為台灣加油打氣專欄 (16) 我們國家在控制器上的成就

請看這兩張圖片,不論圖一或者圖二的零件,當然都不是手工做出來的,而是由工具機做出來的。問題是,工具機也不是由手工操作的,工具機接受一些來自使用者的指令,這個使用者的指令其實是形容他所要做的零件形狀和規格。工具機必須非常聰明,當他知道了這些資料以後,就能夠很巧妙地製造出這些零件來,當然一定要符合使用者的規格。

                       

     圖一腳踏車花鼓                                                       圖二渦輪葉片


工具機如何會有這個能力呢?這是因為工具機有一個重要的部分,叫做控制器。控制器的輸入包括使用者關於零件的形狀和加工程序的規格資訊,如此而已。控制器要能夠將這些所輸入的資料轉換成一連串對馬達的指令,而這個馬達又再使得工具機的刀具有所行動。有時刀具向前,有時刀具向後,有時刀具伸入一個零件的洞,然後又要很順利地退出,而絕對不能傷害到這個洞的邊緣。

可想而知的是,這個控制器主要的靈魂是一個軟體,這個軟體有點像是一個編譯器,能夠將使用者的輸入轉換成對馬達的指令。但這個轉換是相當不容易的,如果沒有深厚的機械學理論基礎和對工具機的深刻了解,這個轉換可能會錯誤百出。不僅做出來的零件不符合規格,而且根本做不出來。比方說,當工具機將一根很細長的刀具插入一個洞以後,退出來的程序如果不對,可以想見的是,很細長的刀具也會壞掉,零件有很多的表面會受損。

一般說來,工具機有兩大類,車床和銑床。汽車的傳動軸和螺絲等等,都可以用車床製出,螺旋槳的葉片和很多的模具就要用銑床來製出。以圖一的形狀來看,在過去需要三個不同的設備才能完成,分別是車、銑、鑽,現在因為我們國家已經有比較好的控制器,我們可以有一個工具機同時做這三種不同的工作。

工具機及其控制器是一個相當不容易製造的機器,控制器其實它是一架工業用電腦。要製造工具機必須要有控制理論的學問,尤其是馬達控制,當然也要對軟體很在行,也要會設計電路。最後,工程師必須懂得工具機,因為現在工具機的精密度都要求在0.1毫米。1個毫米等於一百萬分之一米,0.1毫米就是一千萬分之一米。唯有如此,我們才能夠做出精密的零組件。

直到現在,日本的Fanuc公司是世界上最大的控制器公司,市占率是70%。這家公司大概有一萬個員工,30%的員工從事研發。三十年來,據估計,每年的研發經費是40億台幣。很多人都說日本之所以有這麼厲害的控制器公司,乃是因為日本有非常堅強的基礎技術,再加上企業主非常重視研究發展,所以他們的控制器越做越好。

我們國家最近在控制器方面也有相當不錯的進展,當然距離Fanuc的成就還有相當大的距離。可是在過去,我們國家沒有控制器能夠做出像圖二這樣的渦輪葉片,這完全是因為我們已經有不少的工程師對於馬達控制有相當的經驗。我國的工具機產業也一直在進步之中,再加上我國機械工程師在理論和實作上都很有能力。尤其值得慶幸的是,政府現在非常鼓勵這種很基礎的研發工作,我們可以試想,假如我們的控制器必須要向外國購買,不僅我們的工具機會很貴,而且我們大概也很難有非常特殊功能的工具機。所以大家總要知道,我們國家是在進步之中,也希望大家能夠給全國所有做控制器的工程師們一些掌聲。