█ 機械工程實務心得
文 、 圖 ◎ 機械四朱正平
系上的課程規劃在大三之前大多為理論課程，多為考試作業並沒有太多實作及專案規畫的經驗，到了大三上的機工實務開始讓我們有將理論化為實際分析的討論，而機工實務課程則是所有課程的集大成，從產品開發、規格設定、製造、驗證到分析討論，每個步驟都是成為研發型機械工程師的重要訓練。
█ 產品需求 規格設定
█ 氣動車
今年機工實務的題目延續去年氣動車的主題，但在期中過後需要有更多自主感測的功能。雖然capstone課程網站上有過去學長姐的所有設計報告，但抄襲並不是這門課的主要目的，本組參考了歷年較為仔細的報告，將學長姐討論過的設計重點一一整理出來，並與我們所設定的氣動車設計重點比對，找出適合我們的方法，抑或是開發適合本組需求的新技術。
█ 部門分工 設計開發
在車體方面，本組將鋁箔包放置車體中央，作為電路板放置平台以及車體骨架的一部分，不僅將重心壓低，也減少許多不必要的支撐及固定結構。
風扇方面，初期採用blade element theory 來設計各截面的翼型跟厚度，但由於3D列印的關係，表面粗糙度高產生許多額外的紊流，導致理論最佳槳葉實際推力並不高，負責風扇的魯以樂嘗試加厚槳葉後成功優化推力，使得本組風扇噪音降低且以低轉速便能高速推進。
電路方面，王予彤則設計出類似現今電動車般的轉換系統，將鋰電池的大電通進無刷馬達同時透過降壓模組將小電供給控制板，最後將控制系統、降壓模組及開關整合成簡單的長方形模組，簡化線路以及額外電源的空間及重量。
控制方面，在期末的上坡自動循跡，組長張維哲利用原先循跡模組的亮度感測原理，意外找到上坡前所有感測器暗度統一降低的特性，定義出上坡加速的時機，避免額外增加陀螺儀電路及控制上的複雜度，最後也成為各組套用在上坡感測的邏輯。
█ 製造方法 分析驗證
當所有元件都設計完成後，下一個需要突破的重點便是製造方法，在第一次設計的過程中，我們常常忘記考慮實作中心機台尺寸限制、各項材質之間的組裝性以及替換性而不斷重複設計流程。以下為製程及製造方法優化的例子，在第一版的後輪組裝設計中並沒有考慮到輪軸、軸承及3D列印軸架的組裝關係，大部分元件都是一體成型的設計如下圖2(a)所示，但由於許多部份都是需要緊配以確保元件沒有相對位移，在實際過程中緊配並不容易執行，導致第一版的組裝是以槌子硬把整個後輪組裝起來，過程中甚至嘗試過將元件放進冰庫縮小體積放大孔徑的方式，不但組裝時間長，組裝完成的後輪軸摩擦阻力也相當大，在課程後期的煞車系統整合效果也不佳。經過負責底盤設計的張芝綾設計改良後，在第二版的設計中將軸架拆成三個組件，以三明治結構的概念將軸承固定在軸架中如下圖2(b)，因此組裝過程中少了槌子敲擊等影響結構及精度的過程，新的輪軸也和軸承較合，因此組裝時間減少至少一半，第二版的後輪系統也更加穩定，這項設計也大大降低後期本組作出第二台備用車的時間。
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(a)
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(b)
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█ (a) 第一代後輪組 (b)第二代後輪組
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當整車都組裝完成後，就開始規劃驗證方法，這部分就必須根據過去所學的理論規劃對應的量測方法及實驗。其中有兩個實驗特別印象深刻，第一個是風洞阻力測試，這個實驗設計沿用過去機工實驗的方法，採用流體力學中的Momentum Equation，以熱線風速儀得出離散的速度數據後，將數據積分找出各單位高度的阻力貢獻，最後的結果與車體高度比對之後得到下圖3(a)，透過實驗分析清楚地得到整車風阻貢獻最大的部分。第二個實驗是參考機工實驗 - 流體黏性量測實驗中的影像量測方法，將原實驗中的高速攝影機改成以相機錄影的方式，將固定時間間隔的圖像截圖如下圖3(b)，同樣以ImageJ的影像處理方法，即可將影像中的運動中心轉換成Excel檔數據，再透過Maltab的分析便可快速得到氣動車在不同轉速下的啟動動態情形。透過這次機工實務的磨練，在測試後期，慢慢可以自行根據理論找出欲量測之物理量，設計標準化的方法產出可分析的穩定數據，並完整分析數據。
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| (b) |
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█ (a)風阻分布圖 (b)車輛動態分析實驗圖
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█ 比賽心態調整
雖然本組在所有測試之前都做好所有確認工作，以確保氣動車運作順利，但有時候比賽總是有些難以預期的結果。在期中測試中，本組的氣動車在測試現場轉向馬達突發性短路，導致整個巡機功能失常，當時大家有些驚慌失措，最後也以零分收場，在測試結束的當下，大家真的都相當沮喪，不過慶幸的是大家並沒有因此灰心喪志，情緒過後開始討論發生短路的原因，並著手修改設計以降低發生的機率及發生短路時的快速更換結構。期末測試時，本組同樣地做好了萬全的準備，這次本組的氣動車並未發生太大的故障，反而是跟車的同組氣動車電路發生問題，這次大家經過上次的經驗後迅速在短時間內調整情緒，並快速協助解決問題，雖然最後結果不到最好，不過在危機處理上更加敏銳。最後的期末競賽，本組的隊長 – 張維哲在競賽前晚的接力測試中就感覺並不是所有組別的車子都在非常穩定的情況，有了過去的經驗，加上已經準備好的備用零件，在當天晚上大家就快速兜出一台備用車並做完所有穩定測試，以確保備用車和原車一樣穩定，而接力競賽也在備用車及原車的穩定輸出下拿到第一的成績。
█ 賽後心得
這門課對於大三生來說真的非常地緊繃，但也因此非常完整地體驗了工程團隊產品開發的過程，從討論規劃的過度理想化，原型製造後的修正優化，到新技術開發的感動，驗證分析的性能測試，再到最後成果展示的高低起伏，每一個環節都考驗著我們過去理論學習能力和溝通、抗壓的能力。
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 █ 賽後團體照 |
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