精密工程(Precision Engineering) – 慶祝台灣精密工程學會正式成立 (撰文:陽毅平)

張貼日期:2015/2/9 上午 04:14:02

台灣精密工程學會(Taiwan Society for Precision Engineering, TSPE )經過一年多的籌備,於104年1月30日正式成立,大會推選李家同教授為第一任理事長。教授提到日本精密工學會(Japan Society for Precision Engineering, JSPE)早於80年前成立,經作者詳查是在1933年成立,四年後,1937年中日戰爭就因盧溝橋事變正式爆發。曾任亞洲精密工程與奈米技術學會(Asia Society for Precision Engineering and Nanotechnology, ASPEN)理事長的范光照教授也發表演說,提到美國、德國、韓國、歐洲都已經有精密工程學會,台灣精密工程學會的成立雖然較晚,但是仍然具有劃時代的意義與價值。

談到精密工程的定義之前,我們都會有這樣的認知:精密度(precision)與準確度(accuracy)不同;精密度和重現度(reproducibility)與重複度(repeatability)是同義詞,準確度則與真實度(trueness)同義。學會章程中定義:「精密工程技術係涵蓋電子電機、資訊、機械、材料、化工、光學、量測分析…等多個範疇」;但是,作者查考其他有關精密工程的定義時,發現一些不太一樣的說法:

(1) 精密工程的領域包含高準確度零組件的設計、開發、與量測,以及高精確度的工具機與量測設備[1]。

(2) 精密工程是一個多重領域的技術,強調應用計量學(metrology)在製造上,涵跨材料、機械加工、組裝程序、高精密機械的設計與製造、微小感測器、驅動器、量測設備、控制系統等[2]。

(3) 精密工程定義的重要元素不是物體的絕對尺寸,而是元件最小尺寸的變化量或位置變化量佔整個物體尺寸的比例[3]。

中文字的「奈」米有一個巧妙的結構,似乎透漏了一個訊息:精密介於「大」「小」「二」者之間的相對關係。我們也從自然中得到一個啟示:精密工程存在於極大與極小的自然空間之中;例如,天文宇宙屬於極大的空間,星球的運行與四季的交替就是非常精密與規律的創造;而人體的細胞屬於極小的空間,巧妙且精密的掌握生命的律動;甚至有人說:人體就是一台最精密的機器。

到底精密工程的起源為何?有人曾說精密工程的驅動力是憂慮(fear)、貪婪(greed)、驕傲(pride)、和好奇(inquisitiveness),今天或許加上經濟(economy)成為主要的驅動力[2];然而,真正帶動精密工業發展三大功臣是天文學(astronomy)、導航學(navigation)、和鐘錶學(horology)。早在人類歷史數千年前,占星學家(astrologist)就想盡辦法觀察星象,預測事情發生的規律性;例如,東方的博士(Magi)就是藉著觀測與跟隨一顆星的導引,找到了在伯利恆降生的基督耶穌,因此也定出了西元前後的分界點。最早有紀錄的天文量測儀器(Hero’s dioptra)是一具使用螺桿的裝置,用來量測恆星的位置[4],這是現代經緯儀(theodolite)的前身,如今已發展到精密的雷射追蹤儀(laser tracker)和干涉儀(interferometer)。

西元前700年左右,有一位猶大國王名叫希西家(Hezekiah)病得要死,上帝聽了他的禱告,派先知以賽亞告訴希西家,必加增他十五年的壽數,為了證實這個應許,上帝使亞哈斯的日晷倒退十度,相當於時間倒退四十分鐘,日晷就是那時候觀測時間的設計;許多科學家都相信,這位創造宇宙萬物的神,是掌管自然規律的精密工程設計師。自古以來,人類就以太陽系具有規律的至點(solstices)與分點(equinoxes),訂出日、月、年與節期,到了17世紀,鐘錶製造技術更促成了精密科學儀器的誕生。

當今,工具機(machine tools)與互換製造(interchangeable manufacturing)技術造就了許多精密工程師;量產製造帶動設計觀念的更新,也建立了共同機械零組件的開發;製造的重現性、重複性、與準確性的需求,催生了確定性量測(deterministic metrology)與確定論(determinism),也就是說:所有製造過程所產生的誤差,都必須有理論依據與可量化因果關係,因此,工具機的設計可以藉著分析與最佳化,達到誤差降低、誤差修正、及誤差補償的結果;當今最新的發展應該是可靠度(reliability)工程,工具機經過一段時間的操作後,仍然可以維持一定的精密度。

在精密工程發展的歷史中,工程師嘗到的苦頭是重複的犯錯,因為沒有一致的標準與共同的工程語言;學會成立的重要價值之一就是:大家分享共同的研發成果,減少重複錯誤的發生。

今天,台灣精密工程學會的成立擔負了另一項新的使命與任務,就是要教育社會大眾與提醒執政者:重視「工程師」在國家經濟發展的重要性。誠如會章中揭櫫的精神目標:為增加產業產品附加價值,整合產官學研各界相關資源,學會將積極深耕工業基礎技術中最主要的精密技術,以掌握製造關鍵性設備、零組件和原料及製程技術,期能紮根精密工程技術能量,提升台灣工業的世界競爭力。

台灣精密工程學會成立大會會員合照(2015.1.30)

參考文獻

[1] American Society for Precision Engineering (ASPE) website, http://aspe.net/about-aspe/constitution/.

[2] C. J. Evans, “Precision engineering: an evolutionary perspective,” Phil. Trans. R. Soc. A, vol. 370, Jul. 2012, pp.3835-3851.

[3] R. V. Jones, “Precision engineering from supertankers to integrated circuits,” Prec. Engi., vol. 1, iss. 1, p. 3.

[4] Hero’s dioptra, https://www.uni-due.de/didmath/ag_jahnke/historische_alexandria1.