氣浮軸承、空氣軸承、氣靜軸承

最早接觸到氣浮軸承大約在2000年左右，

因為設備技術上的需求找花崗岩平台供應商，

找到林口的原形精密，

透過當時原形一位李經理的分享介紹，

大致上了解了有關花崗岩在設備上應用的一些資料，

也順便看了該公司幫業界製作的一些實績，

其中一組剛好就是龍門結構，滑動件就是使用氣浮軸承，

初看時覺得很神奇、太厲害了！

滑動時無磨擦，靜止時穩定不動，

加上花崗岩材質本身的吸震特性，

難怪作精密設備幾乎必用花崗岩加氣浮軸承。

拜李經理熱心介紹，

大致了解到氣浮軸承的原理，

其實不難，就是利用配氣道控制一個面積範圍，例如A=10cm*10cm=100cm^2=10000mm^2

使高壓空氣可以在該面積範圍中產生壓力，
例如高壓空氣 P=0.3MPa，

一般外界大氣的壓力為P0=0.1MPa

那就可以產生一個向上推力 F = (P-P0)*A = (0.3-0.1)*10000=2000N的支撐力，

相當於可以支撐 196kg重的滑動件。

使用空氣軸承有以下幾個好處：
1. 幾乎沒有摩擦，可以實現精密、平滑、高速的動作。
2. 不需要潤滑液體，減少潤滑油脂可能產生的汙染。
3. 可以隔離開振動能量的傳遞，在抑制振動上有不錯的表現。

原理概念可以參考如以下 PI Motion的影片：

看起來好像很簡單。

但是難在製作跟維持穩定！

製作上要將花崗岩表面加工到高平坦度，
或也可以使用其他材料，但是目前花崗岩比較好，

兩側元件配合精度都需要高。

實際上的氣體流動也沒那麼"乖"，
元件之間的間隙相對空氣來說是很大的，
壓力分佈也沒有想像中的"均勻"、"穩定"，
所以配氣道的設計與加工、供氣的調節控制等等其實都還有很多"眉角"。

另外一個重要的關鍵是高壓空氣使用量，如果高壓空氣使用高，那等於是在燒錢，
因為高壓空氣是要錢的，空氣壓縮機需要錢，運轉需要電要錢，長時間使用需要保養、耗材也要錢，
所以好的設計與製作除了比性能還要比誰的用氣量省。

而且因為是使用空氣薄膜隔離開兩個滑動面，
空氣軸承在應用上其實不適合太高的負載，
特性上應該比較偏重在高速、低摩擦、精密定位的應用上。

若要對應高負載，
第一選擇還是襯套、第二是滾柱軸承、第三是滾珠軸承，
空氣軸承因為空氣薄膜能夠承受的負載實在有限，並不適用在高負載的狀況，
就算是換成靜液壓軸承液體膜的承受力也不可能高過金屬支撐力。

但是...

隨著製造技術的進步，多孔性材質成為一種新的空氣軸承氣膜產生的新技術。
多孔性材質的製造的方法主要以燒結為主，燒結的粉末越細小越均勻，有機會產生越薄的氣膜，使尺寸精度可以控制在更好的範圍內。

不同氣膜產生方式的均勻性比較

左邊四個都是使用氣道，

氣膜承載面的支撐力量均勻性不佳

圖片來源：NEWWAY

廠商NEWWAY有製作出商品化的空氣軸承產品可以應用在線性運動、平面運動跟迴轉運動上，
而且其產品使用次微米級的燒結石墨，氣膜厚度可以達到0.0002"(約5.08微米)，
相對使用多 孔性鋁材或陶瓷材料，氣膜厚度在0.001"~0.003"(約25.4~76.2微米)，
更薄的氣膜厚度，可以達到更好的精度。

參考網頁：

原形精密：2000年因為設備需求找到的花崗岩平台供應商，台灣花崗岩平台元老級的供應商，可惜工廠部分已經停止運作。

PI-Motion Positioning：內有氣浮軸承介紹的影片。

New Way：有石墨材多孔式空氣軸承介紹的簡報檔，台灣代理商是星泰國際。
Special Components：多是英制規格。
Hydrostatic, Aerostatic, and Hybrid Bearing Design，參考書。
氣體軸承設計與應用：彰師大光機電應用實驗室的說明簡報。

給兒子的機會教育

FB跳出幾年前寫的文章，轉貼過來。

2014/3/21
這次的服貿事件在我家剛好是個機會教育，在小孩離家出外念書前給個忠告。

我不是教小孩挺或反，也不是說政府或學生誰對誰不對，很多事件可以討論。

每件事都有好壞兩面，也不是只有0或1，
而且所謂的好壞跟程度其實是隨時間跟人而變動。

在接收資訊的時候如何判斷正確性？

例如政府說有辦過多場公聽會，但是參與的人數是否有代表性？政府立論馬上就弱掉了。

網路上傳言只要投資20萬美金就可以一家四口移民台灣，不論有沒有專家身份；
事實上協議第一條就列出身份規範，與金額人數關係，放文章的人心態是？

一堆鄉民瘋狂轉載錯誤訊息，不願花時間看文件求證，
輕易被挑動情緒立馬選邊站，
在情緒被挑起情況下根本聽不進另方說法。

K黨說根據立院條例送進程序委員審查3個月未審查完成視同已審查，逕送院會進行投票，但是為什麼要在一團混亂中強行宣讀送院會存查？

反程序方跟民x黨說服貿30秒偷渡，不透明，
但是立法院網站在業務成果內政委員會記錄表示：
在2013年5、6月立院發文要求行政院報告服貿，
9月起立院開過多場公聽會，
www.ecfa.org.tw網站上在2013/6月公告相關協議文本文件，任何人都可以下載閱覽，
時間距3/18事情發生足足有9個半月，
網站上的資料很多，
要說資訊不透明其實很透明，
要說資訊透明，一般民眾誰會上立院或 ecfa 網站去看資料？
政府有無宣導，宣導過的話人民有沒有去看跟自利益攸關的文件內容？

政府跟人民其實都要各打50大板！
一邊宣傳不力，一邊只喜歡看沒營養的八卦消息。

要說草率，送進立法院這段時間，如立委說動搖國本的重要性，為什麼不審查？不早點訴諸媒體？

媒體記者追著星星、王子好一陣，
這麼重要的東西非等用佔領立院手段才注意到，媒體才願意報導？

很遺憾看到朋友兒子連署文章提到政府無法源依據驅離行政院學生，請查集會遊行法。

我記得高二時曾經在同一間高中圖書室看過紙本的立院公報，現在查資料更方便才是，怎會這樣都不看資料、法條就跟著起鬨連署？傳遞錯誤資訊？
有失第一志願高中學生的水準。

支持驅離者說要警政署驅離立院內學生！
很抱歉，立院內只有院長有權動用警查權，
行政院內政部警政署是不能進去的，
一般警察進去就違憲了，
只有直屬立院院長指揮的保六才行。

學生要總統跟行政院長進立院談判，
我雖然不是學法的，但是也知道未經立院邀請行政權是不得入立院談公事的，
學生邀總統跟行政院長進立院談判根本是挖了一個違憲的陷阱給官員跳，
這一點應該有被看穿，兩個被形容是笨蛋的好像也不是真的笨。

回過頭來看，我教他們倆幾個重點：

1. 事出必有因，誰從中獲利？即使單純的學生都會有單純的動機，找出事件發生得利的一方，真相就接近了。

2. 不要片面相信看到或聽到的訊息，要有能力查資料驗證跟判斷。

3. 凡事都有正反面，不同立場的人看事情角度不同，正義通常站在各自認定的一方，如何在異中求同是一種藝術。

4. 沒有可以讓所有人滿意的方法或事情，所以秉持良心作自己認為對的事情就好。

5. 己所不欲，勿施於人。

6. 全世界只有父母親有可能為小孩作無私的犧牲跟奉獻，連配偶都很難作到，不要隨便相信別人說要給你好處這種屁話。

7. 對你好的人都要心存感謝，有禮貌出自心裡說謝謝；對你不好的人要心存感激給你歷練，不要怨懟。

8. 這個世界並不是繞著你旋轉的，千萬不要自以為是，少了你，太陽依舊會從東方升起。

9. 關關難過關關過，努力、堅持、不輕言放棄，撐過去就過了，一天騎自行車160公里就是這樣完成的。

10. 政客跟業務說的話聽聽就好，絕對不要當真，答應的東西一定要白紙黑字寫下來，掃描存檔備份在硬碟、隨身碟跟網路硬碟至少三份。

我想你們應該會覺得很煩，這個老爸有夠囉唆的……

統計方法應用於量測數值變動

首先我是機械工程師，不是寫程式的，但是有一次因為負責檢測設備的檢測程式工程師離職，就被主管咨詢要不要試試看?

系統使用研華的工業電腦，光學系統鏡頭 、CCD加上Matrox的影像擷取卡，還有渦電流感應式的類比式距離檢測器 (輸出電壓 vs 距離)加研華的類比數位擷取卡，程式用MS C++ 6.0，這些都是前人留下的，因為自己蠻喜歡用電腦，感覺上這個工作也蠻有趣的，雖然先前已經經歷多手一直沒有徹底完成，在產線不受信任而被閒置，好像很難，有點風險，但是那時年輕就是本錢，心想試試也無妨就接了(其實領薪水上班的也沒得選^_^)。

其實接手的時候我還不會寫C++，碩班跟大學有學過Fortran、國高中學過Basic，

寫程式的經驗就是這些，接手後才開始學C++; 

了解硬體架構、看影像擷取卡的library、看程式、改程式，最後沒想到竟然真的被我搞定，而且大受現場歡迎，

從桃園廠第一台弄好後複製到福州 、馬來西亞 、英國產線總共12台，每台取代了兩個人兩班的4個人力，總共48個人因為這台設備開發成功而需要轉換工作，真是罪過。

過程中有一個非常困擾的狀況：

量測樣本數值的重複性不好，數值會飄，大概是5條上下，所以最大差距會到0.1mm。

這種情況現場無法接受，所以就一直在找原因，

從懷疑是廠內電壓不穩 、渦電流檢測器受干擾不穩定，

加了在線式UPS保護電腦不受斷電影響順便穩壓，將類比式渦電流改為Mitutoyo的數位式雷射測距頭，還是無解，

最後懷疑到機台的振動，反正找了一堆理由最後只剩機台振動可以拿來當量測不好的"原因"。

但是不管任何"原因"，設備功能不行對使用者端都是"藉口"，還是必須解決。

靈機一動，測試時以硬體最高的時間解析度對同一個樣本，連續擷取50筆資料，數值一如所料是機台的微震動影響，數據一直在小範圍內跳動；

既然如此就想了一招：

對同一個樣本連續擷取20筆資料，去掉最大跟最小的資料後取平均值，當作量測輸出值。

量測結果數值就成功穩定下來，跟手動治具量測值也幾乎相同，有時會差1條0.01，突然間累積數年的棘手問題就解決了，重複性跟準確性都獲得現場的信任。

另外有一個插曲：因為開發不順，使用者單位找了外面一個想作同樣設備的廠商，也交了馬來西亞現場4台設備，但是同樣因為資料會飄的問題一直無法解決。

當我處理完問題以後，這個廠商跟現場還有我單位內某些人的關係非常好，千方百計想探聽我如何解決這個問題，原來真的有商業間諜這件事。

到這裡，從我接手到處理量測不穩的問題約花了快四個月的時間，解決前人三人兩年處理不完的問題，在單位內可謂一炮而紅，但是薪水也沒增加^_^。

在量測結果OK以後，現場開始正式使用，24小時不間斷的操，同時也不斷提出要修改的地方，只要有道理 、有幫助，我幾乎都會配合改。

期間出過的狀況包括:
1. 工業電腦風扇堵塞，電腦過熱，加警告訊息提示
2. 電腦硬碟掛了，那個DOS時代，沒有SSD，記憶體只能用640KB，程式交到我手上時有850KB，但是記憶體裝了1MB，用延伸模式讓程式可以跑得動，量測資料逐筆寫入硬碟，等於每9秒寫一次，所以硬碟經不起蹂躪就掛了，重新檢查程式，把所有設定 、顯示用途重複程式片段合併 、簡化為函式或副程式，最後編譯過的程式剩260KB，原來的1/3。
剛好同時現場希望能讀取資料檔做統計計算平均值 、標準差等，所以就開了300KB虛擬硬碟，每次開機就將執行程式複製到虛擬硬碟，預設每三百筆資料 (筆數可以設定)作一次統計分析，直接幫他們算好，同時並顯示在螢幕上，再把資料記錄檔加上年月日當資料夾名稱，時間到秒為檔名寫到硬碟中，硬碟的壽命獲得大幅延長，到生產線關掉前沒再聽說過硬碟故障。

後來想說既然有統計資料，就再加上量測資料的顏色警示，偏離標稱值到容許誤差的50%以內用綠色字顯示，50%~75%用黃色字顯示，超過75%用紅色字顯示，結果現場愛死這個改善，調機器看量測數值顏色就可以，這段製程的良率被調到100%，量測值都在綠色範圍。

期間陸續修改的過程中，自己覺得校正步驟配合程式按鈕操作程序有點複雜難記，重新排了操作介面按鈕順序跟顯示操作提示，讓現場使用更加方便，這個小小的改變也讓現場非常高興，再加上三段密碼限制自動開機執行 、可進入校正程序跟複製量測資料，跟留了一個後門給我進去使用。

至此程式修改完成度幾乎接近100%，幾乎沒有再修改過，把修正過的程式寫了自動複製更新的批次檔，讓其他出差的工程師幫忙更新其他廠區的程式，整個過程大概經歷了一年的時間。

寫設備的程式有時也是很有趣，尤其到最後運作很順利深受歡迎時，很有成就感。

可惜後來就被調去作專案管理跟主管，沒機會再作新的。

有關工業4.0 / 智慧製造的一些想法

這兩年工業4.0和智慧製造在產業界是非常熱門的話題，
從工研院到政府，在媒體上三不五時就會提出來捧一下，
再拉學界進來研究一下，
儼然是產官學界的新顯學，
大家都很努力想掛上一點關係。

2015/4/17代替歐特克經理去研討會分享智慧工廠，
沒想到被節錄成新聞稿，ctimes連結，
這一篇還被中國的公司引用，
其中也提到工業4.0、智慧製造 、IOT(物聯網) 、積層製造 (Additive manufacturing，或常說3D列印，20年前說快速成型RP)其實都會有關聯；
另外有一篇引用當初Session中更多的說明：用軟體打造智慧工廠。

為什麼這個議題很熱？真的有其必要性？

先看一些好像沒什麼關係的資訊，台灣人口趨勢變化如下圖示：

資料來源：內政部戶政司全球資訊網人口資料庫，歷年全國人口統計資料

從2000年開始，台灣新生兒數量呈現大幅度的下降，
從30.5萬開始下降，持續十年，2010年降到谷底16.7萬，平均一年少1.4萬個新生兒，
然後2011回升到20萬到2016都在20萬上下波動；
往前看我兒子出生那一年1996，新生兒數量約32.5萬，
再往前到1985年有34.6萬，
我出生那一年1969有39.3萬，
再更早幾年在1960年代甚至有42.5萬，
50年內，出生人數銳減為五成，
說實在話，事情很大條。

先不說人口數減少對一些依賴人直接消費產業的影響(例如學校)，
從事求才的角度來看，
若以簡單的假設一半人18歲高中畢業後開始工作，
一半人22歲大學畢業後工作，
平均20歲進入職場計算，
這代表從2017年開始，就業市場的新進人力數量會開始減少，
而且是每年減少1.4萬人，各行各業都會受到影響，
現在人力不足的狀況以後只會越來越嚴重；
日本更早發生，中國的一胎化政策在往後甚至會有更嚴重的影響。

那跟製造有甚麼關係？

在一個產品的生命週期中，
跟廠商最密切的研發、設計、製造、運送、銷售的不同階段來看，
製造在其中幾乎是直接工時需求最長、投資金額最大的階段，
不像RD、設計看起來時間長，但是工時卻可以攤到數量龐大的製造成品中，
當然人力不足連RD、設計人力也會受到影響，但是相對的幅度比較小，
所以迫切需要的就是如何減少製造所需要的人力需求？

這也是工業4.0的主要目的：
讓自動化機器取代人工製造作業的成本再大幅降低到可以大量取代。
不要懷疑，對作生意的老闆來說，賺錢就是惟一目的，
想賺錢就是兩條路：提高價值跟降低成本，
沒有其他的捷徑 (其實在台灣老闆們是有捷徑“投資”：房地產跟股票)。

自動化作業的機器本來就有，
只是價格上、功能上通常都還有進步的空間，
如果可以進一步的進行成本降低跟功能提升，
未來製造人力不足的問題或許就有機會透過自動化製造來解決。

自動化甚至智慧化製造要如何進行？
以個人的淺見來看有以下兩大重點：
產品設計要適合作自動化
機器設備的功能模組標準化

產品設計要適合自動化，
第一要減少組裝的零組件數量，
第二要設計良好的基準跟公差。

減少組裝的零件數量主要靠設計跟選擇適當的製造程序，
舉例來說，電子元件從早期印刷電路板上一堆的電阻、電容、電感、變壓器跟線路等等諸多元件，
透過設計與元件半導體積體電路化，
將一些屬於計算、儲存功能的電路全部整合在IC中，
近年也不斷將一些感測元件體積縮小，
例如慣性偵測、光波感測、溫度感測、距離感測、壓力偵測等等，
都有將周邊電路進行整合設計以縮小體積的趨勢，
所以如果將20年前的電腦主機板跟現代的電腦主機板拿出來作比較，
就會可以明顯看出來電子元件透過設計與製造程序的變更，
以驚人的幅度簡化了印刷電路板上需要進行組裝的元件數量。

在機構上，比較早期的木造外殼電視機跟現代的電視機塑膠外殼，
也可以很明顯看出元件數量的減少，
其中很重要的因素就在於引入塑膠射出的製造技術，
搭配設計能力的提升，
將主要機構只要是可以設法使用同一種材質製造，
或者使用塑膠中鑲崁入金屬件的方式進行設計與製造，
電視機的外殼幾乎只剩下前後兩件，
不需要像早期木造的要外觀六片，
內側固定映像管、電路板等等多片木質或金屬鈑件，
在其中一片外殼上就設計多個供不同功能元件安裝的固定孔，
加上利用塑膠在破壞前的大變形能力設計成卡榫，
也可以大幅度的簡化現代電視進行組裝所需要的時間。

設計良好的基準跟公差目的在進一步使自動化作業變成可行，
自動化作業基本上需要有參考的基準，
也需要有一定範圍的尺寸限制才能進行組裝作業，
如果沒有基準又沒有公差，
就必須仰賴運動範圍大的抓取機構跟具備高度辨識能力來進行判斷跟組裝動作到正確位置，
這在實務上會大幅度增加自動化機構的成本、辨識作業時間、自動作業失敗率...
如此一來還不如使用人工作業比較省錢；
當然有人會認為機器人越來越便宜，
影像識別裝置跟電腦也變便宜，
彈性自動化製造系統成本會比以前低；
這是事實沒錯，
可是如果設計上有規範好的基準跟公差，
絕對可以使成本更進一步的降低，
郭董說過："魔鬼就藏在這些小細節中"，
所以作一模一樣的東西，有的公司成本就是有辦法比較低是有原因的。

產品設計端的不是我所擅長的，所以我要分享的在後面的機器設備功能模組標準化。

其實這也不是甚麼新的概念，早就作了很多年了，
市面上有很多標準零組件，
從小到一個墊圈，大到六軸機械手臂其實都早已有各種標準模組的產品可以選用在自動化生產的機器系統中，
例如有需多ISO規格的螺絲、螺帽'、氣缸、油壓缸 、軸承等等可以選用，
元件製造商有標準可以依循大量製造降低成本，
自動化設備商有便宜的標準件庫存品可以選用，降低成本縮短交期，
這些都已經作了很多年了。

那工業4.0在講什麼？

作機器設備的都知道，全世界最好、最精密的直線軌道要買誰作的？THK、NSK、Star...
還有很多元件如螺桿、馬達、氣缸、類比與數位感測元件，還有電控元件如控制器等。

將這些標準元件進一步依據經常會使用到的功能作成模組化，
其他也要考慮夾治具跟材料的載台，
不過這些其實對自動化設備設計業者來說也都有陸陸續續在進行，
好壞成效不說，至少也都有概念知道要做，
沒作好的原因通常是出在缺乏好的整合者。
那接下來還有什麼新技術 、元件可以放進機器設備提升功能與價值？


資訊產業迅速發展，將知識大量數位化，
自動化製造系統無可避免地會利用龐大的資料庫來進行最佳的製程安排並提高設備利用率，
降低設備在製造費用的攤提成本；
如果德國訂了一個標準規範，
將機器設備上的訊息資料傳遞規格統一，
讓機器在進行運作時可以更方便的進行溝通，那會有多大的影響？

所以工業4.0就從德國出來了...

以前機器設備上資料的傳遞難道都是一片沙漠，沒有人在作嗎？

有興趣的可以查一下SECS。

不過我相信工業4.0最後會比SECS更普及化，背後勢力龐大!

但是長期以來的各自發展卻使現況卻變得有點混亂，
大家都發現資訊交換介面的標準化是關鍵，
而可程式化控制器(PLC)介於一堆感測器 、馬達輸出控制器跟資訊平臺的中間，
如果不先掌握這個PLC技術，
其實很難競爭，資訊的傳輸都被控制器給限制住了。

長期以來，日本 、台灣工具機常用FANUC，
德國當然是用自家的SIEMENS，
台灣自動化業者常用Mitsubishi，
也想推自有台製的PLC，
台達 、士林電機有作，
工研院也推過以Wintel技術為背景的Open PLC；
目前終端消費製造大國中國也想要用中國自有品牌，
使得情況變的異常複雜，
每家控制器的介面跟資訊端的溝通方式標準何在？

主要工業國家都想要搶先一步主導，但是終點會在那裡？
有沒有可能弄出一個全球可接受的標準？然後硬體開放製造？
從SECS的例子來看，牽涉到龐大利益，
硬體無償授權開放製造可能是困難但是必須的一條路。

這種利益競爭的情況，
使自動化系統到資訊端的障礙一時半刻間很難完全消除，
如果能夠早日定下來反而對自動化系統開發會是好事，
可以減少不必要的投資浪費，
避免選的控制器在要串接資訊時全部都要換成國際標準規格。

當各流程資訊溝通無礙時，
將各個單機/次系統連結成系統就可以更有效率透過資訊安排最有效的流程進行生產。

除了硬體層級介面跟軟體通訊資料交換的標準化以外，
要進入智慧製造還有一個關鍵因素，
1990年曾經修過一門課：專家系統，
產品(含材料) 、製程 、設備的個別與關連資訊是關鍵，
有了好的資料內容與處理方法，
自動化系統就能晉級到智慧製造，
處理這些龐大的資料放到現代的最新用語就叫作“大數據”。

坦白說，以上這些已經到了系統層面的技術，
需要更多的專業分工，口袋沒有一點深度也不容易玩得起來，
一旦成功了就可以建立一定的門檻讓後進者追趕的很辛苦。

未來很可能會剩下一些大型規模的公司才玩得起、玩得很精。

IBM在2015年有一些資料可以參考: 工業4.0 智慧製造。

接觸接頭

Inventor動力學模擬裡面其實有兩個接觸，一個是2D接觸，另外一個是3D接觸，很有趣的是這兩個接頭的上一層分類不同，3D接觸被歸類到力接頭，而不是放在接觸接頭中，詳細原因我也不清楚。

這一篇主要介紹2D 接觸，顧名思義就是利用2D輪廓來進行接觸碰撞的模擬計算。
那來的2D 輪廓？當然就是從2D草圖，所以要先準備兩個2D草圖輪廓來讓軟體計算接觸，相對3D接觸需要處理比較大量的幾何，2D接觸的優勢就是速度快，對於一些斷面形狀一致元件，例如機械上經常使用的凸輪與凸輪從動子(Cam follower，通常是帶軸的滾珠軸承，圓柱形狀)，或者是像汽車引擎的汽門曲軸關係，都很適合2D接觸。

所以要進行2D接觸設定的必要條件是需要有兩個帶封閉輪廓2D草圖的可以移動元件，如下圖示為Autodesk自學範例，是一個很典型的凸輪接觸對的模擬：

範例檔來源：Autodesk，下載連結

其中：
1. 凸輪(藍色透明元件)可以以軸心為中心進行旋轉運動
2. 汽門(黑色元件)可以上下進行平移運動
兩個元件都包含有一個封閉輪廓的2D草圖

進入Inventor動力學模擬環境中時，一般應該僅有從約束自動轉換的標準接合，如下圖所示：

注意瀏覽器提供的資訊：
"不動"下有一個 "support:1" 的標準接合
"移動群組"下有兩個元件，分別是 "cam:1" 跟 "valve:1"。
"標準接合"下有兩個標準接頭，分別是：
迴轉: 1 (support:1, cam:1)，括弧中前面的support:1 是不動元件(藍色座標)，cam:1 是移動元件
柱狀: 2 (support:1, valve:1)，括弧中前面的support:1 是不動元件(藍色座標)，valve:1 是移動元件
"外部負載"下有一個"重力"，但是顏色是灰色，表示被抑制住。

所以 "cam:1" 可以迴轉，"valve:1"可以上下移動，兩個移動元件+兩個自由度，所以如果要設定這兩個元件之間有相互影響的運動關係，就必須增加其他的接頭，不然在沒有設定的情況下，兩個元件是無關的，甚至可以互相穿透，如下動畫所示：

未設定2D接觸，兩個可移動元件之間沒有互動關係

一般來說，在零件設計時，已經被消耗掉的草圖會自動隱藏，所以為了要設定2D接觸，必須回到零件環境中開啟要用來作接觸 2D草圖的可見性，這個部份屬於一般Inventor操作，在此略過不提。

當有可見的2D草圖封閉輪廓以後，就可以開始進行設定，操作步驟："插入接頭"，選擇"2D接觸"，如下圖示：

迴路1選擇凸輪的2D草圖封閉輪廓，藍色線段
迴路2選擇汽門上的2D草圖圓，黃色線段

實務上，像迴路1選凸輪不一定要選2D草圖，也可以選擇由2D草圖擠出的凸輪面，如下圖示：

軟體也會自動投影與對應到該2D草圖的封閉輪廓，不過還是建議使用開啟了可見性的2D草圖封閉輪廓。

當加上了這個耦合條件以後，兩個元件就會發生互動關係，如下動畫：

其中第一個點選的元件稱為父元件 (Parent component)
第二個點選的元件稱為子元件 (Child component)

汽門在設定2D接觸條件後已經可以被凸輪推動甚至飛走，這是設定錯誤造成的？

不是，這樣的行為才是正確的，原因是正常設計的凸輪汽門組合還會加上彈簧，確保汽門桿會緊靠在凸輪，在加上彈簧設定後如下動畫所示：

看起來2D接觸設定很簡單，只要選兩個元件的封閉輪廓就可以，但是還有進一步的設定在接頭的性質中，從瀏覽器以滑鼠右鍵選擇性質後可以叫出對話視窗如下圖示：

其中有兩個設定值要給：恢復係數跟摩擦係數。
恢復係數：這是在碰撞發生時，用來描述能量損失的情況，就像鋼珠丟到鋼塊上，鋼珠的回彈量，如果設定1，等於碰撞行為是完全彈性，如果設定0就像是石頭丟到棉花堆裡完全不會回彈；設定值範圍從 0 到 1，預設是 0.8。
摩擦係數就是正向力作用後產生在相互運動位置的反作用力(阻止運動的持續進行)，設定範圍從 0 到 2，可設定超過 1 是因為考慮到某些特殊狀況例如熱、溼度、老化等造成特別大的摩擦作用。

透過以上兩個設定可以決定碰撞與滑動發生時在接觸面上的作用力，所以很重要，不同的設定會得到不同的計算結果。

再來要看右上角的兩個按鈕，是用來設定接觸面的法線方向，第一個帶藍色的是指第一個元件(父元件)，按下去就會翻轉法線方向，類推右邊第二個按鈕是翻轉第二個元件(子元件)的法線方向。

為什麼要翻轉法線方向？
首先先簡單說明何謂法線方向，舉一個圓柱為例，半徑方向就是法線方向，指向實體外部為正的方向，指向實體內部為負的方向。
如下圖示往外的直線就是圓柱面的法線正方向：

因此當使用2D草圖輪廓時，該輪廓的關聯實體法線方向向著哪一邊？上面的圓柱很清楚向外，但是若是選的是甜甜圈內側的圓輪廓，法線方向就是向著圓心為正。
所以2D草圖輪廓無法包含確定的法線方向資訊(跟實體有關)，雖然多數情況下軟體會自動參考實體體積作出正確的判斷，但是軟體還是提供了使用者可以翻轉法線方向的功能；法線方向會決定兩個碰撞的關聯方向。

在點選"更多"會開啟"顯示"設定，其中若勾選"作用力"，會顯示父元件作用在子元件的力量，反之勾選"反作用力"會顯示子元件作用在父元件的力量。


"正垂力"是法線方向的力量，相當於碰撞方向的垂直力量，
"切向力"是與法線垂直(切線方向)的力量
"結果力"是"正垂力"與"切向力"的合力
比例、顏色可以調整顯示箭頭大小跟顏色，"正垂力"紅色，"切向力"藍色，"結果力"綠色
如下圖示：

再來看輸出結果項目中可以得到哪些項目？

主要看Point 1，展開後有"力"、"狀態_接觸"跟"狀態_滾動"三個。
"力"繼續展開後，可以看到：
"力[1]"，相當於"結果力"
"力[1][X]"，相當於"切向力"
"力[1][Y]"，垂直草圖平面的力，通常為 0
"力[1][Z]"，相當於"正垂力"
"狀態_接觸"：1 代表兩個草圖輪廓有接觸，0 代表兩個草圖輪廓沒有接觸，0.5表示介於接觸與未接觸
"狀態_接觸"：1 代表兩個草圖輪廓有滾動，0 代表兩個草圖輪廓沒有滾動，0.5表示介於滾動與未滾動，上面這個例子只有滑動沒有滾動，所以值為 0。

有時結果會出現在Point 2或Point 3(非常少)，原因與邏輯規則我找不到資料說明。

20170311新豐紅樹林生態保護區

老婆說3/11星期六要去新竹找岳父吃中飯，從網路上找了一間"鬥牛士義式餐廳"！？
鬥牛士不是賣牛排？

義大麵每人可以點一份，沙拉可以點多次，其他披薩、炸物都會有服務生端出來桌邊問，假日 NT388+10% /人。
一開始沒有想太多，端過來就留一點吃，結果實在是太撐了，應該每一種披薩上來要一片就好，三個人分食，才可以多吃幾種，否則一坨義大麵、一隻炸雞腿、一隻烤雞翅、三片披薩就投降了，後面根本不太吃得下，還有薯條、薯球、雞塊、甜點，濃湯，飲料，冷盤小菜、水果，真的是完完全全投降，一直飽到晚餐也吃不下。

這邊用餐車可以停在地下室，但是餐費是不能折抵停車費，停車費NT$40 / Hr。

吃太飽就要去走走，岳父年紀大，儘量避開一些爬坡、樓梯多的點，本來想去走17公里海岸線或港南風景區，突然想到有一個新豐紅樹林生態保護區有架在紅樹林中的木棧道可以走，從來還沒去走過，可以去試試。
位置如下：


假日下午車、人很多，如果停車場滿了，可以改停到池和宮前，那邊停車場更大，雖然要走一段距離，但是並不會很遠，而且可以沿著河堤走，另有一番風景。

生態保護區其實在停車場的對岸，要先走過一座橋才能進入保護區的木棧道，橋上有不少釣友在釣魚，經過時稍微小心注意一下，甚至停機車；說實在當地政府應該要稍微管一下，釣友的需求可以另外找個位置架個平台來解決，整個觀感會好很多。

走過橋以後就右側就是通往保護區的木棧道，要走樓梯下去，所以並不太適合推輪椅或嬰兒車。

一下去就有一段紅樹林隧道，感覺還不錯。

有些地方的水筆仔不知道為什麼長得不好，還是被人為移除。

步道中段有一個兩層樓的高台，從二樓高台可以從高處看紅樹林，另有一番風味。

再過去還有一個涼亭，是木棧道的終點，另外有石階路可以接到產業道路網紅毛港，可惜紅毛港一帶蠻凌亂的，走不走過去看沒麼差別。

把印象中的木棧道標示如下圖，其實範圍並不算很大，走起來也算輕鬆。

橘色框為涼亭

很多遊客會帶小孩來釣招潮蟹，其實這不太好，會影響到一點生態，雖然很多是釣著玩再倒回去，但是其實招潮蟹會守著洞，加上釣上來多少都受了點傷，再倒到其他地方去難免會有點影響活動的範圍。

標準接頭

標準接頭總共有10個：旋轉、柱狀、圓柱、球形、平面、點-直線、直線-平面、點-平面、空間、焊接；看起來很多，其實就是不同數量的旋轉與平移自由度組合而已。

要看到全部十個自由度的對話視窗，最簡單的方式就是要先關閉"模擬設定"的"自動將約束轉換至標準接合"選項：

才可以從"插入接頭"對話視窗中看到所有的標準接頭。

如果是勾選"自動將約束轉換至標準接合"，從"插入接頭"對話視窗只能看到一個"空間"：

而且從瀏覽器進行編輯既有標準接頭的對話視窗與"插入接頭"的對話視窗不同。

以下列出十個標準接合的插入接頭對話視窗，基本概念類似，差異在自由度數量。

旋轉 (Revoltion)：
移動元件(黃色)相對不動元件(藍色)具有一個迴轉的自由度，如以下動畫所示：

注意第一個點選的圓周是不動元件的參考座標系統原點
第二個點選的圓周是移動的參考座標系統原點

柱狀 (Prismatic)：
移動元件(黃色)相對不動元件(藍色)具有一個平移的自由度，如以下動畫所示：

注意第一個點選的邊緣是不動元件的參考座標系統
第二個點選的邊緣是移動的參考座標系統

圓柱 (Cylinder)：

移動元件(黃色)相對不動元件(藍色)具有一個迴轉加一個平移的自由度，如以下動畫所示：

注意第一個點選的軸線是不動元件的參考座標系統
第二個點選的軸線是移動的參考座標系統

球形 (Spherical)：
移動元件(黃色)相對不動元件(藍色)具有三個迴轉的自由度，如以下動畫所示：

注意第一個點選的圓心是不動元件的參考座標系統
第二個點選的圓心是移動的參考座標系統

平面 (Planar)：
移動元件(黃色)相對不動元件(藍色)具有一個迴轉加兩個平移的自由度，如以下動畫所示：

注意第一個點選的平面是不動元件的參考座標系統
第二個點選的平面是移動的參考座標系統

點-直線 (Point-line)：
移動元件(黃色)相對不動元件(藍色)具有三個迴轉跟一個平移的自由度，如以下動畫所示：

注意第一個點選的軸線是不動元件的參考座標系統
第二個點選的球心或圓心或點是移動的參考座標系統

直線-平面 (Line-planE)：
移動元件(黃色)相對不動元件(藍色)具有兩個迴轉跟兩個平移的自由度，如以下動畫所示：

注意第一個點選的平面是不動元件的參考座標系統
第二個點選的邊緣是移動的參考座標系統

點-平面 (Point-plane)：
移動元件(黃色)相對不動元件(藍色)具有三個迴轉跟兩個平移的自由度，如以下動畫所示：

注意第一個點選的平面是不動元件的參考座標系統
第二個點選的點是移動的參考座標系統

空間 (Spatial)：
移動元件(黃色)相對不動元件(藍色)具有三個迴轉跟三個平移的自由度，如以下動畫所示：

注意第一個點選的平面是不動元件的參考座標系統
第二個點選的點是移動的參考座標系統

熔接 (Line-planar)：
兩個元件之間沒有任何自由度，如以下動畫所示：

注意第一個點選的幾何面是不動元件的參考座標系統
第二個點選的幾何面會組裝到第一個點選的幾何面貼合

看完這些標準接頭的對話視窗跟簡單的介紹，應該可以會對動力模擬的標準接頭是不同數量旋轉與平移自由度的組合有更清楚的認識。

實務上應用時，進行"插入接頭"定義標準接頭時，軟體會強制將移動元件的參考座標系統重疊到不動元件的參考座標系統，使所有自由度初始值為0，這種情況多半會改變原有的組裝約束所定義的元件位置關係，造成必須手動修改初始位置的額外工作，如果數量多將會是非常煩人的事情，相對的勾選"將約束自動轉換至標準接合"讓軟體自動轉換約束至標準接頭會自動套用目前的位置關係到初始位置，可以節省很多操作輸入時間。
如果轉換的結果很差不如預期，建議回去修改組合。

修改步驟建議如下：
1. 確認組合中有一個"不動"元件可以作為不動群組的基礎
2. 約束的定義方式。
在約束中，先點的(藍色)是組裝到後點的(綠色)，也就是後點的不動，將先點的元件裝到後點的元件上，跟動力學模擬中的藍色是不動的參考座標，(黃)綠色是會動的參考座標相反；Autodesk不知道在幹甚麼？？？顏色定義跟選擇順序在一套軟體的兩個功能中竟然是顛倒的！！！
有趣的是，在組合約束中，先點/後點(移動/不動)的關係到了動力學模擬中似乎是完全不管，軟體會自有一套轉換換算的規則，所以改組裝約束很多時候也不見得有用。
所以第一條很重要，使用者必須先確認在組合中定義一個"不動"元件，讓軟體有一個基準的不動元件可以作轉換計算參考，如此一來轉換跟換算會比較正確，組裝的順序似乎也會有影響，所以必要時可能要將組件依據不動到運動的順序重組一遍；這也是我收到客戶模型經常必須要做的事情。
另外一個技巧是要活用次組合，將一起動的元件包在一起，這樣軟體就不需要去計算次組合中的約束，如果是單層組合設計，龐大的約束條件轉換到標準接合自然會需要更大的計算跟模擬時間。

如果在組合中進行約束時注意一下小細節，在轉到動力學模擬後，自動轉換約束至標準接合的結果應該都會還不錯，模擬的速度也會比較順暢。

接頭(Joint)

想學Inventor 動力學模擬，要先了解軟體中的各式接頭定義，才能夠進行相關設定與解讀模擬的結果。

“接頭”翻譯自原文的“Joint”，有時候也被翻譯成“接合”，

就“接頭”與“接合”來比較，

我覺得對Standard joint來說，“接頭”比“接合”好，

但是對其他的Rolling、Sliding、Contact，Force joint來說，“接合”比“接頭”好。

軟體中目前是以接頭為主要翻譯，

所以大家就將就著用，知道意思就好，

如果不滿就上線上說明網頁去留言試試，也許會有意外的回應。

動力學模擬的 Joint 指得就是元件的相關運動設定關係，

這些運動相關包括有：

自由度：

決定元件可以怎麼運動，直線平移或旋轉，有幾個自由度，

運動過程中有無內部力量，有無強制運動等等，

在軟體中屬於"標準接頭"。

其他元件的負載耦合傳遞作用：

兩個各自具有自由度元件的交互運作關係，

例如兩個可以各自旋轉的圓 (齒輪節圓) 接觸且傳遞100%相切方向的力量 (滾動作用)，

或者是相接觸但是無法傳遞100%的相切力量 (滑動作用)等等，

可以區分成：
1. 自由度對自由度的耦合作用
2. 幾何對自由度的耦合
3. 幾何對幾何的耦合
等幾種狀態，

根據力量傳遞的行為與接觸的型式在軟體中分別歸類為：

滾動接頭、滑動接頭、接觸接頭、力接頭等四類。

回到軟體，在Inventor動力學模擬中的接頭可以先區分為兩大類：

標準接頭與耦合接頭：

標準接頭類：

元件的可運動特性，自由度與自由度性質，如下圖：

標準接頭，()內為英文名跟自由度數量：
旋轉( Revolution, 1R )、柱狀( Prismatic, 1T )、圓柱( Cylindrical, 1T+1R )
球形( Spherical, 3R )、平面( Planar, 2T+1R )、點-直線( Point-line, 1T+3R )
直線-平面( Line-plane, 2T+2R )、點-平面( Point-plane, 2T+3R )、空間( Spatial, 3T+3R )
熔接 (Welding, 0)

耦合接頭類：

元件與元件的交互作用關係。

滾動接頭：
100%傳遞接觸法線方向與相切面上的自由度關聯性或完全關聯兩個自由度的位置變化，同時傳遞力量。

滾動接頭的子分類，() 內為英文名：
平面上的圓柱 (Cylinder on plane)，齒排與齒輪
圓柱上的圓柱 (Cylinder on cylinder)，外齒輪組
圓柱中的圓柱 (Cylinder in cylinder)，內齒輪組
圓柱曲線 (Cylinder curve)，帶齒凸輪從動組
皮帶 (Belt)，皮帶輪組
平面上的圓錐 (Cone on plane)，平面圓齒輪與傘形齒輪組
圓錐上的圓錐 (Cone on cone)，外傘型齒輪輪組
圓錐中的圓錐 (Cone in cone)，內傘形齒輪組
螺釘 (Screw)，螺桿組
蝸輪 (Worm gear)，蝸輪蝸桿組

滑動接頭：
相切面或自由度或幾何間在切線方向有滑動現象，可以設定摩擦係數，

在接觸狀況下，法線方向互相靠近方向完全關聯，

在無接觸時(分離後)沒有關聯。

滑動接頭，() 內為英文名：
平面上的圓柱 (Cylinder on plane)
圓柱上的圓柱 (Cylinder on cylinder)
圓柱中的圓柱 (Cylinder in cylinder)
圓柱曲線 (Cylinder curve)
點曲線(Point curve)

接觸接頭：
2D接觸使用草圖輪廓進行碰撞模擬。

接觸接頭，() 內為英文名：
2D 接觸 (2D Contact)

力接頭：
轉換永久接觸或暫時接觸的幾何與幾何之間的力量作用關係。

力接頭，() 內為英文名：
彈簧/阻尼器/千斤頂 (Spring/Damper/Jack)
3D 接觸 (3D Contact)

後續會分別介紹各種接頭的使用。

20170305基隆情人湖

從基隆往萬里主要是走基金公路，但其實有一條沿著海邊的路很漂亮，接到一個我習慣稱它為外木山的區域；這條道路靠山一側的山上有情人湖公園，對政府觀光主管機關來說，情人湖可能比較好聽，所以這一條路就被稱為"情人湖濱海大道"。
說大道有點誇張，其實就是一條雙向各單線，路邊劃紅線禁止停車的小路，只有在中段跟尾段有停車場，長度不長，緩上緩下。
中段公廁旁的停車場：

圖片取自Google地圖

尾段大武崙漁港停車場：

 

從基隆過來，過海軍基地跟加油站後開始上坡，看到一個人行天橋，在天橋前路口(文化路與文明路路口)右轉就會到。

右轉文明路後順著往右走湖海路
圖片取自Google地圖

這也是每年環大台北自行車活動過基隆後往萬里的路線。

右轉進來後一段路左手邊會有幾個大型油槽，右邊就是海，沿路就在左邊山 、右邊海的路上前進，因為這一段本來就是岩岸，所以不像台灣西部海岸有一大堆肉粽，天氣好的時候藍天白雲綠山搭配海景真的是很漂亮。

圖片取自Google地圖
只有頭尾兩端靠近漁港時會有肉粽出現

這一段路每逢假日人車眾多，許多遊客會沿著海邊的步道走或跑步，海邊也會有釣客甚至潛水客，尤其是在大武崙海灘潛水客更多。
甚至每年會有海泳活動在大武崙澳底海灘這邊舉辦。

回到正題，情人湖。
一般去情人湖都是從台二線基金公路進入，可以直接到情人湖下方的停車場，再步行一小段到情人湖，路線：Google map基金公路到情人湖停車場。

但是因為想要看海，加上最近喜歡走步道運動，所以就決定從濱海大道走海興登山步道上去，其實也不遠，如果從公廁旁的停車場出發，走到情人湖大概接近3公里，所以來回約6公里，計畫邊走邊看風景邊休息，預計2.5~3個小時可以走完。

第一段，從濱海大道海神熱炒旁的海興登山步道上山，目標到情人塔，Google map路線：濱海到情人塔

第一段路線，Google map路線1公里，預估22分鐘
實際上不只，有點陡，加上休息看風景約40分鐘

從步道指示牌一上去是木造階梯，再來會看到一塊寫著千年古道的大石頭，之後的步道都有遮蔭，所以也不怎麼看得到海；不會曬太陽，但是也沒甚麼風，氣溫20度，走起來也會滿身汗，一路上每隔100公尺會有指標顯示距離，很方便可以辨識自己走多遠跟剩多少距離。

接近情人塔會碰到一個叉路，分別是向左往情人湖、大武崙砲台跟像右下往大武崙海灘及像右上往老鷹岩及情人塔；建議可以先到情人塔登高休息順便看風景。

情人塔

第二段就是從情人塔走到情人湖，從情人塔上看情人湖好像有點距離，其實很近，過一個觀景台就可以走到情人湖。

距離僅有350公尺，而且多半是向下走，約5分鐘

這一段半路會經過一個往上到大武崙砲台的步道，如果有多個30分鐘的時間其實可以走上去看看，但是因為我們15:20才上山，又是第一次來，怕下山太晚光線昏暗危險，所以放棄上去；往情人湖中間會先經過一個觀景台，可以由上往下到情人湖的部分，但是樹太高&密遮住一大半，所以停留的遊客很少。

第三段建議可以走到凸出在湖心的觀景台，沿路有一些介紹情人湖的資料，包括出沒鳥類，剛好有看到一隻五色鳥。

這一段多半是平的，也是遊客最多的一段
環湖可以走小圈(過吊橋)，或走大圈，或亂走一通也行...

情人湖入口導覽圖

第四段可以走到情人湖吊橋，一個很短的小吊橋。

只要110公尺，雖然有點小上坡但算好走輕鬆

情人湖吊橋

第五段走過吊橋，目標是吊橋對面突出於水面上的觀景台

這一段幾乎沒甚麼遊客，大部分人走到吊橋就回頭

這一段走起來有上有下，路面像腳底按摩，推嬰兒車、輪椅建議不要走，上面有遮蔭，整段路會比較暗一點。

看了地圖，準備走環山步道到老鷹岩看看(強烈建議要去老鷹岩，風景很讚)。

意外的挑了一條有點距離的路線，有點小遠

回到吊橋前的環山步道路口，往老鷹岩方向走，意外的遠，主要往上走，所以其實有點辛苦，難怪一路上幾乎沒看到其他遊客，大部分路段有遮蔭，沒有遮蔭時就快到了，小小的平台，站不了5個人，還好沒有其他遊客，我們家三個人獨享，離開時才碰到兩個從情人塔過來的遊客(情人塔過來比較近，只要135公尺)；從這邊可以遠眺大武崙沙灘跟往萬里的公路，很漂亮。

老鷹岩遠眺大武崙沙灘跟往萬里

接下來準備下山，有循海興步道登山原路下山或者是選擇另外一條比較短的路線下山，這個時候其實已經累了，所以不約而同選擇比較短的路線下山。

過情人塔後往山下走碰到一隻台灣藍鵲從我們頭上飛過，驚喜

從情人塔後的叉路下山的路徑約750公尺，比上山的路1公里近，當然就比較陡，比較難走，行動不便，帶小孩的建議不要走這一條，但是因為可以看海，風景很好。

這一段還不是最陡的

左邊這一塊石頭膽子大可以站上去或坐上去，有臨空的感覺。

下山出口導覽圖

下山半途碰上四個年輕人，兩男兩女，女生已經走到哀哀叫，男生還一直拐女生上去風景很漂亮(也是事實)，但是天色已經有點昏暗，其實上去再下山有點危險。

下到海邊往回走，已經6點，天色漸暗，肚子也餓了，決定先到海神熱炒去祭五臟廟再走，因為這邊到停車場還有1.3公里，肚子餓走起來也很辛苦。

海神熱炒場地很大，有菜單跟時價的現撈海鮮可以選擇，點菜白飯可免費吃到飽。
叫了炒海螺肉(150)、海瓜子(150)、海香菇(100)、蛤仔湯(100)、炒青菜(80)，總共580，說實在是比板橋家裡附近的強強滾划算一點點，但是比不上永安漁港的熱炒。

這次的路線有點小辛苦，但是風景還不錯，一次可以看到多種不同的景色，推薦可以嘗試看看。

加上走回停車場，總計約6.5公里，含吃飯花了3個小時多一點。