(1)台灣精密工程學會·盟立集團 精密工程專題與論文獎 (2)第三屆台灣精密工程獎章 ＆ 第四屆傑出工程師獎 (3)校園企業參訪補助 |
台灣精密工程學會110年度重要活動
台灣精密工程學會110年04月份電子報
【產業資訊】(直播)高精地圖大師跟你聊聊 高精地圖為什能讓自駕車上路更安全?!
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【產業資訊】經濟部打造千項車電專利庫 25項亮點展品 創造產業技術新突破
經濟部技術處 mTARC主題館，今年4月14~17日再次進駐台北國際汽車零配件與車用電子展，契合時下最夯的電動車與自駕車議題，精選未來車輛聯網化、自駕化、共享化、電動化之25項車輛領域科技專案成果，以「智慧聯盟 共享未來」為主題，展出產業所需的科研專利技術，創造產業技術新突破，一同攜手鏈結智慧未來。 經濟部技術處處長邱求慧致詞時表示，根據全球汽車產業市場（marklines）資料顯示，2020年電動車全球銷量已達300萬輛，成長率46.3%，而全球車輛電子市場總值將近3,600億美元，臺灣過去5年車輛電子產業的產值，每年成長13%，2020年已有新臺幣2,700億元產值，如今在ICT大廠投入下，發展將加速，推估2025年產值會達到5,000億至6,000億元。 台灣車輛移動研發聯盟（Mobility Taiwan Automotive Research Consortium,簡稱mTARC）包括車輛中心、工研院、金屬中心、中科院、資策會、華創、鴻華等9個單位，自2008年起累積擁有自駕車與電動車相關專利超過千件，可說是臺灣廠商攻入電動車與自駕車產業鏈的彈藥庫，也是科技專案支援產業創新研發的成果，目前已授權專利廠商達百家、總計257件以上，協助廠商創造近千億產值效益，歡迎更多車輛產業的夥伴或是跨界的合作與交流。 邱處長說明，mTARC主題館展出的25項展品，已與16家廠商進行合作，其中包括與大同、中油、亞勳科技、東元、帝寶、凌華科技、開發工業、輝創電子等8家合作的商品化應用。
此次展出亮點之一為碳化矽動力馬達驅控器，碳化矽目前最夯的新一代化合物半導體材料，有著高切頻（小體積）、高效率及耐熱佳等特性，工研院發表的國內首款車用碳化矽動力驅控器，是全世界少數開發出之技術，與TESLA同步，其有著40kW/L 高功率密度及99%高效率設計的國際級水準，更符合車用高壓大功率車型需求，未來將可應用於電動貨卡車或電動巴士，提供動力驅控器國產自主完整解決方案。 另一亮點為與國際技術同步的臺灣第一套自駕車VR模擬駕駛艙，運用車輛中心開發之自駕車虛實整合模擬驗證技術，可將ADAS系統或自駕車置身於虛擬的環境中測試驗證，是開發自駕系統的最佳利器。系統建有全亞洲最豐富、多元的行車路況情境，可協助廠商從零組件、系統到整車，進而駕駛/乘客與車輛間互動，模擬一般道路上極端的路況或是臺灣特有行車情境來進行測試，協助廠商節省80%開發時間與成本，已成功協助奇美車電ADAS產品模擬驗證，獲得國際車廠認可，並將其商品搭載於NISSAN、TOYOTA多款市售車中。 胡竹生主委指出，mTARC聯盟能有如此豐富的成果，都是技術處長久以來對車輛產業的升級發展不遺餘力，早在2005年即透過科技專案將車輛有所相關的法人研究機構做橫向的連結，成立台灣車輛移動研發聯盟協助產業。 聯盟過去階段性任務分別為推升自主整車、推動智慧電動車發展、電動與自駕關鍵系統研發，而今隨著時代的演進，任務即是在C.A.S.E.（聯網化 Connected、自動化 Automated、服務化 Serviced及電動化 Electrified）等車輛趨勢浪尖的車輛關鍵技術能力上，未來mTARC將持續給予產業一臂之力，助產業進攻電動車、自駕車、車輛電子市場。
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【李家同】科技．人文聯合講座／政府應鼓勵大學做扎根的科技研究
2021-04-20 04:26 聯合報 / 李家同 政府當然一直鼓勵大學做研究，根據我的經驗，絕大多數的研究計畫需要有創新的想法。這當然是對的，我們都希望能夠做出非常高級的工業產品，比方說，價值幾十億台幣的半導體製造設備。我們之所以未能做出這樣先進設備，不是因為工程師沒有創意，而是我們在很多基礎科技上仍落後於先進國家。 舉例來說，我們希望能夠製造奈米級的位移量測設備，懂得科技的人都知道，在目前這是不可能的事。要做出奈米級的量測設備，我們應該先做出比較低級的量測設備。這種研究在業界是有困難的，因為投下不少的經費和人力，卻又不可能有商業價值。因此，我建議由大學來做這種研究。大學通常不可能做出非常高級的工業產品，但是總可以有足夠的經費和人力做比較普通的工業產品。以位移量測設備來說，所需經費相當少，可是在研究過程中，學生可以得到相當多的寶貴經驗，知道如何克服很多困難。即使是普通的量測設備，也是不容易做出來的。 這種研究不能說有什麼創意，是屬於往下扎根的研究，其主要成果乃是在培養有經驗的工程師。他們離開大學以後，如果獲工業界重用，極有可能做出高規格的工業產品。如果大學生當初沒有做過這種研究，進入產業界時仍是一張白紙。 再舉一個例子，假設我們要發展一個高規格的放大器，這個放大器是要在半導體的晶片之中。晶片製造時可能會有一些不如意的地方，所謂高規格的放大器，是可以克服這種問題的。這種放大器的製作就比較麻煩，但是工業界是需要這種放大器的，因此政府不妨鼓勵大學生製作普通規格的放大器。有了這種最基本的放大器知識，當然以後就可以進一步地設計高規格的放大器。 我們常羨慕先進國家能夠有機件在高速運動中可以精確定位，定位的精密度常常都可以到奈米級。這種能力不是一蹴可成的，必須慢慢養成。政府應該鼓勵大學做這一類的系統，雖然不可能到達奈米級，但是在研究的過程中會學會很多的基本技術。這種經驗當然是極為可貴的。 要做到這一點，我們必須認清基礎科技的重要性。政府一定要了解，如果我們要能夠像先進國家一樣地製造極高級的工業產品，我們先要能夠製造普通的工業產品。換言之，我們可以有大志向，但必須往下扎根。大學是一個往下扎根的良好場所。 |
【李家同】我們應該重視材料工業
金屬中心高雄總部 MII金屬情報網[智庫專欄] 李家同 我們可以絕對地說，每項工業都和材料有密切關係。大家都知道汽車的車身和零組件都需要不同的材料，飛機更是如此。至於晶片，在製造過程中當然也需要很多很特別的材料。製造特用化學品也要從材料著手。遺憾的是，大家似乎並不瞭解材料科學的重要性，也沒有如何扶植材料工業的策略。 我國所需要的材料工業絕對是高規格的，因為低規格的材料是沒有競爭力的。我可以舉一個例，紡織機中有一種是針織機，針織機當然要用到針，針的材料當然是鋼，可是全世界95%針織機所用的針全部來自一家德國公司，而且使用時間相當之久。為什麼大家一定要用這家公司的針?主要的原因在於它的穩定性。任何人可以造出一根針供給針織機使用，但是這根針新的時候應該是沒有問題的，可是對針織機而言，任何一根針在運作時出問題，整個布料就會毀於一旦。這個損失是相當大的，因此紡織業要求這些針要在長時間使用以後仍然不會有問題。 我再舉一個例子，我們都知道齒輪，有一種減速機是用齒輪的，可是這個齒輪的材料相當薄，在轉動時有一定的慣性，可以長時間做橢圓形地轉動，磨耗也不能大。這種減速機叫做諧波式減速機，發明人是美國人，但是美國始終沒有能夠將這種減速機商業化，因為做不出這種高規格的材料。日本有一家公司最後成功了，這完全是因為他們在材料上有特別的做法。 我們有時候希望做出非常小的顆粒，假設我們要做A材料的奈米級顆粒，先要有A材料的顆粒，當然這種顆粒的大小不是奈米級的，所以要用比較大而堅硬的顆粒和它碰撞，碰撞多次以後，A材料的顆粒就會越變越小。這種過程看起來沒什麼學問，可是大顆粒絕對不能有任何破損，因為大顆粒是由B材料做成的，一旦B材料有所破損，最後的結果中就會有A和B兩種材料，這是不被允許的。不僅如此，因為是用攪拌機來做顆粒互碰的研磨，在攪拌的過程中，顆粒會不斷碰撞桶子的內壁，所以這個桶子也絕對不能有任何的破損。假設桶子的內壁是由C材料做成的，我們就有一個結論，那就是B和C材料都非常堅硬，經得起長時間顆粒的碰撞。這種材料也是只有先進國家才能做到。 很多精密加工是用線切割機的，顧名思義，可以想見要用到一條線。越精密的切割，所用的線也就要更加細。麻煩的是，這條線不僅要細，還要中空。也就是說，這條細線其實是有內管的金屬管子，管子裡有內圓，內圓半徑的誤差也是要相當準確的。這些都是材料問題。供應線切割機最細的線往往來自日本，日本也不肯輸出它們所能做出最細的中空金屬線。 講到材料，就會想到研磨。以半導體工業而言，研磨是非常重要的，因為我們希望晶圓表面是絕對平坦的，但是晶圓是一種特別的材料，不能用普通的方法來進行研磨。現在半導體工業使用研磨的方法叫做化學機械研磨，大致說來，這種研磨牽涉到化學和金屬材料。研磨過程中，不僅有研磨，也有腐蝕的作用。這種研磨又牽涉到很特別的材料。 南韓曾經和日本交惡，日本使出一個絕招，禁止三種特用化學品對南韓的輸出。這三種特用化學品都是在半導體製程中必定會用到的，其中一個就是光阻劑。會做光阻劑的工廠很多，但是能夠達到半導體所要求的規格，卻不是容易的事。日本這個做法是相當有效的，因為他們所生產的光阻劑幾乎沒有別的公司能取代。 我們應該努力地發展高規格材料，比方說，非常耐熱的材料或者非常耐磨損的材料。當然在化學方面，我們也許要求純度非常高，帶有特別性能的化學品，如絕對沒有任何氣味等等。 材料所含的元素比例應該是可以利用設備來分析的，很多先進國家所做出來的高規格材料，我們應該加以分析。大規模材料分析的結果，絕對可以使我國的材料科學家對於各種材料的配方有一些了解。當然，重要的仍然是這些配方背後的學理，這絕對牽涉到很多化學。所以材料科學家不可能離開化學的，當然物理也是重要而有用的學問。 知道很多材料的配方只是第一步，製作的過程是無法用儀器知道的。工程師必須做很多實驗才能使得最後的材料達到某一種規格。以金屬而言，熱處理乃是一件非常重要的事，以我粗淺的了解，水在結冰時會結晶，而金屬內部也有結晶現象，如果結晶方向很混亂，應力也會應運而生。短時間內應力的作用不大，可是時間一長，應力絕對會對金屬有不利的影響。我們常常提到殘餘應力，殘餘應力對金屬材料是很嚴重的，先進國家很多金屬材料之所以受歡迎，乃是因為它們的殘餘應力已經被減少了很多。 總而言之，我們應該靜下心來，好好地注意如何提高我國材料工業的水準。我們應該知道先進國家之所以能夠做出非常精密的工業產品，有很多原因，可是精密的材料絕對和學問有關，也和經驗有關。學問和經驗的取得都需要時間，不該要求工程師在短時間內能夠趕上先進國家。如果政府常常見異思遷，在材料工業上是絕對錯誤的做法。 |
【李家同】我們應該建立龜毛文化
這次台鐵火車翻車事件，造成重大傷亡。如果我們仔細地檢討這個慘劇發生的原因，一定會發現事件的發生都與”馬虎”有關。大卡車停在斜坡上，沒有拉手剎車，沒有將檔放在P，也沒有在輪子上裝阻擋輪子滑動的設備。工地沒有人監工，也沒有架設防護網，都顯示我們的社會有馬虎的文化。 我不知道"龜毛"出典何處，但是我有一種感覺，那就是龜毛是相當負面的，我卻覺得我們國家實在應該建立龜毛文化，那就是我們應該非常認真地做事，幾乎要到吹毛求疵的地步。 有一位日本火車駕駛員，將火車早開了46秒，結果被人檢舉。日本人的確對於很多小事情要求的非常之高，比方說，開會要有三排桌子，每張桌子上都放有茶杯，開會以前，居然會有工友拿繩子來查看杯子是否對齊。 有一位工程師告訴我，他們的公司想向日本一家大公司推銷產品，產品中牽涉到電子電路，電子電路中有大量的電晶體，日本公司要求他們將每一個電晶體的參數都要準確地註明，而且日後不能更改，如果更改要解釋理由。這種要求其實是非常合理的，因為任何一個電晶體的參數不好，都會影響整個線路的功能。 很多人有和日本大公司來往的經驗，他們如果要採購某一家公司的產品，一定會來看產品生產的過程，而且看得非常仔細，也問得非常仔細。如果有一位工程師對他的工作講不清楚，這件事會被記下來，要求改進。如果廠房有不乾淨的現象，也會被視為是嚴重的問題。 我們國家實在應該有吹毛求疵的文化，政府應該派員參觀表現良好的公司，這些公司對於任何的小地方都是相當重視的。有很多公司不僅在產品上有卓越的成就，在公司的環境中也都會得到獎項。我知道有一家大公司的斜坡設計就因為採用了很高級的技術而得獎。 要建立這種文化恐怕要從教育著手，小孩子從小就要學會寫字必須非常整齊，不可太大，也不可太小。我學英文時，是從寫abc開始的，每一個字母都在空格之內，有正體和斜體之別。也就是說，老師要求我們字要寫得相當好看。這種注意細節的教育是有價值的，因為它使得孩子做事情不會馬虎。 這次事件實在應該成為教材，告訴所有的學生，馬虎的結果是嚴重的。教育界也應該使學生有守紀律的習慣，這個想法也許和很多思想前進的人不同，但是從這一件慘劇中可以看出紀律是重要的。 總而言之，如果我們國家沒有龜毛文化，大卡車仍然可能滑落到鐵軌上。
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【李家同】為台灣加油打氣專欄(230)我國在線切割機上的創新
線切割機是一種放電加工設備，它的原理是使用通電的銅線來進行切割。我們知道天上打雷時，地面上被雷打到的東西是會產生高溫的，線切割機就是使用這個原理，請看圖一。  圖一、線切割機示意圖
我們首先要將一條銅線穿過要切割的工件，接下來要在這條銅線和工件之間產生一個電壓，這個電壓會使銅線和工件之間發生放電現象並產生高溫，這個高溫會將工件的金屬材料融化以達成切割的目的。
圖一中的銅線是繞順時針方向進行切割，當銅線回到一開始的起點時，切割就完成了，此時中央的廢料會掉下來，廢料掉下來的時候可能掉到銅線和工件上形成短路，假如這時候銅線是持續通電的將會有嚴重的問題。
傳統上要解決這個問題有兩個方法，第一個方法是要靠人工的，在銅線快要抵達終點的時候，必須停止自動切割，改為手動切割，由工程師來控制最後階段的切割以及廢料移除工作，這個方法的缺點是生產效率會降低，此外也需要工程師有非常好的經驗，能夠精準的掌控切割完成以及廢料掉下的時機。
第二個方法是在切割的過程中，在某些特定的位置將銅線融化，請看圖二。  圖二、廢料移除方法
在切割的過程中，在某些位置將銅線融化，這些融化的銅會將廢料和工件黏著在一起，如此一來，在切割完成時廢料就不會掉落。由於融化的銅是很少的，後續要將廢料移除時，只要敲擊廢料就能夠很輕易的將它移除。
然而這個方法有幾個缺點，首先是專利問題，這個方法的專利掌控在先進國家公司的手中，這些先進技術的授權往往是不容易取得的。
此外是此方法會有加工精密度的問題。一般的精密機械加工並非一次完成，而是要分為粗加工與精加工等多個步驟。當我們完成某一步驟的切割要完全自動化的移除廢料時，由於是使用敲擊的方式，我們必須利用機械手臂將工件從線切割機上取下來，將廢料移除後再放回線切割機上進行精加工。此時工件放回線切割機時的位置不可能和上一次完全相同，必定會有誤差產生，在精密加工領域中，這個誤差是不可容忍的。
為了解決這些問題，我國的線切割機公司自行開發了一套創新的廢料移除方法，請看圖三。  圖三、我國自行開發之廢料移除方法
工程師在線切機中設計了特殊的電子電路，這個電路能夠偵測銅線與工件之間的電壓，當切割接近完成時，這個電壓會發生變化，據此設備就能提前知道切割已經要完成。當廢料與工件只剩下極微小的連接時，線切割機會自動停止，並且啟動電磁鐵將這個廢料吸下來。
有了這個廢料移除的系統，我國的線切割機就能夠完全自動化的進行工件的切割，而不需要用人工的方式來移除廢料。為了確保廢料移除的可靠性，工程師也設計了一套電路用來檢查廢料是否有被電磁鐵取下。
在精密機械加工中，任何細節都是相當重要的，為了提高加工精密度，就連工件固定到線切割機上時，位置都必須精準到微米等級 (1微米=百萬分之一米)。這個將工件固定到工作台上的動作，我們稱為架模。為了使加工精密度更高，我國的工程師開發了一套架模系統，能夠自動偵測工件的位置與角度，並調整線切割機的座標系統進行補正，圖四顯示了座標補正的原理。  圖四、座標補正原理
當機械手臂將工件裝夾到工作台上時，會有位置與角度的誤差產生，此時架模系統會啟動探針來進行工件邊緣掃描。圖四左側是我們預期的工件位置，它的位置與角度應該與線切割機內的x-y座標系對準。然而實際上擺放時，可能會有位置與角度偏差發生，透過探針的掃描，我們可以得知工件實際的位置。工程師開發的架模系統，會根據工件實際的位置，進行線切割機的座標補正，補正後的座標系為x'-y'座標，只要依此新座標系對工件進行加工，就可以消除架模時產生的誤差。
以上我們介紹了我國自行開發的線切割機廢料移除方法與架模系統，從以上的介紹中我們可以了解要做出高精密度的設備不是一件容易的事，工程師往往需要投入長時間的研究與非常多的資源，才能有最終的成果。
在線切割機的例子中，假如我們要做的是很普通的線切割機，當然不需要懂這麼多，但假如我們想要做的是這個高精密的線切割機，工程師除了要懂線切割機，還要懂得電子電路的設計，以及座標系補正的數學原理。由此可見，基礎科學與數學知識對於提高我國工業基礎技術的是非常重要的，如果沒有這些基礎知識，創新是做不到的。
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【李家同】科技．人文聯合講座／從電機系減少電子學授課時數談起
2021-04-06 01:31 聯合報 / 李家同／清華大學榮譽教授半導體 近年來，我發現很多大學的電機系在減少電子學的授課時數，在過去，多數大學的電機系必修的電子學要上三學期，每一學期三小時。可是有些大學的電機系必修電子學只有一學期，據說這是因為教育部一再強調必修課要減少。不論電機系學生將來從事何種工作，電子學總是非常重要的，減少必修電子學的授課時數是值得大家注意的。 我們政府非常重視半導體工業，如果電機工程師對電子學了解的不夠，可能對新的電晶體都很難接受，更不要說能夠在半導體工業上有創新的想法。電子學是和物理有關的，如果我們要有非常拔尖的電機工業，工程師應該對物理有相當好的了解。 政府也常常提到５Ｇ，５Ｇ是通訊的一種技術，很多通訊教授在埋怨學生的數學不夠好。通訊技術之所以能夠有飛躍的進步，數學扮了重要的角色。就以載波來說，當然載波與電機是有關的，可是為什麼要有載波，卻又和數學有很大的關係。我們現在用到的數位通訊，裡面用到了相當多的數學，數學根底不好的人是不可能對通訊有重大貢獻的。 ＡＩ更是紅透半邊天的學問，我們可以問一句話，所謂深度學習是由哪一種人發展出來的？內行人都會告訴你，深度學習是與數學有密切關係的。 在大學裡減少很多必修課已經是錯誤的做法，最嚴重的是，在高中也要減少必修課。我實在不知道教育部有什麼權利可以做這種決定。我相信教育部的官員們認為科技千變萬化，不停地有新的科技出現，因此學生們最好早日對新科技有所了解，所以新課綱重視選修課。以中學為例，中學生是不可能真正了解半導體工業或５Ｇ技術的，理由是要了解這些新科技，先要在物理和數學等打下基礎。 我認識好幾位半導體專家，他們都不知道如何能教高中生半導體科學，他們都認為這種學問不妨留到大學來學。我也認識一些通訊系的教授，很多附近高中會請他們授課，講解通訊的原理。多數教授都會婉拒這種邀請，理由是高中生應該先好好將數學學好。 我們也常聽到政府強調創新，在科技方面，如果一個人在基本學問上相當膚淺，是不可能創新的。牛頓說，他是站在巨人的肩膀上，所以可以看得遠。我們還可以用白話來說，那就是他很有學問，所以他能夠創新。政府如果真的希望我們的科技有很好的進步，鼓勵學生爬上巨人的肩膀。
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【李家同】科技專欄(72)如何使半導體工業更上一層樓
我曾經寫過一篇文章，說明半導體產業也是材料及化工產業。(https://udn.com/news/story/7339/5304065)昨天媒體報導，有一家法國的公司在台南設廠，這家公司的技術是有關氫氣的，與半導體產業有密切的關係。這則新聞是相當有意義的。 首先，我們應該知道半導體工業絕對和很多產業都有關聯，因此我很誠懇地希望經濟部不要忽略國家所有的產業。誰都知道政府相當重視半導體，但是要製造半導體卻需要很多的氣體和液體。如果經濟部真的要使我國的半導體產業更上一層樓，就必須扶植我國所有的產業。 我們也不妨知道為何氫氣對半導體產業如此重要，精密的半導體製程需要特別的光，光其實是一種電磁波。要製造這種特別的光需要非常難的技術，高規格的氫在製造過程中是相當關鍵性的。 如果我們要使半導體工業更加先進，需要很多在物理、化學、數學上有深厚素養的工程師。因此，我很誠懇地呼籲教育部重視我國學生在基本學科上的教育。高中和大學生都應該將這些基礎科學學好，如果我們的工程師的基礎學識不夠，最多只能使用先進國家所發展的儀器，而永遠不可能製造出精密的儀器。
各個大學校長們應該看看大學生有沒有注意基礎學科，希望大家了解，先進國家之所以在科技上領先，絕對不是因為學生們知道一些花拳繡腿的知識，而是在學問上有很深厚的基礎。 |
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