2020/4/19

熱膨脹的簡單計算

機械與電子等元件設計使用上會考慮到熱膨脹主要有以下幾種狀況:

1. 有顯著的溫升。
2. 精密尺寸要求。
3. 利用熱膨脹的元件設計,例如雙金屬材質溫度感測彈片
4. 其他。

要估算熱膨脹的影響需要考慮兩大因素:

熱膨脹係數與尺寸。

機械上常見的材料包括有碳合金鋼、鋁合金、不鏽鋼、工程塑膠等等,
不同材料與微結構(非晶、結晶、晶格型式)都會有不同的熱膨脹係數,
有些材料甚至會有熱"收縮"的狀況,
合金鋼中甚至有一種“不變鋼”,或稱INVAR、因瓦合金、恒範鋼、殷瓦鋼…,
透過適當的鎳比例(36%左右)與晶相控制,可以讓材料在一定溫度範圍內擁有很少的膨脹、收縮變型。

要評估熱膨脹的影響一定要先取得材料的熱膨脹係數,以下為常見材質的熱膨脹係數:


名稱
線膨脹係數
um/m-℃
21~24
杜拉鋁,Duraluminum,A707523
純鐵, Iron12
碳鋼,Steel10.8~12.5
灰口鑄鐵, Cast Iron Gray10.8
SUS30417.3
SUS31014.4
SUS31616
恒範鋼,Invar1.5
英高鎳合金,Inconel11.5~12.6
16~16.7
銅鈹合金17.8
康銅,Constantan15.2~18.8
蒙納合金, Monel13.5
壓克力68~75
尼龍, Nylon50~90
尼龍66,Nylon 6680
PI, Kapton20
Epoxy45~65
GFRP36
天然橡膠,Caoutchouc66~69
橡木,Oak54
花崗岩, Granite7.9~8.4
水泥, Concrete13~14
混凝土9.8
磚, Brick5
石灰岩,Limestone8
鑽石1.1~1.3
Glass9
Glass, Pyrex4
Macor9.3
石墨, Graphite4~8
雲母, Mica3

由表中可以觀察到塑、橡膠類的膨脹係數大於金屬、陶瓷類材料。

通常知道尺寸跟熱膨脹係數後,就可以做簡單的熱膨脹量估算,如下範例:

條件描述:
室溫 25℃製造,長度750 mm長的鋁材,從室溫移到大太陽下升溫到 60℃。

尺寸:750 mm = 0.75 m
溫度差: 35 ℃,
熱膨脹係數: 21 um/m-℃,
熱膨脹量是 0.75*35*21 = 551.25 um = 0.55125 mm,
對一些精密的元件來說,0.55mm = 55 條的變形量已經不是可以輕易忽略的數值。

用 Inventor Nastran 模擬的結果如下圖示:

末端熱變形位移0.5525mm

實務上元件上的溫度分布會有各種因素影響而不是那麼均勻,
因此透過 CAE 軟體算出溫度分布,
再把溫度分布結果拿來算變形量所得到的結果自然會跟簡單使用均溫來計算更貼近真實狀況;
CAE軟體導入應用,可模擬上述的溫度分布,再將溫度分佈拿來模擬結構變形量、應力計算,
這幾年 CAE 軟體所謂的多物理場應用確實幫助很多產品設計上越來越精巧,
成本、良率獲得更佳的改善與控制。

另外有一篇介紹計算加熱功率的簡單說明可以參考:加熱功率需求簡單計算

參考:
1. 熱膨脹係數,Wiki
Linear Thermal Expansion Coefficient of Materials ,Engineering Tool Box
熱膨脹計算湯本電氣
2. 不變鋼,Wiki

如果文章對您有幫助,歡迎以小小代價請作者喝茶:

2020/4/18

設備問題處理分享

首先,必須要強調一點:
設備問題的處理其實是一個非常需要"經驗"的技術工作,
一台設備裡面有許許多多不同的元件,
不同的元件出問題自然需要不同的處理方法,
碰到問題有處理過,自然會因為有處理經驗可以比較快找出並解決問題。

網路上有很多小故事用來強調這一點,其中一個廣為流傳的就是:

有一位工程師在公司工作30年,退休了,他對該公司的機器及產品瞭如指掌。

幾年後,該公司的一套機器故障,全公司的人都沒法找出問題來,絕望中,他們只好把退休的工程師找回來,這位工程師看了一個小時後,從上衣口袋拿出一枝粉筆,用粉筆在一個零件上畫了一個大叉叉,說:「就是這裡出問題。」


公司把零件換了,機器操作正常,公司請工程師開一筆維修費用,接著,公司收到一張十萬元的帳單,是這位退休工程師的收費,公司老闆火大了,認為一個小時不值這麼多錢,就要求送一張明細表。


這位退休工程師的回函是:「用粉筆畫叉叉,一元;知道在哪裡畫叉叉,九萬九千九百九十九元。」


這個故事的來源已經不可考,但是經常被引用,所以我也厚顏薄恥的拿來作為開頭引用一下。

但是過了這麼多年真的還是如此嗎???

身為一個中年大叔,在設備相關產業混了二十幾年的老"菜"鳥,
對這個問題的答案其實應該要說"當然是"來幫自己增加一點行情,
不過在現在這個網路資訊與知識充沛流動無礙的時代,
這種狀況其實已經開始有所改變!

管理制度的改善、資料庫與搜尋引擎的效能提升,
讓以往遙不可及、高成本的專家系統、AI概念有機會落實到設備問題處理上,
加上 AR (擴增實境) 硬體越來越低,
若能有良好的管理能力與工具把經驗與知識內化、整合到系統中,
新人與新進工程師也有機會可以透過系統的幫助,預測與解決發生的問題。

良好的系統可以提供相關問題的資訊,個人經驗可以分為以下步驟產生:
1. 從現象判斷問題的類型與相關的零組件,
2. 排除問題恢復運作所需要的軟硬體材料、維護工具與步驟程序,
3. 根據損壞元件的故障、損壞現象找出問題發生的根本因素,
4. 提出與預防問題的解決方案避免問題再次發生。

以上僅供參考,相信有更多能人可以提出更多更好的。

各種新的"知識"匯流技術已經在逐漸打破以往必須依靠幾十年老經驗的狀況;
所以千萬不可倚老賣老,
如果還想在業界騙吃騙喝,記得要不斷學習與充實。

不過老司機們也不要怨歎時不我與,畢竟年紀的成長價值,
除了經驗、知識的累積以外,
有時候更重要的是在性格上可以作到好的情緒控制、不急躁、有耐心...
如果又可以不用在汲汲於職位上的競爭,
用對的人、工具、方法,正確辨識事情、問題的本質,有效的處理完事情,
相信在看待問題上會有不同於青壯年工程師的想法(視野),
所以年長者還是有其可以發揮自身優勢的空間。

如果能組合自己累積的經驗與知識來解決新的問題,也是一種創新!

又是廢話一堆,年紀大的象徵…


回過頭來看設備問題處理。

設備出狀況要如何處理?

以下分享一個設備發生的處理經驗,
試圖從中整理出一個有邏輯、組織、可以建立標準文件的方法。

這個設備問題的狀況首先描述一下狀況:
一開始從使用者端傳來一個訊息:

鋁擠型輸送機的底部破損,要求入廠處理。

第一次發生這個問題的時候,擔當設備開發設計的主管馬上就派工程師入廠。

判斷設備故障狀況後先提出對策:換掉輸送機給使用者:

問題發生的原因:
負責的設計工程師與主管判斷是鋁擠型製造、組立不良造成...

解決方法:
換掉、更新輸送機損壞零組件後恢復正常功能使用。

處理結果:
產線可以順利運作,
使用者不會抱怨,那就沒事了。

結案!


不幸的是,
三個月後又發生了!!!

更不幸的是換成我接主管要去處理...

進到現場觀察現況,
直接從破損處(鋁擠型輸送機的下方)觀察狀況:

從破損位置看進去內部,
可以看到:"鏈條側翻推擠在一起"

搬送用倍速鍊條,圖片來源:TSUBAKI

從觀察到的破損現場狀況判斷鋁擠型破損原因是:

鏈條側面連接片持續磨擦鋁擠型造成鋁擠型破損!


鍊條組成示意圖,圖片來源:TSUBAKI

連接片是不銹鋼材質,硬(強)度比鋁高,
硬度高的連接片持續將與鋁擠型接觸部位的鋁刮下成為粉末,
最後當磨穿到鋁擠型外表面時,
形成使用者看到的鋁擠型底部破損!

當然解決方法將輸送機鋁擠型結構與鏈條換條恢復正常使用是一種方案。

但是這是結果,到底是什麼原因造成鏈條會側翻?!

這是不應該發生的情況。
真正必須要解決的問題是鏈條為什麼會側翻?
鋁擠型破損破裂是問題的表象而不是問題發生的原因!
如果不把問題的原因找出來,並提出改善對策處理好,三個月後可能再來一次!

所以鏈條側翻的原因是?

使用不當?
維護保養不當
安裝問題?
製造組裝的瑕疵?
鏈條品質不良?
還是設計單位最不願意面對的設計“錯誤”



鍊條側翻的原因從現象觀察是鏈條在回流段推擠後側翻,
回流段如上圖 Return Side
圖片來源:TSUBAKI
為什麼會推擠?

因為鏈條在回流段太長、太鬆!

為什麼鏈條在回流段會太長、太鬆?

製造、組裝、設計那個階段發生錯誤?

設計上有確認鏈條張力強度、節數與加入鏈條拉緊裝置。

元件入廠規格符合要求,
組裝時確認鏈條安裝與排列,
實務上也很難故意將鏈條留太長並故意側翻進行安裝,
出廠前測試一切正常,
因此看來不是製造、組裝的問題!


回頭思考:兩次問題的發生都是在使用一段時間之後。

所以鏈條變長、變鬆、產生推擠側翻是在使用過程中漸漸發生的!

那為什麼使用時會逐漸變長?

回頭查鏈條型錄:
鏈條因為製造時是在沒有負荷的狀態,加上負荷後會伸長,
視負載大小,鍊條會因為材料中的微細結構影響,產生一點永久變形而拉長,
每一個單元伸長 0.01%,40米長的鏈條就會伸長 4mm,0.1%就會伸長 40mm,0.2%就是 80mm,
這些伸長量必須藉由調整鍊條拉緊裝置補償,以維持鏈條足夠的張力,
避免回流段鬆弛、推擠、鍊條側翻。

這種現象在各種金屬鍊條、纜繩等都會發生。
所以初次使用一段時間後必須調整鏈條張力,隨後每隔一陣子要檢查與調整張力,以避免發生回流段(鬆邊)的鏈條側翻。

詢問現場使用者完全沒有進行鍊條張力的檢查與調整保養,
因此在使用 3個月後,鍊條伸長量就會大到足以造成在回流段側翻的現象,
還好在使用說明書中有寫輸送機鍊條需定期保養與調整,
所以責任歸屬不是在設計、製造端,回歸到使用者端的未實施定期保養檢查!!!

但是畢竟是同公司,所以最終是將鍊條拉緊裝置從手動調整改成氣缸自動拉緊加感測器檢知拉長極限,
只要伸長量到觸發氣缸上的感測器就強制停機保養(剪掉一節),累積剪斷一定節數後須整段鍊條進行更換),
後來相關問題就沒有再發生過。

像這一類因為磨損、疲勞、潛變造成的失效、故障問題的發生過程是經年累月的,無法短時間觀察到,
在判斷原因上會比短時間發生的過負載、精度等問題困難。

所以設備問題的判斷與處理其實有時候還蠻複雜的,
如果從上面的例子過程來看,
問題的發生與處理過程大致上可以歸納為以下步驟:

1. 蒐集問題資訊:包括基本的有關人、事、時、地、物的描述,照片、影片等。
2. 快速地恢復設備為可運作狀態:更換損壞故障的零部件。
3. 找出問題的根本原因,提出改善措施防止再度發生:包括設計變更、定期點檢保養維護更換標準作業程序。
4. 改善措施實施與確認。

參考資料:
1. 自動化取代人類員工的問題,導入AR可以解決,Digitimes。

2020/4/17

CAE工程師的工作與發展機會分享

CAE工程師的工作比機構、機械、外觀等產品直接相關的設計工作需要更多的基礎學科理論知識,
同時也要瞭解相對模擬方案對應的實驗方法,
因此 CAE 工程師需要很強烈的興趣去支撐與研究 CAE 軟體的使用來進行工作。

純 CAE 工程師的職業就我有限經驗,
大概有以下幾條出路:

1. 在有一定規模的公司、產業技術研發法人團體擔任專職模擬分析工作
2. 在CAE 公司擔任技術支援,轉業務、管理職
3. 成立公司賣 CAE 軟體或工作室接 CAE 專案
4. 繼續深造進入學校教書

坦白說在製造業這些以實體產品銷售為主的公司,
例如包括各式車輛廠商,從自行車、機車、汽車、軌道車輛、飛機、船舶都有CAE工程師的編制,
電子業的ACER、ASUS,零組件的INTEL,代工的TSMC、Foxconn等 都有 CAE 工程師職缺,
要注意的是 CAE 工程師的工作通常屬於支援產品開發的性質,
在以產品開發設計製造為主要業務的公司內部很難成為主角;
作好模擬跟實際結果相近是應該的,
會當主角通常是實際結果比模擬差,造成損失被炮。

產品開發時程越來越短,
作模擬分析的時間也等同被大幅壓縮,
以前還可以怪硬體差速度慢,
現在硬體性能越來越好,不管是單機或多機平行處理的方案都有,
若是想要再用電腦速度不夠怪來爭取時間越來越難。
不過這幾年 CAE 受重視的程度有大幅的改善,
主管職等也有逐漸提高,
對 CAE 工程師來說是好事,
可惜的是能夠設置專業 CAE 工程師甚至團隊都還是大型公司才養得起,
因此在好的工作機會上數量會比較有限,
而且隨著 CAE 軟體的進步,
產品研發設計工程師自己就可以作一些簡單的模擬案例,
純 CAE 工程師相對就必須轉型作一些難的,所以就更辛苦了。

進入 CAE 公司擔任技術支援工作,說實在話是學的最多,
原因很簡單,待在一家公司內,產品的屬性就是那些測試模擬項目,
例如電子設備公司 CFD 怎麼作就是電子設備散熱,
絕對不會有機會作壓縮流、燃燒、動態流場等特殊需求,
但是在 CAE 公司,怎可能限制軟體只能賣電子公司?
所以在 CAE 公司會碰到比較廣泛的模擬項目需求必須要去支援處理,
自然學新東西的機會就會多,
但是相對的壓力也大,只要業務夠努力,就會一直有新的狀況發生,有新的東西要學要處理,
個人之前在軟體代理商,就必須接觸多種類型的客戶,有機會看跟學到很多,說真的算是很難得的經驗。

但是,軟體銷售行業的技術支援工程師薪資行情不是很理想,
技術支援工程師轉到客戶端、跳槽甚至自行創業開公司或接專案都有。

有極少數的例子是拿博士學位進學校教書。

我個人是原本從設備開發的機械工程師,
離開 CAx 軟體行業後,再回到原有製造業,
在 CAx 行業累積的經驗與知識對工作上會比一般機械工程師在工具應用上多一點點優勢。

坦白說除非有非常強烈的興趣,
CAE 工程師其實不算是好差事,
如果對 CAE 有興趣,先去軟體公司再轉客戶、法人或學界,甚至自行創業接專案都是選擇。




2020/4/2

業餘運動級別打羽球的裝備分享

新北市公立場館因為疫情關係關閉1個月,沒羽球可打,
來寫寫有關打羽球所需要的裝備。

打羽球其實是很有趣的運動,
相對類似的網球,跑動範圍比較小,手臂負擔較小,但是往返頻率比較高,
相對桌球,跑動範圍較大,球移動速度降低的比較快,
羽球運動對瞬間移動能力、手腕控制、動態視力、全身協調性要求很高,
擊球瞬間辨識對手位置與擊球動作、方向、力道控制變化也很講究,
近幾年世界女單球后台灣的戴資穎在球場上的跑動能力跟擊球假動作常常讓對手望球興嘆,


羽球的球速其實很快,經過訓練的運動選手殺球球速隨便都可以高達300km/hr以上,
例如 Youtube 上有一支女網 Top 10速度:

最高速度366 km/h

男子世界紀錄更是高達 493km /hr(擊球瞬間),
比棒球投手投出的速球 170km/hr、網球的 250KM/hr、桌球的 170/hr 還要高 *1。




還好羽球輕(4.74~5.5公克),擊出後羽毛產生的空氣阻力作用下衰減的速度也快,除非打到眼睛,雖打到身上有點感覺,
一般來說不至於造成傷害;
不過因為速度快還是令人很難以反應,
動態視力差一點的,殺過來的球幾乎根本看不見,
就算看得到也來不及移動或舉拍回擊,
男子雙打比賽的速度與節奏最快,例如:



這類中間有網子的球類運動,相對籃球、棒球、橄欖球等會有身體接觸、衝撞的運動來得安全些,
主要的運動傷害來自於自身揮拍動作與快速移位、跨步所造成的肌肉拉傷,
對業餘運動來說,通常只要經過一段時間的休養就可以復原,
所以羽球場經常可以看到50來歲(例如我…)的球員樂此不疲的在球場上運動。

也可以打 4 對 4 的歡樂羽球,閤家歡樂:



所以羽球其實算是不錯的合家歡運動。

打羽球的缺點就是好場地跟耗材球的費用略高。
在北部一般公立場館的行情離峰時間 290/小時,尖峰時間 4、590/小時起跳,
如果周末下午、平日晚上,兩個人去打個兩小時(一場電影的時間)要1080~1180,說實在不便宜,
敢跟女朋友說約會去打羽球的說真的還蠻不划算,比看電影貴,還會被念...

至於在裝備上,打羽球的裝備費用就還好。

打羽球的人身裝備就是:
1. 羽球拍
2. 低踝部運動鞋,如慢跑鞋,但是專用的羽球鞋更好,抓地力會好很多
3. 排汗衣、褲

相對我另外一項自行車運動來說,羽球的人身裝備實在算是很便宜的。

其中比較講究的就是羽球拍!

每個人在不同階段、單、雙打適合的球拍都不同,
羽球拍的規格有一定的長、寬限制,
重量標準以 100G 為參考基準,再以U表示重量規格,
每加 1個 U ,球拍重量減 5公克,
想像中球拍越輕會越貴,其實不然,
球拍的規格除了重量以外,最主要的是剛性,
包括:
揮拍方向的剛性,中管的剖面係數(抗彎矩),
跟拍面扭轉方向的剛性,中管的扭轉係數,
其他還有拍面尺寸、平衡點跟握把尺寸,
講究一點的還有風阻,當然還有拍線跟綁線的磅數。

以重量跟剛性來說,
職業選手通常會比較傾向於高剛性的重拍,
越重的拍揮擊羽球的力量越大,會有比較強的攻擊力道,
但是手臂負擔的力量也大。

所以業餘、臂力小跟初學人者適合輕的、有彈性、磅數低的拍子。

單雙打也不同,雙打講究快速反應,羽球拍就會比單打輕一些,
前排選手會握比較短,靠近平衡點。

另外還有拍的重心位置(平衡點)也會有影響,頭重的拍殺球強,頭輕的拍適合靈巧的控制。

一般來說,主攻後排殺球的,球拍可以稍重一些,重心偏頭部,
主攻前排放網前球、挑後場等,球拍要輕,重心離頭部稍遠一點。
當然也有所謂的平衡拍,試圖兼顧前後場的不同需求。

所以有時會看到球友一個人帶多隻拍子,除了怕斷線備用以外,
會視情況選擇不同重量、重心,還有球拍拉線磅數的拍子來用。

說一些球場上借拍的趣事,
像我會帶四隻拍子,袋子裡的這四隻拍子總價要1萬多,入門或初階同事球友常常會借去打,但其實不知道這一袋拍子要1萬多^_^

剛開始打球的球友碰上場上有大方的球友可以不用準備拍子,多半借一下,小心點,
其實大部份熟人球友是OK的,但是若不熟或是常打最好還是要準備至少一隻自己的拍子;
有些剛開始打球的朋友會停留在一隻拍子了不起7、8百的印象,每次碰上借人拍子卻亂揮敲框、砸在地上的狀況時會很心疼,但又不方便說什麼;不過年紀漸長以後就看開了,拍子沒壞怎麼跟老婆說要買新的拍子^_^!
也有些個性謹慎的新同事球友不太敢跟我借拍子,感覺上我這種老球皮用的拍子應該很貴,其實我手邊最貴的也不過4千多^_^

球拍拉線有不同磅數跟球線直徑、材質、編織方式等差異,
對擊球的球感也會有所不同,
簡單來說可分拉高磅數跟低磅數,
磅數低,拍面的彈性好,擊球可以利用拍面的彈性力量打比較遠,
磅數高,拍面擊球反應快而直接,球飛的距離比較相對短,但是位置、方向會比較好控制。

職業選手力量大、技巧好,一般都會拉高磅數,線徑不會太小(強度高,避免打斷線),
像我這種有年紀的業餘選手,25~27磅左右已經是極限了,
磅數再高上去,後場、反手拍的球根本打不遠,
有時如果狀況不好,我甚至會拿 21 磅的拍子,這樣打遠球會比較省力一些。

所以球拍不是買貴的就一定比較好,要適合自己,甚至要準備兩隻拍,
像我跳不高、殺不動,主要選平衡拍,高低磅數配合當天身體體能狀況使用,
大概 1200~4500的拍子 就很夠我用了,
比起自行車器材,隨便一台入門公路車 3、4萬起跳以及裝備、耗材便宜多了,
我曾經買過碼表加心跳計要8千多,都不敢讓老婆知道^_^

大一買了一隻 Kawasaki的拍子,還在,傷痕累累,線沒換過,還能打著玩。
2012 買了一隻好市多的 Yonex Nanospeed 500(24磅) 約1500,
2013買了一隻網路上買的 Fleet Profession 3800 (26磅)約2000,
比較常用 Fleet,挑打對方後場位置可以控的比較準,
兩隻拍子其實都還很好用。

2020/5 買了一隻 Hallson Vortex 4000 4U(81g、296mm、25磅),2021/10 這一隻敲框幾次後在揮拍擊球時框垮掉,第一次打到球拍壞掉!

跟一隻 Hallson Vortex 1000 5U(78g、296mm、21磅,原本是給老婆用,現在主要是借給球友用),

都是 G5握把,還在適應大握把,經常拍面轉過頭,把球打出界外。

2021/10 Hallson拍斷了後再買了一隻勝利的Jet Speed 12 II F,

圖片來源:勝利羽球官網

這一隻定價7000,是到目前買過最貴的羽球拍,不過這隻拍的人工材質握把在擊球後的振動確實較小,比較舒服,是最常用的拍之一,後來老婆覺得這一隻比較好打,就變成給老婆用。

2022球友推薦買了一隻YY Nano Flare 800,球友優惠價4200,但是4U太輕、剛性不夠打不慣。

2024再買了一隻Fleet Woven 1000 VII,3U,最短命的一只,打的次數不多框就斷了,可能之前借球友打有敲到。

現在反而最常用的還是Fleet那一隻,所以貴不一定好,適合最重要。

球拍說真得還蠻難選的,如果有球友可以借試打一下再決定應該會更好;
像我之前常用的 Fleet,女同事借去就嫌打不動,打不遠,不好打,
反而 Yonex NS 500掉磅數到22磅覺得比較好打,
Kawasaki舊拍子磅數掉到20不到,打得很開心(比較容易打遠)。


若經常在室內場地打球,建議準備一雙羽球鞋,大約 1000~2000其實就很夠用,
羽球鞋跟一般運動鞋主要差異是在鞋底材質跟紋路設計的抓地性很好,
比較不會在瞬間移位時打滑,
這對羽球跟桌球運動都很重要;
另外是在大拇指鞋面有特別加厚保護鞋子最好,
因為打前排的球經常會有大跨步動作,後腳大拇指位置鞋面很容易跟地板摩擦,
我之前有兩雙鞋都是從這個位置開始破,
鞋子其他位置狀況其實都還好好的。

至於褲子、衣服,我覺得只要是輕薄容易拉伸好排汗就可以。

Ref.
1. 世界球類運動速度排名,最快可達近500KM/H 原文網址:https://kknews.cc/sports/yazvmzg.html

2020/3/21

創新、創投、設備公司的三贏合作

新創公司中有部分銷售商品是以實體產品形式交付給消費者或各行各業使用,
例如像手機、衣服、皮包、食物、IC、工業原料等等。

對這些新創公司來說,商品從發想、設計、試作完成後,
下一個階段就是行銷跟量產上市,
即使是大型公司的產品如近十年熱門的商品 iPhone、Tesla 或 GOGORO 也都需要透過實體原物料生產製造程序加工變成實體商品後才能付諸實現。

要將原物料生產製造成為商品就需要生產力,
生產力的來源主要就是人工+設備,
以全球化經濟大量製造生產以壓低製造成本的趨勢來說,
透過高度自動化設備實現量產幾乎是標準的模式。

但是設備投資金額往往很龐大又具有風險,
對新創公司來說,廠房加設備、原料的投資金額往往是最大的負擔。

如果設備公司就是新創公司的股東?

這種組合有很大機會可以解決產業發展上的多種問題。

設備公司需要有經驗的技術人員,
但是設備需求是有景氣循環跟市場成熟度的問題,
因此設備公司很少會大幅擴編正式人員編制,
因此內部的升遷管道往往非常封閉,
常常可以看到很多老工程師、老業務,
野心比較大或有對公司不滿的常常就會跳槽出去自己開公司搶生意,
這種例子看過得還蠻多的,
加上設備用戶產業升級速度與需求也低,對設備相關費用很敏感
甚至還有很多以個人工作室存在的模式,一個機械+一個電控,再加上配管線、加工廠跟五金行,
造成台灣設備者者規模普遍不大,
對累積技術經驗能力與擴展產品技術類型廣度非常的不利!

新創公司的技術人員通常主要以年輕人、學校、研究法人團體的研究者為主,
甚至有很多是沒有工科背景經驗,
相對在實務上的生產製造經驗可能會比較欠缺,
對機械設備的概念通常也比較不夠,
要開出生產製造所需要的設備規格通常是力有未逮,
因此很容易出錯甚至被騙,
花了錢買了設備,結果用不起來,
說真的這種例子還真的不少,
結果好的產品就因此胎死腹中,
當然有些失敗是因為所需要的生產技術超過目前設備技術與預算能力因素的例子也有。

因此如果創投+新創+設備三種不同類型的公司結合在一起,
創投提供資金與經營輔導
新創提供商品創意與設計
設備協助建立有效率的生產線,設備公司內的資深人員可以進入新創公司擔任產線設備主管,處理產品變更所需的夾治具設計製作,以及後續可能的設備升級、改善、改造等。

這種三贏的模式應該會為創投、新創、設備三種不同類型公司創造有利的條件。

長期以來,在台灣其實有工研院有扮演類似的腳色,
可惜的是在設備方面一直似乎還有很大的改善空間,
個人經驗是工研院內部相關設備人員相對外部設備公司在實戰經驗數量與時程壓力對應能力上畢竟有所不同,
畢竟會進去工研院作設備人員跟進外部業界設備業者人員的求職條件與思考不同,
自然會反映在輔導創新導入設備上的能量,
這也是工研院在設備相關方面必須克服之處,如果轉成以整合蒐集了解設備業者能量,媒介新創與設備業的角度為主或許會更好。

近年有看到一家設備公司 M 社,主動成立天使基金找新創公司投資並引入自家設備技術協助產品的發展,這是一個好的開始,
不知道 M 社在經營與行銷管理跟產品發展影響上是如何拿捏扮演腳色?
希望不會以太多自身經驗介入,反而限制了新創公司發展的可能性,
這也是三種類型公司結合發展過程中磨合是否能成功很重要的影響因素,
如何放下成見與個人、原公司短期利益考量找出對三者集體的最大利益?

2020/3/14

感測器、開關的A/B接點

對資深的工程師來說,開關的 A/B 接點定義應該都很熟以為常,

A接點又稱為"常開"、"Normal Open",
意思就是沒作用時都是斷路/沒訊號的狀態。

B接點又稱為"常關"、"Normal Close",
意思就是沒作用時都是短路/接通的狀態。

圖片來源:花蓮高工電機科線上教材

這兩種在應用上以邏輯來說就是 0/1 的作用,
對寫程式來說初步來看其實沒甚麼差異,
就是檢查邏輯時選擇 False 或 True。

但是對感測器或開關實體來說有另外一種健康狀態檢測上的意義,
如果元件故障或接點脫落或相關電源供應異常,
選擇 B 接點的方式因為沒接通就會有機會發現異常,
選擇 A 接點的方式只能等到作用時發生該作用沒作用才會知道開關或感測器無作用。

所以有些工程師喜歡選擇 B 接點,可以多一個作為監測元件是否故障的作用。

但這也不是絕對的,
如果 感測器或開關發生短路故障,那就會看起來正常,實際上卻是故障的。

比較高級的元件就會另外加裝健康狀態偵測的迴路,以提供更多的元件狀態訊息。

2020/3/7

氣浮材料說明:CMT Materials METAPORE BF100AL

第一次找到 CMT Materials METAPORE BF100AL 這個材料是源自於真空吸盤的應用需求。

需求如下:
1. 可以產生均勻吸力
2. 可以加工
3. 加工精度希望可以到 100mm 內平面度 +-0.005mm

因為有平面精度上的要求,一般真空吸盤常用的膠質材料就不列入考慮。

剩下的就是陶瓷、金屬兩種。

選擇金屬(鋁)的原因是相對陶瓷材料好處在於:
1. 可以買素材進行加工,不需要開模,設計上形狀、溝槽等比較有彈性可以作測試
2. 小量制作比較容易
3. 比較不容易受到撞擊碎裂

缺點是耐溫、耐磨性都比陶瓷差。

但是因為種種因素考量,後來無疾而終,沒有真的去設計製作進行測試。

後來是因為在氣浮用途上再次考慮使用,
同時另外找到還有石墨材質也可以用在氣浮上,
但是石墨材質只找得到 Newway Bearing 直接以成品形式提供,
價格不斐!

選擇 CMT Materials 的 BF100AL 材料,
是因為台灣有兩家材料廠商很早就有引進在用*1 ,
也找得到加工廠商有加工處理經驗,
因此就以 BF100AL 為主要氣浮載台設計上的材料選擇。

氣浮材料通常多以顆粒(粉末)狀原材加壓(pressed)、燒結(sintered)或黏著而成,
利用顆粒之間的間隙讓氣體通過,達到透氣的效果。

像BF100AL,以原廠網站說明是以鋁材顆粒加環氧樹脂黏著而成,
性質上就像是鋁金屬顆粒+塑膠的複合材料,
適當使用加工刀具可以進行材料的切割與移除,
也可以避免加工過程中的力量與溫升造成切削粉末、黏著劑堵塞、黏著在顆粒之間的空隙。

素材有15、20、30、60等厚度,長寬500x500,其他尺寸要訂製。

素材使用鋸切割時,因為部分孔隙會堵塞,建議要銑削移除掉六面表面0.5mm,以恢復透氣性。

加工以銑削為主,
表面可以再加以研磨,以取得平整細緻的表面,
建議使用手工或震動進行乾式研磨,砂紙使用400/600/1200號依粗到細逐漸研磨平整。

加工後可以以中性清潔劑清潔,再以清水沖洗到無泡沫,清潔後以 80~100度 C 烘乾 3小時。

洗淨時也可使用 33KHz 超音波 15分鐘加強效果。

有關材料的性質主要考慮兩大因素:
1. 機械性質
2. 透氣性

機械性質包括密度、彈性係數、破壞強度等,如下圖表:
圖表來源:Metapor

透氣性可以參考以下圖表:
圖表來源:Metapor

空氣流量 vs 壓力與材料厚度

基本上的原則就是:
1. 厚度越厚透氣性越差
2. 壓力越大透氣量越大
要注意的是相關性質是非線性的,
在 CFD 軟體中可以輸入相關資料進行氣流量與壓力分佈的模擬。

Ref
1. 代理商新懋資料:網頁
2. 原廠CMT透氣性材質資料:網頁
1. METAPORE BF100AL 加工要求:CMT網頁
2. 基本性質參考:ABIC網頁



2020/2/15

Top 25 Coffee Shop in Taiwan

我其實不能喝咖啡,每次喝都會有一點心悸等不舒服的感覺,
但是我還蠻喜歡咖啡廳的氣氛,
最近看到報導國外網站票選台灣最佳的25間咖啡廳覺得還蠻有趣的,
所以把這幾間咖啡廳位置建到 Google Map 清單上,
有機會路過附近就可以來去看看,
順便分享記錄在網頁上:

Google map 清單:連結

在台北就有 8 間,其中有三間就在板南線上,另外五間離捷運站也不算遠:


第一名的 Simple Kaffa就在忠孝新生站附近。



新聞報導出來後這幾間生意應該會好到不行,
畢竟台灣人就是愛熱鬧...

2020/2/9

表面防沾黏技術文章分享

一般生活上最容易會接觸到使用防沾黏技術的物品就是鐵氟龍塗佈的水壺、不沾鍋、內鍋、蛋糕模等等,
在工業上應用包括有模具、特殊流體用管路等,利用防沾黏的技術以便於脫模跟降低流體阻力,
其他在衛浴產品、建築外觀、船舶外殼上的表面也會使用不同的防沾黏技術來降低灰塵、油污、海洋生物附著等,以保持表面清潔,
從節能與方便性的角度來看,防沾黏的技術應用越來越廣,也會越來越多。

物體表面要防止沾黏,有三種原理(參考資料*1),如下圖示:

由上到下分別是高表面能、剝離作用、低剪力(摩擦力)三種不同作用
圖片來源:Non-stick Coating Selection Guide
1. 低表面能,Low surface energy
物體表面上的基本組成分子會有對外界接觸分子的不同吸附能力,
通常會以水作比較標準,
定義表面能或接觸角,
低表面能(高接觸角)表示對水分子的吸附能力差,
也就是表面不容易附著水,
因此會在表面形成球滴狀,如下圖左示:

圖片來源:ptfecoatings.com
相反的很多鍍膜或塗佈製程前必須先確認表面清潔的狀況,通常也是以接觸角作指標,
為了讓膜的附著性好,接觸角越低(水滴攤平成薄膜)越好,如上右圖示,
評估接觸角在鍍膜製程的目的是要評估表面污染的殘留狀況,以確保覆膜與基材的接著力,
實務上幾乎大部份設計都會以親水性附著力為準,因此提到接觸角通常都是以水作為標準。

所以要注意的是是親水性材料往往斥油,親油性材料往往斥水,
因此製程上若要鍍膜或塗佈時是油性物質,
對水低接觸角反而會造成油性塗層附著力差而容易剝落,
因此要注意接觸角、表面能是相對性的,必須注意材料的特性,如下圖示:

左:紡織物上的水滴,相對高表面能,水被吸附攤開;
中:水跟油放在氟素樹脂上,相對都是低表面能,形成高階觸角的水滴與油滴;
右:水跟油放在油性的蠟上,水相對蠟是低表面能,形成高接觸角的水滴,
油相對蠟是高表面能,油被蠟吸附攤平。
圖片來源:Non-stick Coating Selection Guide
為了處理這種狀況,有時就會在高親水性表面加上官能基,
讓向基材的另側的性質為親油性,
改變相對材料的表面能特性以增加附著力。


回到防止沾黏技術在這個部份原理應用上,
防止沾黏會以高接觸角,低表面能為目標,
像鐵氟龍屬於化學反應惰性的材料,
鐵氟龍,TEFLON,聚四氟乙烯
Teflon 分子鏈 3D 結構
圖片來源:3DChem.com
因為分子內部力量分布均勻,對外部不太容易吸附其他材料,是已知表面能最小的固體材料*2,
不沾鍋就是在高導熱鋁基材鍋子上塗佈鐵氟龍層,
利用鐵氟龍材質特性形成高接觸角表面,
疏水、疏油讓食材不易沾黏在鍋子表面,
至於如何在鋁材表面進行處理,至於要如何讓鐵氟龍跟鋁材可以緊密接合就是各家廠商的技術機密。

針對不同的需求,另外會有其他不同的表面鍍、塗層用來對應不同的接觸材料,可以參考資料1內容介紹。

2. 剝離作用,Ablation
有些基材表面會塗佈上表層會剝落的材料,
當其他材料附著後,塗層表層很容易剝落,使材料無法附著在基材的塗層上。
缺點是這些易剝落的鍍層材料會形成雜質汙染,
另外塗層材料因為剝落會逐漸損耗,所以必須定時補充損失的塗層。
在船舶水線以下的船外殼就經常用這種方式來防止水生生物附著在船殼上,
海水中各種不同生物總是會有可以附著在塗層上的方法,
採用剝離作用是目前最簡便有效的方式之一。

3. 低摩擦力,Low friction, low shear strength, high slip,
低摩擦力的作用跟低表面能有點像,
附著物因為表面的低摩擦係數關係不容易在表面停留,
這種現象比較像是水、灰塵在垂直"光滑平整"的玻璃面上因為摩擦力小,加上有重力作用關係會往下墜落,不容易附著,
類似例子如汽車玻璃上塗矽油封住玻璃表面的微小孔矽形成光滑面,讓水滴不容易停留。


傳統中式煎魚會要求先熱鍋,再下油,這樣就會產生不沾鍋的效果,
這裡面使用了上述 2 & 3 的原理的綜合作用,
首先熱過後下油,因為鍋子表面溫度遠超過油的沸騰溫度,
油接觸鍋子後迅速汽化成蒸氣,油的液體分子產生剝離作用,原理 2,
蒸氣在鍋子跟油之間形成一層相對較低摩擦係數的氣體層,原理3,
兩個作用同時使食物產生不沾的效果,
這種現象早在 18 世紀就被描述,稱為萊頓佛羅斯特(Leidenfrost)現象,參考3。

萊頓佛羅斯特液滴
圖片來源:Wiki


參考:
1. Non-stick Coating Selection Guide
2. 聚四氟乙烯,Wiki
3. 萊頓佛羅斯特現象,Wiki

2020/2/8

騎車用口罩分享

最近因為2019新冠狀病毒(COVID-19,2019-nConV,俗稱武漢肺炎)的因素突然之間口罩又變成大熱門。
各種搶購、掃貨、排隊買口罩行為已經被列成"2020年 口罩之亂"。


因為自己年紀大以後呼吸道狀況不如以往,
打掃時只要沒戴口罩,灰塵重一點,就會出現類似過敏氣喘的現象,
呼吸會有"咻、咻、咻"的聲音,
有一次嚴重到差一點想去醫院掛急診;
加上常騎 UBike 通勤,路上汽機車排氣、灰塵都不少,
所以近幾年一直都有使用口罩的習慣,
除非剛好自己有感冒怕感染別人,
不然使用口罩的主要目的都是防塵、防汙。


以下分享近幾年買、用口罩的心得。

要說到買口罩,最早應該是從父親因為不明肺炎住院然後不良於行開始,
當時每隔一陣子都會固定買一盒醫療用口罩給外籍看護工跟父親使用,
這種應用狀況自然都是使用醫療型口罩,
主要在醫療器材行買一盒 50 片,

圖片來源:csd

價格大概就是150上下,看是在甚麼通路買,
連鎖醫療器材行會比較貴一些,
一些小型藥局、醫療器材行付現金買會比較便宜,
網路上寫的一盒100還沒買到過。

後來父親走了以後,還剩下半盒左右,一直放在家裡,也忘了拿來用,
雖然已經過期,但是保存上應該還算堪用,
加上家裡本來就一直有固定備著一些口罩,
所以最近的口罩之亂買不到口罩這個問題對我家其實是沒甚麼影響。

但是醫療型口罩拿來騎車帶很不適合,
主要原因有二:
1. 平面造型在騎車時若逆風會緊貼住口鼻,加上騎車微微出汗後痕容易會黏在鼻口,很不舒服,甚至無法透氣。
2. 只要用一小段時間,稍微摩擦到就很容易起毛球、鬚鬚,這些鬚鬚摩擦到鼻孔很不舒服。

所以只好另外找適合用的口罩,
一開始也用過 3 M 布口罩,
圖片來源:網路搜尋

但是每隔一陣子要洗,很容易忘記,不方便,
買過兩個以後用一陣子就沒有再用。

試過進無塵室用過的防塵口罩,

圖片來源:網路搜尋

跟醫療型口罩有一樣的問題,
而且因為主要是防止人員汙染無塵室環境用,感覺上防外部灰塵效果並不好。

後來無意間看到有附排氣閥的 3D 立體口罩,
一片10~15,
照片是拍賣網站上的照片,帥哥不是我…
可以降低口罩內部的溼氣跟避免緊貼在鼻口的問題,
前前後後買了 40 個來用,
有排氣閥差很多,口罩內比較不會那麼濕,
至於防塵效果也還可以,
3D造型確實也不會緊貼口鼻,
但是用沒幾次會起毛球,
買了兩批還沒用完就不想用。

最後找到 3 M 工業防塵用的 附排氣閥 + 3D造型+N95口罩,
圖片來源:Momo購物網

圖片來源:Momo購物網

2019/2 在 Momo 買了 1 盒 20片/790,一片將近40,
這個口罩雖然貴,但是真的好用,
防塵效果很好,
有排氣閥不會很容易濕、悶,
重點是不會很容易起毛球,
只要不弄髒,一片我都用上一個月,
所以算起來也不會比較貴,又可減少很多垃圾;
缺點是不能防有機氣體,
不過擋灰塵、微粒的效果真的不錯,
另外是固定繩不是耳掛式,
所以我都剪斷重綁成耳掛,
缺點就是因此會稍微有點緊,
只有在騎車時帶其實還好,
帶ㄧ整天耳朵就會有點不舒服。

有時因為有點感冒帶到辦公室時,
同事看到都會很好奇這個口罩很特別,
每次都要解釋一下因為騎車關係需要有排氣閥跟 3D 造型,
同單位同事看久就習慣了。

口罩之亂開始後,
其他單位同事看到會很好奇問現在還買得到 N95,
我就必須再解釋一次,
而且還要強調這是去年年初就買了一盒用到現在。