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06
Nov

為什麼電腦輔助工程(Computer Aided Engineering – CAE)在台灣不工作? Why doesn’t CAE work in Taiwan? (上)

發佈 電磁模擬
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前言

這個標題念起來很奇怪? 是很奇怪。筆者從事電腦輔助工程(CAE)技術已有十餘年,看著台灣CAE的應用發展,累積一些心得想與讀者們分享。只是要怎麼定標題頗令人傷腦筋。最後發現反過來由英文直譯倒是可以為文章起頭。Not work直譯中文就是不工作,英文的意思就是沒有效果。所以CAE不工作就沒有產生效果的意思,更具體的說就是沒有產生價值。從這個問題開始可以展開筆者對台灣工業對CAE應用的心得分享。

什麼是電腦輔助工程(CAE)

就名詞而言,大家比較熟悉電腦輔助設計(Computer Aided Design – CAD)。簡單的說,像Autocad、ProE、Solidwork等幫助工程師有效快速產生工程圖的繪圖軟體就是CAD工具。台灣的強項在量產技術,因此快速產生及管理工程圖是非常重要。因此過去20年,台灣在導入CAD可說是相當成功。

CAE是應用電腦對工程物件的物理行為進行計算,達到預測及設計的目的。所謂的物理行為包括力學、熱傳、電磁、流體力學等。典型的軟體有MARC(力學)、ANSYS(力學)、Phenix(熱流)、CST MICROWAVE STUDIO(電磁)、HFSS(電磁)、Moldex(模流)等。原來CAE的理想是透過電腦強大的計算功能來進行產品的設計特性模擬,達到以下的目標:
(1) 對於複雜的結構進行準確的計算,替代人腦的工程經驗及概估。
(2) 對於產品進行快速的演算,替代實驗的繁複冗長過程及節省實驗試誤(try and error)的成本。

電腦輔助工程與電腦模擬

電腦輔助工程(CAE)與電腦模擬(Computer simulation)不是一樣的東西嗎? 筆者無意在此玩文字遊戲,只是透過文字的區別可以幫助讀者來思考CAE的意義應該是什麼,且為我們帶來怎樣的價值。兩者都是透過電腦計算來達到物理行為的展示,但是目的不同。筆者的師長曾對工程做過以下的定義:
     工程就是對資源作有效的運用
重點在於有效的運用,因此電腦輔助工程就是應用電腦對資源有效的運用。所謂的有效包括可預測性、時效、人力成本等。反過來看,電腦模擬就未必對資源作有效的運用; 可能是純粹對物理或其他科學本質的研究所作的演算,而不必考慮到效益的問題。然而工程卻有效益的問題在,這一點就是他們之間的最大差異。筆者也相信這是台灣無法真正落實CAE技術的問題之一。以下各段就個種角度來討論CAE在台灣發展的問題。

工程教育

廣義的教育包括任何的學習管道。而工程教育因其資源投入大,一般是由學校開始。我們的大學內將科技分為理學院及工學院,照理說這二者的分別應該很清楚,在實際上卻非如此。記得筆者大學求學時,在上課時舉手問了一個問題 : "我們今天在課堂上所學的課程與理學院所學的有什麼不同?", 我印象中並未得到滿意的答案。不知道這問題是否仍困擾著今天工學院的學生。過去在台灣的高等工程教育內,很少真正建立學生的工程概念。在以往的工程研究所研究題材上,可以發現很多的題目似乎與理學院的研究風格相似,很難區隔其中的差異。當然畢業生自然也不明白什麼是工程(或許有些人甚至認為工程就是蓋房子或建水庫)。這有幾個原因:

  1. 台灣工業發展剛起步,並未建立與學校連繫或合作的管道。學校無從取得工業研究的題材,自然無法充實自主的工程教育內涵。
  2. 由於早年大學的師資較缺乏,而且國內工業界無法提供高級人力的就業機會,多數留學學人回到國內就直接進入大學任教,而沒有工業實務的經驗。因此,在教育的內容及研究的題材上只能延續原來在國外的內容及研究領域,而這些題材來自先進國家的背景,與台灣現實工業環境無法連繫。

因此,在台灣高等教育中的所謂的CAE教育事實上只是電腦模擬技術的研究。當學生畢業進入職場便無法 "有效" 運用CAE技術為公司產生效益。多數的情形是CAE花太多的時間,比不上直接試誤法來的有效。儘管計算較準確,但在未能替公司產生效益下,自然不會受到重視。產業界有時會解讀成CAE技術問題很多; 筆者卻認為是工程教育未成熟,導致 "真正CAE人才" 缺乏,無法使CAE有效工作,而這會是過渡時期。

產業環境

提到台灣的經濟成功多以電子業為主要原因。當然一定也會提到台積電的晶圓代工,所謂的代工模式也似乎成為多數人認為的成功公式。主要的內涵就是規模量產薄利多銷,這個觀念悄悄進入多數台灣經營者的內心,反映在經營策上。即然是量產經濟,自然降低成本是必然的結果; 而推出新產品則是維持毛利的手段。隨著競爭激烈,迫使產品週期縮短,工程的壓力就升高了。在短產品週期的壓力下,以及CAE無法有效的發揮的現況,CAE自然不會被重視及使用。

這倒不是說台灣產業完全排斥CAE技術,只是現實上CAE無法產生產業的效益。以連接器產業來說,十年前筆者開始接觸連接器產業,當時的問題是無法掌握接觸電阻的設計,於是從力學的模擬開始進行接觸特性的分析,老實說當時就是用 "電腦模擬" 的想法去處理,花了許多功夫去模擬接觸計算。經過一段時間後,發現這並不是真正有效解決產業問題的方法,所以開始去發展接觸理論產生有效的設計指標,才使得CAE開始產生有意義的結果。模擬是一個手段,從中產生的設計指標,可以幫助工程師作有效的設計改善及判讀才是有效的CAE價值。從當時開始,業者才開始對CAE有某種的期待。不過,缺乏人才是無法使CAE在產業中生根的原因之一。

今天台灣部份連接器業者開始有建置CAE技術的想法並付諸實行。這個動力來自於全球化的競爭結果。業者開始進入國際市場的戰爭時,面對不同於過去區域市場的競爭,客戶對於供應商的能力開始作技術的要求,許多台灣連接器業者作CAE分析,是為了取得訂單而滿足客戶對技術的要求。雖然只是工具性的使用,還不能說是功能性的應用,畢竟還是產生了價值。筆者這裡要說CAE的價值如果只有如此,將不會有生存的空間。

(作者林欣衛博士為前工研院材料所副主任,現為宏致電子股份有限公司技術開發處處長)

 

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