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。

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。


如果文章對您有幫助，歡迎以小小代價請作者喝茶：

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 

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。