為台灣加油打氣專欄(66)我們已有自己製作的繪圖系統 & (65)針織機可以織出梵谷的畫/李家同(作者為本會理事長)
張貼日期：2016/6/23 上午 08:51:48
以工學院的老師和學生而言，我們要繪圖，都會利用來自外國的軟體。我們國家應該有一種想法，那就是我們應該盡量地自己發展軟體給別人用。如果我們永遠都只能利用別人的軟體，(1)在經濟上我們會有很大的問題，(2)如果我們要創新，就會變得很困難，因為軟體不是我們寫的，它極有可能做不到我們想要做的事。
現在我在這裡給各位看兩張圖，這兩張圖都是由我們國人自己發展的繪圖軟體所畫出來的。
圖一
圖二
如果大家看不懂圖二的話，我要說，這是一個放大器，也是我課堂上教的一個放大器。
我們通常用的繪圖系統是visio，但我本人已經可以使用這個國人自行發展的繪圖系統了。這是令我非常高興的事。歐巴馬總統的一句口號「自己的軟體自己寫」，我們總算往這個方向前進了。
大家不要以為繪圖系統是很容易的，要製作一個繪圖系統一定要有多方面的知識，一與數學有關，二與作業系統有關，三與軟體工程有關，最後還要注意使用者經驗。
以下這些規格都與數學有關:
(1)我們要讓使用者能夠畫直線、曲線、圓以及矩形
(2)我們要讓使用者能夠放大或縮小一個圖形，但是圖形要保持原狀。
(3)我們要能夠移動一個圖形，也能夠旋轉一個圖形。
以下的規格與作業系統有關:
(1)使用者可以使用滑鼠來畫圖
(2)使用者可以利用系統所建立的圖標來選擇他要畫什麼樣的圖形，比方說，有一個圖標，上面有一個圓，使用者將滑鼠移動到這個圖標上，然後按下左鍵，就表示要畫圓。
(3)使用者可以儲存所畫出來的圖形。
(4)使用者可以將畫出來的圖形嵌入文件。
(5)使用者在畫圖的過程中可能產生一些中間過程的圖，這些圖會自動消失得一乾二淨，只留下最後的結果。舉一個例子，當我們畫圓的時候，其實我們會產生相當多的小圓，這些小圓對使用者而言，乃是驚鴻一瞥，一下就不見了。
(6)使用者可以將一些圖圈起來，變成一個群組，然後可以在這個群組上操作。
(7)使用者可以消除一個所畫出來的圖。
以下的規格與軟體工程有關:
(1)良好的擴充性。從所有繪圖功能中整理出共通的界面，當擴充功能時，只要實作該界面即可達成目的。
(2)遵循軟體物件導向的規範。除了讓程式碼可以繼承共用之外，更重要的是讓程式更簡潔容易維護。
(3)使用者的操作，可以回復與重做。所有操作指令都有記錄，因此使用者可以回復到前一狀態，增加系統使用的便利性。
以下的規格與使用者有關:
(１)提供所見即所得的操作。所有的操作必須即時讓使用者看到正確的變化。
(２)使用者可以反覆的操作修改。所繪製的物件經過點選，可重新調整其位置。
(３)自動編排與對齊。使用者可以很容易繪製出對齊的線條。
世界上並沒有很多繪圖軟體，要發展出這麼一個繪圖軟體，我們必須要有一些能力，否則我們是不可能發展出一個好的繪圖系統的。
(１) 要做到符合有關數學的規格，當然我們要相當有學問，尤其在畫曲線的時候，我們必須要知道最新的發展。
(２) 要做到符合有關作業系統的規格，我們必須要非常了解作業系統的細節。尤其這個系統是Word的擴充功能，要做到與Word界接，對Word的界接規格也要充分了解。
(３) 更重要的是，我們必須懂得軟體工程，因為我們發展的是一個非常大型的軟體，不是寫一個小程式。比方說，我們不能貿貿然地寫一個畫直線的程式，然後再寫一個畫圓的程式，而應該事先將畫直線程式和畫圓程式的共同程式先發展成功。
這一種研究並不是非常學術性的研究，可是對於我們國家的技術發展卻絕對有意義，因為我們的學生可以經由這種研究對某一個作業系統非常地熟悉。我們所發展的程式，有些與作業系統毫無關係，但有些有密切關係，比方說，通訊軟體就和作業系統有密切關係，所以我們的大學從事這種研究，乃是表示我們的教授願意往下扎根，不完全在教學生理論，也教學生非常實際的學問。這些學生將來畢業以後，當然對國家會有很大的貢獻。
這個系統是由靜宜大學的吳賦哲教授和清華大學的張君天博士指導學生所發展的，學生們的確學到了很多有關繪圖的數學知識，也學會了很多有關於作業系統的知識，使他們知道如何利用作業系統所提供的軟體。我們必須感激科技部支持了台灣一些教授的研究，科技部過去只注重學術性的研究，總希望研究的結果能夠發表論文，能夠支持這種往下扎根的研究，是一件可喜的現象。
我們應該鼓勵國家的教授們肯下苦功，我們的教授們不能只靠教科書，如果他們有實作的經驗，上課教起來當然會更有趣。一般繪圖的教科書多數只談到繪圖的數學知識，但是如何將一個圖在電腦螢幕上展現出來，就不是件簡單的事。有這種經驗的教授，教出來的學生當然更有競爭力。我們應該感謝國家已經有這種教授肯做這種往下扎根的事。
為台灣加油打氣專欄(65)針織機可以織出梵谷的畫/李家同
我們的紡織業當然會用到紡織機，紡織機是將紗線紡成布，當然還有一種機器是紡紗機，所產生的是紗。紡織機的種類很多，我現在要和大家介紹的是圓形針織機，在過去，女士們都會打毛線，我的媽媽和我的太太都會打毛線。我小的時候專門在媽媽前面幫她拿線，可惜現在好像很少女士們會打毛線了。圓形針織機就是一架大機器，它的原理和打毛線是差不多的。
如果我們希望布料是輕柔且有舒適性，並兼具保暖功能，比方說，我們的魚鱗布和毛巾布都是靠針織技術去衍生而成的。
針織機的目的其實就是要將很多紗線互相串連起來，如圖一。
圖一
這當然是放大看的，如果這是一塊布的話，我們可以看出有兩種顏色的紗線。如何將紗線互相勾起來?針織機就是用織針與沉降片來做這件事。請看下面的圖，圖二至圖八的這些圖片由德商 Groz-Beckert提供。
圖二
圖三
圖四
圖五
圖六
圖七
圖八
我漏掉了這根針的一些行動，這根針一開始的時候是從下往上去勾那條線，在它往上去勾以前，已經有好幾條紗完成了互相勾的動作。我們圖上每一根紗好像很短，這是為了使我們搞懂怎麼回事，真正的紗是相當長的。
而且當然也不只有一根針，有相當多的針。假設我們有一百根針、一百條紗，這一百根針都在一個圓環上，紗從天而降，如圖九所示。這一張圖上我們只畫了四根針和四條紗。
圖九
這個圓環針筒會轉，所以在第一個時間，針路1對紗1，針路2對紗2，…，針100路對紗100。在第二個時間，因為圓環針筒轉動了，所以針路1對紗2，針路2對紗3，…，針路100對紗100。用這個方法，我們就可以把所有的紗都互相串連起來。
可是現在我們的針織機可以織出相當複雜的圖案，圖十就是一個例子。顯然我們至少要有三種顏色的紗，布的每一個橫線都要有不同的勾法。
圖十
我現在用一個簡單的例子來解釋針織機如何能夠織出有花樣的布。假設我們的布要紅白相間，也就是說這塊布看上去是一塊紅一塊白的，如圖十一。
圖十一
我們當然需要紅白兩種顏色的紗線，最重要的是針上面有一個針路軌跡，可以粗略地說它是一個控制的機制，為了簡化起見，我們說這個機制是織或不織，如圖十二。針1和針2在第一針路紅紗1都是織，但是針3和針4都是不織，第二針路白紗2正好相反，針1和針2不織，針3和針4會織。
圖十二
我們可以想見的是，對紅紗而言，它一開始被織兩針，然後就沒有人理它了，可以說它是空下來了。白紗一開始沒人理，兩針以後，它就被織了。兩條線其實又是互相勾結在一起，所以我們正面去看那塊布的任何一條橫線，都是紅紅白白，如圖十三所示。
圖十三
還有一件小事要注意，紅線並沒有斷掉，它僅僅是被白線蓋住了，所以如果我們把布翻過來看，你會發現紅線還是存在的。
這當然是簡化了針織機，真正的針織機是相當複雜的，大家不妨看圖十四。我所看到的針織機，高度幾乎和一般的天花板差不多。
圖十四
我們國家的針織機工業是相當不錯的，大約占全世界針織機銷售數目的33%。台灣典型的針織機有5556根針(一般約2200根針>3000根針左右)，出針到收針，大約是8.6ms。
範例:一台90針路，一分鐘25rpm，機台1轉等於出針到收針90次，每一次出針到收針，大約是0.2666秒。(60秒/25rpm/90針路=0.2666秒) 希望大家知道，世界上是沒有一台針織機可以織出所有花樣的布，所以如果廠商要有某一種布，就必須找針織機的設計及製造廠商替它設計一架針織機。當然這一架針織機也可以經由控制器的改變而織出好幾種樣式的布來，但是種類榮是有限的。所以我們的工程師在接到訂單以後，必須在短程內完成設計。當然製造工程師也要能很精切地將這架針織機製造出來。
大多數人都不知道紡織業中有一個行業是相當難的，那就是針織機這個產業。我們國家能夠有針織機這個產業而且能夠外銷到世界各地，顯示我們國家已經進入了能夠設計精密機械。當然，歐洲德國、義大利有更精密的針織機。它們針的數目是7540根。我們的針織機廠商常常到歐洲去參加ITMA世界紡織機械的展覽，我們大家應該鼓勵他們，一方面讚揚他們的成就，一方面鼓勵他們繼續地努力，使我們國家能夠製造出世界最頂級的針織機。
在歐洲展覽當然不能只展覽機器，還要展覽機器所做出來的產品。很難想像我們台灣在義大利展覽的時候，推出很多所謂情境展覽區。以下就是一個情境展覽區的照片。從這張照片可以看出我們的工程師不僅要會設計機械，還要有足狗的人文素養和國際觀。照片中的布料全是台灣公司的產品。
圖十五
我上面的例子只談到了兩個控制器，當然最多可以有36個控制器，因此我們利用這種針織機織出來的布樣圖案可以有36行，再多就不行了。但是我們現在的布樣是相當複雜的，絕對不會只有36行。為什麼可以織出如此複雜的布?乃是因為現在我國的針織機幾乎全部用電腦了，有了電腦，我們就很容易地控制哪一根針在哪一個時間上升織哪一條線。以下幾張圖都是我們國家針織機所織出來的布樣，這些都是和故宮博物院合作的。
圖十六
圖十七
以下的一張圖是最不可思議的，因為我們居然可以用針織機織出梵谷的名畫。能夠織出梵谷的畫完全靠一位很有耐心的工程師寫程式，據說他寫了幾個星期才寫完，當然也測試很久。程式中間如果有任何一點錯，成品就前功盡棄了。
圖十八
究竟我們的針織機品質如何?可以從哪些公司採用了我們的機器看出。有兩家著名的服飾公司，Givenchy和Versace都採用了台灣的針織機。這兩家公司都是相當高級的，能夠採用我們的機器，可見得我們的針織機水準已經很高。我們的針織機已經賣到全世界七十個國家。我們應該感謝這些工程師的努力，當然應該給他們掌聲，也希望他們能夠使台灣的針織機更上一層樓，趕上德國和日本，因為到目前為止，在最高級針織機價格上，仍然比不上德國和日本。
對所有的我國機械系教授和同學們，我建議你們多多去參觀這種工廠，相信大家會有兩個結論:
(1)這種機器是很難懂的，絕對是精密機械。
(2)這種機器是非常有趣的。