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1、我國高級工業職業學校機電整合師資專門能力之研究陳錫楨第一章 緒論第一節 研究緣起機電整合Mechatronics這個新字，係 1975 年日本安川電機公司結合機械Mechanics與電子Electronics兩字而成曹宏熙,民 76,而此技術隨著生產自動化之推行，已成為自動化技術突破後，由於價格逐漸低廉，體積亦逐漸小型化後，使得在以計算機能為主體以外的控制領域，普及開來。機械系統之自動控制從 1950 年代中期開始步入實用話，初期以繼電器Relay組成之邏輯元件和功率型電氣元件的組合方式為主流，而在 1970 年代數值控制機器的使用，為在機械結構中加入電子裝置之機電整合技術之始。機電整合的應用
2、，是在機械技術中加入微電子技術，來提高機械系統附加價值的作法。在產業方面的運用，諸如機器人、木工機械、印刷機械、食品加工機械、建築土木機械等；民生應用方面則有自動相機、錄放影機、列表機和家電產品等；在醫學與軍事上的使用亦逐漸廣泛。就機電整合發展過程來看，可視為一方面在手動機構中附加馬達驅動；另一方面則是將以往的大功率固定控制裝置變換為小功率之微處理機可程式電子裝置之控制。機電整合的終極目標在於使用單純機構及小型電子裝置，以柔軟控制Soft Control方式實現複雜的機械動作 。圖 1-1 顯示 Mechatronics 技術的進展與機械系統附加價值的關係。最初以 100%機構型態出現之機器系
3、統，即逐漸採用電氣與蒸氣能源，而提高機械系統的附加價值。值得注意的是，系統總體的附加價值題高，而機構的附加價值卻因單純話而降低。地二次世界大戰後，逐漸將電子技術應用於機械結構中，以實現邏輯控制；在 1974 至 1975 年間，微處理機開始應用於機械控制中，硬體裝置Hard-ware的邏輯控制部份急速地被其取代，使得軟體Soft-ware成為重要的控制技術。由於電機電子元件和軟體控制程式的加入，使得機械系統的附加價值，比起純機構型態時期大為提高。現在，在機電整合系統Mechatronics System中，有超過 50%以上的部份市電機電子元件和控制軟體Yamazaki Derby,1990;
4、Ditlea,1989;Berardims,1990 ，圖 1-2 說名主要的機電整合環境Hunt,1988 ，圖 1-3 為機電整合之機械、電腦和電子工程等次系統subsystem間的交互關係Hunt,1988 。由於電腦整合製造CIM的發展，使得機電整合技術有更新的突破，這些重要的技術單元為Hunt,1988;Derby,1990：時間時間1974電氣電子 元件及電氣機械等硬體機 械 系 統 的 附 加 價 值軟體機構1、電腦輔助設計Computer-aided Design2、電腦輔助工程工具Computer-aided Engineering Tools3、電腦輔助製程規劃工具Comp
5、uter-aided Process Planning Tools4、電腦輔助製造技術Computer-aided Manufacturing Technologies圖 1-2 機電整合環境資料來源：Hunt,V.D.1988圖 1-3 機電整合系統資料來源：Hunt,V.D.1988辦 公 室 自 動 化工場 自 動 化家庭 自 動 化機 電 整 合.顧客需求分析 .特殊需求分析 .需求產品之 分析.產品設計自動化 .製造簡單化 .適度的採用自動化.團隊技術 .生產力激動 .裁員管理機 電 整 合5、自動化材料處理系統Automated Materials Handling Systems
6、6、電腦輔助檢測系統Computer-aided Inspection and Testing Systems7、製造資訊與管理系統Manufacturing Information and Management Systems8、電腦整合製造Computer Integrated Manufactur-ing我國製造業為克服勞資糾紛、工資上漲和環保保意識高漲等問題，乃以提昇工業技術水準、改善產業結構和調整工業技術人力結構等為主要的推動措施。其中，調整工業技術人力結構中，以規劃未來製造業所須人力、協調教育及職訓主管機關調整師資課程和設備、充分培養相關人才為主。為因應工業技術人才急迫需要，經濟部
7、自民國七十九年度起推動工業技術人才培訓五年計畫 ，為結合學術界和研究機構，已在值和值錢訓練方式，培育工業發展所需的人力之計畫（經濟部工業局，民 79） 。在製造業自動化的推行策略中，對於加強人才培育的重要措施為（行政院科技顧問組，民 78）：一、增加大專及研究所自動化相關課程。二、提高自動化科技人力比重。三、自動化教師或相關科技人員在職進修或訓練之加強。四、加強人才培育及獎勵企業 R&D 人才。五、獎勵海外自動化人才回國就業、研發或創業。六、應加強高工、專科教育之自動化教學。七、加強各級學校之製造自動化教學設備。八、職訓單位應繼續加強自動化人力培訓。九、有關自動化學校課程編定，宜邀請工業界人士
8、參與。十、學校、研究機構及工業界應共同提供自動化技術人員再教育之環境與機會。民國 78 年教育部於國立彰化師範大學附屬高工設置機電科，首開我國高級職業學校機電科教學，培養自動化操作的基層技術人力之先例。但目前我國並未設置專門培育機電師資之機構，因此目前機電科之教學，主要由機械科、電子科、控制科和電機科等師資來協助。事實上機電科之教學，是強調機械和電機電子互相整合的能力。因此，培養機電師資，實屬刻不容緩。由於國內對於機電整合師資培育核心課程，鮮少作系統化研究，因此本論文乃針對此一問題，作深入和客觀的研究。第一節研究目的本研究之目的，旨在規劃我國師範院校培育機電整合師資之核心課程，瞭解勝任的機電整
9、合科專業科目教師，所應接受之專業教育課程，以符合教學上的需求與從事機電整合相關研究，並適應時代之技術變遷，其具體目標如下：一、收集與分析有關機電整合的領域、內涵及先進工業國家的 實施經驗，以作為規劃我國師範院校培育機奠整合師資核心課程之基礎。二、藉由機電相關之研究中，探討與分析我國師範院校培育機 電整合師資核心課程所應包含的課程內容。三、根據研究結果與研究發現，提出我國師範院校培育機電整合師資核心課程之具備建議，以作為教育主管單位決策時之參考。第三節 本研究待答之問題為達成研究之目的，本研究乃在探討下列問題：一、探討我國師範院校於規劃機電整合師資培育核心課程時，所應包含的機電整合領域為何？二、
10、探討機電整合師資培育核心課程於朱領域中，所應包含之機電整合專門課程及課程內容為何？三、探討機電整合師資培育核心課程之課程內容，是否因服務年資、實務理論研究經驗、服務機構、年齡和行業背景等不同而有顯著不同？第四節 研究假設本研究之虛無假設如下：一、電相關隻研究機構人員，對機電整合師資培育課程內容之意見，不因服務年資不同而有顯著性差異。二、機電相關之研究人員，對機電整合師資培育課程內容之意見，不因實務理論研究經驗不同而有顯著性差異。三、機電相關之研究機構人員，對機電整合師資培育課程內容之意見，不因服務機構不同而有顯著性差異。四、機電相關之研究人員，對機電整合師資培育課程內容之意見，不因年齡不同而有
11、顯著性差異。五、機電相關之研究人員，對機電整合師資培育課程內容之意見，不因行業背景不同而有顯著性差異。第五節 研究限制一、本研究乃以我國高級職業學校機電整合科專業科目教師專門人力之培養為導向，其專業能力與技術層次，可能與機電整合界工程師或相關工作者不同。二、本研究僅探討我國師範院校於規劃機電整合師資培育核心課程時之課程內容，唯在教學時數、教學設備、教學方法等方面，則有待後續研究再予以深入探討。三、本研究所探討的範圍主要以機電整合教育為主，對於目前機電整合工程之技術，在本研究中不作研究。四、本研究所發展出的機電整合師資培育核心課程之課程內容，可作為教育主管單位決策時之參考。唯在課程內容之順序性和
12、整合性上，必須再作進一步的分析。五、因為時間和經費等因素限制，本研究未能針對高級職業學校機電整合科專業科目教師作培育教學之實驗，並進行客觀評估。第二章 文獻探討機電整合技術係由自動化工業發展而來，是工業進展中重要的里程碑。目前世界主要工業先進國家，泰皆致力於其中的研究，尤以日本為最。本章旨在探究目前世界各國所探討的機電整合的課程內涵，以及實際的實施狀況，以作為本研究之理論機礎，亦在回答本研究之研究目的的第一個具體目標。機電整合是由英文Mechatronics翻譯而來，係由Mechanics和Electronics兩字合併而成Fumio,1986 。第二次世界大戰結束後，日本為重建國家，於 19
13、56 年通過結合機械工業與電子工業振興措施之機電法 ，以加速民間企業的自動化發展，機電一辭首次出現吳伯禎，民 75 ，而Mechatronics一辭最早公諸於世是在 1979 年，於日本東京舉行的第九屆 I.S.I.R.Institute of Standards and Industrial Research會議中Konstanrinov,1987 。日本機械振興學會發表一篇機械產業之調查研究報告1987 ，指出機電整合含有四種類型詹德隆，民 76：第一種類型：在原本高精度的機械製品上，在裝上高精度的電子、電腦設備，成為高性能及多種機能的機械裝置，例如數值控制工具機、工業機械手臂等。第二種類
14、型：以機械所構成的控制機構，在以電子換裝其一部份，而可發揮機械與電子兩方面共同功能者，例如電子時鐘、電子縫紉機等。第三種類型：主要以電腦資料情報為主之電子裝置，例如數位時鐘、電算機等。第四種類型：在家電用品上裝設微電腦，例如資料處理機、影印機等。雖然結構簡單，但其電腦裝置可自動操作此機械。日本豐橋科技大學Toyohashi University of Technology山崎等人Yamazaki,et al.,1985認為機電整合包含下述四種主要學科，如圖 2-5 所示：1、構學Mechanism2、控制Control3、電子學Electronics4、電腦科學Computer Science
15、各主要學科中分別包含若干個副學科，即：1機構學Mechanism包含：1動力系統分析dynamic system analysis：機械結構中活動構件的分析。2機械設計Mechanical design等兩個副學科。2控制Control控制部份的重點乃在結合傳統氣油壓控制與微處理機數位控制理論等技術。包含：1自動控制automatic control2數位控制digital control3近代控制modern control等三個副學科。3電子學Electronics包含：1微處理機與電子設備microprocessor and elex-tronic devices2馬達與電力電子moto
16、r and power electronics等兩個副學科。4電腦學科Computer Science中亦包含兩個副學科： 微處理機系統設計microprocessor system design：偏重於設計與運用能力之建立。 軟體工程software engineering：使用科技知識上的系統方法和工程性原則，進行軟體的發展，包括需求定義、功能定義、設計敘述、程式設計和測試方法等步驟。顏孝俊認為，機電整合的範圍應包含下述四種主學科Yan,19861.機械工程Mechanical Engineering2.模控學Cybernetics3.電子學Electronics4.電腦科學Computer Science圖 2-5 機電整合的主要學科結構一資料來源：
