機構傾倒角度計算

以前作機械設備都會打螺栓把機械設備固定在地板上，所以從來沒考慮過設備傾斜倒地側躺的情況，後來到軟體商被幾個客戶問過想知道設備傾斜幾度會倒？一開始覺得很不可思議，怎麼可能？
後來才發現，原來是有些廠商貪圖移動設備方便，還真的沒有固定設備，不過這畢竟是非常少數的情況；另外一種情況是來自於設備搬運過程，例如斜坡、堆高車推設備棧板外廂等等，這些情況會弄到傾斜倒地其實也是太粗魯。
後來配合工業設計部門，有一些狀況是活動移動的小機器或控制台，因為不可能固定在地上，又會移來移去，這種情況就比較合理，裝置的重心與底座設計如果不對，確實有可能再移動過程中而倒地，這種狀況是設計上有機會可以透過CAx軟體工具進行預測傾倒的危險角度。

動態的問題會比較複雜，雖說複雜，其實主要是因為多了慣性力的問題，需要修正原本向著地心方向的投影方向，若考慮複雜一點，尤其是瘦高的元件，可能還要考慮到結構件變形，甚至受壓邊的結構或腳座發生挫曲的可能，那就不是單純使用CAD軟體可以域模擬跟預測分析。
先看靜態的問題，也就是傾倒的角度；首先要先假設裝置不會滑動，因為如果會滑動，就不是靜態的問題，這種情況只要透過CAD軟體就有機會可以計算出傾倒角度。

不過CAD軟體沒有那麼厲害，會直接告訴你裝置會不會傾倒？或者是傾倒角度是多少？基本上是利用重心計算與表示以及製圖工具來找出傾倒角度；所以要開始在CAD上進行前，必須先了解發生傾倒的原因是甚麼？

靜態情況下會不會發生傾倒的兩個主要因素：
1. 重心的位置
2. 底座大小

會發生傾倒是因為重心往地心引力方向的投影位置落在底座範圍以外，如下圖所示：

黃色球為上方鐵塊加上桌子的重心位置
重力方向如右下角向下
如上圖示，重心往下的投影位置在兩個桌腳之間

假設鐵塊在兩桌腳之間的正中央，力量(W)往下

左右兩個桌腳分配支撐力量(W/2)，總和(W)等於往下的力量

把上方鐵塊往右邊移動右邊
當移動到重心位置落在桌腳之外
如紅色線所示位置關係
當重心位置往重力方向投影落在桌腳之外會發生傾倒

從上圖可以想像重心對右邊桌腳形成一個轉動力矩，以右邊桌腳為中心轉動整個結構

使用Inventor動力學模擬製作的傾倒動畫
鐵塊設定為可以"黏"在桌板上滑動，加上磨擦力設定

再來是如果一開始重心往重力方向投影有落在支撐結構範圍內，但是傾斜一定角度後，重心往重力方向投影會落在支撐結構之外，就會形成有旋轉力矩使結構傾倒。

使用Inventor動力學模擬設定強制將桌子抬起15度
後面改為自由狀態
假設鐵塊固定在桌板上
因為超過傾倒角度，結構會繼續加速傾倒
圖表中為桌板法線與重力方向的夾角變化

了解傾倒的現象與原因(重心落在往重力方向投影的支撐結構範圍之外)之後，接下來看在CAD軟體中如何進行計算傾倒角度，首先軟體必須支援零件的材料性質定義計算各個元件的重量，在組合後才能計算整體的重量與重心位置，ProE因為基本功能不帶材質資料在這方面的操作會比較麻煩一點，接下來以我比較熟悉的Inventor作範例說明。

1. 開啟要作傾倒角度估算的元件(零件或組合)。
以原廠提供的範例檔"Test Station.iam"為例：

Autodesk範例檔 Test Station.iam

2. 檢查所有零件都有指定材料(密度)，或者是給定重量(質量)，可以使用"Design Assistants"，以前中文名稱是"設計助理"，如下：

Design Assistants指令

Design Assistants對話視窗，選擇帶入"材料"欄

或者是"材料表"的"僅限零件"模式，檢查是否有漏掉設定材質的元件，如下：

組合"材料表"功能

材料表範例_"僅限零件"模式，選擇帶入"材料"欄，或者帶入"質量"欄

以檢查所有零件的材料是否有正確設定目的來看，使用"材料表"的"僅限零件"模式可以一次看到所有零件會比較方便。

3. 點選"檢視"功能表，打開"重心"的可見性，Inventor就會自動計算重心位置，如果組合件的零件數量越多愈複雜，需要的計算時間會越久。

開啟"重心"功能指令

重心工作點與工作平面在量測功能中可以選擇作為量測幾何參考

4. 新建"圖面"，載入要計算傾倒角的模型

5. 建立需要計算傾倒角的視圖，通常是前視圖跟側視圖

4.&5. 不解釋，應該很簡單

6. 接下來的步驟要在圖面上顯示重心的操作比較特別，需要以滑鼠右鍵去點選瀏覽器中的相關視圖下的元件，右鍵功能表中就會出現 "重心"的選項，點選後就會在圖面相關視途中看到一個十字符號顯示重心的位置，前視圖跟側視圖都要做一次相同的動作。

在圖面中開啟重心顯示

7. 標示傾倒角則須利用建立草圖，繪製一條由重心到底座邊緣的直線，量測該段直線與重力方向線的夾角即可得到傾倒角度。

重心不在正中間時，前後左右的傾倒角度會不同

設備開發工程的技術工作內容分享

一台機械(自動化設備)在技術層面上可以區分為機構 、電控跟製程三個部分。
但是當製程成熟而穩定時，製程的工作常會跟機構合併在一起而由機械工程師負責，
這樣老闆也可以省下一個製程研發人員的費用。

當然有些製程，例如光學檢測因為跟電控比較有關係，
製程的部分會跟電控合併在一起而由電控工程師負責。

要注意以上說明的意思不是製程人員不重要，
相反的，製程技術往往是最重要的關鍵，
在台灣傳統機械廠會不重視製程人員是有原因的，
因為早期都是仿製設備，仿製設備在降成本、製程改善、操作性改善上下功夫，
製程部份等於都是用別人已經開發好的。

這種發展過程甚至會造成有極少數的例子會讓一個工程師統包製程 、機械 、電控三個部份，
這種情形尤其常出現在一些技術出身的小公司老闆身上，
當然老闆會作的通常會更多，
發包 、組裝、接線 、試車調整…樣樣都來，
沒辦法錢不好賺，缺錢時，能作就自己作，少請一個人就省一筆花費。

所以設備開發這個工作其實適合喜歡DIY的人，
如果不是喜歡自己動手東拆西裝的，其實作設備開發工作會很辛苦，通常很難有好成績；
如果喜歡DIY，每次完成一台設備開發順利的運作就會很有成就感。


以下簡單列舉說明機械設備開發所需要的技能與能力。

機構工程
在台灣長期以來，多數的機構工程師肩負著設備開發專案的主要角色，
原因很簡單，
早期設備的研發以複製 、改善開始，
加上控制系統以氣液壓迴路跟凸輪軸加連桿 、擒放機構為主，
也沒有什麼電控元件，
自然而然設備開發主要會以機構工程師為主。
這些老師傅出身的技術人員成為老闆以後，
也自然會習慣以自己所熟悉的機構人員為主，越老的公司越明顯，
甚至有些小型設備公司到現在還沒有自己的電控人員，電控部份採外包方式進行。

到了電子 、數位時代，
微控制器(8051與延伸系列)、PLC(可程式化控制器) 、電腦等新的元件與系統出現，
逐漸取代早期缺乏彈性的氣液壓與凸輪控制。

早期的機構工程師要對氣液壓元件 、凸輪設計 、連桿擒放機構很熟，
但是到了現在，有些複雜的機構已慢慢淡出到僅剩少數特殊的設備使用，
原因很多，包括：
純機構加氣液壓完成控制動作實在是藝術，牽涉到幾何、力學、變形、材料的硬度、疲勞壽命等計算，從設計到實用可能要很長的開發、改善時間，並不容易；
近數十年產業型態改變，電子產業發展速度超過紡織等傳統產業，
快速完成設備開發與功能彈性變成是重點，
不像紡織業的設備經常使用一個驅動源要同時完成幾百根針的動作(類似重複但是時序不同的動作)，
加上現在的機械零件加工精度比較高、材料多元、市購元件功能與選擇性多，
電子設備開發過程中自然會選擇相對容易的直進與旋轉動作元件設計。

配合電子產品短生命週期，具有彈性的控制能力變成重點，
動作控制轉變成以伺服控制(或步進計數)為主，
當產品尺寸只是變大變小時，設備可以很容易修改對應；
甚至在機械設備以外的產品也越來越多使用伺服控制的例子，
例如飛機，從美國的F16開始啟用電子數位控制，
參考：Electric Jet - How the F-16 Became the World’s First Fly-By-Wire Combat Aircraft
現在新式的飛機幾乎都是使用電子式數位伺服控制搭配自動駕駛飛行，

甚至連自行車的變速系統也在2010開始出現使用電子變速系統，取代原有的拉繩加連桿機構，
參考：Shimano releases official images and information on Dura-Ace Di2，
像電子消費性產品中如掃描器也有用到，

車子上也越來越多，像以往的液壓驅動動力輔助方向盤幾乎都改成馬達驅動，汽車產業未來趨勢往電動、自動駕駛發展過程中，使用馬達驅動各元件更是不可避免。

現代的工業設備除非在一些特定產業(衝、剪、切，活塞式引擎，紡織設備等)，
其實越來越少用到一些複雜的傳統機構，
多半是是以直接致動元件為主，英文名稱 actuator，
早期的氣缸，後來常見的電動缸、單軸電致動器(步進或伺服馬達加滾珠螺桿或皮帶與皮帶輪) 、線性馬達、DD馬達等等都算是 actuator ;
甚至多軸的“機械手臂”也是一種多軸actuator。

元件選用在機構開發上，
如果是作專用機會比較單純，使用的元件比較不會有太大的變化 ;
若是客制化設備 、研究設備，元件的種類就會非常的多變；
但是不論如何機構工程師都必須要瞭解所使用的元件，
不同設備差別在可能使用元件與材料種類的多寡。

這些元件最基礎的是驅動(包括各式馬達、氣液壓)，再來是傳動、導引、感測等元件，
這些基礎元件構成基礎的機構動作，
例如搬送 、移位 、夾持固定定位等等。

再來是其他的製程與製程輔助元件，
例如像是量測、加熱、蒸鍍源或濺鍍源與真空系統、點膠頭與點膠控制器、光學+鏡頭+相機與光源等等。

除了元件以外，再來是負責固定與支撐的零件，
所以第二要瞭解機構零件的材料性質與加工程序 、表面處理 、熱處理等。

設備上的材料可以簡單分為兩大類要注意：結構用、製程用。

結構上用的材料在功能上主要是提供支撐，考慮的是 "強度"，
謹慎一點需要考慮設備在靜態與動態的狀況，
要注意到的材料性質包括楊氏係數、降伏強度、疲勞強度、熱膨脹係數、阻尼、密度等等，
像 LCD 搬送機械手臂的材質從"鋁合金"進化到"碳纖維"，
就是考慮到負載變形比跟阻尼消振兩種重要特性。

製程上考慮的材料，主要在於使用的環境與接觸到其他物質的因素，
必須要注意到更多材料的其他物理與化學特性；
例如真空系統中用到的材料要注意吸濕、吸氣的特性，
如果把尼龍、粉末冶金、鑄造金屬材料用在真空系統中，
真空泵就必須花很多能量跟時間把微量的氣體從這些材料中抽出來，
真空度很難(時間很久)提高；
有一些高溫的製程必須要用到一些低膨脹係數、抗高溫氧化能力的材料；
接觸到酸性或腐蝕性液、氣體必須用到塑膠或抗酸鹼的不銹鋼等等特殊材料；
了解材料特性後也要注意這些材料加工上的經濟程序與要求。

機構還要學的是設計軟體 (CAD，Computer Added Design)，
長期以來大家熟悉與知名度最高的 CAD 就是 AutoCAD，
但是 AutoCAD 2D 嚴格來說是電腦輔助繪圖軟體，所謂設計的動作很少；
通常必須加入一些客製化程式來輔助完成一些設計過程中的程序作業，
例如 AutoCAD 所屬的公司 Autodesk ，就透過二次開發程式跟併購其他軟體公司，
進而推出 AutoCAD Architecture (建築)、AutoCAD Mechanical (機械設計)、AutoCAD Civil (土木)、AutoCAD Electrical (PLC 電控設計)等產品，
讓設計人員可以透過一些工具輔助來加速設計的作業。

後來更多了 Solidworks、Inventor、Solid Edge 等中低階 3D CAD 軟體，
從 3D 跟參數化功能上提升了輔助設計的能力，可以讓設計師更專注在創意的展現與模擬作業，

也有少數有錢的設備公司使用Creo(ProE)、NX或Catia等高階3D CAD。

這幾個 3D CAD 軟體其實操作的基本概念非常的類似，
差別在於介面與處理能力的不同，
基本上機構設計要用到的零件設計、組合件設計、動態模擬、材料表輸出、工程圖面產生都算是基本的功能，
不同軟體會額外加入一些常見機械元件的產生器，
例如型鋼結構、軸承、軸、螺絲、齒輪、皮帶、鍵、扣環等等的元件計算產生器；
甚至額外提供了結構模擬、剛體運動模擬的力學模擬分析功能，
這些工具對機構工程師來說如果能夠掌握得當，
當然對設計的品質與效率會有所幫助。
最基本的就是要學草圖繪製、生成幾何特徵、組裝限制、材料表整理與產生、工程圖面製作這五大基礎功能，
其他的進階功能就視時間允許與需求進行。

元件、材料、CAD工具，這些都算是機構開發設計技術上必備且需要的技能。


製程工程

再來就是看要不要學製程？
或者是交給更專業的人負責製程，
當然從專業能力提升的競爭力來看，
機構工程師一定要學 1 個以上的製程能力，
在現代的工作環境中才會有價值跟競爭力。

例如跟設備功能相關的：
加熱器，為什麼需要特定的加熱能力與加熱均勻性、時間控制等？如何選擇適當的加熱元件？如何計算加熱器的功率？
真空系統，對應到不同功能需求，需要低、高、超高真空系統，其設計完全不同，例如要到 100Pa、1 Pa 跟到0.001 Pa真空度的真空系統設計與元件選用？
點膠系統，處理膠的黏度能力？吐出量控制能力等等？
光學檢測系統的解析度、景深、光源配置、相機的選擇等等？

製程除了一些設備上的通用關鍵零組件以外，
其他的部分都跟產品與使用材料的處理有關，
例如半導體、LCD、LED、太陽能、矽晶圓、PCB、被動元件、食品、藥品等等，
這些東西用到的設備元件經常會因為產業中製程的特殊要求而有不同的專業領域，
也可以看到有些元件廠商會特別註記適合某些產業使用的元件，
這些跟產品與其使用材料處理有關的製程知識非常的重要，
例如拿作食品的設備去製造藥品就可會在某些小地方出錯，造成問題。

正常情況下，
製程的研發設計一定會優先於機構的設計，
先決定好製程才能開始進行機構的設計。


電控工程

電控系統可以分成軟硬體兩個部分，
如果不涉及製程因素，
首先會根據機械設計決定使用的輸入與輸出元件來進行電路設計與控制器選用。

例如設備上常用到的輸入元件通常是一些感測器，
例如磁簧開關、近接開關、光電開關等等，還有按鈕開關等，
這些都是一般常見的 On/Off 元件，使用一般的輸入模組即可應對，
通常怕元件端短路造成控制器輸入模組燒毀，
通常會以光耦合板隔離元件的實體電流訊號。

但若是用到像距離偵測、溫度偵測、電壓偵測、電流偵測、亮度偵測等等有數字結果的量測功能，
會使用類比式或數位式感測元件，
因為要資料型態不是單純的 On/Off，
包含需處理量測的數值資料，就需要用到一些特殊的輸入模組。

以上兩種輸入元件就要選擇不同的輸入模組，
在某些很低階的 PLC 控制器可能根本不支援類比或數位訊號數值的處理功能，而必須使用高階 PLC 控制器或工業電腦。

設備上常用的輸出元件通常是控制動作，
例如控制氣液壓缸作動的電磁閥或者是燈號，這種只需要 On/Off 開關即可，
雖然元件的電流量通常不大，

甚至可以直接由輸出模組控制，

但很少這樣用，怕元件端出問題(短路)造成輸出模組燒毀；

如果電流量略大，會先輸出到繼電器再控制輸出元件；
但是像馬達用電量比較大就需要透過電磁接觸器，
複雜的像步進/伺服馬達就需要用到對應的馬達驅動器與控控制器，
還有計數、與其他 PLC 通訊、與 PC 通訊等等，
都有可能用到其他模組。

控制系統的硬體端理論上必須要等電控元件確認後才能開始進行設計，
確認包括搭配設備機構所選用的輸入輸出元件，
以及設備需要跟上下游設備或其他裝置的資料交換需求來決定需要使用到的模組元件，
這些控制元件對新開發設備來說，
基本上都必須等到機構與製程端，以及使用者生產線的需求確認定案後才能決定。
同樣的電控設計人員必須了解相關元件的技術與特性，
這個部分屬於電氣線路設計。

硬體端設計另外還有一塊是屬於電力的部分，
電力的部分可以分成兩大部分 :
控制器需要的電力，

跟其他設備或製程元件需要的電力，
其中又會牽涉到元件的使用電壓大小與電流量，
還牽涉到三相與單向的負載平衡，
避免交流電路對直流電路的干擾等等，
這個部分屬於配電盤設計。。

在完成電控的硬體端有關控制與電力電路設計後，
接下來需要作控制程式軟體的設計。
PLC 程式最基本的型式是一種稱為 Ladder (階梯，LD)圖的型式，
與一般的電腦上使用的自然語言形式不同，
但是也不像低階的組合語言，
不過多年發展下來，各家廠商為了提高程式規劃與設計的效率跟新的資料處理與網路通訊等功能，
有提供了不同的撰寫程式 (例如台達有支援 FBD、ST、SFC、IL 等)，
相對工業電腦的 PC Base 系統有兩大優點：

1. 即時掃描輸入與暫存器後觸發輸出

2. 程式不需要經過編譯直接載入控制器使用，
相反的也可以從控制器下載程式，
維護上比較容易，當然前提是要有人會改會修改PLC程式

當然有一些控制系統會使用工業電腦甚至一般的電腦進行，
雖然 PC Base 可以處理大部分控制上的功能要求，
但是在某些需要高速反應等特殊領域，
跟考慮穩定性及維護的需求，
PLC在自動化設備上應該還是用最多的。

彙整一下工程師需要會的基本知識與技能：
機構工程：
1. 自動化設備機構元件，傳動、驅動、空液壓、感測
2. 機構材料的特性、加工程序與表面處理，金屬、塑膠，鑽切車銑磨...，電鍍、陽極處理...
3. 基本的量測、靜態與動態力學、機構學概念
4. 工程圖學與CAD軟體操作
5. 進階的機構製程元件，加熱、塗佈、真空、蝕刻、清洗、量測、光學檢測...
6. 進階的對應產業的產品知識，半導體、TFT LCD、OLED、LED、太陽能、電子元件、食品、藥品等等

製程工程：
1. 產品
2. 原料
3. 製造流程
4. 產品的量測與檢驗、檢測

電控工程：
1. 自動化設備電控元件，電力元件(斷路器、電磁接觸器等等)、控制元件(PLC與開關、人機介面、PC等等)
2. 配電盤與但器控制線路
3. 控制程式撰寫
4. 進階的製程知識：訊號處理、量測、光學檢測...

坦白說這些知識與技能都需要花很多時間學習，
而且很多在學校都不會教，
都要進到實際工作中才會真正學得到實用的。

有關設備公司、設備單位分享

生產製造工廠中免不了會有一些各式各樣、大大小小的機器設備，
像上市櫃公司公布有資本支出時，

資本支出通常指的就是蓋建物廠房跟買機器設備兩大部分。

例如台積電公布資本支出通常就是蓋廠房(土建跟無塵室工程)跟買機器設備。

而所謂的供應商通常會包含生產直接材料跟機器設備的廠商，

例如日本信越的光阻液跟ASML的曝光機等。

在台灣這些機器設備的來源通常是以專業的設備公司為主，
包括國內與國外的設備公司。

不過也有一些生產製造公司會建立自製機器設備的能力，
通常設備自製能力越強，公司越容易具備有更強的製程改善能力；
但是當負責單位成長到一定規模、老化，
若業務需求能持續增加，
在追求人員產值效益下，常見會思考將部份設備開發業務外包，甚至比例會越來越高；
如果沒處理好，很容易會開始的出現一些狀況，世代交替受阻，弊案、效率下降、核心技術與人力外流等等，之前待過的第一家公司就有這種狀況…


我相信最早的機器設備，應該是由產品生產製造工廠內部自行開發出來，
原因是生產製造工廠為了解決問題、提升品質或人工效率，
會開始去嘗試一些工具(例如夾治具)去輔助製造，
若再加上一些動力、移載、控制裝置，
這些具有動力的輔助工具就可搖身一變成為機器設備，進而取代人力；
隨後持續改善以提高生產製造效率或生產新產品。

至於機器設備公司的產生，

可能是來自於工廠內一些喜歡動手作工具的技術人員，
因為商機或想取得更大的自主開發權利而自行創業。

機器設備的開發設計需要資金支撐以購買材料，
製造生產的公司有需求、有錢、有舞臺可以提供給這些技術人員發展的空間，

機器設備公司很難不靠製造生產公司憑空生存，

因此機器設備公司很容易受產業循環影響，

例如面板設備這十年的狀況就受到中、台LCD產業擴產影響非常的大，好壞差距驚人。

生產製造公司規模發展上，生產製造單位的擴充速度會比較快，

相對支援的設備開發單位擴充就會慢很多，

所以發展到一定程度之後，
這些設備技術人員的年資與經驗跟相對職位、職稱在生產製造公司裡面的腳色會開始出現尷尬的情況，

生產線主管相對年輕沒經驗，

但是可能擁有更好的職位、資源跟權力，
而且可以說是客戶，
有時就會開始產生衝突；
公司的最好解決方法就是鼓勵創業成立設備公司，

並成為緊密的客戶與合作夥伴；
另外一種情況就是技術人員見有利可圖，加上心理因素自行組隊，或被挖角出來成立設備公司。

像知名的汽車大廠豐田(Toyota)，其實一開始是做紡織，自己開發紡織機，
後來看準需求投入汽車業，
剛開始的汽車甚至還是豐田織機製造的，
豐田由紡織開始，但是後來反而是以汽車產業聞名全球，
可參考豐田博物館網站的"豐田集團的系譜圖"，
可看到豐田從商會、織布、織機到汽車業一路過來的痕跡；
豐田集團本身就需要很多機器設備，
衍生出許多機器設備公司，例如JKEKT，有的甚至就是專門服務豐田集團；
像日本其他大集團三菱、日立、東芝、愛普生集團中也都有設備公司，
所以最早的機器設備技術，我相信應該是從生產製造商品的公司內部開始。

台灣因為政治與地緣因素，
早期主要的生產製造技術主要都來自於美國或日本，

包括機器設備跟關鍵原料，
很多公司因為有用到機器設備，
為了要能夠即時與以較低成本維護這些機器的運作，

通常會設立一個設備單位，
這個單位可大可小，

小的只是生技、製造、工程部門中的一個小單位，

大的可以到上百人的部或處、廠級單位。

這些設備單位因為長期以來肩負一些產品變更所需的夾治具設計、設備機能的改善等等，
有機會培養出一些具有實際使用與維護經驗的設備技術，
在時機適當的時候，就試著仿製與改善場內舊有的設備，
進而具有改善與仿製機器設備的能力，
慢慢地會因為任務不同，

獨立出來成為設備開發單位、自動化中心或者是併入研發中心，甚至獨立分割成設備公司；
台灣這個模式基本上也是在重複先進國家的經驗。

台灣人很有彈性，想法靈活，
有一些設備公司的出身是來自於設備元件的代理商，
或由零件製造、組裝代工跨入自行開發設計也越來越多；
在一些具有遠見的官員努力下，
還有一些設備公司從法人(如工研院、PMC、金屬中心等)、學校出身，
這種不同出身的設備公司在文化跟狀況自然會不太一樣。

還有一種是設備公司是國外設備公司的台灣分公司。

所以在台灣若找工作想要作機器設備相關的工作，大概有四種狀況：
1. 獨立的機器設備公司
2. 公司內部的自動化單位
3. 公司內部的設備維護單位
4. 法人、研究單位

從技術層次來看，
在獨立的設備公司會區分成研發跟客戶服務兩種，
所需要的技術層次也不同，

客服人員有時會被視為消耗品，甚至就轉給代理商負責；
公司內部的也有不同的技術等級，如設備開發與維護人員；

法人與研究單位就比較會單純在做研發的部分。

薪水哪一個比較好？很難說，
如果論直接、基層的研發工程師薪資待遇，肯定的是法人跟研究單位的最差。

國外設備公司的台灣分公司差異也很大，
歐美系統的薪資待遇會比日系的好非常多，
但是外商設備公司技術人員主要是設備客服人員最多，

有部分公司會在台灣作周邊機構、設備的設計。

在近幾年因為負責CAD/CAE軟體技術服務的關係，
跑了很多不同型態的設備機能公司或法人學校單位，
像工研X、中科X、台大、清大、成大、淡大、台X電、永X、協X、程X、正X興、永X邦、哈X、創X、矽X、日X光、亞、陽X、瑞X、致X、優貝X、北X...，
非常多不同的大大小小公司，

碰過很多上課的學員，
我觀察到設備維護單位如果是台積電等大廠，

設備工程師的薪水可能會比小設備公司的研發課長、主管還高。

個人在軟體公司進行軟體教學時，像模擬分析計算等較高階功能的，
很意外在中、南部設備公司的需求比北部還大，也用得更多，
但是學歷分布卻是相反的，
所以用台語討論CAE問題的機會比國語多，特別吧！

不過這種現象有時候是因為中北部公司喜歡將CAE外包或設專人(很少見)有關。

這種薪資待遇上的差異，其實造成在台灣設備業發展一種很畸形的狀況，
需要高學歷、有充足知識背景能力作計算的自動化設備研發工作，

應該是在設備公司的研發設計工程師，
可是大公司的設備維護人員薪資待遇反而會比較高且穩定，
加上台灣很多中小型設備公司是老闆從公司內部的設備單位苦幹實幹出身，
對高學歷的人才，總是有好高騖遠的壞印象，不喜歡用高學歷的工程師；
所以人才的分布跟實際需求往往是相反的。

從現實面看，求職人員對薪資待遇的要求考量，
很多有能力做複雜計算、思考、研究的人才反而大部份跑去大公司作設備維護，
適合苦幹實幹但不擅長作計算研究，適合作設備維護的技師卻跑去作設備研發的情況；
上課講到剛體運動的位置、速度、加速度的微積分關係，
還有像材料力學的von Mises應力時，
常常從學員眼中看到驚訝的情緒反應，
就可以知道很多學員對基礎學科的背景知識已經都還給老師很久了，
甚至以前根本沒學過；

有很多機構設計可能都淪為憑藉經驗跟直覺在作，
設計品質的提升自然就會受到局限。

雖然這幾年狀況因為中科、南科園區跟大量的國防役人力有改善這種專業理論知識能力、人材區域分配不對等的狀況，
可是因為網路遊戲、APP、餐飲服務業、微型創業等興起，
再加上媒體推波助瀾，
說實在話這種需要長時間經驗養成又需要深厚技術底子的設備開發工作，
機械的不想作，電控的難找，
想找到適當的人才越來越難，很麻煩！

再來看一下這幾種狀況的設備機能單位組織運作上的差異。

獨立設備公司規模大小差異很大，

大的像ASML全球員工上萬，在台灣的客服工程師破千，

小的甚至是一人公司，個人工作室，名稱常見有企業社字樣，申請設立公司比較容易，

將組裝、配線、配管全部外包；
在受限於公司規模與場地、人力不足的情況下，這其實是一個不得不的作法，
實務上有不少小型公司採用這種模式進行，
有些公司內部的自動化設備開發單位，也會採取這種製造、組配全外包模式；
這種模式要注意的是，開發設計人員必須能夠作設備的調整與修正，
不然也會出問題；

變通的方式是設計師負責做監工跟後續的調整與修正。

除了業務、產銷管理靠一般的辦公室工具就可以，
其他的設備技術機能都需要其他專業工具輔助，
這些工具對公司來說也是一筆開銷，

我想這也是有些小公司老闆會想要外包的原因。

因此每家設備公司或名稱、單位、業務性質看起來類似，
實際運作卻出現很大的差異，這也是有趣的地方。

台灣的設備公司另外一個隱憂是普遍規模不夠大，
在人力資源建立上相對弱勢，

上百人的設備公司就算很大了，

規模小在研發費用與風險承擔能力也會比較差，
在開發新的技術與設備能力層級上也都還有很大進步的空間，
運氣好成功的產品有時反而阻礙了往新產業與新技術發展的機會，
一旦碰上產業更替，失去主要客戶時，營收影響就很大。

例如像光碟機設備，曾幾何時像是作印鈔機般供不應求，
USB隨身碟跟記憶卡出現沒幾年，光碟就落寞，
近年來加上網路儲存技術，光碟看來幾乎沒有翻身的機會，
相對應的作光碟相關機器設備的公司自然也都會受到影響。

多數的老闆都知道這種危機，所以也都會找機會轉型試試看，
但是若規模小資源不夠，轉型反而會變成危機，
舊的領域被後進追上，新的領域轉不過去，那就危險了。

尤其是新領域缺乏設備實績又需產品生產製造公司配合進行開發，更是困難；

此時與不同技術核心設備合作，或併購/被併購應該是最快而有效的方式，

實務上這也是設備業界一直都在發生的狀況。

Inventor應力分析結果的顯示設定

完成應力分析模擬後，接下來就要進行結果評估，
在應力分析中有關結果的操作分成兩個部分：

1. 結果數值項目的選擇
2. 結果的圖像顯示效果控制

結果數值項目另外說明，分成：常用項目、反作用力、詳細項目三篇說明，可以點選連結。
以下說明有關結果的圖像顯示效果控制。

有關結果顯示圖像的控制主要在以下"結果"跟"顯示"兩個功能表項目中：

先看"顯示"的部分，其中最重要的有兩個："顏色列" 跟 "調整位移顯示"。

點選"顏色列"，可以叫出對話視窗如下：

顏色列設定對話視窗

其中紅色框選的部分要注意，
因為從2013還是2014版開始，這個選項被預設為勾選，
也就是在顏色顯示上，會將數值取絕對值後，再用對應顏色來表示，
這是一個很糟糕的預設值，我也不知道原廠在想甚麼，
所有的計算結果數值中，"von Mises 應力"、"安全係數"、"等效應變"三個結果因為會經過平方跟開根號處理，基本上一定是大於 0 的值，
但是其他的計算結果都會有正負號方向，
而且從結果評估的角度來看，也需要了解正負號方向，
預設值實在不應該是勾選自動作絕對值處裡，
所以操作上建議要記得把這個選項除選。

另外顏色列的最大值與最小值勾選也可以選擇關掉，自行設定一個範圍，
這是因為有時候模擬分析會因為約束條件的效應，會造成分析結果的應力值很大，
這時候很可能看到一大片都是藍色的低應力區，跟小區域的高應力區，
這在辨識應力分布上會很不方便，
所以將"最大值"選項除選，
並且給與適度上限顯示數值，可以提高應力變化區域的辨識度。

同理，如果有大片的紅色區域跟極小的藍色區域，
通常也是可能因為有零或負應應力區域，造成局部細節上的辨識困難，
此時也可以除選最小值，再指定適當的最小值，提高應力變化趨勢的辨識度。

至於位移因為有體積的連續性關係，
基本上不會出現數值變動過於激烈的狀態，
如果會有變動過於激烈的情況，通常就是計算發散。


再來是可以選擇顏色列的位置，如左右上下、垂直水平位置，
跟顏色列的長度，標準、小型或自動適合的視窗長度。
這個就看圖形需要自行選擇即可。

其他就很少用，灰階顯示一般是沒有人想用，沒意思，就是要花花綠綠的才夠專業。


"調整位移顯示"設定很重要，
有"未變形"、"實際"、調整x1"、調整x0.5"、調整x2"、調整x5"等，總共六個選項可以選擇。

調整位移顯示

一般鋼材的楊氏(彈性)係數(模數)高達210 GPa左右，
受負載作用情況下，通常應變大概不會超過1%，
如果會超過 1%，請注意要評估改用其他分析軟體以非線性進行模擬分析；
1%的變形量在電腦螢幕上，100個像素長度只會移位1個像素，
坦白說眼睛可能根本看不太出來，
更遑論對設備類要求高剛性的結構件情況下，應變通常可能只有0.1%不到，
其實肉眼不太容易看的出來這一點點的變形量。

所以所有的結構分析軟體預設都會將位移量作比例放大，
至於這個比例是多少？每個軟體有其預設值，
例如以最長邊的長度取5%當作最大位移量的顯示變形參考值，
或者是體積最小相接圓半徑、最大相切圓半徑長度的 5%，
或者是最大長寬高矩形的對角線長度的 5% 都有可能。

這個位移顯示比例通常是可以調整的，
高階的分析軟體可以直接設定數值無段調整，
對Inventor應力分析只有 5 段可以調整：
"實際"、調整x1"、調整x0.5"、調整x2"、調整x5"。

什麼時候會用到？

當您想要誇張顯示時，可以設大一點；
如果是組合件分析，發生零件變形後有干涉的情形，可以調整小一點，甚至調整為"實際"；這個部分基本上並沒有好壞，純粹看需要顯示的效果。

再來有一個箭頭符號的按鈕，是用來切換顯示負載條件的開關。
箭頭符號的上方有兩個按鈕，
分別用來顯示計算結果的最大值與最小值位置與數值，
會以探測標籤的形式出現。

在"結果"部分有三個按鈕，分別是"動畫"、"探測"跟"收斂"。

"動畫"很簡單，就是可以輸出動畫：

能夠設定的不多，而且應該蠻容易的，看文字應該就懂就不多解釋。

第二個"探測"就很重要，
可以用來標示特定位置的結果數值，
在製作輸出資料時可以讓其他更直接了解重要位置的數值結果。

"顯示"中的"探測標示"可以用來開關探測標籤的顯示與否。

第三個"收斂"，是用來顯示網格收斂的狀態，
詳細細節在網格收斂控制介紹時再作介紹，可考連結：Inventor應力分析 收斂設定。

相對高階的分析軟體，
Inventor應力分析的顯示控制功能算是相當的陽春，
尤其是無法顯是剖面上的應力值跟顯示點選路徑上的應力變化這兩個常用的表示應力趨勢功能很糟糕，
對中高階使用者來說，少了這兩個功能就少了產出專業圖表的功能；
不過對一般應用大概也勉強夠用。

下一頁：報告生成

回 Inventor 應力分析首頁

設備開發專案管理分享

先聲明一點，我沒有上過任何有關專案管理的課程，所以我相信一定有更好的辦法可以用來作開發專案的進度管理。

以下分享是15年前左右在第一家公司的專案管理作法，所以完全沒有洩漏機密的問題，因為如果15年過去還是用同樣一招也太不長進了！

當初接到作設備開發專案管理時，一開始也是毫無頭緒，
要怎麼管？
費用有產銷在管，
那我就是管進度。

進度？兩個字很簡單，然後呢？

本來想寫程式作資料庫，
但是不會寫也不懂資料庫，時間上也沒空學，
所以就用Excel檔案 、工作表 、儲存格超連結功能來彙整資料，
一個進度總表，
加上一堆設備專案子表，
只要訂好子表範本連結到總表，
將子表交給各設備專案負責人填，
如此一來，開總表檔案更新連結子表儲存格內容就可以取得最新的資料。

一開始會想出這個作法純粹是因為自己懶，
不喜歡作重複的事情，一直問不同研發工程師專案狀態跟進度寫報告實在是很煩。

這個作法完全是土炮式的，
就自己的想法跟利用Excel作專案管理，
還有我也沒有做完整個專案管理工作，
原因是我把方法、報告格式跟彙整表格作出來以後，
主管就要我交接給助理小姐，
然後再把我調去機構設計課當主管跟負責3D CAD導入，
額外再負責協力廠商評鑑制度的設計；
可是我的薪水也沒有變多，真是划不來。

但是這個設備產線建廠專案的進度管理上最後應該算是是成功的，
中間在報專案進度上曾經被客戶質疑，
為什麼我們的進度可以標示到小數點以下的第二位，秀出表格跟說明後，客戶完完全全沒意見，非常讚賞，
表示這個方法是可以被接受而且也成效很好。

後來到了第三家公司，
接觸到建築行業跟美國的資料，發現其實在土木營造的領域原來早就有類似的概念跟方式，
而且直接用MS Project整理很漂亮，
甚至有工具可以把機械設備的圖像結合在規劃圖中顯示，
清楚表現出設備搬入期程與動線上可能的衝突，
那是在Autodesk FDS中的Navisworks的功能；
那又是另外一回事。

這個工作需要有年資經驗是有原因的，
我整理了一下部門內的流程(後來因為這樣又被叫去做ISO9001-2000導入)，
我試著把設備從開始去接單到交客戶使用的過程全部列出出來，
再依據每一個流程的特性分項跟估算需要定義的工作天數，據以計算進度百分比，
例如以下六大項(我有改過，跟原來有些不同)：

設備規格
設計開發
請購與製造
組裝與配管配線
測試
搬運安裝與驗收

每一個大類在切分成不同的工作細項，
如此一來就從總表到各設備專案子項展開成一個"大樹"。

專案內各項進度須根據以往的經驗，將各大項的時間與工作比例百分比定出來，
這個比例數值是變動的，不同設備的狀態不同，不能一個比例套用到底，
當然類似的就可以給一樣的比例。
當時因為多數研發工程師並不喜歡被管的很緊，也沒那麼多閒功夫，
所以每一台設備我都依據自己的認知，給了一個初估值，並且試著自己填了一段時間，覺得這個方式可行，跟主管討論過後，再提供給各個設備專案負責人填寫，
基本上因為自己也是設計出身，所以這個階段開始大家也沒甚麼意見。

設備規格：
客戶需求洽談
客戶需求可行評估
規畫提出
規格確認

設計開發：
這個大項目下面的子項數量是變動的，
因為每一台的設備的狀況不同，有的複雜有的簡單，
甚至可能需要等到設備規格定案才能夠確切的決定下來，
但是基本上的子項分類思考如下：
設備總組合規劃
次組合 n
電控配線設計
下機架
上機架
液氣壓管路
電控盤
人機介面
程式設計
操作說明書
其中次組合數量不定，因此項目總數是變動的

請購與製造
長交期市購品先行請購
市購品請購
零件製造
機架製造

組裝與配管配線
組裝
配管
配線

測試
IO測試
單動測試
連續測試
製程小量測試
製程大量測試

搬運安裝與驗收
清潔包裝
搬運
安裝
Utility接續測試
連線測試
小量生產測試
大量生產測試
驗收程序

基本上以前本來就會預估相關工作的天數，
加上進度上是以日期時間為基準，
所以計算比例可以用天數總和為基礎，
再去計算各子項與大項的的比例，
不過這是以工作時間分配為考量，
這種方法經常會出現預估過於保守導致進度時間表不符所需。

因此另外一種思考是以建廠時間期限為主要考量，
抓Deadline往前留安全裕度，
依合理時間比例壓縮各項應該完成的時間，
算是以目標為導向的管理。

兩種方法都可以用，
但是若以目標管理的角度來看，
應該選第二種方法，以Deadline為主，
留安全裕度定出各項工作的工作天數。

基本上，例如開發時間期限是 4個月，設備規格7天，設備開發45天，請購製造30天，組裝配線7天，測試14天，搬運安裝1天，測試驗收14天，總共118天，距離 4個月有兩天的裕度，加上有些時程上其實可以重疊，這樣又多了一點裕度出來。
所以單一台設備的大項天數先出來，後面再定子項天數，完成Excel表格與關連的計算式。

完成多個單一設備的Excel表格後，接下來再利用一個Excel表匯入各個單機的進度與狀況，當所有資料放在同一個資料伺服器網段中時，開啟Excel總表就可以更新連結的各單一設備進度表，再利用PDF輸出每天的狀況存底。

其實這個方法從軟體工具的角度來看非常簡單，
比較難的是天數的估算。
執行上因為要求每天更新進度與ˋ狀況說明，
定時開啟各單機報表更新，
對執行單位來說算是容易，
效果其實還不錯；
而且因為有這樣做，
我發現各單位會因為數字會明顯呈現而更精實。

有關電子設備散熱模擬的分享

在第三家公司工作時，除了輔導自動化設備與機構設計用的CAD軟體以外，
最主要的工作是在模擬驗證分析軟體CAE。
作CAE軟體技術支援與教學工作，跟在一般公司裡面作CAE工程師最大的差異在“看很多”。

需求最多的還是靜態結構跟電子設備熱傳，
一個是基礎，一個是所屬的產業有錢又常被客戶壓著作。

先來說在電子設備熱傳模擬這個領域。

在電子公司作熱傳其實算是最單純的CAE工作：

因為一般的電子產品通常流體介質只有一種：空氣，
流速範圍通常從0到10m/sec，
再更高的有，但是非常非常少見，因為10m/sec已經相當於36km/hr，已經相當於強風等級的風場，可參考蒲氏風力級數；
因此電子散熱因為流體速度有限，幾乎可以不用考慮氣體的壓縮性問題，
以空氣為例：速度達100m/sec以上，接近在空氣中1/3音速，才需要考慮壓縮性；
合理操作溫度範圍很少高過攝氏120度，
再高上去電子元件就死光光了，電子元件怕熱不怕冷，
只有電池除外會怕冷，原因是化學反應速率太低，電壓 、電流量會不足，
也很少低於攝氏零下10度，因為溫度再低下去連帶手套都很難操作電子產品，只有極地跟太空中會有極低溫的問題，但是極低溫時的重點在電源。

沒有相變化 、壓縮熱 、多流體混合 、燃燒等等現象，從流體的性質來看，再單純不過了。

因為溫度不高，加上大多數不是放在真空中，
熱傳路徑主要就是傳導跟對流，
輻射效應佔的比率很低，除了少數光產品之外，比率幾乎都在5-10%以下。

從以上的流體性質跟環境條件來看，
電子散熱在CFD領域中實在算是相對簡單的，
在頂大機械所碩博班要拿來發論文實在太Low了，
大概只剩一些科大還有，
以現在軟體操作的方便性，甚至應該放在大學部三下後的專題就可以。


那電子設備熱傳看起來似乎很容易？

實作上其實不然！
最難在幾何模型，
電子產品中最小的幾何尺寸是半導體線路，已經到以奈米級在計數，
大的尺寸動輒到超過數十公尺 (LED電視牆的外框邊)，
加上多層PCB上大小小小的電子元件與線路 、固定結構及散熱元件 、散熱結構等，
要全部放進來作模擬是不可能的事情，
所以必須接受將電子產品區分成元件級 、板卡級與系統級來作不同尺度的熱流模擬，
在不同等級模擬時將元件作適度的簡化，當然這就會影響到模擬的精確程度，
所以就必須從一些設定條件來做補償修正，這不能算作弊，算合理的修正。

即使作了分級，在進行系統級模擬時，最傷腦筋的問題還是在幾何，
即使將元件跟板卡都作了適當的簡化，
在幾何上，電子產品的機構件因為走大量製造生產模式，
會有許多塑膠件跟鈑金件，
這些零件製造過程中會因為製程需要而留下許多小幾何尺寸的結構與複雜曲面，
再加上組裝必須留的間隙 、公差、大孔 、小孔 、微孔等，
還有在系統外觀CAD模型中經常出現一堆間隙 、曲面甚至體積干涉，
這些幾何對以有限體積法為主的CFD軟體來說根本就是很嚴重的障礙，
網格分割的障礙！計算收斂的障礙！
如果不除掉這些障礙，CFD根本跑不動，
悲慘的時候連設定都沒機會，更不用說要跑計算；
有限元素法的CFD雖然處理這些複雜幾何的能力比較好，
但是到網格分割或計算收斂時通常還是會出問題，所以還是要處理這些幾何。

作電子設備的CFD模擬，最怕的就是拿到機構出的超完整詳細模型，
光是簡化幾何就要做好幾天甚至一 、兩個禮拜，
有時還不如直接新建簡化模型，
偏偏大部分CAE工程師建模的技巧遠比不上用CAD的機構工程師，
工程師通常會想先從簡化開始，結果有時花的時間比新建簡化模型還長。

曾經有業務轉客戶一個電冰箱要跑熱流，
CAD模型超完整，CFD連開都開不起來，
用NX修模修了將近14個工作人天，才能進CFD，
還要一直修到可以作網格 、跑模擬，檢查結果，再針對局部再修再跑網格跟模擬，實在是曠日費時，
結果作完業務才承認只是要作人情，
客戶根本沒有要買軟體，真是○○××，隨便答應，卻搞死一堆人。

好，抱怨完，繼續談電子散熱跑CFD難的地方。
好不容易完成幾何模型後，
一定要先跑完體網格分割，確認可以過再作設定，才不會浪費時間，
這一點切記非常重要。

再來的難處是設定，包括材料 、邊界條件 、計算條件。

積體電路化後，電子元件的數量簡化很多，
對作CFD基本上是正面有好處的，
問題是資料，曾經有客戶板卡上有7顆IC，就丟了這7顆IC的技術文件給我，
每一顆的文件竟然有好幾百頁，全英文，
如果IC文件有Junction的性質就要照Junction的性質設

圖片來源 : Autodesk CFD說明網頁

如果沒有就當作體熱源，有趣的是，半導體廠資料有的會有Thermal，像Intel這類專業大廠就很清楚 、好找：

資料來源 : dadtasheetcatalog網站

但是跟軟體中的術語用法是否一致？
若不一致就麻煩了，這時候就需要專家顧問，
不然就自己試試看，試出來就變成專家顧問。

電子設備中諸如此類的元件很多，
除了IC 還有風扇、熱導管 、散熱鰭片 、致冷晶片等等，
因此就必須深入瞭解這些元件的特性，
對照元件的技術資料作設定，
沒有對應的就直接當作體或面熱源進行設定。

PCB板本身是由環氧樹脂加玻璃纖維為基礎結構材料，
加上銅箔線路跟一些孔洞所組成，
材料性質嚴格來說是複雜多變的，
至少確定在板的垂直上下方向跟水平方向傳熱能力不同；
局部區域銅箔密度不同是否要考慮？影響多大？
這又是影響到精確程度的一項因素。

另外一個麻煩的設定在熱接觸，
元件接觸面上的熱傳遞狀況很多，
實際接觸的緊密程度? 有無導熱膏或膠？
要如何設定？
這又是一門學問需要學理知識跟實務經驗累積去相輔相成。

相對的電子設備熱傳模擬的邊界條件算簡單，
比較需要注意的是IC的發熱量跟標示的功率其實會有出入，
實際功率輸出可以從測試電流量去推估比例。

最後是模擬計算的設定，收斂次數與收斂程度，輻射 、重力效應 、紊流模型選擇等，
通常是可以先用預設值，結果與實際出入大時再來考慮是否要改。

模擬結果要與實測驗證時，
要注意實測達到穩態所需要的時間，
有時候升溫慢，需要2個小時以上才是穩態的結果，
曾經碰到客戶實驗只作半小時不到，
然後嫌軟體跑穩態模擬的結果跟實測結果差十幾度不對，
後來客戶端拉長實測的時間，結果就非常接近，客戶主管也因此願意掏錢買軟體。

電子設備熱傳在CFD領域中因為需求大，
已經被特化出來成為一個專門領域，
讓一些CFD軟體專門寫了一些輔助工具跟程式幫忙來提高效率，
在業界最常使用的應該是Flowtherm，
在相關電子元件資料庫的支援最為齊全，據說幾乎有超過8成的佔有率；
其他有ANSYS Icepack、6 SigmaET跟Autodesk CFD佔少數，
像Siemens也有一個NX Electronic Systems Cooling，但是價格不便宜又要綁NX CAD，對慣用ProE的電子業不太能接受。

還有很多其他CFD也都有作電子設備散熱的能力，
只是不是專攻電子設備熱傳，
像COMSOL 、STAR-CD，STAR-CCM+，Flow 3D，Solidworks Flow Simulation，FlowEFD，Midas等等，還有一些open source的CFD；
但是市場證明提供產業完整方案的Flowtherm是這塊領域的最大贏家，
雖然它在其他CFD功能遠比不上其他CFD廠商，
但是無所謂，夠電子設備熱傳模擬用就好。

近幾年企業併購盛行，CAE軟體業也是，之前的不提，
最近的消息是Mentor Graphics(Flowtherm)、STAR-CD & STAR-CCM+都被SIEMENS買下來，SIEMENS買這麼多CFD軟體公司不知道有何戰略意義？實在很有趣。

話說回來，其實CFD軟體作電子散熱模擬都沒有問題，
差別只在方便性跟價格，準不準的最大關鍵還是在使用者身上。

對了，我是固力組，不是熱流組，所以如果有寫得不好的地方，請不吝指正。

其他相關：
熱對流係數
熱接觸

夾具、治具、模具？

在製造上，經常會出現夾具、治具、模具這三個專有名詞，
對非製造、機械背景或者是實務經驗不多的機械工程師來說，
這三個名詞有時會很容易混淆。

簡單的說明希望能幫助有興趣的人能夠有個基本認識。

夾具

常見的英文翻譯為 Clamp ，主要的用途就是固定物件；
夾具不僅僅出現在生產機械設備上，其實也很廣泛被用在很多領域，
例如槍枝上固定瞄準鏡的結構就稱為夾具；
在自動化機械設備中固定移動中的物件是非常基本的功能，
只要原料是固體類的就免不了需要在加工、組裝或移動過程中固定住物件，
目的在避免受力或慣性變化(加減速度變化)時物件不會任意移位，
夾持是就是其中一個最主要的固定方式；
仔細思考物件固定的原理，
其中之一是給予幾何限制，使固體被卡住無法移動，
另外一種是提供最大靜摩擦力超過物件慣性力作用來避免移動。

輸送夾持旋轉，影片來源：Misumi網站

第一種方式幾何限制，在理論上是最好的方法，
道理很簡單，就是傳統物理上認知的"固體無法穿越固體"，
物件除了慣性力以外，在移動過程中不會受到額外的作用力，
可以避免物件受到額外作用力的影響，
但是夾具必須配合物件的形狀進行設計，
又需要保留公差以因應物件製作上的公差、裕度，
所以實務上很少看到完全用這一種概念設計的夾具，
原因是變化彈性太小，而且裕度會造成物件與夾具碰撞的可能。

第二種方式以提供最大靜摩擦力超過慣性力作用的方式來維持物件的固定位置，
這種方式提供的摩擦力需要克服至少兩個方向的慣性作用，
一個是重力方向，物件不會往下掉，
一個是運動方向(平移、旋轉都要考慮)，讓物件不會在加減速時移位，
這是目前最主要的應用方式。

傳統上對金屬材質，
因為材料本身的強度高，可以施加很大的力量用以確保物件不會移動，
所以在一些金屬處理的自動化設備上經常會使用油壓夾具來固定物件，
在有些木頭材質物件的固定上也很常見，只是固定力量會比較小。

台灣氣立可的夾爪氣缸，可以直接夾持並旋轉小型物件進行搬運
圖片取自氣立可網站下載的PDF型錄

提供最大靜摩擦力的方式，
除了夾持動作提供正向力再乘以摩擦係數計算出最大靜磨擦力以外，
其實還可以利用真空吸力產生壓力差來提供正向力，
再配合高摩擦係數材質來提供超過慣性力所需要的最大靜摩擦力，
這種方式有機會可以減少對物件的施力大小，
因此在一些精密元件或易脆性材質的固定上經常被拿來使用，
缺點是高摩擦係數材質會殘留並汙染到物件的表面，
這在某些要求超高潔淨度的產品上就要注意。

真空吸附物件，影片來源：Misumi網站

從移動過程中固定物件的角度來看，對鐵材，包括其他具磁性的鐵、鈷、鎳等，
還有一種特別的方式是利用電磁力，
常見於銑、磨、刨等工具機的工作台上(磁性固定座)，
不過這種力量很大，通常不是用來克服移動的慣性力，
而是用來克服切削加工的力量。

少數特別的例子是用在高溫環境下，無法使用軟材質，如下影片所示：

磁力吸附夾具示意影片，影片來源：Misumi網站

也有一些例子會混合使用以上兩種方法，
在其中一個方向改成幾何限制(例如重力方向)，
以儘量降低施力對物件的影響。

有關"夾具"，可以參考另外一篇網誌：固定&吸附元件(Chuck)簡介

治具

通常的英文名稱是 Jig ，治具是從日文的發音沿用而來；
治具的主要功能是固定並定位物件的位置，
相對夾具來說，在功能上多了一個定位的作用，
經常看到的治具會使用幾何限制的方式來定位物件，
所以像定位塊、定位銷經常會有斜面設計，
用來引導物件進入一個比較小的空間範圍，限制住物件的位置。

定位導引塊，圖片來源：Misumi網站

導引定位銷，圖片來源：Misumi網站

為了更精確的固定物件有時還會加上強制推動的動作，
使物件抵靠在基準面/邊上；
這個動作如果還有持續並防止物件移動，
功能上就有點像夾具的延伸；
或者以夾持方式進行中心定位等，
所以也經常造成誤解，把夾具跟治具混為一談。

使用氣缸與連桿機構作中心定位，影片來源：Misumi網站

所以夾具跟治具嚴格上來說其實功能用途上是略有不同的，
夾具著重在固定，治具著重在"精確"定位，
但是因為治具有時會多了夾持固定的需求，
所以有時跟夾具會有點像；
實務上，兩者的機構設計在工廠內常常被放在同一個部門，稱為夾治具設計，
這個部門可能放在生技，也可能放在設備維護，甚至放在廠務或產品研發，
基本上的學經歷背景都是以機械工程師為主。

夾治具改善與設計在台灣的自動設備發展過程中是一個非常重要的起始點，
很多自動化設備公司的源頭都是從幫工廠作國外進口的夾治具改善與設計開始，
加上驅動裝置、控制迴路等一路過來，
累積產品與設備經驗成為完整自動化設備公司。

有關自動化設備可以參考：
有關自動化設備的一些概念分享

模具

英文名稱Mold，又是甚麼？

從另外一篇介紹設備系統與規格文章中，有描述到所謂的"製程"，
前面的夾治具功能主要就是固定與定位，基本上對產品並沒有其他的作用，並不會直接影響到產品本身，
但是模具就不同了，模具會直接參與製造的過程。

坦白說，我先前的工作經驗主要是客製化自動化設備與面板設備為主，
幾乎是不碰模具的，對模具的了解是因為第三份工作在CAx軟體公司，
才接觸到其他產業用到的模具，
所以對模具僅略知一二，挑簡單的來作介紹，更詳細的資料可以參考"模具公會"網站。

模具有很多種，但是基本上的作用就是限制產品生產製造出來的形狀，
或者是說將原料塑形成所需要的形狀，
從這個角度來看，夜市賣的雞蛋糕、鯛魚燒、紅豆餅模等等就是最通俗易懂的例子：

圖片來源：PCHome商店街

所以模具在商品製造上可以說無所不在，
只要最後銷售到終端消費者手中的大量製造商品，會一定的形體存在，
這個形體就必須依靠模具來完成。

模具的分類會依據產業與選用製程決定，撇開食品類的模具，
在製造業上的模具主要處理的材料有兩大類：
塑膠與金屬(當然還有其他陶瓷、複合材料等也會用到模具，但是量比較少)，
所以先簡單介紹近幾十年來數量最多的塑膠製造模具。

不論金屬製造或塑膠製造用的模具可以依據製程不同而有不同的分類，
以塑膠製造最主要的三種製程為例：

射出，Injection，
形狀比較複雜，以薄殼狀最多，3D厚件也有，可能會有內嵌的金屬件，
算是目前最大宗的模具，
也是大量製造與自動化製造很重要的基礎，
一般消費者使用到的產品幾乎都不免會有使用射出模具製造出來的零件；
模具形狀與構造可能都會很複雜，
一套模具的設計與製造費用很高，通常由數十萬到數百萬，
少數大型特殊模具(如汽車保桿、儀表板等)甚至可高達數千萬，
模具使用次數必須可到幾千甚至數百萬次以上，
才能將模具費用合理的攤到製造出來的零件中。


押出(或擠出)，Extrusion，
固定斷面形狀的塑膠製品，金屬製造也有同樣的製程，
像塑膠平板、圓棒、圓管、浪板等都是以擠出製程所生產出來再作裁切成型的產品，
但是因為一般消費者比較少會直接接觸到這種原物料，
所以會比較不孰悉；模具成本最低，
小型、簡單形狀、單孔斷面的擠出模價格通常不用5萬。

吹塑，Blowing，
各式各樣的瓶子跟塑袋主要都是以吹塑製程作出來，
塑膠袋的吹塑比較像押出的方式，
只是改用氣體帶動融化的塑料成為薄膜，並不斷延伸，
在嘉義有一家塑膠袋吹塑設備的廠商，
看到塑膠袋是被空氣吹出來然後定形捲成一大捲，其實還蠻療癒的，
但是要有多層膜又要均勻厚度那可就不是一般的容易了，很多細節要注意。
回到正題，吹塑的模具以瓶子類最多，
幾乎所有的塑膠瓶都是以吹塑的方式做出來，
吹塑模相較押出模形狀來得複雜，但是比射出模簡單，
可以參考標題的維基百科連結。

以下連結影片有介紹以上提到的幾種塑膠模具：

金屬製造模具的種類就更多了，
冷加工的鈑、鍛、滾軋、彎管，熱加工的鑄、擠、軋都會用到不同的模具來做為塑型的工具，
最複雜的應該是鈑金件的連續沖壓模，
為了完成鈑金件的形狀，會有多道的沖剪、折彎成型的模具，如下影片：

有些複雜的連續模甚至會由幾十道所組成。

這裡只是要介紹夾具、治具跟模具功能上的差異，
如有需要更多細節就請自行搜尋網頁介紹。


下面是廣告連結...

匯出至FEA

Inventor應力分析主要有兩個功能：
1. 模擬計算結構的變形量與應力
2. 計算模態，自然頻率與振型

但是基本上結構都必需是“靜態”的。

這裡所謂的“靜態”跟一般人所習慣認知的靜止不動的狀況不同，
如果結構受到一個"固定大小"的加速度或慣性力作用，
例如重力 、火箭推力所提供的固定大小加速度、固定大小離心力，
都可以視為是一種運動過程中瞬間的“靜態”。

這種"靜態"就可以使用應力分析負載中的的“重力”、“本體負載”，
設定相關的慣性作用負載，
只是在多數的情況中，這種負載會遠小於強制變形 、力/力矩對結構的作用，因此有時會被忽略不計。

那為什麼還要作動力學模擬轉應力分析?
原因是在“變動”負載，
尤其是作用力/力矩(接頭作用力)會因為動力輸出使機構作動時而改變，
輸出的動力除了損耗(磨擦)以外，
通常就是用來改變機構的位置，使位能與動能發生改變，
所以在機構的運動過程中，元件的受力是一直產生變動的。

既然動力學模擬功能上可以解析瞬間的受力與動能 (速度 ) 、位能(彈簧勁度 )，
那就可以將瞬間的負載狀況輸出給應力分析作結構變形與材料應力分佈的狀況模擬計算。

而且根據牛頓第二運動定律，
當負載改變時，F=ma，元件的慣性力(加速度)也會改變；
所以元件會受到負載與慣性力的改變而產生不同的變形跟對應的應力。

不過Inventor的動力學模擬跟應力分析畢竟是給機構設計工程師用的模擬分析功能，
不是專業模擬分析功能，所以會有一些限制要注意，才能得到接近的模擬結果；
也有一些狀況是無法模擬的。

動力學模擬匯出FEA的使用步驟很簡單，大致如下：
1. 在動力學模擬點選“匯出FEA”功能
2. FEA承載面選取
3. 執行模擬
4. 選擇要輸出負載的時間 (time step)
5. 直接切換到應力分析
6. 選擇來自“動力學模擬”
7. 執行模擬
8. 變形與應力結果評估

如果對模擬分析不熟，光看這些文字敘述就覺得很模糊，不知道在講什麼；
如果熟的，應該一看就懂，其中最重要跟最容易出問題的是步驟 2 。

到目前如果不懂沒關係，是我寫得不好，
接下來這一段會努力解釋，希望看完這一篇就可以理解。

步驟 1. 點選“匯出FEA”

強烈建議在動力學模擬一開始進行設定時，就要決定好要進行匯出的元件，
並且要在還沒進行其他設定前先完成。

原因是從組合環境進入動力學模擬時會進行約束條件自動轉換為標準接頭，
將一起移動的元件作成一個群組，
如果要進行匯出FEA的元件在這個群組中時，匯出FEA的點選動作會將這個元件獨立出來，
然後與其他元件建立1~多個熔接接頭，
原來的一個一起移動的熔接群組會分成2~多個熔接群組，
彼此間會多出熔接接頭作為固定連接的作用。

因為選擇FEA匯出元件時會改變群組物件關係，
增加"熔接"接頭在兩個原本會一起移動的元件上，
而原來群組的標準接頭上作的任何相關設定會被全部移除，
所以匯出FEA的動作最好在一進來動力學模擬先作，
以避免先作的設定被清除掉而浪費時間作白工。

步驟 2. FEA承載面選取
目的在選擇元件所屬接頭關聯的作用面。
這個步驟的意思其實必須從自由體圖來看會更清楚，
簡單來說以往會在元件的自由體圖上標示出所有的外部作用力/力矩，並計算合力/合力矩，
再根據牛頓第二運動定律計算出元件所獲得的加速度與角加速度，
當然實際上複雜幾何多體運動的力/力矩手動解析計算是非常困難的，
所幸Inventor動力學模擬的功能會自動計算好相關數值，
也就是標準接頭中的接頭作用力/力矩。

當要對元件作應力分析時，
這些元件的作用力/力矩(邊界條件)就可以透過匯出FEA的功能，
由動力學模擬中自動導入接頭作用力/力矩到應力分析的環境中，
並自動作好不同座標軸的換算；
但是這些力量的作用位置在那裡？卻需要由使用者自行指定，
如果這個作用力的位置指定錯誤或者是不夠精確，
自然會對應力分析的結果造成不良的影響，
也就是會出現玩CAE的人經常會出現的"Garbage in garbage out!"。

在匯出FEA的對話視窗中，會出現與這個元件相關的標準接頭，
使用者必須對每一個標準接頭去指定接頭作用力/力矩的作用面，
對話視窗下方也有一個"自動面選取"的對話視窗可以用，
但是根據經驗，很多時候還是需要使用者自己選會比較好。

匯出FEA對話視窗

面的選擇與指定其實並不是很簡單的事情，
除了要知道各個接頭正確的對應面位置以外，
還會牽扯到標準接頭的作用力/力矩實際上的作用面，跟CAD模型上繪製的面其實並不是完全一致的，
舉例來說像線性軌道(直線軌道，Linear Guide)，
滑塊跟軌道的接觸位置其實是一直處於變動的狀態，
跟滑塊的接觸面其實只是整個軌道面的一部分，
但是在動力學模擬中選擇標準接頭的接頭力作用面時，
因為在繪製軌道的CAD模型時不會將跟滑塊接觸的面特別分割出來，
所以只能選到軌道的整個面，如下二圖示：

CAD模型中完整的軌道面

軌道跟滑塊實際接觸面

從上面兩個圖，
應該可以想像如果當作用力集中在實際接觸面跟分散到整個軌道面時對應力與變形的結果差異，
如下二圖所示：
這是一個在分析上很細微、但是對局部結果影響非常重要的現象。

力作用在整個軌道面上的結果

力作用在只有與滑塊接觸的軌道部分面的結果

步驟 3. 執行動力學模擬
這個最簡單，不用解釋。

步驟 4. 選擇要輸出負載的時間
操作方式要先點選"輸出圖表產生器"，
從輸出圖表產生器中左方的瀏覽器選擇元件所屬的標準接頭，
展開選項，勾選顯示接頭作用力或加速度。

基本上掌握兩個重要原則：
1. 最大與最小接頭作用力的時間步：
最大跟最小的加減速度的時間步，
尤其是第一項，通常機械元件受到力量的作用產生的應力跟變形會比慣性力大，
不像土木結構件，尺寸大、元件本身的重量就很大，相對多數的受力有限，
不過通常土木結構件不會動，也不需要作動力學模擬；
找出最大或最小值後在其前方的勾選方格打勾，
軟體就會將該時間步元件的負載傳送到應力分析環境中，如下圖示。

輸出圖表產生器

步驟 5. 直接切換到應力分析
必須要執行過模擬，而且最好是在模擬的狀態下，
這樣才能確保動力學模擬輸出到應力分析中的數值是最即時的。

步驟 6. 選擇使用來自動力學模擬跟指定輸出的時間
進入應力分析環境中點選建立研究，選擇"運動負載分析"，
選擇要分析的元件跟選擇要分析的時間步，如下圖示：

偵測並消除剛體模式在選擇運動負載分析勾選後會自動啟用，
這個功能是用來預防約束不足造成計算發散的情況，
因為從動力學模擬過來作單一元件的應力分析時，
通常元件應該是沒有任何約束條件，
但是在合力不為零的情況下，元件應該會產生運動，
若元件產生大位移，對應力分析來說就會發生計算無法收斂的狀況；
打開這個選項可以讓軟體抑制發散的狀況，原理可以想像在移動方向加上一個虛擬彈簧阻止移動。

步驟 7. 執行應力分析模擬
在動力學模擬設定都完成的情況下，進入應力分析選好元件跟時間步以後，
基本上應該可以直接執行模擬，
當然也可以先執行網格分割來確認網格的品質是否需要手動修改。

步驟 8. 在應力分析中評估元件變形與應力結果
結果評估是一門學問，必須從實務經驗來判斷是否合理，
當然如果有實體可以驗證結果就更好，
但是會作模擬通常應該就是沒有實體，
所以結果判斷其實對機構工程師有點難，需要長時間、多案例累積經驗來作出正確判斷。

如果已經熟悉動力學模擬或應力分析的基本操作，
其實匯出FEA的操作並不難，
主要需要注意的就是步驟2 選擇FEA承載面跟模型中承載面需不需要進一步的分割處理，
第二個要注意的就是輸出時間步的選擇。

Autodesk原廠的範例與操作練習可以參考官網的說明網頁。

自動化設備的零件設計加工考量

自動化設備的特色之一就是量不會太多，有時就只會作一台，
同一種設備做超過幾十台就已經是非常驚人的數量，
'所以在零件設計上，在材料選用跟幾何形狀設計上，
一定要考量到製造上的可行性跟成本效益。

如果單一零件製作數量在10個以下，
最好是先選用既有的市購零件，在價格跟品質上可能會更理想，
市購自動化零件可以參考 Misumi 或 伍全 等自動化設備、模具、夾治具零件供應商，
另外也有一些五金件供應商如 Takigen 等等可以參考選用。

至於不得不進行的自製零件設計，
必需要考慮到材料取得的難易度與加工方法的特性限制。

通常材料來源的形狀以板材 、棒材、塊材或型材為主，
加工方式包括鋸、車、銑、鑽 、磨、折等冷作加工。

最常用的CNC銑床儘量只需用到2.5軸，最多到3軸的工具機，
以減少加工機攤提成本與CNC程式編寫的時間成本。

除非要加工非常硬的材質，避免使用線切割加工。

放電加工因為需要先作放電頭，加工速度慢也要避免。

塑膠射出 、粉末冶金等需要先作高單價模具，模具攤提費用算下來成本很高，不划算。

3D 列印雖然是一個省材料又可以製作複雜外型的好方法，
不過目前還有速度過慢、材料選用種類限制，
跟材料堆疊強度不足的問題，
也不太適合通常需要高剛性的機械零件應用。

以下舉幾個例子說明零件設計對加工方法的影響：

PCB固定承托的治具：
通常PCB上會有基準定位孔，也會有基準邊，可以作為固定承托治具的參考基準，設計靠邊與導引銷配合即可；
比較麻煩的是PCB板上突出的電子元件，在治具上必須挖孔避開，
這時若想貼近電子元件外型設計槽的形狀 (矩形 )，
在使用CNC加工上就會很困難，
必須使用很小的刀頭，加工效率差；
若思考目的在避開電子元件，其實只要鑽一個大於電子元件的孔就可以，
甚至貫穿都無所謂；
有些不明所以的設計，不但要求形狀，還要求槽底的表面精度 、粗糙度，
那就必須用放電加工作出反邊的放電頭來進行加工，
相較鑽孔，放電加工很明顯成本高出許多以及更長製作時間，
只是為了避開元件實在很不划算。

有固定銷的支撐塊：
曾經看過有工程師用一塊塊材加工留下表面的數個固定用圓棒狀的結構，
在加工上等於要很沒效率的移除掉一部分材料；
應該選擇較小的塊材鑽孔後打入固定銷，
另方面可直接銑削的材料硬度通常不高，不耐磨，
加工完還要作高硬度耐磨的表面處理或熱處理；
而市購固定銷通常會作熱處理加強硬度，
所以除非有特殊考量，否則應該儘量避免整塊材料削掉大部分的設計方式。

甚至有些零件在結構強度允許的情況下，可以考慮採取“加法”的概念進行設計，
將相同或不同材質結合在一起，
結合的方式可以利用緊配或膠合固定，
可以節省材料跟加工移除材料的時間；
不要小看膠合的方式，
現在的反應型高分子膠強度其實還不錯，
尤其是膠合面積夠大時，固定的效果非常好，在航空結構上經常使用；
在自動化設備上很少用是因為零件會有拆裝的需要，
所以多以螺絲固鎖，若使用膠合後就很難拆裝，
但是對不需要拆裝、或想要不讓人拆裝的零組件來說，
膠合其實是一種固定零件的好方法；
而且固鎖的方式會讓零件傳遞力量時，應力集中在螺絲孔附近，
尤其是力量方向是在將兩個零件分開方向的時候，應力集中的現象會更嚴重；
膠合反而有助於將力量分散到整個面去承擔。

基本上自動化設備用的零件設計形狀上要力求簡潔，避免多餘的加工，
例如零件外圓角如果目的只是避免銳利傷人，
其實不需標示外圓角跟半徑，改附註文字說明去銳角毛邊即可，
零件加工廠商甚至可以使用修邊刀去掉毛邊就可以使用，
一點也不會影響零件的功能與用途。

內圓角可以留多大就要留，一方面減少加工時間 (銑削不用換刀 )，
二方面可以降低應力集中的現象，
千萬不要留個內直角，
加工時零件還要多翻面、換刀的動作，增加成本。

表面粗糙度的標示也需要注意，不要隨便標鏡面，
鏡面常需要用軟材料加研磨料進行拋光，通常尺寸精度反而不好控制，
如果要控制到很好，反而成本會非常的高。

常用的表面粗糙度(倒三角形)與表面粗糙度關係可參考如下：

以上簡單舉幾個例子說明，後續再補示意圖。

一些有關自動化設備的分享 設備規格與等級

在第一份工作的時候，單位主管要到集團所屬的學校單位上課，主題是講自動化設備，主管的時間有限，想當然就會找同仁幫忙，這時候我被指定負責介紹設備規格。

說真得對當時的我來說，雖然已經工作約3~4年的時間，一時之間還真的不知該如何著手寫教材，不過這也是一個好機會，讓我必須整理有關自動化設備自己所知道跟了解的資訊。

自動化設備的目的就是使用元件透過一連串的步驟完成特定產品的製造過程，這個目的說來簡單，但是其中卻包含了許許多多需要處理的技術工作。

首先要作一台自動化設備或完成一個自動化系統，一定要先釐清楚設備或系統所需要完成的工作任務，因此必須要先訂出設備的規格，其實訂規格幾乎就是最難的事情，訂的太簡單或太難都不好，要訂得恰當才能以合理的成本完成工作。

談自動化設備規格時可以從"系統"的角度來思考問題，一個系統應該可以處理輸入的物件，經過系統這個黑盒子處理以後產生輸出，所以自動化設備的規格描述應該包含至少兩大部份：

1. 要處理的產品的原料、狀態跟完成後的成品與狀態，也就是系統黑盒子的輸入與輸出
2. 設備的組成概要與能力，也就是黑盒子的處理能力與組成

輸入
要處理的產品的原料、狀態跟完成後的成品與狀態是主要的輸入條件，其他還會有一些資訊等等。
產品的原料牽涉到自動化設備進料時要如何去處理？例如原料可能有一種到數百種(很少這麼誇張)，型態可能是固體、液體或氣體。
固體的原料有尺寸大小、精度公差、供料與承載方式等等要注意。
液氣體有純度、溫度、壓力、流量、汙染、腐蝕性、沉澱、沉積等等現象要注意，這些常常需要對化學跟物理的一些知識。
輸入的資訊可能是原料的資料 、批號、設定參數 ...等等。

黑盒子作了什麼? 製程
但是用什麼方式把這些原料組合成產品輸出？這個部分嚴格來說已是黑盒子的一部分，但是因為跟原料的輸入與產品的輸出密切相關，因此必須要先提出來在輸出之前作介紹。

製造方法這個部份是屬於系統這個黑盒子的工作，但是其所屬的知識範圍，卻是在原料與產品端的科學家或技術人員，而不是作自動化設備/系統的技術人員，一般在產業中會把這個部分稱為"製程"，製程的技術訊息其實通常並不是作自動化設備或系統的技術人員所孰悉的，但是卻是非常重要的關鍵。

舉例來說，如果要在基材表面形成一層薄膜，要採用何種製程就跟原料以及最終的輸出結果密切相關，例如基材是鐵、鋁、銅、玻璃、矽晶圓等，需要形成的薄膜是金屬表面的抗氧化保護層抑或是玻璃與矽晶圓上的光學層、電性層？

這時就會牽涉到製程的選擇：
刷塗(Brushing，機械製造上幾乎沒在用)，金屬表面塗油漆防鏽，建築、土木工程常見
噴塗(Spraying，使用噴嘴)，噴漆、特殊異體材料，粉體塗裝等
電鍍(Electroplating)、電鑄(Electrocasting，比較厚的電鍍)
狹縫塗佈(Slit coating)、旋轉塗佈(Spin Coating)、精密噴塗(Inkjet printing、使用壓電噴頭)
蒸鍍(Evaporation，在真空中將材料加熱到汽化)、濺鍍(Sputtering、在真空中使用Ar離子轟擊靶材表面，使把材表面的成分脫離表面後附著在被鍍物表面上)
電漿輔助化學氣相沉積(PECVD "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition"，通入不同氣體使反應成需要的材質附著在被鍍物表面，使用電漿加速反應速率)

這些都是屬於在基材上增加其他材料的製程，通常會將這些製程歸類為塗佈、成膜製程等，也有一些製程是用來去除以上成膜製程加上去的材料(蝕刻，需要特定圖形時還需要顯影劑塗佈、曝光等製程輔助)。
這些製程的研發基本上都是以原料或產品技術人員為主進行開發，並不是一般的機械工程師所能單獨處理的。

不過有一些製程因為已經被廣泛長期使用，一般機械工程師會經常碰到，例如將一個固體元件搬運到定位(通常是另外一個固體元件的特定位置)，使用的方式通常是夾持、吸附(或黏著)、承托等等，再以固鎖、塗膠、焊接等方式固定兩個固體元件之間的相對位置，一般我們稱為組裝製程，這一類的製程因為成熟而穩定，幾乎都可以由機械工程師獨力完成規劃設計。

最近很流行的3D列印(20~30年前稱為RP，快速成型，Rapid Prototyping；現在的正式名稱應該是積層製造，AM "Additive Manufacturing")，也是一種製程技術。

所以在業界中，可以將設備處理原料使其轉換為產品的方式，可以統稱為製程，這是設備規格(系統)功能中極其重要的一個項目，採用何種製程？製程的處理能力？

輸出
決定好製程方式以後，再來是輸出，有關產品的完成品與其狀態的描述；生產品時會給於一定的良品規範，簡單舉例生活中的用品為例：水餃：單一顆水餃的重量？外型有無破損？外觀有無汙染等等，在這些有關良品的規範描述後，經常會再增加良品率的要求；這些都是有關產品產出的狀態與描述跟良品率要求非常重要，因為這會決定自動化設備/系統是否成功？例如要求OED製程良率95%，那OLED肯定要很多年才有機會成功，但是如果良率35%？那成功機率就高了，良率關係到產品的成本與售價，如果根據35%良率計算出來的成本與售價沒有競爭力，那這個產品也註定會失敗，但是如果有市場，那產品就成功了。

在近幾年因為資訊工業快速發展，紀錄、傳輸與儲存資料的能力大幅增加，因此紀錄產品原料與製造過程的資訊也成為系統輸出的一部分，相較前述實體產品的輸出，或許可以稱為"軟"輸出， 這些資料可能是用來作為給客戶用的稽核資料，可能作為製程管控與異常的預防，都有可能，在未來幾年，看來已經成為一種顯學的基礎，也就是作為製造上的"大數據"跟"智慧製造"的基礎資料庫。


系統(黑盒子)的組成
以上簡單介紹自動化設備就像一個系統中的黑盒子，將原料處理過後，輸出成產品，近年來並增加相關資料的輸出。那黑盒子裡面究竟由那些東西組成？

國內有一本工業技術研究院出的機械工業雜誌，算是一本歷史悠久的機械領域相關的專業雜誌，除了一些技術專欄文章跟產業訊息以外，整本雜誌中大概超過一半以上的頁面是各個廠商的廣告，這些廠商包括機械設備系統廠商、機械電控元件、零組件加工等，其實那些廠商就代表了黑盒子裡面所需要的東西，有興趣可以隨便找一期翻翻看。

機械設備元件的種類與數量非常龐大，可以簡單區分為機構、電控與製程元件三大類。
這些元件在歐美日這些先進工業國家的努力下，一些經常被使用到的元件被定義許多的標準規範，讓製造商可以根據標準進行製造，設計人員可以選用，使用設備人員可以輕易地找到維修件替換。
這些元件可以稱為標準件，例如最基礎的螺絲，旋轉運動用的軸承，直線運動用的線性軸承、直線軌道，傳輸動力的軸、齒輪、皮帶、皮帶輪，動力源的各式感應馬達、步進馬達、伺服馬達、直流馬達、扭力馬達、氣壓缸、油壓缸，各式管、線接頭等等，選用這些標準件的優點是交貨快、價格透明合理。

另外有一些元件因為用量不大或僅限於特定產業領域使用，就沒有相關的國家級標準規範，例如像真空系統中的管接頭、真空泵、Gate Valve等等，但是因為半導體產業經使用，所以透過半導體產業協會，會對這些元件制定了一些標準規範，以降低這些相同功能元件之間的離異程度，方便系統(設備)廠商進行設計與使用設備廠商進行維修更換，但是因為強制力不夠，使用數量跟共通性需求不夠大，因此各個系統廠商多半會利用關鍵元件作出功能價值的差異化，讓使用者更換系統(設備)廠商時會有一定困難性，藉以提高使用廠商的依存度。

再來是一些關鍵製程元件，這些關鍵製程元件一般來說在特定系統廠商中可以說是最主要的技術核心，是基於對特定產品原料、製造方法、產品良率等等各種條件進行開發，因此如果能夠確實掌握這些技術核心，其他設備廠商就難以競爭並取代，所以這一類的關鍵元件往往是非賣品，難以取得；但是有一些製程技術元件因為發展時間長，應用產業領域廣，所以會有一些廠商專門供應，例如像點膠塗佈，可以買到從點膠控制器、管路系統到點膠頭等次系統或其中的單一元件；其他像搬送製程用的單軸或多軸手臂、故所用的鎖螺絲機、加熱用的陶瓷加熱器、高速切削用精密高轉速主軸、影像檢測用的影像檢測系統，甚至像蒸鍍源、濺鍍源等等。

這些元件規格越特別的東西就越難買得到，例如行走解析度可達1微米甚至次微米的線性平台因為可以做到高精密度的切削加工，或可以處理氯氣、鹽酸的鐵氟龍材質兩口兩位液體閥等等元件，因為可以用來大幅提升武器的質量當量或製造化學武器而被國際管制。

不過看到這邊，應該可以想像所謂的自動化設備這個系統黑盒子，其實就是一堆機械、控制、製程元件所組合而成；想要達到越多功能或越小尺寸、越大尺寸、越快速度等特殊目的，使用的元件就會越多越複雜。

因此自動化設備可以區分為幾種等級：
1. 使用標準元件為主即可以達到功能的一般自動化設備，以搬運設備(輸送機)為代表，相關設備廠商幾乎只能拚成本控制能力。
2. 有用到一些市購製程元件以達到某些特殊功能的自動化設備，例如工具機、影像檢測設備(Pattern matching、尺寸量測等)、點膠塗佈設備、組裝設備等等，非常多種，基本上是對應某些產業開發某些特定標準功能的自動化設備/系統，所以有時可以先做好某些標準機行庫存等使用者上門，但是因為設備廠商的競爭數量已經比較少，而且有做出某些產業跟價格策略差異化，競爭上的技術成分相對提高很多。
3. 使用特殊製程元件以達到特殊功能的自動化設備，例如像高階的影像檢測設備(3D 、刮擦傷、高速大面積、極微小尺寸等等)，雷射設備，洗淨、曝光、蝕刻等等濕製程設備等等，也是有非常多種，幾乎都是配合特定產業中的特定客戶進行開發；這類自動化設備因為需要對相關產品與原料有進一步的了解，通常會依存某些特定產業而存在，例如半導體、PCB、面板、汽車、自行車、複合材料等等，因為產業依存度高，也難跨業占別人的市場，例如作PCB設備的想去作自行車設備幾乎是不可能，反之亦然；而且有時會受該產業客戶擴張速度呈現幅度很大的業績變化。
4. 最厲害的就是關鍵製程元件是自己開發的自動化設備/系統，例如三星的螺絲製造設備、ASML的曝光機、應材的PECVD等等，這些設備因為關鍵製程元件根本買不到市購品，所以其他廠商想作類似的設備都很難；這一類的關鍵製程設備廠商專業重點經常會放在製程上，而不是機構或控制上，所以會願意養一群物理、材料、化學博士來研究材料特性、製程中的物理、化學現象，會深入研究材料、製程與產品，多數時候甚至比客戶更了解客戶的產品需要與發展趨勢。
5. 近年可以再加上一些高階的自動化控制系統，雖然沒有關鍵製程元件，但是因為需要規劃完善、龐大複雜的控制系統程式也建立起很高的技術門檻，讓一般自動化設備廠商難以介入，需要處理控制系統中一些非典型的資訊處理功能，例如資料格式與資料庫、高速傳輸、多介面整合、最佳化等等。

自動化設備產業可以說是一個國家製造業能力的展現，有些東西買不到設備就是作不出來，有些東西買到設備但是不懂製程也是作不好，有些東西買到設備，也懂製程原理，但是買不到材料也是作不出來，所以先進國家都以掌握材料第一、掌握設備第二來控制自身製造技術的優勢。
不過材料也是要靠設備才能製造出來，所以撇開特殊材料產地的問題，製造能力一切的源頭好像又回到能不能開發出需要的自動化設備為最關鍵。

後續再另外介紹一些不同的元件。

以上是個人對自動化設備的一點淺見，希望各位先進能夠不吝給於指教以備修正文章內容。

領導能力的教育訓練分享

很少參加管理相關的課程，
在第一份工作時，有機會跟新任的主管一起參加公司聘請外部講師辦的領導教育訓練，
其實過程中講師講的東西我已經沒甚麼印象，
但是他們辦了一個活動(遊戲、競賽)卻讓我留下非常深刻的印象。

這個活動其實也很簡單，
外部講師跟人事單位挑了一條路線，走一般走廊、上花台邊緣前進、下花台邊緣、左轉、右轉、下樓梯、上樓梯、穿過桌子下方，走回原來的出發點，
聽起來路線好像有點複雜，但是對正常行走其實也不算很難，
快的話不用 5分鐘就可以走完，
但是在遊戲中是要把眼睛矇起來走，
由另外一個人引導著通過這個路線。

我跟主管的位子被分配坐在前方靠近出發地點，
一聽到開始找人，心裡有數很難避免要跟主管同隊；
接下來要排隊出發，當機立斷衝出去排第一組，
原因很簡單，如果不是第一個出發，動作再順利、再快都會被前面慢的人擋住，
沒想到這是當場人士第一個觀察的重點，"快速判斷跟抓準時機取得有利的位置"。

開始出發以後，
我發現必須一路用手牽著主管前進，主管會比較知道我跟他之間的位置關係，
前進的速度會比較快，
兩個大男人手牽手，有點噁跟不習慣！
不要想太多，當作是握手，
第二個觀察重點，"為了達到目的，能夠快速捨棄部屬主管、男女之間的尷尬，平權"。

開始出發以後，雖然牽著手走，
但是我發現主管不太敢跨出步伐前進甚至踏上花台邊緣，
我直覺判斷應該因為矇著眼睛，無法獲取外面的資訊會有恐懼感，
所以我開始用口頭說明往前一步到數步距離的路況，
當主管可以掌握這些資訊後，
移動的速度就變快一點；
這是第三個觀察的重點，"提供清楚的狀況說明與適當的指示"。

一路上我們兩個就這樣直衝回終點，第一組完成，
第二組跟我們有一段差距，
等到全部的人完成幾乎多了我們完成所用一倍以上的時間。

然後兩個人交換再來一次，我們還是第一名；
那時候記憶力還很好，路線其實已經隱約記在腦中。

活動結束後，講師就先請第一名的組別說明心得。

我的主管表示，在矇著眼的時候，他完全看不到前面，根本不太敢往前走，
根本不知道會有甚麼樣的路況跟狀況發生，只能相信我(要相信同伴)。

在試了一開始的幾步以後，
發現我會一直用很穩定且堅定的語氣說明現況跟前面的狀況，
跟指示他前進的步伐數與大小，
讓他覺得可以完全(也只能)相信我跟他說明的狀況，
並且根據我的指示進行前進、移動等等動作，
所以就可以比其他組更快的順利完成這個活動。

在這個體驗活動以後，主管對我的態度比以前更好，
後來知道他有跟單位內一起參加的同仁說，
他總算親自體驗到為什麼其他同仁會說我是一個非常好的主管，
因為我會幫同仁看清楚前面(未來)的狀況，
並詳細說明跟指示如何完成，
自然透露出來一種令人信任的語氣跟態度。

雖然有點自賣自誇，但是不可否認，
我在這個活動中體認到所謂被需要的領導特質是甚麼；
有些人是天生的，不用教就會自然展現出來，
有些人上再多的課其實都在做表面工夫。
後來也因為這次的經驗，覺得自己或許蠻適合教別人學東西，
但是要注意一點，有些自己習以為常的別人可能還是很陌生。

這個活動應該可以放在很多公司的新人訓練中，
可以幫助公司找出好的天生領導者。

如果有碰到類似這種活動，請記得好好體驗跟表現一下。

補充別人傳的一句蠻有道理的話：

『領導者最困難的工作之一，就是要瞭解你所扮演的角色不是自己，而是別人所認知的你。』
愛德華．弗洛姆 佛羅里達鋼鐵公司執行長

幾個3D CAD 軟體分享

背景：
第一份工作到2000年前後時，適逢機械設備業開始從2D CAD要導入3D CAD，
受命評估與導入3D CAD，所以有機會大概看了幾套3D CAD軟體。
那時候網路上的資訊沒有現在這麼多，
多數資料都要依賴3D CAD的軟體代理商提供，
俗話說"老王賣瓜，自賣自誇"，賣東西的怎麼可能會說自己的東西不好，
因此從軟體代理商那邊拿到的資料參考就好，不要盡信。

在我開始進行評估的時候，有Pro/Engineer Wildfire 2000 (慣稱ProE)、Solidworks、Inventor、Solid Edge、MDT、UG、CATIA、Solid Designer(被PTC併購成為Creo Direct)等等。

當時在機構業界中2D CAD的標準幾乎就是AutoCAD的DWG/DXF(建築、土木也用)，
從1990年到現在2017年，DWG幾乎還是2D  CAD的標準，
當初的開發商Autodesk也因為這個軟體而成為CAx產業的一方之霸，
到現在 Autodesk 還是不小：

圖片來源：DE

Creo (Pro/Engineer，ProE)：
至於3D CAD在台灣當時的霸主毫無疑問就是ProE，
因為台灣過去十幾年主要的產業發展主力電子業幾乎都是用ProE，
用ProE的原因很簡單，
因為台灣電子業主要技術跟客戶來自美國，美國的電子業主要就是用ProE，
所以想作他們生意的自然就會跟著用ProE，
加上各公司配合客戶要求導入PDM、ERP、MES等，
都作了不少的ProE二次開發(程式)，所以要拋棄ProE換軟體幾乎是不可能的事情。

我認為美國電子業會用ProE的原因應該不是功能比較強，
因為其實更早就有Catia、UG(Ideas)等功能更強、更高階的3D CAD軟體存在於市場中，
但是這兩個軟體主要用是在航空跟汽車相關產業，軟硬體價格高貴到不行；
但那時候的電子業(現在常聽到的幾個大廠)普遍在車庫創業起家不久的情況下，
根本用不起這兩個價格高貴的軟體，
自然而然就給了ProE機會，利用比較較便宜的硬體平台需求(Sun Sparc，約幾十萬)跟軟體價格(約百萬)進入市場，
那時候用3D CAD的價格是現在的CAD使用者很難想像，
所以當時盜版橫行也是必然的；
其實對很多使用者來說AutoCAD也不便宜，盜版更多。

所以要評估 3D CAD，超高知名度的ProE當然不可能忽略，
那時候ProE是複式代理，很多廠商在賣，
因為公司屬於大同的一部分，大同是老牌電子廠，也接了很多美國電子廠的OEM，所以也用很多ProE，
大同公司內就有一個CAD/CAM中心直接就負責代理銷售Pro/E(還有AutoCAD)，
當時工作的公司AutoCAD授權超過200套，
既然屬同集團內子公司，要評估3D CAD怎麼可能不看Pro/E？！

所以就被安排去上了三天的課，
三天下來結論就是ProE有夠難用，怎麼可能用在機械設備這種少量多樣、零件數量眾多的產業上；
再加上幾乎所有市購品都只有2D圖塊，
一台機器設備會用到很多市購品，怎麼可能額外花很多時間去建市購品3D CAD模型？

所以當然很容易就有了結論，
時機未到，機械設備設計上需要等3D CAD軟體以下幾個條件成熟 ：

1. 硬體效能夠強，可以處理幾千件零組件的計算與畫面移動、旋轉等動作
2. 軟體能順暢處理大型組合件
3. 市購品廠商提供3D CAD模型
這三個條件缺一不可，

當然軟體商最常掛在嘴邊上的軟體操作性要能簡單、方便、操作使用；
還有最重要的一點，不能太貴！

機械設備業屬於少量多樣化產品的行業，產品單價雖然高，但是營業額卻不高，
而且相對機械設計人力比例佔產品成本比重高，
如果軟體太貴時，老闆實在負擔不起。

ProE不適合的原因主要是因為：
機械設備的零組件少量多樣，不適合大量製造的製程，基本上都是以車、銑、鑽、磨為主，連放電跟線切割都要避免(成本考量)，
形狀通常不會太過於複雜，少數會用到鑄造，形狀已經算比較複雜，包括必需考慮脫模角度，
所以一般來說，設備零件考慮到加工製造的的成本效益很少會用到曲面。

相對消費性產品考慮量產與外觀，
零件製造方法會以鈑金沖壓、塑膠射出為主，
需要公母模的布林計算、鈑金展開、沖壓模或射出模設計，
這些都需要用到複雜的形狀與曲面能力，
這也是ProE在主要市場消費性電子產品設計上，軟體功能強項發展多在複雜的零件形狀設計(曲面)，以提供外觀設計跟大量製造的模具所需；
但是這些曲面、模具設計功能到了機械設計用途就變成一無是處。

機械設備設計需要的3D CAD功能是：
1. 很強的大型組合設計能力
2. 零件簡單形狀的快速設計
3. 大量的市購品資料庫可以引用
4. 正確的料表計算與階層區分跟重量計算
5. 機構動態模擬

偏偏以上這些都不是當初ProE軟體設計功能時的主要考慮，
所以 Pro/E 用在機械設計上就不免出現很多被使用者嫌棄的地方；
曾經有少數機械設計廠商靠CAD軟體工程師幫忙使用ProE設計了一些機械，真是不可思議，花這麼多時間跟軟體的操作不便奮戰。

所以當時的結論就是ProE並不適合機械設備業使用。

接下來分享一些其他3D CAD我觀察到的狀況：

Mechanical Desktop (MDT)：
AutoCAD也想要具備3D 設計功能，
在2002還是2004版左右，AutoCAD開始支援可以繪製3D模型，
但是那是假3D，還是以線架構為主，鋪面後上材質(顏色)，看起來像，但是不是，沒有實體。
為了進一步強化，再以AutoCAD為基礎推出了一個Mechanical Desktop產品，簡稱MDT，
希望能夠讓原來習慣使用AutoCAD進行機械設計的客戶轉過來使用MDT，
可惜核心畢竟就是不適合，硬要在既有功能上加上3D CAD功能很沒有效率；
但是因為AutoCAD有非常龐大的使用者族群，
加上AutoCAD使用者族群中有相對充沛的二次開發者跟程式，
因此還是有不少用者真的有拿來用在一些夾治具上。
AutoCAD對許多CAD使用者來說熟悉度高，但是3D功能不足、操作性不好。

Solidworks(SWX)：
在中低階3D CAD中SWX算早的，從1995年開始(維基百科)，
一開始使用的也是ACIS核心，但是我猜Solidworks的目標應該是Pro/E，第二年就改為曲面功能較強的Parasolid核心；
在Windows平台上開始，在使用操作性上觀念與從Unix系統開始的ProE完全不同，一推出市場可以說就大受好評與期待；
發展到後來甚至被 Dassault 看上而併購，讓 Dassault 集團高階有 Catia，低階則有 Solidworks。

因為操作性好，加上價格也比較便宜，漸漸的吃掉一些Pro/E的既有與潛在市場。
對機械設備業來說，早期應該會看到很多SWX展示相機實體薄殼範例的展示，
很強很方便的曲面設計功能；
但是在組合件，尤其是大型組合件表現並不好，
聽說剛開始連40件組起來都會有問題，
原因在於載入所有元件的資料與幾何形狀後計算能力無法負擔。

這個部分是 Inventor的一個切入點，
將資料切個成多個部分，視需要載入系統中，可以減少系統的負擔。

但是SWX也積極地改善，
讓一開始在這方面相對Inventor在大型組立件居於劣勢的SWX扳回來，
大型組立件的操作效能顯著改善，
再挟著比Inventor早進入市場的高知名度，
有意無意的放任盜版使用策略(AutoCAD發展初期也是)，成功進入大專院校與許多機械設備業者。
其他的功能上改善在近年來也逐漸完善，可以符合機械設備業者的使用需求。

至於市購品3D模型，Solidworks成功地與部分二次開發業者結合，
讓二次開發業者可以利用參數化功能，透過規格指定參數自動產生模型，
加上網路與硬體效能的發展迅速，
透過網路在網頁上遠端輸入規格指定參數，在業者端的平台產生3D CAD模型，再供使用者下載3D CAD模型，
設備搭配用的關鍵零組件廠商導入3D CAD的進度比較系統業者快，
在幾年前就解決機械設備業者所需要的市購品3D CAD模型來源問題，
幾乎多數的機械用市購品零組件都可以找到3D CAD模型可以使用，不需要自己建模，
現在會有這麼多3D市購元件可以用其實要感謝Solidworks。

最早投入的設備廠商族群包括台灣中部的木工機械業(一面倒的使用Solidworks)；
其他許多機械設備廠在有木工機械設備業者當範例的情況下，也逐漸有信心進行導入3D CAD；
其他像自行車廠也是非常成功的案例，
除了極少數的廠商使用ProE (SRAM)、Catia(Giant)跟國外自行車廠使用Inventor (Scott、RM)以外，目前台灣自行車相關行業也幾乎是一面倒的使用Solidworks。

操作的方便性，讓Solidworks在學生族群中廣為流行與使用(盜版為主)，
對最後進入3D CAD且不擅於訓練工程師使用CAD軟體的機械設備設計業者來說，
等於撿到一批既成的使用者，
讓SWX在機械設備業者使用的3D CAD數量上成為佔有率第一名的軟體，威脅到電子業慣用的ProE。

不過因機構相關的AutoCAD資料很多，
加上有許多資料實在不需要用到3D來表現，或者必須用2D來表現，
因此在市場上也出現3D CAD用Solidworks，2D用AutoCAD這種分屬兩家公司軟體的有趣現象。

Inventor：
AutoCAD所屬的Autodesk公司，靠賣AutoCAD賺了很多錢，
在MDT發展不順的同時，眼看3D CAD市場一直沒有產品拿出來攻市場，在1999年時推出開發全新的Inventor(維基百科)，
使用ACIS核心(ACIS的儲存檔名是sat)，
在Inventor 2.0版的時候，曾經展示了超過2000件零件的設計能力，
對機械設備業者來說可說是眼睛一亮，好像可以...
但是就這樣要轉過去用？門都沒有！大家都抱著先觀察看看別人用再說。

Inventor晚進市場，面對先進入的ProE(功能屬性不足，完全沒有辦法競爭)跟Solidworks(幾何功能、知名度、穩定性不足)，幾乎是障礙重重。

但是Autodesk有錢，不斷在市場上併購不同的CAD二次開發商，
將一些支援Solidworks、Inventor功能的軟體產品併購後放進Inventor，
例如Studio(作動畫)、Dynamic Simulation(作剛體運動模擬)、Design Accelerator(機械元件產生器，齒輪、軸、螺絲、皮帶等等)，
讓Inventor功能越來越適合給機械設備使用，並斬斷對其他3D CAD的支援，
試圖從其他方向來強化，
但強化的方向相對地離ProE市場也越來越遠；實務上對增加市佔率的幫助很有限。

2005年左右，Autodesk出了一招怪招，
將Inventor、AutoCAD、AutoCAD Mechanical、Mechanical Deskstop綁成一包一起銷售，
打著買2D送3D的策略強攻市場，
因為價格訴求策略成功，與傳統AutoCAD使用者族群數量龐大，這一招很成功推升了Inventor的銷售量，
也讓一些觀望3D CAD導入的使用者，因為本來就有AutoCAD版本更新需求，在升級時被換到同時擁有Inventor的版本；
但是這也出現一個很有趣的情況，
很多使用者因為從頭到尾只用AutoCAD，
根本不知道自己有Inventor跟AutoCAD Mechanical可以使用，
甚至電腦中其實同時有 Solidworks 或 Pro E加上 Inventor 兩套3D CAD軟體，
卻完全忽略Inventor的存在。

Autodesk後來出招更狠，
在2011年推出一個設計包產品(這一招其實是學Microsoft跟Adobe)，
把併購的其他軟體，例如3ds Max Design、Showcase、Alias、Navisworks、AutoCAD Electrical等等放進一個包裝中給客戶，
一副就是大促銷或者是以多勝少打群架的概念，
可惜對多數的機械設備業者很難接受，
光是學個Inventor都只用到其中15%~30%不到的功能，
還要學介面與功能完全不同的其他軟體(而且很多還沒有中文介面)，根本是買爽的；
我個人覺得其實Autodesk也是賣爽的，
複雜的產品組合整慘了代銷的代理商與經銷商的業務與工程師；
不過確實有效的增加了一點銷售量。

Autodesk有提供30天試用與免費的教育版，軟體下載網頁。

CATIA：
Dassult的CATIA從1970年代就開始發展，法國人拿來設計飛機使用，
早期都在大型主機上(Unix)使用，可以想見軟硬體建置費用很驚人，維基百科；
在達梭跟波音兩大廠的加持之下，目前幾乎可以說是航空業的標準，
只要碰到作跟航空業相關的，幾乎都會碰到用CATIA；
後來也進入汽車業，成為主要的設計工具之一；
功能強大、價格高昂，CAD功能上遠超過機械設備業所需；
在設備業者所需的組合、動態、BOM相關功能成本又太高，設備業者實在難以負擔導入。

NX(UG + I-DEAS)：
NX屬於西門子集團，是來自於併購的 UGS(Unigraphics)，
UGS比CATIA更早，1969年開始(維基百科)，
其實這是一個好軟體，操作方便且功能強大，可惜在台灣有點“高貴”，
所以使用者族群限制在利用其CAM的功能為主，
而且是靠著有一位懂加工程式跟程式開發與UG的工程師Sam Huang，解決了不少模具3D加工上的問題才得以成功；
也有少數廠商有直接用在設計上，例如中部的文具大廠SDI跟少數車用零組件產業。

NX裡另外有一個子產品，I-DEAS，發展比較晚，1982年由 Ford 跟 GM 開始用在汽車設計上，
後來被UGS併購，UGS又被Siemens併購改名為NX；
所以也有部分汽車與零組件業者使用 NX 作為設計工具，還有附加的圖文管跟模擬分析功能，解決方案的觀念綁住。
不過Siemens NX產品主要功能是來自於UGS，
I-DEAS的功能並沒有移植到NX中，算是NX產品線中的一個子產品，
立場有點尷尬，感覺像個孤兒，只是維持著供應給部分習慣使用I-DEAS的使用者。

NX功能上比Catia適合用在機械設備業者，
歐洲(例如ASML)跟日本有一些設備商有用，
但是價格也貴，在台灣學校的使用者很少，
所以也不列入考慮。

Solid Edge：
Solid Edge其實是一套相當不錯的3D CAD軟體，
可惜因為早期原廠的支援跟經銷商推廣的不好，在台灣的使用者不多；
說不多其實也不少，
早期SolidEdge藉著低費用(聽聞是NTD30K/set)進入ITRI專案，
所以從ITRI擴散出來或輔導的一些公司幾乎都是用SolidEdge，
但是聽說本來ITRI負責評估導入者是想引進Solidworks；
在以往碰到的功能比較的經驗上，
SolidEdge 在大型組合件的效能令人驚豔，在修改設計操作的使用彈性上也備受期待。


所以對機械設備業者來說，
若要選擇適合的 3D CAD軟體，坦白說就功能需求性與價格考量來說，
主要就是Solidworks、Inventor跟Solid Edge三套，其他的在CP值上都划不來。

如果現在讓我重新選一次，
我可能會選Solid Edge作為設計工具，
可惜3D CAD市場經過十幾年的廝殺，在台灣的分布趨勢大概已經形成，
3D CAD高階市場CATIA為主，NX分一點，
中階市場ProE為主、Solidworks迎頭趕上，
低階市場以Solidworks為主，在大專院校廣泛受學生歡迎利用；
Inventor占了幾乎全部的高職教育市場跟接近3~4成的機械設備業市場；
SolidEdge分一點機械設備市場。
*這裡的高中低階指得是以曲面應用功能需求作分類。

PS. 2017/11跟一家設備公司設計人員聊天，他們公司從Inventor換到SolidEdge，又換回來Inventor，抱怨SolidEdge有些問題一直無法解決，逼得他們公司不換回來不行，看來Inventor有些優點是SolidEdge所比不上的，另外就是SE原廠真的該多加油，有些客戶的抱怨反應處理的速度實在太慢了。

PS. 2108/3 最近換工作到生涯第五間公司，公司裡面的3D CAD同時有SolidEdge跟Inventor，習慣影響很大，用慣了Inventor，覺得這SolidEdge有夠難用的，很多設定不曉得躲在哪裡，很多功能相對Inventor少而難用；還好當初沒有選SolidEdge...

近幾年3D CAD要再大幅擴增市場占有率的機會不太，
因為產業應用的功能與二次開發功能都已漸進成熟，
資料的依賴性與習慣性已經很難說換3D CAD就換；
而且說實在話，3D CAD工具對整個設計流程來說，影響的比例也不像軟體者說的那麼誇張；
近年比較常看到會換3D CAD的多半是因為老闆不爽CAD原廠或代理經銷商，而不是從需求的角度換。

網路上其實還可以找到很多其他3D CAD軟體，
有Client端執行的版本、雲端版、永久授權版、租賃版等等；
也有免費的Open Source版(例如FreeCAD)，
但是除非對CAD軟體很有興趣、玩軟體，
不然如果是工作上的用途，建議還是就市面上比較普遍的商業版為主要考量，
有時候免費的東西在使用成本上很高，而且後續軟體的維護與更新上都有可能出問題，
原有的資料格式可能會無法支援而造成其他無法預見的問題。

基本上，如果使用者想要從機構工程師就業角度考量要學那一套3D CAD軟體，
個人觀察到各個市場使用的3D CAD大概可以分成以下：
航空與汽車：CATIA、NX(UG)...
模具與加工：NX(UG)、(Creo)ProE...
電子業、3C產品、消費性產品(如自行車)：Creo(ProE)、Solidworks、Inventor、Solid Edge
機械設備業：Solidworks、Inventor、Solid Edge、Creo(ProE)、NX(UG)...

至於AutoCAD，雖然有的公司幾乎已經可以完全擺脫，
但是還是很重要，重點可以擺在視圖、投影、標註、公差、基準，
這些都還是機械製圖的基礎 ;
不管到那一套3D CAD的附屬2D CAD中，這些都是必要的，
而且有一些3D CAD中附屬的圖面標示功能與使用不便的情況下，
很多2D CAD作業都還是回到AutoCAD，所以會還是比較好。

以上提到的公司與產品商標名稱均屬該公司所有，
相關評論也是個人心得，不代表軟體功能作或作不到、適合或不適合等。

其他相關的參考：

CAD / CAE軟體的教育版
幾個CAE軟體的分享