熱對流係數的不專業分享

以下是以我固力組背景，不專業分享一些散熱的基本概念，熱流高手請跳過…

首先必需說在工程上我很喜歡用系統的觀念，
尤其是在有關熱的問題上；
一個系統有輸入跟輸出，
同樣的熱也是一樣，
系統中的熱產生、消散會在系統溫度與環境溫度有一定差距時達到平衡。

以前曾經幫一位客戶模擬過電池組的熱分佈，
當初其實有點取巧，
在設法問到：
實驗量測溫度後T.m，
發熱量W，
以及環境溫度T.e後，
再根據提供模型的電池組表面積A，
設定在所有表面有一個熱對流係數 H = W/A/(Tm-Te)
模擬計算完的溫度就會趨近 T.m，
再微調將上表面H設大一點，下表面H設小一點，
模擬的溫度分佈結果就會更接近直覺上該有的溫度分佈。

18650電池組 3x9 陣列，
總熱量輸出為0.25W*27=6.75W
垂直面H = 4.35 W/m^2-K，下表面 H = 2，上表面 H=10，
環境溫度 25度，穩態模擬
眼尖的會看出不合理的地方，中間與邊緣電池相當，
合理的狀況是中間溫度會比較高，周圍電池溫度會比較低
使用Autodesk Simulation Mechanical 2017 進行模擬

其中一個很重要的參數是"熱對流係數 "通常會以"H"或"h"代表，
這個性質通常在熱傳學的課程中會提到：

H : heat convection coefficient
單位是：W / m^2 - K

從單位上可以想像其物理上的意義：
單位面積 (m^2) 上，
每一度溫度 (K) 差，
表面上傳遞的熱量 (W)。

空氣跟固體表面約 10～100 W / m^2 - K
水跟固體表面約 500～1000 W / m^2 - K

其數值差距主要受空氣/水的流動性影響，
例如自然/強制流動、流動速度、自然對流的上、下、側面方向等因素影響；
以前在使用 Autodesk Simulation Mechanical（Algor)軟體時，
軟體功能中附有一個對流係數計算器，
可以輸入一些條件後協助計算出表面上的 H：

Algor 的 對流係數計算器
第一頁，選擇面與重力方系關係，
跟面上的流體速度範圍
以及環境溫度、面上的預估溫度

Algor 的 對流係數計算器
第二頁，流過表面上的流體性質

Algor 的 對流係數計算器
第三頁，面積大小

輸入以上資料按下"Calculate"就會產生一個對流係數，
上述例子約 4.83528E-06 W/mm^2-K，相當於 4.84 W/m^2-K。
可惜軟體在 2016 後就停止發展了。

其他 CAE 軟體不知道有沒有類似的功能，
以前接觸過的CAE軟體中，
同樣被 Autodesk 併購的 Autodesk CFD ( CFDesign ) 跟 Autodesk Nastran (NEi Nastran)、Nastran In CAD都沒有這個輔助功能，
Creo Simulate跟NX Nastran也都沒有，
只能憑工程師經驗自行輸入數值。

實務上大家都經常看到的散熱鰭片，上面這些鰭片的目的就是用來增加與空氣接觸的表面積，
當流經鰭片表面的空氣與鰭片的溫度梯度夠大時，
鰭片就可以把熱量傳給空氣帶走，
達到散熱的目的。

圖中風扇下方的鋁元件就是散熱鰭片
圖片來源：wiki

在很多的案例中，表面對流係數可以說是一個用來估算系統溫度非常重要的數值，
例如系統內部產生熱是 25W，
總表面積是 100x100=10000 mm^2 = 0.01 m^2
環境溫度是 38 度C，
假設熱對流係數是 10 W/m^2-K
那系統穩態(平衡後)的溫度 Tm 可以用前述公式 H = W/A(Tm-Te) 計算，
Tm = Te + H*A/W = 38 + 10 * 0.01*25 = 38 + 2.5 = 40.5 度
之前公式寫錯，"="左右邊的 "Tm" 跟 "Te"顛倒了，感謝熱心網友幫忙注意到。

以上計算是一個非常粗略的方式，但是卻非常的有效。

至於熱傳導係數，可用來計算固體的溫度分布，
但是相對整個系統來說，看得是細節，計算也較難用手算複雜的形狀，
坦白說反而比不上熱對流係數用來估算系統溫度來得常用、簡單。

更進一步詳細的的計算已經很難用手工進行(對我這個固力組出身的來說)，
通常會使用一些CFD軟體，加上流場作更進一步的模擬。

加入流場自然對流模擬，
可更真實表現出中間電池溫度較四個角落邊緣的電池高很多的現象

加入流場後，環境溫度(低溫)氣體受電池加熱上升，
電池組上方溫度氣體較高
使用 Autodesk CFD 2019 進行模擬

電子散熱在 CAE 市場上的比例很高，而且很重要，相關公司都應該也必須作。
可惜的是學校教的不多，這種能力應該列為大學機械系的必修項目之一，
但是聽說有些科大連熱傳、流力都列在選修，
學生畢業後在機械工程整合上的競爭力堪慮。

參考資料：
1. Wiki，Heat Sink
2. Engineering Tool Box，Overall Heat Transer Coefficient

另有一篇 有關電子設備散熱模擬的分享

20190406 指南宮步道

第一次去指南宮是在 1992 年左右，
那時後很白目的帶著女朋友(現在老婆)去指南宮，
還記得當時宮前的阿姨很含蓄的避開情侶不適合來指南宮的忌避，
後來聽其他親友說才知道指南宮主神是呂洞賓，
對男女感情的態度不是很友善，
還好對我們兩個的影響沒有到很嚴重。

今天會去是因為問兒子假日想去那走走？
突然提到指南宮有聽過沒去過，
想去看看，所以睡到自然醒後(10:40出門)就輕裝出發。

交給兒子規劃路線，
從板橋搭捷運到萬芳社區站，
再坐公車上(猴)山到指南宮，
本來要等棕五，結果陸續來了兩班小10，
問司機有到指南宮就上車了。

小10從萬芳社區到指南宮(纜車站)走了38分鐘，
到了纜車站才發現，
不考慮貓纜排隊時間，
最快的方式是搭文湖線到木柵轉貓空纜車到指南宮站。

不過已經上來就算了，
而且坐公車比較便宜…

到纜車站已經中午，
意外的在這裡只有一間店供餐，
點了炒飯加奶茶，一份90，
炒飯吃得出來是冷凍食品微波再加熱，
奶茶也是小小一杯(還好不甜)，
不過以風景區、又是唯一的餐飲店，考慮租金、人事、材料運送成本來說並不算貴。
至少可讓飢腸轆轆的我們父子三人可以好好坐下來止飢解渴。

所以若對餐點有要求的朋友，建議在山下或貓空解決，至少選擇性比較多。

在指南宮纜車站看到右手邊有“月下老人”，
立馬決定先去瞻仰一下，
看能不能讓兩個單身狗趕快有機會遇上Ms. Right。

步道長度約1公里，
沿途好走不陡，
與一般步道不同、特別的是步道在纜車路線下方交錯而過，不但可以看到纜車，甚至距離有近到似乎伸手可及的錯覺。

走到頂端的纜車塔旁就是月下老人的塑像，

前方還有平台可以遠眺 101、北車新光三越兩棟高樓，
遠方左手邊觀音山，右手邊的陽明山，
天氣好、能見度高時或許還可以看到關渡橋、淡水河口。

另一端有路往下走，不知道是往下到木柵動物園還是到貓空茶園的方向？

因為今天目標是指南宮，所以就掉頭往下回到纜車站，這一段路有好幾條步道左右交叉，
基本上都會回到纜車站，
上下可以走不同的路線，比較有趣。

回到纜車站後往右手邊就可以走到指南宮凌霄寶殿，
寶殿內除了常見的道教神衹以外，
還供奉了很多聽都沒聽過的神仙，
下方還有一個中華道教學院，
我覺得最特別是寶殿後方太歲殿供奉的“六十甲子神”，

圖片來源：指南宮文化研究中心FB

對應到一甲子的太歲星君，參考連結
以前一直以為太歲星君是一個神衹，原來有60個，
每年輪一個值星將軍陣壓當年的"太歲”，
來拜拜就是要拜自己的本命太歲星君跟當年的值星太歲星君，
真的是又長了一番知識，
這種東方宗教文化最適合帶外國朋友來體驗，
今天也確實看到一些外國朋友來參觀。

大致看完以後，因為今天中午纜車系統故障停駛，
雖然後來系統修復重新開放，
但是父子三人決定走步道下山到政治大學，
這一條步道修整的非常寬敞、好走，而且從政大附小旁進來這一段很漂亮、好走，
我覺得台北市政府可以參考日本清水寺周邊好好規劃、整理一下，
加入更多中國、台灣、道教風格，
結合貓空、木柵動物園、101應該會很有吸引力。

下次要來，可以坐車到政大，在政大這邊買吃的，
穿過政大校區往山上走，從河邊側門出來對面“北政國中"公車站旁巷子進去就是步道入口，往上走約 1 公里多就可以抵達指南宮，比公車繞一圈山路更適合我。

參考連結：
Google map：北政國中公車站
健行筆記：指南宮步道

對 LED 光源設計想法的不專業分享

LED光源在AOI設備應用上因為相對種類選擇多、燈珠價格便宜、長壽命等，提供了更多種光源型式的組合，可以說是目前的主流。

基本上的LED晶片通常形狀是方形，少數為圓形，
尺寸從次釐米的小燈珠到數厘米的COB燈板都有(厚度薄)，
只要對LED電極通電就會讓晶片發出光，
但是若電壓、電流不對或散熱沒很容易燒毀，
發光的型式基本上是整體對外部發光線，
利用不同材料成分或螢光粉末可以發出不同顏色的光線，
從遠距離看可以將其視為一個點光源。

實務上的光源照片需求會有其特定需求，
但是為了求經濟規模量產效益，
同常會在LED晶片上進行封裝時順便加上一次光學元件，
將晶片發出的光線限制在某個角度範圍之中。

以AOI設備用的光源數量若要講求經濟效益，
勢必要選用量產的LED燈珠去作處理與變化，
要設計AOI設備用光源就必需要先從瞭解LED燈珠開始。

但是開始找LED燈珠前，
還是要先釐清光源的需求，
如此一來在找LED燈珠可以更省事。

首先要決定是光源照射範圍跟型式：
點、線、面，或是圓形/方形環狀，圓頂狀等等各種形狀。

決定好形狀後再來是選擇光波長、光亮度(瓦數)。

如果是點光源，要注意燈的有效照射範圍，必要時使用透鏡聚或擴光。

如果範圍實在太大，就必須使用多顆燈珠組成陣列，
陣列距離的安排跟LED出光角度有很大的關係，會決定照明範圍的均勻性。

所以切記要先找出/取得LED 的亮度與角度關係資料，例如億光的 3mm LED 204-15/FNC2-2TVA：

億光 LED 照度與角度關係

設計上可以先決定照度(不同位置的比例，以下略)的平均誤差，
例如先定亮度變化在 20% 以內，
從以上圖表中的數值可以先找出照度在 0度的角度為1.0，照度 0.8 的角度值約在7.5度。
在12.5度外，照度剩 0.5，
22.5度以外的照度是等於 0 。

接下來可以使用 CAD 軟體以 LED燈珠頂端為假想出光點，
繪製夾角 7.5*2=15度 的兩條線，
假設兩兩LED之間的間距為 5mm，
將前面畫的兩條線陣列 5 mm，
然後找出兩條臨近線條的交叉點，
從交叉點量測到LED燈珠頂端出光點的距離 H.L，

線狀：兩 LED 15度交線位置照度 0.8，中心 0 度為1.0

為了方便估算，假設在7.5度以外的照度為0，
H.L 就可視為相當於在臨近線方向的照度變化在 0.8~1.0 的光照射面高度，
實際上會有來自7.5~22.5的光照度貢獻，照度應該會更均勻一些。

但是在面方向， H.L 這個高度就不夠了，
從2維視圖來看就很清楚不夠的原因，
以兩線交叉點到燈珠出光 0度 的中心線距離 (等於 LED 陣列距離的一半 5/2=2.5 )畫圓，
此時會發現圓跟圓之間會出現 0.8~1.0照度無法涵蓋的範圍，

圓的四個角落照度不到 08

如此一來在面上的照度均勻性就會出現亮度不足 20% 的規格外狀況，
所以必須將 H.L 提高到 H.P。
以等比三角形的概念來看，
H.P = H.L *2^0.5 約 1.414的高度。

多交疊部分，可以提升亮度

以上這些計算是基於很單純的幾何，並假設 LED 的照度比例與角度資料來源是以同平面方式量測，不是以等距離方式量測。

另外要注意的一點是，LED 燈珠出來的光不是點光源，
實際上會把 LED Die(方型) 的形狀投射出來：

圖片來源：TracePro 網站

所以如果要做得專業、準確，實務上有一些光學模擬軟體可以協助計算模擬出照度分佈的均勻性，
例如在台灣我比較有聽過的有：
ASAP、Code V、OSLO、TracePro、Zemax...

可惜這些軟體少有免費的教育版本可以使用，所以ㄧ直沒機會試試看模擬效果。

非設備常用其他材料分享：工具鋼

自動化設備上設計很少會去用工具鋼，
主要原因是工具鋼比一般碳鋼貴，沒有需要多花這個錢！

工具鋼相對一般鋼材的特色在於經過適當熱處理後的"硬度高"！

一般的應用上，設備機構設計上用到的元件主要功能是支撐與固定作用，硬度其實並非主要的考慮因素；
比較會考慮到硬度是像滑動、滾動這類的應用，這類應用會使用軸承鋼，例如 SUJ2 或 SUS420 作熱處理；
或者是鎖線性滑軌的軌道座，通常也是使用中高碳鋼鍍硬鉻處理，有量就用鑄鐵。

所以會使用到工具鋼，一般都是模具(沖、切、刀等)居多，
或表面會有經常性接觸、滑動的夾治具、探針等；
模具、夾治具刮表面平滑無刮擦傷就可以防止產品被模、夾治具的刮痕刮擦傷，
利用高硬度的工具鋼可以降低模、夾治具表面被產品、異物刮擦傷的機會，
提高與產品接觸的使用次數(壽命)。

工具鋼常見的有 SK、SKS、SKD等 。

如果是要用在工具機上的高速鋼又是另外一種考量(高溫下的硬度維持能力)，通常是 SKH、HSS等鋼材。

不同鋼材在不同處理溫度下可以獲得的硬度可以參考以下：

圖片來源：雙合鑫股份有限公司網頁

一般人平常容易接觸到的美工刀片，
通常使用比較便宜的高碳鋼(會生銹)，依上表硬度可以作到 HRC 58 ，
若使用不銹鋼 SUS420J(比較不會生銹)，硬度就只剩 HRC 56，
若使用高速工具鋼(SKH)，硬度就可以到 HRC65，硬度已經到莫氏硬度 6 *1，
但是刀尖尾端部份因為需要磨尖銳，磨的過程會升溫，如果沒控制好溫度，沒有再經過熱處理，硬度有時會降到剩 HRC 4x，
所以不要小看美工刀，一份錢一份貨，好材質、好的製造品質控管的美工刀片硬度相對控制得比較好，使用壽命自然會比較長。

參考資料：
*1. 硬度對照表，工業設計

加快 Inventor 操作上的一些小技巧 模型操作與快捷鍵

很久很久以前，
其實也沒有多久，大概 20 出頭年前…

在早期 DOS 作業系統的時代，
滑鼠還在用滾輪方式驅動，甚至很少人見過滑鼠，
要使用 AutoCAD，為了提升效率，
很難免都會使用過、看過或聽過"數位板"，
高解析度對應螢幕範圍，
可規劃常用指令在數位板特定區域供快速點選，
這兩大特色對經常使用 AutoCAD進行繪圖作業的使用者來說真的是必備的重要工具。

曾幾何時當個人電腦進入"視窗化" 時代以後，
到現在數位板幾乎可以說是銷聲匿跡，
只有 Wacom 出的“繪圖板”在美工領域持續扮演輔助繪圖者的角色。

廢話一堆...

進入視窗時代後，所有指令被(隨意)排列在操作畫面的功能表中，
隨著軟體發展日益進步，在使用者反映操作不便、導入UI 設計專人負責後，
指令的安排也越來越有效率，
依據操作步驟程序、相類似的屬性，
總之指令在視窗上的位置排列可以說是越來越"合理"，
到Microsoft Office 2007版之後，
很多軟體的操作介面安排概念越來越像；
像以前我在上課教 Inventor 應力分析 時，
都會跟學員強調：
應力分析的操作程序與步驟就如同功能表的排列，
由左至右循序作完就對了！

在平常的零組件與圖面設計作業中移動滑鼠去點選指令作平移、縮放、旋轉等動作是很沒效率的，
有些高手會選用可以快速切換解析度的滑鼠，縮短移動的距離，或特殊型式的專用工具，以減少手腕的負荷並節省時間；
各家 CAx 軟體在軟體中搭配鍵盤提供快速鍵功能，
有預設功能對應到鍵盤按鍵，讓設計師可以省去移動滑鼠點選指令的動作與耗費的時間。

在視窗作業系統中最為人所熟悉與使用的快速鍵就是複製Ctrl-c、剪下Ctrl-x跟貼上Ctrl-v三個，幾乎是所有視窗化軟體都會支援的快速鍵功能。

CAx軟體中也支援複製、剪下、貼上三個指令，
其他還有很多可以預設或可自訂的快速鍵。


CAx軟體最經常使用的功能就是檢視圖面所需要的縮放、平移，
到3D時代再加上模型旋轉。

像 Inventor 要平移模型，
最快的操作方式就是按滑鼠中鍵，
第二快的方式是左手按 "F2"，再按滑鼠左鍵，就可以拖動模型在視窗中的移動，
最慢的方式就是去點選功能表"檢視"、"導覽"功能表中的"平移"，

如果工程師還有人這樣操作，真的是佩服...

縮放就是滑鼠中鍵上下推，或者是 "F3" + 滑鼠左鍵。

旋轉就是按下 "Shift" + 滑鼠中鍵，或者是 "F4" + 滑鼠左鍵，
雖然"Shift" + 滑鼠中鍵進行旋轉很方便，
但是有幾個功能還是必須使用"F4"+滑鼠左鍵：
1. 設定旋轉中心
2. 水平或垂直方向的"環轉"

有一些從其他 CAD 轉過來的使用者，會比較直覺的使用滑鼠中鍵來進行"平移"、"縮放"跟旋轉，
對於 "F2"、"F3"、"F4"這幾個功能鍵搭配滑鼠左鍵的用法很陌生，有點可惜；
如果有去上過基礎課程，這應該是在第一個小時就會教到的功能。
所以如果有對 "F4" 陌生朋友的可以試試看效果。


另外對操作性有幫助作的是"快捷鍵"設定，
譬如經常會使用"測量"指令，那就可以按下 "M"，
Inventor 就會自動啟動"測量"指令；
同樣的道理像 "擠出" 是 "E"等等，
更多的設定可以從功能表的 "工具" - "自訂"叫出相關的"快速鍵"設定對話視窗如下：

上圖為草圖環境下，系統預設的快速鍵

快速鍵也可以自行設定常用、好記的字母或母組合，
工程師可以自己先列出經常會使用到的10個功能，記住或設定快速鍵，
再慢慢擴充其他功能，如此一來就可以減少滑鼠移動點選指令所需要的時間。

參考：

Inventor快捷鍵

市購件的處理

客製化或專用設備在設計過程中會儘量考慮選用市購元件，
主要原因是設備製作數量有限，
尤其是第一台開發樣機，
選用市購件是在兼顧成本、時程與品質上相對理想、節省時間的選擇。

但是若設備製作數量很大，
自己作零組件相對就會產生經濟規模效益，
此時就可以考慮自製，或者向供應商要求大量採購的折扣，
甚至給一個專用的型號。

在第一家公司工作時，
因為輸送機製作數量大，
就會將部份零組件模組化，
可以自製的就自製，
可以統一規格的市購件與零件就儘量統一規格，
目的就是要設法達成元件製造或請購數量的經濟規模；
當元件數量達到經濟規模，相對成本與品質就更容易掌控。


若零件、市購件可以被重用、共用，
雖然不是用在同一種設備上，
但是大量重用還是會有達到經濟規模的效果，
所以對設備公司來說，
標準化、模組化設計一直是努力用來降成本的主要方案之一，
甚至為了達到這個目標可以犧牲一點設計作業效率。

所以從設計作業規劃的角度來看，
重用作業要設法在設計作業上降低影響，
讓市購件與標準模組 3D 模型可以方便的重用，
設計人員在選用時才會優先考慮市購件，
如此一來對元件重複利用就會有幫助。

說了一堆廢話，市購品處理的好，方便使用，重用率就高！

市購品模型要容易重複利用必須至少作到以下幾點：
1. 容易檢索與尋找
2. 模型的幾何、材質、重量、組裝約束等關係正確
3. 可重用模型中必須建立好正確的屬性資料
4. 符合其他公司規定要求

容易檢索與尋找

坦白說這是很主觀的要求，
很熟悉作業系統操作的人會覺得檔案總管加上樹狀結構分類資料夾就可以，
有的人希望有 AI 輔助，像 Tony Stark 一樣，只要給 JARVIS 模糊條件，系統就會自動列出選擇，甚至可自動置入模型與完成定位。
如果真的可以作到，應該會有更多相關從業人員失業…

基本上我覺得要能方便檢索與查詢必需要作到：
1. 容易辨識的名稱，
我個人以前的習慣是將市購件檔名以 “廠牌名稱%規格%品名”組合而成，
目的是藉由看到檔名就可以知道該元件的主要資訊，
中間用 “%” 作資料分隔目的是方便後續的程式自動化處理，
將檔名拆解成三個欄位自動填入到屬性欄位 (iProperties) 中，
選擇 "%" 是因為以往看元件廠牌、規格資料時很少用到 "%" 符號；
當然也可以自行選擇其他符號如 “_” 、“&” 等等作業系統可以使用的符號來作為分隔子；
重點在於檔名一定要定出公司統一的規則可以依循。
2. 儲存方式與位置，
儲存的方式有資料庫跟一般資料夾檔案管理兩種，
坦白說，若是可以使用資料庫是比較理想的選擇，
但是一般資料庫不見得適合處理 CAD模型中的屬性與關聯性，
而且還要多學一個軟體，
另外還需要專人去建立、維護資料庫等等，
使用上是搜尋方便，但是多了一些負擔，
對規模小的設計單位其實效益不高。

相對的使用資料夾檔案管理功能就很簡單，
問題在於多人使用時，要如何共用與同步資料？
還有多人同時作業權限造成的資料覆蓋、惡意破壞等等問題需要考量，這是相對使用資料庫的缺點。

另外一種方式是評估與導入專門軟體，
像 VOTIH 就聽說有使用 Partcommunity 的系統在設計上，
使用網頁介面就可以進行市購品與標準件的檢索與重用。
Inventor套裝中的 Vault ，也是不錯的選擇可以考慮。

模型的幾何、材質、重量、組裝約束等關係正確

市購品模型從供應商端下載開啟後，幾何上通常不會有太大的問題，不過我曾經碰過有錯誤的，還好當年是從紙本型錄找資料，有順便確認安裝孔位跟孔尺寸發現錯誤，不然就麻煩了。
模型檔案中的元件可能會沒有材質資料，所以重量資訊是不對的，
如果是使用 3D 交換格式 step 214 版，
會有機會帶入材質資訊，就會有相對正確的重量資訊。

透過 3D 交換格式檔案的組合型元件載入後通常沒有組裝約束關係，必需自己加上，
程序上建議：
先將所有元件設為固定(不動)，
再對有相對移動關係的元件加上必要的約束，
然後讓動件解除固定的條件，
再來可以驅動約束動動看是否如預期，
有時我還會加上上下極限，
處理完以後建議可將驅動的約束抑制掉，
在後續使用的時候可以透過設定彈性跟加上約束，
就可以利用“彈性元件”跟“位置表現法”表現同一組合卻可以表現出不同的位置。



可重用模型中已經建立好需要的屬性資料
可重用的模型除了幾何、約束等條件要對，另外一個對效益有幫助的是屬性資料重用，
資料不用重複再輸入一次，
對引用、重用模型就可以省掉重複輸入屬性資料的無效率工作。

以上三個大方向其實都不需要什麼了不起的技術，
重點都在管理上，
整合各需求，協調各單位，建立共同的模型命名、屬性、儲存位置，
開發程式將部份作業整合在共同的介面中。

設備供應協力廠商評估與評鑑

一個產品製造工廠會有許多協力廠，

提供多種製造材料與服務，

包括材料供應、元件供應、加工製造、組裝服務、配線管服務、量測服務、技術服務、設備供應等等。

這邊是針對設備供應商提出的評估與評鑑方法參考。

在第一份工作時，因應公司策略、主管指示，

針對設備供應商的評估與評鑑提出了一個評鑑方法，
方法是從一次去上功能價值評價的課程中學到的手法轉變而來。

坦白說當初我覺得建立協力廠商評鑑制度不是很有意義的事，
原因是能夠作、長期合作的廠商就那幾間，
對公司在設備上的要求、規定都很熟悉，
負責發包採購作業的同仁對廠商的狀況其實也都很清楚，
那些設備要給那些廠商作，

其實都不是所謂廠商評鑑分級可以決定的，
而且很多設備訂單都在檯面下、餐桌上就被決定，
只要大老闆說了給那一家作，
身為工程人員能作的就是幫協力廠商搞定，

敢刁難？！回頭就把人冷凍、開除；
當初心理上就在OS：

作評估、評鑑根本是作好看的、甚至是要幫某些老闆指定廠商開門給工程、採購有第二、第三選擇。

但是若是針對導入新廠商，就有意義，
可以用來評估新舊廠商的差異。

我猜會推應該是有人想打破當時既有勢力，
看有沒有機會參一腳建廠設備需求。

非技術性事務不是當初我能處理的範疇，

所以任務交待下來就去作吧！

每家從事產品生產製造的公司都需要機械設備，

如果其中有一種(台)機械設備只有一家供應商時，
其實就沒有得選擇，也沒甚麼好評鑑的，
就像半導體的曝光機，
如果要作到28奈米級以下，除了 ASML 也沒有其他選擇，
作奈米級曝光設備廠商評鑑有什麼意義？

不過在一些技術層次較低的設備種類上，
常常就會有一家以上的製造商可以選擇，
這時候該如何評估用那一家廠商？

很多人都有看過雷達圖，如下例：

圖片來源：bigdatafinance.tw

同樣的，當初我把協力廠評鑑也分成好幾塊來打分數：
財務、管理等經營方面。
技術人力資源方面。
工具、場地等硬體資源方面。
設備實績方面。
其他方面。
每一個大項再細分子項，
例如技術人員再分機構、電控、製造、組配、客服等，人數跟年資加權計算。

如果先有一組不同背景的員工透過腦力激盪，
將適合公司需求不同設備的各項指標列出，
再給與適當的權重，
相信就可以產生設備廠的綜合指標分數可以作比較。

範例可參考：AOI 設備的比較方法分享

但是...
技術、能力的能量評估、評鑑是一回事，
實際上廠商的配合度又完全是另外一回事，
畢竟設備廠商也有優先客戶支援清單。

設備廠可以說是技術整合服務，關鍵技術核心都在人身上，
所以設備廠的評鑑其實應該是要定期審核的，
有時候一組關鍵人員離開，
設備廠幾乎等於是毀了，
這種特性跟量產工廠以高資本額堆出產能跟經濟規模的優勢差異很大，
念(E)MBA管理主流的數字與供應商管理角度常常會沒注意這一點，
有時就會造成悲劇。

滾子軸承的疲勞壽命問題

不論是旋轉或直線運動，相關元件都有分滾動或滑動方式，

例如：

旋轉上有滾珠軸承(滾動)跟 DU 軸承(滑動)，
直線運動上有滾珠滑軌(滾動)跟鷲尾槽(滑動)。

不過只要到了稍微有點速度或者要求磨擦係數低，幾乎都會考慮使用滾動軸承，
在旋轉運動上就是滾珠軸承、滾柱軸承等，
在直線運動上就是線型(直線)軸承、線性(直線)滑軌等，

THK線性滑軌構造示意
圖片來源：THK網站

將兩相對運動間的滑動現象透過轉子改變為滾動現象以降低磨擦力。


滑動式軸承理想中是面接觸，至少在磨合以後應該是面接觸...
力量會在兩個接觸面之間傳遞，將力量分散到整個接觸面上，
雖然不是平均分佈，但是基本上會從力量作用中心往邊緣由大變小的趨勢。

但是滾動式軸承透過轉子接觸，問題就來了，
不論是滾珠 (Rolling Ball) 或滾柱，元件之間的接觸面很小，當傳遞力量必須透過相對滑動接觸面小很多的面積進行傳遞，在接觸面附近的材料勢必會有很大的應力，隨著滾動行為的發生，應力會持續性的施加與釋放；這種情況完全符合疲勞破壞的發生條件，當壽命次數到達材料的壽命次數極限時，自然會造成轉子與對應元件的材料損壞，摩擦係數增加、精度喪失。

以汽車引擎曲軸軸承受徑向力作用為例，
每轉動一圈，鋼珠就會受力一次，
簡單試算引擎轉速3000rpm，運轉4小時，曲軸會轉動3000*60*4=720000次，
也就是鋼珠承受力量作用壓放72萬次，
13次四小時運作後就累計達1000萬次左右，
130次後就達到1億次，
如果該鋼珠的疲勞壽命是1億次，
那等於520小時的3000rpm運作後就會使鋼珠開始發生疲勞破壞。

有趣的是，從微觀的角度來看，
每顆鋼珠大小可能會有幾個微米的差異，大顆的鋼珠在軸承內外環之間會受到較小鋼珠大的強制變形作用力，
另外每顆鋼珠的材料均勻性、組織狀態、表面處理深度、表面的瑕疵都不同，
所以每顆鋼珠經過相同時間的運轉之後其實都會有不同的疲勞破壞程度，
所以一般來說，疲勞壽命其實是一種統計結果數值，代表發生疲勞破壞的機率，
一些大廠通常是把機率定在90%左右。
鋼珠製造品質越不穩定，相對的機率就會變高，
所以知名軸承大廠在鋼珠真圓度跟外徑尺寸上的控管很嚴格，
會儘量挑真圓度好，外徑尺寸差異小的鋼珠來使用：

圖片來源：TRD網站

最近剛好有兩個廠商來介紹產品，隨口就問了產品用的鋼珠等級，業務都是回他們是用比3、5等級更好的等級10的鋼珠…

多了對原料品質的要求自然成本也就不同，
所以便宜、小廠的軸承或許在初期使用差異不大，
但是長期下來就會有差別，
當然如果是一些比較不是很重要的要求項目，
小廠、便宜的軸承還是很好的選擇。

既然鋼珠的外徑尺寸對疲勞壽命會有影響，
就可以回頭來看軸承規格中“預壓”會造成的問題；
有選過軸承的規格應該都知道如果要消除間隙，提高精度必須選擇有預壓的軸承，
其實所謂有預壓的軸承就是套入尺寸略大的鋼珠，
讓鋼珠在未受力作用的情況下就有變形，
就像先用力壓著軸一樣，
副作用就是鋼珠受負載作用時，應力會比沒預壓的更大，
從材料的應力或應變壽命曲線都可以知道：
應力越大壽命(循環次數)越短，
所以有預壓的軸承或軌道雖然精度比較好，
但是摩擦力會變大、壽命會變短，在壽命變短這個問題上只能選大一級來克服…

各家專業的軸承、軌道廠商在型錄中都會提供有疲勞壽命計算公式，
但是不幸的是，計算結果因為疲勞壽命相關的資料本身就是統計取樣得來，加上負載計算結果可能會有誤差的，而且負載還會受組裝精度造成額外增加受力的影響，
所以不是有算就一定沒事，
可能都還是有5%的提前損壞機率。

但是有算有保佑，至少會有一定程度上的使用時間保障。

對一些重要、精密或有安全疑慮的設備最好還是要加上一些監檢測手法，例如振動量測，
在鋼珠與內外環未磨開階段、磨開後正常使用階段、臨近壽命階段量到的頻率應該不同；
鋼珠材質反覆受壓、放開致使材質發生疲勞破壞時，材料會變弱、變鬆散，軸承的徑向剛度(彈性係數)會降低，
材質彈性係數的降低會造成自然頻率降低，
在振動頻譜上應該會量到頻譜偏移的情況，
所以從定期監檢測發現振動頻率降低時，
就要小心是否到了需要更換軸承的時候。

Fresnel Lens (菲涅爾透鏡, 菲涅耳透鏡, 夫瑞奈透鏡)

一般習慣的光學透鏡通常是使用凸透鏡、凹透鏡等，

最常看到的就是文具行賣的放大鏡，另外更精密的相機鏡頭、望遠鏡等。

圖片來源：露天拍賣

眼尖的朋友可能會發現有些可攜式、薄型化的放大鏡結構跟傳統曲面透鏡不同，

是一圈圈的溝槽型式，如下圖示：

圖片來源：露天拍賣名片型放大鏡

這種名片型放大鏡就是 Fresnel Lens的型式。

Fresnel Lens 並不是新東西，早在19世紀就由 Augustin Fresnel 發明並應用在燈塔的聚光用途，

跟一般傳統透鏡相比最大的優點就是"薄"，

節省材料的使用量，也比較容易安裝，

缺點是成像品質比不上傳統曲面型式的透鏡，所以在相機鏡頭上很少會看到使用Fresnel Lens；

從 20 世紀中期開始，拜 CNC 設備、塑膠工業發展迅速所賜，

Fresnel Lens 的商品製造比以往更容易、更便宜，

應用上也越來越普及，例如上圖的名片型放大鏡，塑膠製品在拍賣網站上的售價不到 10 元。

Fresnel Lens的原理示意如下圖：

圖片來源：維基Fresnel Lens

雖然成像品質比不上傳統鏡頭，但是如果用在光源上其實就很適合，
很多應用上也是在光源的調整，例如太陽能晶片的聚光應該是近年最多的應用。

圖片來源：虎尾科大

另外看到的應用就是在AOI的線掃描光源聚光用：

圖片來源：泓邦科技準直光

參考資料：

1. 岳華展光電，塑膠菲涅爾透鏡

2. Augustin Jean Fresnel
3. 維基，Fresnel Lens
4. NTKJ，Cylindrical Fresnel Lens，寫mail問了NTKJ原廠，在台灣沒有代理商，可以透過官網直接聯繫。
5. 泓邦科技，Fresnel Lighting System

盤型彈簧簡介

彈簧的型式有很多種，
一般人最容易看到的應該是原子筆上的圓線壓縮彈簧：

跟汽機車避振器上的壓縮彈簧：

圖片來源：車麗屋網站

多數時候一般人熟悉的彈簧型式就是這一類的圓線彈簧，
玩車的可能會注意到還有在卡車、貨車上的葉片彈簧：

圖片來源：泰元貿易網站

其實只要受力變形在移除力量後會回復到原來形狀的東西都可以拿來當作彈簧，
差別在彈性係數不同、可承受力量、可變形位移等不同，
拜 3D CAD軟體跟模擬分析軟體發展迅速，現在有很多"異型"彈簧：

圖片來源：建凱彈簧網站

幾年前看德國人設備，看到一個很特別的相機調整座設計，
在上面第一次看到盤型彈簧，

圖片來源：MISUMI 網站
建議使用上壓縮量在全位移 h 的75%以下，壽命會比較長

才知道原來還有這一種型式的彈簧(真是孤陋寡聞，汗顏…)，
相對一般的圓線、扁線螺旋彈簧來說，盤型彈簧的特色在於彈性係數大，
應用在小空間、小變形量、但是相對較大負載的狀況，

優點是：
1. 透過盤型彈簧片的正反裝可以改變彈簧係數

上面兩片反裝為串聯模式，不管疊幾片，彈性係數相同
下面兩片正裝為並聯模式，彈性係數會跟相疊的片數成正比
圖片來源：Lesjöfors AB

2. 透過彈簧片數量可以調整彈簧使用行程

圖片來源：Lesjöfors AB

3. 可以混合交疊取得不同的效果

缺點是行程只要稍微長一點就需要多片組裝，
相對圓線彈簧的價格較高，而且組裝上比較麻煩。

參考資料：
1. Lesjöfors AB，Disc Spring
2. MISUMI，碟型彈簧
3. TOHATSU，盤型彈簧