臺灣博碩士論文加值系統

近幾年來，由於傳統產業生產型態不斷提升與改變，加上基本勞資之調升，迫使許多產業不得不找尋新方法，以降低生產成本，而製鞋產業又為其中之典型案例。傳統製鞋流程中需先由設計師手繪草圖原稿，交由鞋體打樣人員依據草稿之外觀，輔以過去之經驗，繪製出相對應之2D半面版。接著依據版上之線段組合，使用套裝軟體轉換為皮料版塊，再由工廠以此造型試產。如此由設計至加工的流程中無論在任一階段發生錯誤，都將造成無效經濟成本之提高。
本研究中，將以逆向工程方式，先將現有之楦頭、鞋體、半面版等資料彙整，並將鞋體與楦頭3D掃描至數位環境中，先令鞋體輪廓以3D線條方式重現，再將其線條之點資料匯出，並利用類神經網路學習因而建構出與2D半面版之關聯，並將訓練好之對應關係導入未來設計過程中，加速製程之設計週期。
實作中將以兩款鞋體作為研究範例，探討類神經網路之轉換品質並調整之，並與現有其他展開技術做一比較。

Shoes pattern development has been an important process for bridging design intentions and production steps. Most designers would prefer hand sketching draft than prototyping a 3D shoe model, and thus making pattern development a time consuming bottleneck. Current shoe development process requires three steps, transferring design sketches into a 2D forme, rearranging curve segments on the forme into pieces of shoe patterns, and revising forme segments by test makings. All of the steps are performed by hands with experiences. However on the production side, all processes can be driven and carried out by computer data. It will be profitable to create an automatic procedure that transfers design intentions into usable 2D patterns, for it will save lots of human efforts.

This research will apply reverse engineering to scan a 3D shoe example, and acquire a 3D shoe model. An artificial neural network is then created to learn the relationships between the 3D shoe segments and the 2D corresponding pattern segments. A well trained neural network should be able to map the 3D and 2D based on one shoe last size, and will deliver more mappings for the designs of the same shoe last.

The results show promising mapping ability on two pairs of shoe examples.

目錄
中文摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目標 2
1.4 研究限制 3
1.5 論文架構 3
第二章 文獻探討 5
2.1 鞋楦逆向開發相關技術 5
2.1.1 逆向點資料處理 5
2.1.2 曲線建立與處理 7
2.1.3 曲面建構 9
2.1.4 鞋模CAD/CAM 10
2.1.5 CAD/CAM檔案格式整合 10
2.2 網格化技術 11
2.2.1 網格種類 11
2.2.2 迪勞尼三角化網格 12
2.3 類神經網路在電腦輔助工程之應用 13
2.3.1 倒傳遞網路法之概述 14
2.3.2 類神經網路於曲面應用 15
2.4 LISP程式語言 15
2.5 文獻總結 16
第三章 研究方法 19
3.1 研究流程 19
3.2 鞋體資料搜集 22
3.2.1 2D半面版與2D皮塊資料取得 23
3.2.2 掃描楦頭3D資料 25
3.2.3 掃描鞋面3D資料 26
3.3 資料匯集與調整 27
3.3.1 線條平整化 28
3.3.2 鞋體與楦頭資料比對 29
3.3.3 3D皮塊區域與2D皮塊資料比對 30
3.4 由3D轉2D之類神經網路建構 32
3.4.1 3D與2D點資料編碼 32
3.4.2 類神經網路建構 33
3.4.3 對應關係學習 35
3.5 半面版轉換皮塊 37
第四章 範例實作與分析 39
4.1 實體範例說明 39
4.2範例鞋體輪廓線之分段 40
4.2.1 逆向工程 40
4.2.2 點資料取得 41
4.2.3 類神經網路訓練 47
4.2.4 資料驗證 54
4.3 範例鞋體之鞋面細分處理 56
4.4 輪廓分段之模型範例二 62
4.5 半面版轉換皮塊 64
4.5 結果與分析 65
第五章 結論與建議 67
5.1 結論 67
5.2 論文貢獻 67
5.3 未來研究 68
參考文獻 70

圖目錄
圖2.1 逆向工程處理程序[余奕昌，民95] 6
圖2.2 STL圖面示意圖[Szilvási-Nagy and Mátyási, 2003] 7
圖2.3 B-spline曲線 8
圖2.4 網格化條件示意圖[蔡建彰，民95] 12
圖2.5 倒傳遞網路結構圖[楊嘉政，民94] 14
圖3.1 研究方法流程圖 20
圖3.2 半面版造型 23
圖3.3 半面版轉檔誤差修正圖 24
圖3.4 建立楦頭CAD模型與中心線 25
圖3.5 平整化實體鞋模 26
圖3.6 皮塊投影至楦頭 27
圖3.7 封閉輪廓圖面修正 28
圖3.8 定義楦頭與鞋底資料 29
圖3.9 皮塊內部區域分段 31
圖3.10 鞋面版塊命名參考圖 33
圖3.11 MATLAB圖形使用者介面 33
圖3.12 實驗用類神經倒傳遞網路架構圖 35
圖3.13 皮塊增加預留量 38
圖4.1 逆向點資料與楦頭CAD模型位置 40
圖4.2 逆向工程建模完成圖 41
圖4.3 鞋面皮塊邊界投影至楦頭 42
圖4.4 重覆線段刪除 43
圖4.5 分段點數量區分 43
圖4.6 圖面修整比較圖 45
圖4.7 鞋面2D圖排版 46
圖4.8 AutoLISP批量式取點資料 47
圖4.9 類神經網路架構圖 50
圖4.10 不同區域之類神經網路 50
圖4.11 訓練批量設定圖 51
圖4.12 隱藏層10顆之網路訓練誤差圖 52
圖4.13 輸出權重值與偏權值 55
圖4.14 模型範例呈現圖 56
圖4.15 楦頭皮塊內部區域網點化 57
圖4.16 內部區域劃分 58
圖4.17 平面圖內部點資料 58
圖4.18 隱藏層10顆神經元驗證結果 59
圖4.19 隱藏層20顆之網路訓練誤差圖 60
圖4.20 隱藏層20顆神經元驗證結果 62
圖4.21 第二雙鞋面範例標準輪廓 63
圖4.22 第二雙鞋面驗證 64
圖4.23 皮塊預留量增加 65



表目錄
表2.1 Bezier、B-spline及NURBs曲線模型之特性比較[江俊禹，民90] 9
表2.2 不同曲面建構優缺比較[賴朝鍵，民91] 9
表2.3 研究方法比較 18
表4.1 類神經網路參數設定 49

參考文獻
西文部分：
Bedworth D.D., Henderson M.R., and Wolfe P.M., “Computer-Integrated Design And Manufacturing,” McGraw-Hill, 1991.

Castrenze Polizzotto, “A Symmetric Galerkin Boundary/domin Element Method for Finite Elastic Deformations,” Comput. Methods Appl. Mech. Engrg. Vol. 189, pp. 481-514(2000).

Chen, W.H., and Yeh, J.T., “Three-dimensional Finite Element Analysis of Static and Dynamic Contact Problems with Friction,” Journal of Computers and Structures, Vol. 35, No. 5, pp. 541-552(1990).

Cheng, F. T., and Perng, D.-B., “A systematic approach for developing a foot size information system for shoe last design ,” International Journal of Industrial Ergonomics , vol.25 , pp. 171-185(1999).

Denkena, B., and Scherger, S., “A Concept for Shoe Last Manufacturing in Mass Customisation ,” Manufacturing Technology , vol.54 , issue 1, pp. 341-344(2005).

Golias, N.A., and Dutton, R.W., “Delaunay triangulation and 3D adaptive mesh generation ,” Finite Elements in Analysis and Design, Vol.25, pp. 331-341 (1997).

Greminger, Michael A., “Boundary Element Deformable Object Tracking with Equilibrium Constraints,” IEEE International Conference on Robotics & Automation, Vol. 4, pp. 3896-3901(2004).

Groover, M.P., “Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing,” Prentice Hall,2000.

Gu, P., and Yan, X., “Neural network approach to the reconstruction of freeform surfaces for reverse engineering,” Computer-Aided Design, Vol. 27, pp. 59-64(1995).
Lai, M. Y., and Wang, L. L, “Automatic shoe-pattern boundary extraction by image-processing techniques ,” Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 24, pp.217–227 (2008).

Lee, K., “Principles of CAD/CAM/CAE Systems ,” Addison Wesley Longman, 1999.

Luttgardes de Oliveira Neto, Joao Batista de Paiva, “Cube Approximation for the Transverse Displacement in BEM for Elastic Plates Analysis,” Engineering Analysis with Boundary Elements, Vol. 28, pp. 869-880(2004).

Luximon A., and Luximon Y., “Shoe-last design innovation for better shoe fitting ,” Computers in Industry, pp.621-628(2009).

Mendonca, A.V., J.B. Paiva, “An Elastostatic FEM/BEM Analysis of Vertically Loaded Raft and Piled Raft Foundation,” Engineering Analysis with Boundary Elements, Vol. 27, pp. 919-993(2003).

Rehg, J.A., and Kraebber, H.W., “Computer-Integrated Manufacturing ,” Prentice Hall, 2004.

Shaw, P., “The crucial role of the footwear engineer, ” Modern Footwear Technology, Issue 6, pp. 28-33(2011).

Suer G. A., Subramanian A., and Huang J., “Heuristic procedures and mathematical models for cell loading and scheduling in a shoe manufacturing company ,” Computers & Industrial Engineering , vol.56, pp.462-475(2009).

Szilvási-Nagy, M. and Mátyási, G., “Analysis of STL Files,” Mathematical and Computer Modelling, vol. 38, pp. 945-960 (2003).

Talbert, J.A., and Parkinson, A., “Development of an automatic two-dimensional finite element mesh generator using quadrilateral elements and bezier curve boundary definition,” International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 29, Issue 7, pp. 1551-1567 (1990).

Tang, J., Ogarevicb, V., and Tsai, C. S., “An Integrated CAE Environment for Simulation-based Durability and Reliability Design,” Advances in Engineering Software, Vol. 32, pp. 1-14(2001).

Watson, D.F., “The n-Dimensional Delaunay Tessellation with Application to Voronoi Polytopes ,” Computer Journal, Vol. 24, pp. 167-172 (1981).

Wang,C. S., “An analysis and evaluation of fitness for shoe lasts and human feet,” Computer in Industry , vol. 61, pp. 532-540(2010).

Wang, C. L., Tang K., and Yeung M. L., “Freeform surface flattening based on fitting a woven mesh model ,” Computer-Aided Design, vol.37, pp.799-814(2005).

Wang, C. L., Tang K., and Yeung M. L., “Reduce the stretch in surface flattening by finding cutting paths to the surface boundary ,” Computer-Aided Design, vol.36, pp.665-677(2004).

中文部分：
林士源，「鞋款設計之快速客製化系統設計研究」，碩士論文，朝陽科技大學設計研究所，台中[民 94]。
陳俊雄，「運用逆向工程於鞋模設計與製造」，碩士論文，大葉大學工業工程學系碩士班，彰化[民 91]。
余奕昌，「應用CAD軟體API輔助膝下殘肢曲面之建模與編修」，碩士論文，國立成功大學機械工程學系，台南[民 95]。
張加儒，「類神經網路理論於逆向工程曲面重建之研究」，碩士論文，國立中央大學機械工程研究所，桃園[民 93]。
賴朝鍵，「逆向工程重建CAD模型之研究與實例探討」，碩士論文，國立成功大學機械工程學系，台南[民 91]。
黃瑜玉，「曲面量測資料之CAD模型重建及誤差分析」，碩士論文，國立中央大學機械工程研究所，桃園[民 85]。
江俊禹，「鞋楦逆向CAD模型重建技術探討」，碩士論文，國立中央大學機械工程研究所，桃園[民 90]。
黃詠，「鞋氣墊吸震試驗之有限元素分析」，碩士論文，國立交通大學機械工程學系，新竹[民98]。
黃淑玲，「不同鞋底剪力避震模式對下肢動力學之影響」，碩士論文，臺北市立體育學院運動器材科技研究所，臺北[民99]。
蔡建彰，「以Delaunay三角形建構坐標轉換框架提供空間資料整合應用之研究」，碩士論文，國立成功大學地球科學系，台南[民 95]。
楊嘉政，「以含屬性邊界模型支援虛擬形變之研究」，碩士論文，朝陽科技大學工業工程與管理系，台中[民 94]。
許慈容，「以多頁多層螢幕驅動自動繪圖系統應用-壓鑄模具零件庫」，碩士論文，大同大學機械工程研究所，台北[民96]。
張志建譯，「Visual LISP使用手冊」，松崗[民88]。
張濠仁，「電腦輔助鞋面版型設計」，碩士論文，國立臺北科技大學創新設計研究所，臺北[民93]。
周文其，「以STEP幾何限制模型為基礎的二維建構系統之研究」，碩士論文，國立臺灣大學機械工程研究所，臺北[民88]。
張韶元，「以STEP支援CAD系統公差資訊之研究」，碩士論文，國立中興大學機械工程學系，臺中[民88]。
吳稚逸，「基於STEP-NC之五軸曲面加工」，碩士論文，國立清華大學動力機械工程學系，新竹[民92]。
黃祥瑋，「二維品質模式與品質機能展開的應用以協助製鞋業產品開發之研究」，碩士論文，東海大學工業設計學系，臺中[民98]。
陳璟亮，「鞋型開發資訊系統設計之研究-以某大型鞋業開發中心為例」，碩士論文，靜宜大學資訊管理學系，臺中[民95]。