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臺灣大學機械系電子報

學生園地

機械設計原理

機械四蘇品綸、施墨然、黃澤樺、余彥亨


課程介紹


    學期剛開始的時候,聽同學和學長們口耳相傳,便以為這門課是一堂實務課,最重要的就是把專題設計做出來。然而了解配分方式後(60%考試,其餘作業、報告、專題共40%),才發現這門課看似注重實作能力,但實際上要拿高分「考試」仍舊是一大重點,導致這門課的定位介於尷尬的位置。課本上的內容是要教導我們一些機械設計所需要具備的原理知識,偏向大二工程材料、材料力學和機械製造的結合運用。但以本組的經驗來看,70%(甚至更多)的時間都是花在專題上,如此便產生花費的時間精力和成績不成比例的情況。心態的不平衡固然避免不了,姑且就當作是一場磨煉,時間作為成本也需要學習如何使用才能發揮最大效益。


    在這個學期中,我們觀察大家怎麼看待這門課,發現「過」這門課的方法很多,用盡全力把100%的分數都拿到,是吃力不見得討好的方法;實作擺爛只把考試考好是cp值頗高的方法(臺大生什麼不會最會考試),研究歷屆的成績結算表後更發現有些人即使實作成果極差都能拿A-;沒有方向的應付完一個學期也是一種方法。唯獨想只靠隊友在隊上不做事,是最不明智的方法。(系上的消息很通的~)
這門課大致有兩個目標,把專題做好以及把考試考好。後者相對單純,就是把該背的背一背,多留意老師上課補充的資訊就能得到不錯的成績。但是想要把專題設計做好卻需要注意很多事情,這個學期我們發現以下幾個要素對於實務非常重要:隊友間的良性溝通、時間分配、找到正確的方法並執行。組員們都很重視群組的訊息,不太會有不讀不回的問題,事情於是都能夠被妥善地交代。而加工最重要的就是工廠,大部分的系上學生都會到永齡實作中心加工,所以在巔峰時段就會遇到人太多,機台不夠的情況。幸好我們組內約定每個禮拜的加工時間是在人不多的時候,很幸運大家在這個時段都沒有課,讓我們有充足的時間可以討論、加工,這剛好也是花費我們最多時間卻最沒效率的部分。我們浪費了很多時間(兩、三個禮拜)在製造齒輪與滑塊機構,為了讓齒條與齒輪能夠順利的的動作,就花了好大一番工夫。但它們始終無法有效動作,最後多虧有朋友幫忙才解決。原因在於我們一開始繪製零件的方法就是錯的,所以一直在製造、繪圖兩者間鬼打牆。因此找到正確的方法非常重要,若我們當初及早求助,應該可以更輕鬆地完成專題設計。


實作心路歷程


    在實體化設計的過程中,我們這組其實很早就完成了設計的工作,大約在開學的一個月內就完成了撞球車的設計,卻在開始製造之後冒出一堆問題,我們才發現,其實設計機械這件看似簡單的事情,背後需要考量的事情太多了,在不斷調整的過程中,我們也漸漸發現,有些即使知道該如何解決的問題,當真正開始去解決後,花費的時間往往是超乎想像的。雖然我們這組很早就開始進行車體的設計,但在期中報告時卻跌了一跤,相較於其他組別,在專題的製作上優先進行撞球機構的設計,我們選擇先對控制系統進行開發,在確認過控制系統的開發已經完成之後,才開始著手進行車體的設計,由於能夠使用的資源很有限,所以我們花了非常多的時間來討論怎樣的蓄力裝置是我們能夠實做出來,實際運作上也能夠達到要求的,在我們以為已將車體設計的非常完整,非常縝密的去排除所有在製作上可能遇到的問題之後,我們以為只要簡單的一個下午就可以將車體雛形機製作完畢,來得及在期中前呈現出接近完整的作品(有完整撞球機構、可以移動之車體),於是便打算在期中報告的前一天將成品趕工出來,不料在報告的前一天,永齡館沒有開,這導致在期中報告時能夠呈現的只有控制系統,所以在期中報告時雛形機展示的這項分數拿得非常低分,也是因為這樣的教訓,導致組員們在期中之後都非常的投入在撞球車的製作,然而雖然我們在期中之後都很認真的投入在撞球車的製作,我們依然深深的感受到時間的不足,甚至在做期末測試的當天早上,都還在進行調整,也還好在最後測試時撞球車有好好發揮,算是拿下了令我們感到滿意的測試結果。


    期中之後我們才開始製作撞球機構,在最開始我們打算利用密集板來製作蓄力裝置,卻在製作完成之後發現無法運作,機構無法正常地將蓄力後的滑塊釋放,原因是因為密集板之間的摩擦力太大,嘗試加了點油來降低摩擦力也無法解決問題,後來我們將機構改成摩擦力較小的壓克力板來製作才順利解決問題,順利將整體機構做好後,我們又遇到了第二個難題,就是撞球方向的微調在硬體上非常難實現,原本的硬體設計是透過控制馬達電流大小來控制轉速,但在實作過程中我們發現,當馬達電流低於某臨界值時,無論怎樣,馬達就是不會轉,但高於臨界值時,馬達的轉速又過快,所以我們開始思考有沒有可能用軟體的方式來解決這個問題,後來我們想到既然無法透過控制電流大小的方式來控制馬達速度,是否可以用控制電流脈波寬度的方式來控制轉速呢?最後我們順利地透過此法解決了撞球方向的微調問題。
而在期末測試前,能夠順利運作的行動電源產生了無法順利供電的問題,會在操作撞球車的過程中自行斷電,為了解決這項問題,我們將電源系統改為用電池供電,因此,我們又重新製作了車體底板,好在後來問題有順利解決。
這項專題的書面報告也是專題呈現的一大重點,教授以及助教在評分時非常的嚴格,使得我們在寫書面報告時也格外的小心,除了非常的注意格式、在文字上也非常的謹慎,避免過度口語化的用詞,以呈現出工程師該有的專業度,在期中報告時,其實我們對於教授具體的要求還矇矇懂懂的,不太清楚到底該如何才能呈現出一份能讓教授滿意的報告,也在不斷的詢問以及參考其他組別後,才逐漸清楚到底該如何做,方能呈現出一份令教授滿意的報告,教授不斷地強調報告是能否呈現專業度的一項重要指標,沒辦法將報告打好的工程師是不合格的,在一個學期的磨練之後,我們才逐漸了解該如何才能將報告打好。


修課心得


    我們認為「機械設計」這門學問最重要的還是動手做,從簡單的機械材料(密集板、壓克力板、塑膠)和元件開始,逐漸去熟悉它們的強度、尺度、配合...等,這需要不斷地嘗試換來經驗的累積。在實務中遭遇的問題比起書本上的知識更令人印象深刻,透過實作才能將課本上的知識應用到真實的工程問題上,這剛好也是臺大(機械系)學生最應該要有但也很缺乏的能力。


    系上有不少人在實務方面有豐富經驗,例如專題、實習抑或是校外競賽等,但對於大部分的三年級學生來說,前兩年都被必修壓得喘不過氣,加上現在學生的外務不少,甚少有時間累積這方面的經驗。我們組內大部分的人也沒有這類實務經驗,所以有很多事情我們都是從零開始,就連書本上的知識也對課程專題沒有太大的幫助,所以上網找資源的能力就變得很重要。


    我們常常抱怨機械系課程內容枯燥乏味,一堆必修修完就忘,學了一堆用不到的知識。這學期我們感受最深的不再是無止盡的計算(儘管課本上有很多重要內容需要背誦)取而代之的是一而再,再而三的測試、程式和機構的除錯以及組員間的溝通。這門課有不少作業和報告要處理,雖然負擔不小但也給予我們許多學習機會。作業部份有上課學習單和四次手繪工程圖,手繪工程圖不難,但一份通常需要花一個下午,而且老師對於細節要求很多。分數出來通常不盡人意,然而透過這些作業我們可以更理解工程圖上資訊的取捨,使繪圖更專業、有效率。口頭報告需注意不要太過繁瑣,要將其視為產品研發報告,名稱要確切易懂並且概念明確,我們當初有點後悔沒有想到運用上課教的系統功能圖。在撰寫書面報告時,我們起初完全不知道該怎麼寫,老師只有給一份範例卻沒有文字說明,但後來發現助教批改的結果不是唯一的格式,清晰易看易閱讀才是重點。另外我們也體會到「操作員」的重要性,及早做出成品,組員才有時間熟悉,熟悉操作之後更能找出許多當初設計時沒有想到的問題,我們也才能做出最後的微調,而這些細微的調整往往決定勝敗的關鍵。


    我們認為這堂課帶來最大的收獲是,讓我們學到在實務面上,工程師該如何與工程師溝通,畢竟工程師要靠著自己去解決一樣工程任務是極為困難的事情,許多時候我們還是需要去與其他的工程師合作,才能順利解決問題,然而在實作這項專題的過程中,我們發現,即使我們知道該如何解決問題,但如何將它從腦袋中的想法轉變為讓人能理解的語言,是完全不同的兩回事,不過這項能力卻是一位優秀的工程師最不可或缺的能力,我們也發現在表達自己對於解決某樣問題的看法時,妥善利用工具也是一樣非常重要的技能,一位優秀的工程師也應知道如何利用自己所擁有的資源來解決問題,特別是當資源缺乏的時候更是如此。


    這門課讓我們深刻感受到,學習要從自己開始,而不是被動等待知識的輸入,就像前面所提到,雖然「設計」要求動手操作,但只有透過不斷地嘗試、修正和測試才能做出好的成品。雖然在配分上我們仍覺得有些失衡,但至少我們花的時間沒有白費,看到自己設計製造的機械能夠在場上發光發熱,也就值得了! Art editor Img
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  設計草圖
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  看似簡陋的車子,光是決定馬達、齒輪、齒條的相對位置就要花好大一番功夫
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  儘管零件不多,但其擺放位置也是經過一次又一次的調整

 

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