一些簡單有關自動光學檢測(AOI)的分享

在出來工作約2年多時，單位內有一批開發影像檢測程式的工程師要離職，

原來進行中的程式開發與修改工作無相關技術人員可以接，

主管們動腦筋到一些機械工程師頭上，

一直到現在還是想不通為什麼不是找電控工程師，

挑了三個對電腦應用比較擅長的工程師，分別接了三台自動光學檢測設備。

當初分到由工研院技轉，使用DOS作業系統+MS C++6.0+Matrox影像擷取卡進行開發距離與高度檢測的設備，
距離檢測以現在的影像檢測技術來看，簡單到不行，
使用四支CCD辨識產品四個角落結構圓圈的中心位置，
參考標準治具的圓圈中心位置，
計算四個圓圈中心距離的偏差量；
高度檢測一開始以類比式渦電流感應加類比訊號擷取卡，後來換數位式+RS232通訊傳資料。

以現在的技術，作上面的自動光學檢測連寫程式都不用，
直接選用一些Smart Camera就可以計算輸出圓圈中心的位置，
例如知名的COGNEX(康耐視)，
像其產品線中的In-Sight 2000-130這一隻就包括圖像辨識檢測、定位(邊緣跟圓形)、量測(距離、角度、直徑、圖案與邊緣)等功能。

但是這一類Smart Camera的缺點就是光學系統的選擇較少，畫素較低，
適合用在一般的低解析度簡單應用，
一些比較特殊的狀況可能就會有功能不足的問題。

48萬畫素(800x600)，圖片來源：COGNEX網站，www.cognex.com

500萬(5MP)畫素，圖片來源：COGNEX網站

後來轉專案管理跟主管職就沒機會進行新的光學檢測設備開發，
但是一直對光學檢測設備抱有很大的興趣，也一直不斷的在看相關資料，
接下來就把一些看到的資料作一些簡單的分享。

自動光學檢測的技術可以分成四個部分 :
產品移載機構
光學系統
影像處理與辨識系統
機構動作控制系統

產品移載機構 :

自動光學檢測系統光學系統因為光源以及相機連接線的抗撓性較差，
通常是儘量不動，或者是只作小幅度的移動。
所以設計上多數的狀況是讓產品移動到取像的位置，
產品通常會固定在吸真空載台或使用夾治具固定住，
載台或夾治具再固定在單軸或多軸滑台上進行移動。

所以滑台移載機構的目的是固定並移動產品到指定位置供光學系統取像，通常是單軸或雙軸滑台，
雖然對移載精度要求有時會比一般的搬送移載機構略高，
但是因為光學系統可以檢查在有效視野範圍(FOV, field of view)內的物件，
只要產品有完整進入到有效視野範圍內就可以進行檢查，
所以滑台移載機構其實也不需要用到非常精密的等級。

一般的移載機構通常會選用滾珠螺桿加直線軌道組，
低解析、大視野範圍的光學系統甚至可以用皮帶加線性軸承或直線滑軌，
或直接以機械手臂進行產品的移載，以下是一些滑台移載機構組成與元件的圖片。

滾珠螺桿，轉螺桿，螺帽移動
圖片來源：上銀網站

直線滑軌(Linear Guide、線性滑軌、直線軌道)
圖片來源：上銀網站

線性軸承(Linear Bushing、直線軸承)
圖片來源：全球傳動網站

皮帶傳動滑台，馬達要另外選
圖片來源：巨德科技網站

單軸滑台組合成品，需自選馬達
圖片來源：上銀網站

以Area CCD的光學檢測統來說，
因為只要進到光學系統視野範圍內就可以進行取像跟處理 、辨識，
只要重複精度有一定程度就可以，
所以像很多皮帶傳動的滑台精度有到 0.1mm的其實已經夠用，
不過常見還是以伺服或步進馬達搭配滾珠螺桿加直線滑軌最多，
可以到0.05mm甚至0.005mm的精度，
我想這是因為滾珠螺桿看起來比較“專業”，
而且除非使用到的軸數很多，其實兩者價差佔整體成本比例有限，
也可以避免一些客戶質疑的困擾；
當然對一些需要知道相對距離位置的需求，
例如LCD玻璃基板缺陷檢查，
因為需要記錄缺陷的位置，移載機構的精度就很重要。

滑台移載機構的驅動元件選擇上也有多種考慮，
如果要速度快可以使用伺服馬達搭配，可以很快到達指定的定點；
如果要速度穩定 、整定快、便宜可以使用步進馬達搭配；
基本上Area CCD取像的話，使用伺服或步進馬達都可以，
若使用Line Scan CCD用步進馬達或者轉速穩定控制的交流伺服馬達比較好。

雖然近年線性馬達越來越多也成熟，線馬主要特性在速度快，
但是用線性馬達比較少(不需要皮帶或螺桿傳動，只需要直線滑軌作支撐與導引)，
不過線馬價格高，從CP值角度來看並不適合。

有關伺服馬達的介紹可以參考：交大電力電子晶片設計與DSP控制實驗室的一篇電動機控制簡介。
有關步進馬達的介紹可以參考東方馬達的"步進馬達的基礎"網頁。

直接搭配機械手臂作產品移載的範例如下：

因為光學系統本身結構關係，
高倍率、高解析的光學系統通常比較長而笨重，
慣性作用會造成光學結構晃動，或者是光源系統要跟著動，連接線會容易斷也不適合，
所以光學系統掛在機械手臂或XYZ三軸滑台上移動的情況比較少見，
但是還是有，如下裝在垂直關節型(6~7個自由度)或水平關節型(3~4個自由度)的機械手臂末端的機器視覺系統的例子，

前面提到過，多數情況是光學系統不動，產品移動，
最多是Z軸上下對焦用，距離通常也很短；
但是有些情況，例如要節省空間，
會使用XYZ三軸滑台帶著光學系統移動，產品則固定不動，
例如大型的玻璃基板，如果要移動2公尺以上的玻璃基板，那移載機構的尺寸大小就很驚人了；
這時候會採取裝設多組光學系統，
單方向移動光學系統來克服這種尺寸上的問題；
或者是要記得將所有的線換成可以重複撓曲運動的。

以移動產品或光學系統來取像的規劃選擇，
必需視狀況來調整，不應該是一成不變的。

光學系統:

光學系統的目的是取得品質適當的影像供後續影像處理與辨識用，
是自動光學檢測的核心之一，選錯就GG了。

光學系統基本上又可以分成相機(攝影機)、鏡頭 、光源三大部分，
這三個部份的選擇是必須要密切搭配適當，
其實還有固定座的微調機構要注意(先忽略)。

相機 : Camera

通常延續早期使用習慣稱呼為CCD，
但是這幾年也愈來越多CMOS、CIS等不同型式；
選用相機基本上要考慮影像所需的幾個規格，
線型感測元件(Line Scan，近年新的技術應用)或面型感測元件(Area Scan)，
單色(mono)或彩色(color)或紅外線(IR)甚至UV等等，
當主要型態選好以後，
影像感測器的尺寸(sensor size)與畫素(pixels)跟成像解析度與品質有關，
早期常見6.4x4.8mm(1/2")到12.8x9.6mm(1")，比例多為4:3，
有效畫素640x480，可以換算感測器畫素大小為10~20um，
感測元件大尺寸的好處是感光能力強(受光面積大)；
不過後來半導體技術提升，感光能力也大幅提升，
Camera的發展趨勢往高解析度方向走，因此同樣的大小的解析度越來越高，
目前商業上銷售的工業用Camera可達29百萬畫素mega pixels(MP)，6576x4384 pixel，畫素尺寸5.5x5.5um，幾乎相當於35mm底片，甚至有更高到49MP；
其他像電子快門速度資料傳輸的介面、每秒拍攝畫面數與傳輸率也是很重要的規格。

說實在話，多數工業用相機感測元件(Image sensor)供應商就是那幾家半導體公司，
例如最老牌的Sony (area scan)，Sony在20年前幾乎是第一選擇，自己作感測器，自己組工業相機賣。
後來半導體快速往 8”以上發展，讓 6”的產能可以釋放出來改作 Image sensor，
加上監控攝影 、數位相機 、網路攝影機 、行動裝置等新產品出現且蓬勃發展，
陸續吸引了不少廠商投入生產，
Sony的工業相機也出現很多競爭者，
感覺上後來Sony已經轉型成感測器的供應商，
工業相機的發展似乎比較不像其他新廠商積極。

沒找到專門介紹工業用影像感測器器市占率介紹的資料，
還是可參考CMOS Image Sensor Industry 2016的資料，
基本上Sony還是老大，佔有幾乎超過1/3的市場；
2019/12更新 Sony市占率超過 50%，預計2025新廠陸續完成後可以進一步擴大到 60%以上*1。

至於Line scan感測器主要都是一些新的廠商，像Teledyne、Toshiba、CMOSIS等等。

市面上買到的相機多數都是將這些感測元件，
加上印刷電路板 、電源供應 、儲存與傳輸 、雜訊抑制，與外殼等組裝在一起的相機成品。

消費性、監控用跟工業級相機從名稱跟功能看起來大同小異，
但在細節上差很多，便宜玩玩試試無傷大雅，
若想裝在24小時不眠不休的機器上運作就要謹慎考慮。
更多有關詳細資料可以參考Edmond網站。

鏡頭： Lens

相機必須要接到鏡頭才能發揮光學系統所需要的功能，
所以相機上要注意與鏡頭配合的接口(mount)

早期工業用相機主要的接口是 C mount，
螺紋規格是1"直徑、1/32"的螺紋節距(pitch)，感測器前的鏡頭安裝平面基準距離17.5mm，
後來多了一個 CS mount，螺紋相同，安裝基準距離改為12.5mm，縮短鏡頭到感測元件的距離，對同一顆鏡頭會影響鏡頭到感測元件的距離，通常會減少放大倍率，增加可視範圍，降低暗角的發生，所以 CS mount 成為監控攝影機的主要規格。

鏡頭接頭到相機安裝可以添加延伸環來改變鏡頭光學系統到感測器的距離，增加放大倍率，
也會改變鏡頭前到目標聚焦平面的距離(Working Distance，WD)。

不同 mount鏡頭交換時要注意目標物的距離跟放大倍率改變等狀況。

因為傳統 C/CS mount的鏡頭接口口徑太小(外徑螺紋25.4mm)，
對大尺寸的感測元件來說太小，很容易產生影像四個角落的暗角，
或者是偏離鏡頭軸心的光線大量扭曲等問題，
所以廠商也開發新的大口徑接頭如 42 mm、 F mount或直接使用數位單眼相機的接口（例如Canon的 EF mount)，
不過以工業用途來看，F mount應該會成為主流，可對應到全片幅Area CCD跟長型的Line scan CCD。

鏡頭規格中，接口算簡單的，搭配CCD就對了，
其他的規格最主要、也最常被提到的是倍率，
工業用鏡頭通常是採定焦單鏡片設計，
所以從國中就學過的光學知識可以知道，
放大倍率是鏡頭到感測器距離FL除以鏡片到目標物距離WD，
所以越高倍率的單鏡片鏡頭通常會離目標物越近，像顯微鏡頭就是最明顯的例子。
相對商用相機一般比較常提到的是鏡頭的焦長跟快門，
在工業用鏡頭上反而很少提到，通常以倍率取代。

鏡頭中常見其他的規格包括口徑，鏡片解析能力等等就更複雜了，不過對一般應用來說其實比較沒有那麼明顯可辨的差異。

另外比較特別的是搭配使用的光源波長範圍，
有一些鏡片材質會吸收某些光譜波段，
所以若用到特殊波長就需要注意鏡頭材質、鍍膜的影響。
以前作過一台雷射修補設備，取像跟打雷射都使用同一顆鏡頭，
所以鏡頭材質必需能夠不吸收雷射，
允許雷射光穿過去，剛好那時候需求很旺盛，這一顆特殊的鏡頭交期要13個月!? 想談價格門都沒有!

有些情況下，如果對光學系統熟，其實也可以自己選鏡片搭鏡筒自製，但是若選擇好的鏡片其實也不便宜，但是有時實在選不到適合的鏡頭也不得不自己來。

相機跟鏡頭之外就是光源，
一般環境光源充滿不確定的變因，亮度 、光譜 、射方向都可能變化，
如此一來就造成取得的影像會有變動，
並造成檢測結果的重現性不佳，
所以通常在AOI系統中會使用特定的人工光源，以確保取得影像有一致性。

光源 : Light source

從早期的日光燈 、鹵素燈泡到現在幾乎都改用LED光源，光譜穩定 、壽命長，價格也降到合理範圍，
加上應用經驗與一些光學模擬軟體的進步，
LED光源廠商在台灣也算蓬勃發展；
台灣有地利之便，可以取得不少封裝廠的成品來進行開發，
十年出現了好幾家專門製作給AOI用的LED光源供應商，
例如宇創 、薹莊、新耀光、丞基等等，
讓以往多半從日本 、美 、歐進口的狀況大幅度的翻轉過來，
甚至一般大眾要自己製作點光源也不難；
但是若是要作同軸 、環狀 、平面光源那就需要技術跟資本了。

光源的選擇也是一種技術，
直接照明或間接照明對被照明物體的輪廓在成像上會有不同的影響，
不透明物件到透明(部份)的光源照射方式也會有很大的差異，
高速或想看到比較立體的形狀也需要不同的光源設計；
作自動光學檢測選擇光源除了靠經驗上的累積，
最快的方式就是找廠商借測，通常廠商著眼於後續商機，通常會很樂意配合測試。

影像擷取，Image Capturing

影像擷取的概念是把光轉換到點陣的電位訊號，
整個過程是從有光源照明物體(待檢測物)，
鏡頭搜集光線傳輸到相機，
相機上的半導體矽元件感測器將光的強度轉換成電位訊號，
電位訊號再傳送給處理器進行儲存與辨識。

如果矽元件排列成640*480陣列，那就是以前常說的30萬(307,200)畫素相機，也就是將影像的光轉換成30萬個點陣上的電位訊號。

現在容易買到的高解析度相機可高達29MP(百萬畫素)，參考 Basler acA4200-10uc，資料量是以前30萬畫素相機的接近100倍。

不同的光強度在矽元件感測器上會轉換成不同強度的電位訊號，
早期的相機用2的8次方來表示表示電位訊號，那就是8bits或1個byte，
也就是亮度用電位區分成0～255來表示，
如果採用2的16次方來表示，那就是16bits(2個bytes)，可以將亮度分為0～65535來表示，
很明顯的不同位元資料對亮度變化的解析能力差異非常巨大，
但是好像又不需要分辨到這麼細，
所以後來在多方規格與成本限制妥協下，
主流規格出現了10 / 12bits這個規格，也就是亮度最多可以區分成0～4095來表示，
就工業上影像處理的需求來看，
已經可以滿足用來區分輪廓的需求，
又可以減少資料傳輸的量為16bits的3/4，提高單位時間畫面擷取數量；
包括商用數位相機用的感測器現在也是以12bit為主；
Canon 數位單眼號稱使用14bits的專用格式儲存資料。

所以若以29MP*12bits(1.5Bytes) = 348 Mbits來計算，
一秒鐘五張影像需要傳輸1740Mbits資料，
以常見4G行動網路來看，傳輸率號稱100Mbits/sec，
需要17.4秒才能傳完，1Gbps要1.74秒，
所以對高解析度的相機來說，
目前的傳輸速率是一個很高的技術障礙，
選擇上要很小心是否能夠匹配，才不會出現速度無法配合得上的問題。

實際上在相機內資料傳遞的行為更複雜，
不過對一般的應用工程師來說，
基本上就是要選對相機對應的影像擷取卡來配合，
另外，由於機械動作還是比不上資料傳輸與計算的速度，
除非選很高解析度的相機，一般來說在速度上多半沒有什麼問題。

影像處理，Image Processing

取得影像後接下來就要進行影像處理，
將需要的資訊萃取出來，再進行影像辨識成為有用的資訊，
這個部份主要是寫程式，
拜好心人士分享，在網路上可以找到不少程式碼可以參考使用，
例如 OpenCV，給有心自學者提供了很棒的參考資料。

相關：
工業用相機分享
光學檢測用鏡頭分享
光學檢測用光源分享
工業用鏡頭延伸環倍率計算
工業用鏡頭規格MTF簡介

參考：
1. A股新秀韋爾布局兩大市場 台廠跟著旺，今周刊

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20170520土城桐花公園賞螢步道

以前很常去承天寺，多是騎自行車去練習爬坡，後來騎車的熱度不像以前那麼高，所以就幾乎沒再騎車去了，中間有開車去過幾次看螢火蟲。

公司活動有去爬過一次山，是從捷運永寧站走到承天寺再接賞螢步道往上，經過桐花公園，休息平臺到天上山往中和岔路的平臺，那一趟走下來，一堆平常沒運動的同仁爬的唉唉叫，回到承天寺都不想走下山，全改成坐公車下山。

最近跟老婆喜歡上走步道，這幾年走過奧萬大 、滿月園森林遊樂區、內湖大溝溪圓覺寺白石湖，基隆海興&情人湖步道 、鳳凰谷鳥園步道 、小坪頂到夢幻湖步道 、青青草原 、峨眉湖 、青草湖 、寶山水庫 、石門水庫賞楓步道 、南方澳、坪林金瓜寮溪 、八卦茶園、基隆忘憂谷 、象山 、虎山等等各地的步道，在一個“健行筆記”網站上，走過的步道數量還不到網站上步道數量的三分之一。

突然想起來離家最近的承天寺附近山上也有很多步道，都還沒有仔細走過，所以上禮拜六下午4點多就來去試試，從山下往承天寺朝山步道開始往上走到承天寺，再繞一小圈後下山，一趟約1.5小時，剛剛好流點汗還不錯。

既然這邊算起來離家又近，很方便，不用擔心塞車，其實如果沒有特別想去那邊，乾脆就來這邊走走也不錯。

所以這個禮拜又來了，想試試不同路線，所以直接騎機車到五路財神廟旁的登山口往上走，這裡的步道其實錯綜複雜，有很多條路線互通，可進出不同的路口，所以如果路不熟要小心，免得一個沒注意走到新店安坑（約4小時），還要回來騎開車就麻煩了。

今天的目標很簡單，走到17:30就掉頭下山，16:50到五路財神廟旁的登山口，開始往上走，碰到第一個岔路，分別是往情人灣200公尺跟往桐花公園停車場100公尺，老婆選了遠一點的情人灣，雖然只有200公尺，幾乎一路往上爬樓梯，平常沒在爬樓梯的，需要調整一下呼吸會比較好。

出口接到馬路上，往左走會到桐花公園，可以再接步道往上到天上山，不過今天的目標沒那麼遠，怕天黑山路不好走危險，所以定時間到17:30就往下，意外的剛好走到可以遠眺大漢溪的觀景平臺

這個時間有點晚，所以平臺上都沒人，隔了將近十分鐘才有四個人走上來，吃完帶的水果，17:40趁著天色還沒變黑要趕快下山，沒想到下山速度快很多，走到桐花公園才17:55。

準備沿賞螢步道下去，一下去就看到往三角吊橋跟往承天寺的岔路，往三角吊橋只要20公尺，那當然要來去看看長什麼樣。

走過吊橋其實只需要一分鐘，還蠻快的，再接回往承天寺方向下山的賞螢步道。

半路上就可以看到一些架腳架的大砲相機對著山谷小溪，應該是拍螢火蟲的攝影玩家，繼續往下又碰上兩個年輕人，順便問了下還有沒有螢火蟲，年輕人很熱心的分享了去年的經驗很多，但今年是第一次來，不知道狀況有沒有去年好?
註
桐花只剩少數幾顆還有一點
螢火蟲有，但是沒有很多，可能是受下雨影響或時間已過

圖號規劃

長期以來，圖號的規劃10個工程師可能有11種想法，那一種比較好？
其實這沒有標準答案，要看產品、客戶、組織、流程、工作階段來進行規劃。

重點是要先釐清自家有那些資訊需求需要放在圖號中。

一張圖通常是用來表達一個工作，最常見的是用來描述零件的幾何尺寸、基準、公差、使用的材質、熱處理、表面處理等資訊，
再來是用來描述組合中所包含的元件與數量、組裝基準與公差等。

所以一張圖的圖號需要有那些資訊來作為識別？
對承接零件製作的外部協力廠商來說，
如果該零件製作需要寫CNC程式，
客戶的圖號可以跟零件程式連結在一起，
下次要作時，程式就不需要重新編寫，
可以省掉一些工時跟製作錯誤的風險成本。

如果不需要CNC，
其實圖號主要剩下來往溝通的用途，
用完即丟，只要不重複就可以。

對內部單位人員來說這算是一門大學問，
規劃設計的好，一看到圖號就可以得到很多資訊；
一般而言看到圖號第一時間希望能知道的是屬於那個案子，
這牽涉到誰出錢作這個零件，
要不要先作、品質要求高不高等；
是零件圖還是組合圖？
其他還包括版次是否是比較新的正確版本？
那個單位出的圖等等。

但是其實這些資訊，有規模的廠商可以透過建立資訊系統獲得，例如以條碼(1D或2D)掃瞄取得，
如果想保密，圖號的編碼資訊就不是很重要，
可以編成長亂碼，只要不重複即可，
不過這是非常少見的例子，
通常還是會在圖號中埋入必要的資訊。

那究竟要在圖號中埋入那些資訊？
建議可以從以下幾個角度來進行規劃：
1. 流水號，用來確保惟一性
2. 屬性，零件、組合、配線，單位，版次等
3. 專案，標準零組件、設備，客製化設備，研發，雜項等等；也可以帶入年月份作為專案的流水碼
通常以上三大類應該就足以滿足圖號編碼的需求

也可以將圖號視為專案號加屬性流水號版次的組合，
將專案號分開是考慮專案複製與其他文件可以一併納入管理，
若在備註加上參考專案關聯就更好了。

再來就是根據自家公司的特性來決定各項編碼與長度。
例如：
AP1711-A00A
“AP”代表廠商Apxxx
“17”代表2017年
“1”代表第一季或者是1月份
“1”代表該季或該月份的第一個專案，
如果一個客戶一個月會給超過36個專案，
那就看要多一碼或者是額外在前兩個字母中做變化，
“-”用來分隔專案與屬性流水號
“A”是組合圖，P是零件圖，E是配線圖…
“A00”為總組合圖，若A01是第一階次組合圖，A11是二階次組合…，
流水碼可以用數字加英文字母，0～Z，
每一階可以有36張，這對夾治具多數夠用，
但對設備就不夠用，因此可能要加到3碼P001…。
最後的A是版次。
實務上，圖號的規劃千萬不要去考慮特別的例子，例如一台設備1萬張零件圖，100年後的年度碼會重複等等狀況，這樣就不會搞出一個幾十碼的圖號編碼。

若公司有固定機型的產品，同一種產品略加修改後就可以賣其他客戶，
如果是這種狀況，可能會改以產品機種加客戶加屬性加流水碼加版次來作為圖號。

所以圖號真的沒有最好的編法，
只有適合某家公司的編法。

201705 青青草原

這次來青青草原算是第三次了，第一次在6 、7年前，兒子們還在念國中的時候，先到香山海邊，再到青青草原，那時候是冬天，第一次來這邊，從草原路進青青草原 (往左下走最大的一個)，走到草原底部，看到穿進林間的步道，但是搞不清楚還有多遠，整個區域也沒看到導覽解說，時間近傍晚又帶著岳父，不敢再深入就循原路回頭。

第二次是2017/4(上個月)，那一次是先去看峨眉湖3D地景藝術 、走步道。

回程時再從新竹茄冬景觀大道轉往導航上的青青草原停車場(Google map連結)，這個停車場非常小，停不了10台車，所以在假日入口處有警察會擋車不讓進去，不過路邊都可以停，走到入口並不會很遠，一進去是柏油路面，名稱是櫻花大道，走一小段右邊會有木棧板搭成的步道，在林間穿梭，但是因為不知道距離，帶著岳父也不敢走，只沿著柏油路走到第三草原的上方，在這裡看著一大片草地其實還蠻舒服的，因為時間也近傍晚，把帶著的甜點跟水果吃完就回頭。

這一次第三次來青青草原是因為想看看號稱北台灣最長的 (磨石子)溜滑梯，頂著一點太陽過來，車停在草原路。

這一次是從省道中華路上來草原路，進了大門後，直走一點點就是青青草原溜滑梯，再過去是櫻花大道，會通往第一 、二草原跟第三草原，往左下則會到第一草原。

岳父對溜滑梯非常有興趣，要不是石頭曬的有點熱，岳父就給他滑下去了。

下去之後，就繼續順著往左的路線走下去，沿著柏油路上上下下可以走到第二草原，前陣子有下雨，第二草原一整片綠的非常漂亮，很舒服，不過太越來越大，往草原繼續走過去有一個涼亭，幾乎坐滿了遊客，涼亭後有一條步道往下，從Google map上看起來似乎有步道可以通往第一草原的底部，也就是第一次來的地方。

但是因為搞不清楚距離，又怕路線不適合岳父走，所以只好自己先探一次路，確定路線難度距離還可以，才帶岳父走步道往第一草原，所以我等於走了三次這一段步道。

路上碰到一位年輕爸爸提著嬰兒車，再走一段碰上阿媽 、媽媽跟小朋友，位置很尷尬，往前回頭距離都差不多，所以就建議他們乾脆繼續往前走上第二草原，可以接到柏油路比較好推嬰兒車，順便繞一圈看風景。

這一次算是摸清楚青青草原這邊的步道，其實這些步道都有遮蔭，走起來還蠻舒服的，等明年櫻花開可以再來看櫻花。

201704 滿月圓森林遊樂區

滿月圓森林遊樂區位於新北市三峽，有騎單車到過門口，但是從來沒進去過，趁著春末溫度還沒很高，來去走走剛好。

往滿月圓的路其實有好幾條，但是對一般遊客比較好走的路是下三鶯交流道接台三線轉台七乙左轉湊合橋走縣道北114，經過插角 、大阪根、有木國小走到底就是滿月圓的售票入口。
Google路線連結

公有免費停車場有三個，分別是第一到第三，號碼越多越接近入口，而且也越小越容易停滿車，第一停車場實在有點遠，所以如果到第二停車場有位置就趕快停，第一&二停車場有步道可以直接接到售票入口附近。
第二停車場Google map連結

在第三停車場旁有私人停車場，離售票口很近，停車費100，可以折抵購買商家的蔬果農產品，像這次去就買了一盒嘉實果(樹葡萄)150，扣掉停車費等於50，其實也還好，就當作花150贊助農家還可以拿到一盒特別的嘉實果在園區內當點心。

滿月園門票成人100，半票 、學生票50，殘障與陪伴一人可以免費，如果是新北市民憑身份證明可以購買半票。

滿月園森林遊樂區導覽地圖連結。

遊園路線可以參考官網提供的折頁(按滑鼠右鍵可下載pdf檔)

從售票口進來後，沿柏油路走到遊客中心。

建議可在遊客中心補充飲水跟上洗手間，在這裡有兩條路可以選，一條是遊客中心廁所旁後方的“自導式步道”，一條是面對遊客中心左邊的階梯步道。

如果自認體力還不錯，可以走自導式步道，終點會接到往滿月園瀑布的步道跟往東眼山的東滿步道，但是東滿步道很容易因為颱風 、大雨損壞，像這次去就是在損壞狀態禁止進入，不過還是可以看到有些專業山友進出。自導式步道鋪面比較原始，下雨過後或很潮濕的狀態下不建議走這一條。但是若是體力好，這一條路的遊客較少，走起來很舒服，感覺上也算緩和好走。

多數遊客會走遊客中心旁的另外一條步道，沿路都有木頭或石板路面跟階梯，走到中段會碰上有岔路，往右上到滿月園瀑布，往左下到處女瀑布。

原本滿月園瀑布到處女瀑布有一條連接步道，但是這次去也跟東滿步道一樣受損封閉中。

建議可以走自導式步道

到滿月園瀑布

再到處女瀑布

然後走回遊客中心，剛好繞一圈。

如果時間有限，身體狀況比較差，兩個瀑布建議可以挑處女瀑布，比較漂亮。

一路上經常看到一些大哥大姐健步如飛，天氣合適 、身體允許時多來走走其實對身體蠻不錯的。

滿月園森林遊樂區官網

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

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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。