成形。在高於溫度900°時，材料組織會發生相變化行為由α相轉變為至β相。在轉移與成形過程，加熱溫度會顯著下降而導致轉變後β相的形成，以致於材料的成形性降低或失效。後成形硬度與單軸拉伸試驗後的分佈顯示出相同的趨勢。
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作者：R. Esmaeilpour*, S.A.N. Tiji, H. Kim, T. Park, H. Kim, F. Pourboghrat, B. Mohammed
國家：United States
主題：Stamping of a cross-shaped part with 5052,5754 and 6016 aluminum alloy sheets – experimental and finite element analysis comparison
出版處：
IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 521 (2019) 012002.
前景：
目前航太產業必須以低成本製造方式來降低飛機之製造成本，但通常會有設計與製造過程效率不佳之問題發生。以專業的製造方法設計可以確保在設計階段考慮到所有的製造要求。若無法同時滿足所有製造要求時，必須要有最佳折衷方案。
研究方法及重要結論：
目前先進製造技術與減輕重量是材料加工領域在降低交通運輸行業之能耗問題的兩個重要課題。減輕重量可以藉由優化結構設計與輕質材料(如鎂、鈦及鋁合金)的使用呈現。特別是鋁合金在材料汽車和航太領域的應用越來越廣泛。
作者以三種不同材質(AA5052、AA5754及AA6016 T4)的鋁合金板材於十字形汽車零件的深引伸製程進行表徵材料異向性行為。首先以ASTM標準進行單軸拉伸試驗及使用ARGUS系統測量沖壓零件之變形應變。再與有限元素之模擬結果進行比較。以水刀機械在兩個不同方向切割成型零件，並測量沿切割部分之長度方向的厚度變化。比較表面應變與厚度分佈使用Yld2000-2D與Hill 48 降伏函數的LS-Dyna顯式求解之有限元素模擬結果。總體而言，實驗和數值結果相關性良好，特別是Yld2000-2D降伏函數非常適合用於鋁合金材質模擬複雜的十字形零件。
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作者：C. Fortunet, S. Durieux, H. Chanal, E. Duc*
國家：France
主題：Multicriteria decision optimization for the design and manufacture of structural aircraft parts
出版處：
International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM) vol. 14 (2020) pp.1015–1030.
前景：
目前航太產業必須以低成本製造方式來降低飛機之製造成本，但通常會有設計與製造過程效率不佳之問題發生。以專業的製造方法設計可以確保在設計階段考慮到所有的製造要求。若無法同時滿足所有製造要求時，必須要有最佳折衷方案。
研究方法及重要結論：
作者從製造問題之幾何建模並利用非支配排序遺傳算法 II (NSGA II)計算1000個群體分析決策過程確定決策者行為之最佳折衷方案，其中採用與理想解決方案相似的優先順序技術(TOPSIS)與層次分析法(AHP)。此系統方法可應用於飛機結構零件之沖壓製程與機加工之製造領域。運用三種不同的飛機配置計算最佳零件之幾何形狀並建構幾何設計之規則。其中更強調用戶行為對於計算結果之影響。
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作者：G. Atxaga*, A. Arroyo, B. Canflanca
國家：Spain
主題：Hot stamping of aerospace aluminium alloys: Automotive technologies for the aeronautics industry
出版處：
Journal of Manufacturing Processes vol. 81 (2022) pp.817–827.
研究方法：
作者將熱沖壓成形技術應用於飛機零件製造，著重於鋁合金的高溫成形性之研究。評估鋁鋰合金AA2198於複雜形狀之熱成形製程的可行性並建立最佳製程參數。同時分析不同幾何外型之成型試驗在相應的熱處理後，對於材料性能之影響。熱沖壓成形過程模擬採用Pamstamp® 2G軟體進行分析。
重要結論：
由實驗結果可知，實驗結果與分析結果極具相關性，且優化後之翼肋結構已成功製造。確定在相應的熱處理後，其材料性能之變化。對於原型的表徵皆符合設計規範。
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作者：Jing Zhou *, Xiaoming Yang, Baoyu Wang, Wenchao Xiao
國家：China
主題：Springback prediction of 7075 aluminum alloy V‑shaped parts in cold and hot stamping
出版處：The International Journal of Advanced Manufacturing Technology vol. 119 (2022) pp.203–216.
前景：
目前，絕多數的回彈現象的相關研究主要集中於鋼板冷成形技術方面。 然而，對於鋁合金材質在熱沖壓過程中的回彈問題討論甚少。
研究方法：
首先，建立解析模型預測回彈角度及整體趨勢。回彈實驗以V型沖壓製程建構，並探討變形溫度、沖頭半徑及壓料力對於回彈角的影響。最後，藉由有限元素分析模型分析鋁合金板材的變形特性及回彈過程。
重要結論：
回彈角的變化會與沖頭半徑成正比，並會隨著變形溫度的降低及壓料力的增加而隨之增加。壓料力過低會造成側壁捲曲，進而導致成型尺寸的偏差。考慮應力鬆弛的有限元素分析模型可以準確預測回彈角的變化且與實驗結果有良好的一致性
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作者：H. Zhang, T. Wang*
國家：China
主題：Forming simulation and process optimization of inflatable strut reinforcement plate for automobile back door
出版處：Journal of Physics: Conference Series 2235 (2022) 012085
概述內容：以新能源SUV後門充氣撐桿加強板(Inflatable strut reinforcement plate)為例，在板材表面設置了3個關鍵製程區域，並分析了各區域的結構特性與成型特性。利用此基礎建構有限元素模型。初步選擇符合實際生產要求的製程參數，並利用AutoForm進行沖壓成形數值模擬分析，比較成形製程與引伸製程(Drawing process)之產品的成形質量，以達到製程優化目的，進而確定最終的沖壓製程方案。以最大回彈量為評估指標，設計四參數三水準的直交表實驗設計，透過全距分析(Range analysis)得出成形品質最佳的建議參數方案，為零件後續實際生產提供參考。實驗結果顯示，模具間隙為1.6mm，摩擦係數為0.15，沖壓速度為200 mm/s，壓料力為800 kN。在此建議製程參數之成形效果最好，可以滿足生產要求，對於工件後續的實際生產以及類似彎曲件的沖壓成形具有一定的指導作用。
模夾治具
作者：G. Schuh, G. Bergweiler, M.V. Chougule, F. Fiedler*
國家：Germany
主題：Effects of digital twin simulation modelling on a flexible and fixtureless production concept in automotive body shops
出版處：Procedia CIRP 104 (2021) 768–773.
前景：
產品變化與工程變更請求對於汽車車體提出挑戰，並使靈活的生產系統成為維持競爭力所需的重要工具。組件集成夾具功能(Component-integrated fixture feature)可藉由減少特定的夾具與夾具技術並將其功能集成至連接組件中實現靈活生產。
研究方法及重要結論：
學者藉由虛擬生產環境中耦合物理生產單元，提出了靈活、無夾具生產概念的數位雙生(Digital twin)模擬建模。可預測組件集成夾具功能對於焊接製程、生產設備、集成規劃及工程變更的影響，以提升優良決策與生產規劃。這使得設計師、工程師和現場人員間能夠高效協作，以優化車體的製程規劃。詳細的模擬模型可以根據實際生產單元校對及驗證產品變更與集成，而無需中斷當前的操作。
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作者：Subarkah*, G. Heryana, Kristian, M. Sholeh, F. Zainuri, C.D. Widiawaty
國家：Indonesia
主題：Spring back analysis of pipe coil manufacturing using conventional lathe machine
出版處：IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 1034 (2021) 012101.
前景：
基於食品工業、醫療工業、基礎設施、能源及交通的製造業需求逐年增加。同時傳統車床的產能與功能性必須提升，特別著重於特殊零件的製造功能。許多擁有傳統車床的小型製造業必須提升競爭性以克服獨特零件(例如盤管)之生產需求。
研究方法及重要結論：
目前線圈製造是以專用機器進行生產，以此概念可應用傳統車床於線圈製造。由於產品的回彈特性與橫向及軸向尺寸有關，作者之研究目的是為獲得優良的產品品質特性並分析線圈製造過程之回彈情況。藉由實驗結果可知，不同直徑與螺距的銅管盤繞過程在橫向與軸向都會存在尺寸偏差。此為材料性質通常具有彈性與伸長特性。因此，要獲得直徑與螺距接近標稱尺寸的線圈，必須針對心軸尺寸與螺距尺寸進行補償修正。以此情況之補償量是減小心軸尺寸並縮小螺距為準。回彈或尺寸偏差亦也可以與管材的伸長率進行比較。
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作者：H. Liu, C. Wang, T. Li, Q. Bo, K. Liu, Y. Wang*
國家：China
主題：Fixturing technology and system for thin-walled parts machining: a review
出版處：
Frontiers of Mechanical Engineering (2022) 17 55.
前景：
在薄壁零件的整體加工過程中，夾具決定加工技術與產品品質的保證能力。因此，適合薄壁零件結構與加工技術的可靠夾具必不可少。
研究方法及重要結論：
作者初步討論夾具在製造系統中的關鍵作用。詳細分析由於薄壁零件的特點在加工與夾具中存在的主要問題。藉由狹義與廣義的角度重新解釋薄壁零件夾具的定義。明確說明與加工與工件夾持問題所相應的夾具功能。根據前人的研究成果進行夾具之系統分類，針對每種夾具的工作方式、功能特點及結構進行全面描述，且針對薄壁零件夾具的功能性與執行方式進行系統的總結與分析，並對各種薄壁零件夾具的功能進行評價。綜述的主要目的可作為未來薄壁零件夾具技術之研究方向以及學者研究薄壁零件夾具提供參考與指導。
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作者：A. Mahdianikhotbesara*, M.H. Sehhat, M. Hadad*
國家：Iran, USA
主題：Experimental study on micro‑friction stir welding of dissimilar butt joints between Al 1050 and pure copper
出版處：
Metallography, Microstructure, and Analysis 10 (2021) 458–473.
前景：
作者使用傳統工具與新工具藉由微摩擦攪拌焊接過程(Micro-friction stir welding)於1050鋁板與純銅板間評估高接合品質的可行性。利用Taguchi方法與ANOVA分析於實驗設計及評估所實驗結果之影響程度。
研究方法及重要結論：
當主要的製程影響參數：旋轉速度為2400 rpm、焊接速度為40 mm/min及工具偏移量為0.25 mm可達接合處的最大極限抗拉強度為88 MPa。ANOVA分析表明轉速與焊接速度參數對於接合處之抗拉強度影響最為顯著。從顯微硬度測試獲得最大值與最小值為192 HV與21 HV，分別位於鋁材的焊接熔核區及熱影響區。此外，藉由打磨過程可使接合處的粗糙度顯著降低。最佳條件之試件的XRD實驗結果(X-ray diffraction test)表明，焊接區域存在金屬化合物CuAl2及Cu9Al4。接合處的抗拉強度取決於這些金屬間化合物的形成。
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作者：A. Mahdianikhotbesara*, M.H. Sehhat, M. Hadad*
國家：Iran, USA
主題：Experimental study on micro‑friction stir welding of dissimilar butt joints between Al 1050 and pure copper
出版處：
Metallography, Microstructure, and Analysis 10 (2021) 458–473.
前景：
作者使用傳統工具與新工具藉由微摩擦攪拌焊接過程(Micro-friction stir welding)於1050鋁板與純銅板間評估高接合品質的可行性。利用Taguchi方法與ANOVA分析於實驗設計及評估所實驗結果之影響程度。
研究方法及重要結論：
當主要的製程影響參數：旋轉速度為2400 rpm、焊接速度為40 mm/min及工具偏移量為0.25 mm可達接合處的最大極限抗拉強度為88 MPa。ANOVA分析表明轉速與焊接速度參數對於接合處之抗拉強度影響最為顯著。從顯微硬度測試獲得最大值與最小值為192 HV與21 HV，分別位於鋁材的焊接熔核區及熱影響區。此外，藉由打磨過程可使接合處的粗糙度顯著降低。最佳條件之試件的XRD實驗結果(X-ray diffraction test)表明，焊接區域存在金屬化合物CuAl2及Cu9Al4。接合處的抗拉強度取決於這些金屬間化合物的形成。
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作者：S. Budin*, N.C. Maideen, K.M. Hyie, S. Sahudin
國家：Malaysia
主題：Design and development of manufacturing facilities for friction stir welding process using conventional milling machine
出版處：
IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 505 (2019) 012006.
前景：
相位摩擦焊接(Friction stir welding, FSW)是一種固態連接的工法，其具有許多優點，包括連接高強度合金及傳統熔接技術難以連接的異種金屬。焊接過程涉及由肩部與延伸銷組成的旋轉工具藉由提高速度的方式焊接金屬板材。通常需要專門的機器才可執行焊接的過程。
研究方法及重要結論：
相位摩擦焊接系統(包括其工具)由於成本高昂的關係，其成為工業發展的主要障礙。一種可能的解決方案是以傳統銑床外加旋轉機構與調整進給方式達成，以符合相位摩擦焊接工法的要求。作者設計適用於使用傳統銑床進行相位摩擦焊接製程所需的工具及夾治具。藉由連接兩塊A6061鋁合金板為例，以測試工具及夾治具設計。研究結果顯示，焊縫無缺陷、強度高、表面光潔度高且焊接板之間不會產生間隙。
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作者：Armghan Naeem*, Riffat Asim Pasha, Muhammad Muneeb
國家：Pakistan
主題：A novel milling fixture pallet system for production growth of alligator forceps: Design, manufacturing, and testing
出版處：
Results in Engineering vol. 16 (2022) 100668.
前景：
鱷魚鉗是一種重要的手術器械，在耳鼻喉科(ENT)中有著大量的需求。針對可微調施加壓力的長距離去除異物場合可輕易達成。其最重要的部分為底座手柄，鱷魚鉗的準確性將取決於底座手柄的精度。鱷魚鉗的粗糙外形是由鍛造過程製造，再以CNC銑床進行三種銑削加工(面銑、外周銑削及階梯銑削)達成
作者藉由Fusion 360 CAD/CAM系統設計一新穎銑削夾具之托盤系統，該系統可更換托盤將十個工件夾於托盤上進行銑削加工。藉由Fusion 360進行銑削加工模擬及CNC銑床進行銑削皆獲得相同的結果。由於設置時間的減少可以降低加工成本並提高生產率。夾具系統尚提供更好的重複性、無變形及減少人力之人機介面，此皆為虎鉗夾持常遭遇的問題。
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作者：I. Daniyan*, K. Mpofu, B. Ramatsetse, O. Makinde,
國家：South Africa
主題：A Framework for a Reconfigurable Welding Jig for Sheet Metal Panel Component of a Railcar
出版處：
2021 IEEE 12th International Conference on Mechanical and Intelligent Manufacturing Technologies (ICMIMT), 2021, pp. 73-80
前景：
重新配置是將重新架構系統組件以確保效率、模組化、可擴展性及靈活性的有效方法。其研究目的是以重新配置方法應用於軌道車裝配過程的焊接夾具，以提供其靈活性及專用性的有效組合。
研究方法及重要結論：
作者提出一種重新配置焊接夾具的框架，該框架所提供的設計考慮，可以解決現有夾具中所面臨的挑戰。建議的設計框架實施可改善目前所遭遇的問題，且可提供良好的尺寸精度、優良的表面品質、降低焊接工時及提升焊接效率。其重新架構之焊接夾具設計框架包含夾具組件及其附件的最佳夾緊、定位及重新排列方式，用以可實現最佳性能及安全性，並可應用於製造業以尋求開發高效的工件夾持系統及提高生產率。
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作者：Jin Woo Park*, Jongil Park, Hansol Kim, Namhun Kim, Duck Young Kim
國家：Korea
主題：Assembly part positioning on transformable pin array fixture by active pin maximization and joining point alignment
出版處：IEEE Transactions on Automation Science and Engineering vol. 19 (2022) pp.1047–1057.
前景：
設計與安裝夾治具對於新產品而言是有價值的工作。為了快速反應製造系統之多樣化產品，作者發展一可變形銷陣列的夾治具系統，其包含重新規劃與配置軟體，該軟體可以獲得安裝裝配零件的最佳位置並自動生成銷高度之控制編碼。
研究方法及結論：
首先針對主要夾具之品質因素進行分類，如接觸類型、銷與接點間的距離以及零件形狀。由於考慮夾治具之品質因素，將零件定位問題視為X-Y平面之接點集與銷點集間的對齊問題，並以汽車門飾組件模組驗證所提出的方法。根據有限元素分析之結果表明，在超音波焊接與和組裝等汽車門飾件之裝配過程，將裝配件重新定位至最佳位置以減少其變形發生。因此，進一步發展具成本效益的夾治具系統是有必要的，同時可保持裝配品質，以使其有更好的工業應用。
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