《高等機動學》讀後

高雄中山大學 何應勤

刊登於《機械工程》第222, 223期,中國機械工程學會 (6/1998)



簡 介

  蔣君宏教授寫的這本書,書名《高等機動學:平面》指的是其內容是在探討進深的、平面的機構運動學理論。作者將本書安排為三部份:第一部份包含瞬時平面運動之基本觀念,與一些較特殊之機構分析方法。第二部份即為尺度合成問題,而此一部分又分作1. 物體引導問題:有無窮接近位置之情形(即瞬時運動)與有限分離位置之情形;2. 路徑演生問題;和 3. 函數機構合成問題的三方面;而在各種合成問題中,本書是以平衡座標數之觀念來分析其可能解的數目。最後,在本書的第三部份中,包含了各式機構之調和分析。

  平面機構運動學,無論在學理或應用上都是機構學研究的主流,而欲從事空間運動學研究之學者,亦須先具備平面運動學之基礎,因此本書從介紹瞬時平面運動之基本觀念入手。本書的特色除上述外,亦在於收集了些近年才發展出的觀念,如瞬時不變量原理之運用,又如將曲柄搖桿之合成當作函數機構之合成等;並將此一學科作分類而有系統之敘述,以幫助讀者能易於領悟。當然,因本書寫作之目的是要作為教科書,故各章末均附有習題,必要處亦提供有提示或答案,以便教學或自修之用。



感 言

  就筆者看蔣老師的這本《高等機動學》確是一本內容相當具有份量的書,大約在半年前老師出一個作業給我:寄這本書給我要我看,還要寫心得報告。我雖然曾修過三次的高等機動學,但因公私務繁忙,到現在仍然只能概略的把此書翻過一遍。不過雖僅略為讀過,對我而言已對於一些基本觀念的澄清產生了莫大的功用,甚至本書之附錄亦有可觀之處,所以我推薦大家把這本書當作是一本很好的教科書或參考書。

  筆者有幸在唸大學、碩士及博士班時分別由蔣君宏教授,Prof. A. Midha Prof. A.S. Hall 教導高等機動學課程。三位恩師上課所涵蓋的內容,使用的教材都有所不同,唯為人之謙和,教學之認真且對學生的關愛,卻是相同的。Prof. Hall 上我們課已是在Purdue的最後一班,他雖為理論機動學的一代宗師,聽他講課我們卻如沐春風少有壓力,只有在回家寫他的作業時才會領悟其博大精深之處。Prof. Midha 教我機動學是我在Penn State唸碩士的時候,因為用Suh and Radcliffe那本書作教科書,所以內容比較偏向數值的解法,但也因此讓學生了解電腦這個東西,如何可以成為幫助機動學分析設計的一個利器。但是回想起來,讓我感到印象最鮮明,影響最深刻的,卻是在大學時修習了蔣教授所開的高等機動學。

  蔣教授在書中序言亦概述及其開設此課程的心路歷程。老師自1950年從事初等機動學教學時,即受一個美國教授de Jonge兩篇文章之影響。de Jonge原是生於德國的英國人,亦曾在中國大陸15年之久。上述二文是當年他眼見美國在機構學研究上之落後於歐洲,故振筆疾呼以喚起學界之注意。戰後美國由於電子計算機的發明,再加上如Freudenstein, Hall, Holowenko等人在學理上的努力,使得機構學的研究有長足的進展並產生其特色。反觀我國各大學卻仍停留在初等機動學的階段,蔣老師因而於1973年在台大開始開班教授高等機動學直至1990年退休。而本書即為老師整理這近廿年間,在台大、技術學院(現台灣科技大學)等校教授高等機動學的教材,予以補充整理編寫成書,以供有此需要之教師學生以及從業人員使用,並期能激發學者對高等機動學研究之興趣。

  筆者大三上時在台大修習蔣教授高等機動學的筆記現在還保存著。因是第一次上選修課,大家不免帶著輕鬆的心情走進教室,只見老師已先在黑板上寫下這幾個字:Wendekreis und Wechselkreis(抱歉我居然沒抄這是甚麼意思),接著指定了五本參考 (Beyer, Hain, Hartenberg and Denavit, Hirschhorn, Tao) ,四種要經常去翻看的期刊雜誌 (ASME-JMD, ASME-JEI, ASME-JAM, Applied Mechanics Review),然後再發下來一堆有中文,英文,德文的參考資料,包含老師自己發表的論文。還記得那時同學們個個面面相覷心萌退意,因為在1977年我們不知有老師是這樣上課的。後來硬著頭皮繼續上下去的我們才漸漸的了解,原來這就是叫做研究教學,也因而激發了許多人對研究工作的興趣。

  老師一直是一個作研究的人,並且其成就還很具風格,這是海內外皆知的。筆者在PurdueProf. Midha時,Midha尚是ASME-JMD的編輯之一。因為他收到的稿件常一下子很多,有時來不及分送給其他教授審查,所以我們這些博士班學生就要幫忙讀些從遠東區來的論文。但是只要是蔣教授的文章,Prof. Midha從來自己慎重處理不敢怠慢,以表示對老師的尊敬。許多人都知道近年來老師在球面機動學的領域多有論著,也由Cambridge出版了一本有關球面機構的英文教科書,因此得了國家的金鼎獎。但是在這本高等機動學中,卻連題都沒有提到球面機構,真是出乎人的意料。因為寫書的人,一般大多愛乘機鼓吹一下自己的專長,這就是為什麼像有的機動學教科書齒輪那章特別厚,而有的凸輪那章特別厚的原因。然而在老師的這本書中,雖然球面機構眾所周知是與平面機構相關的東西,他也不願意多少題一點,老師的固執於其原則由此可見一斑。

  老師從不諱言機動學是一門較冷僻的學科。在二百年前產生西方工業革命,因而促成列強侵略中國的這門學科,目前光芒已經褪下,而成為機械工程的基本學識之一。這並不是說現在它的應用不廣,或是說有關的參考資料已很難找到,而是說機動學能像近年來電腦科技日行千里,百花齊放的時代已經過去了。但是就算如此,還是有許多的人為機動學所著迷,因為它是所有工程領域中最能代表機械學門的一個學科。筆者在念書時就看到有些非設計專長的老師居然也來發表機動學的論文,因為他覺得有興趣,他把機動學當作是課餘的嗜好來學習。國內目前在機動學這個領域的研究生態,無論是總人力或經費所佔的比例都不下於先進的國家,這對機構學的進展是很可喜的現象。而在本書中,近年來海內外華人如Chen, Tsai, Yan, Yang等人所發表的一些成果老師亦有稍加介紹。

蔣老師用中文撰寫這一本高等機動學,在我想是完成他心中的夙願。這雖不是他的第一本書,也不是他的第一本中文書,可是這是他第一本中文的高等機動學教科書。老師他非常重視用中文來推廣科學技術,他想讓國人不但能很輕鬆的學習機動學,也可以很輕鬆的進深到機動學的研究裡去。老師很注重中文,他在上課時能避免用英文就絕不用,考試出題時也儘量用中文表達。雖然據我所知老師德,俄文也都通,但他卻不喜親近滿口中英文夾雜的人(他似乎認為愛講洋文和不守時是留美人士的毛病)。近年來他在國內不但草創機構與機械原理學會,目前還積極參與其名詞委員會的運作,就是要把所有機構學的名詞都變成口語中文來表達,雖然不知道是否可引起國內大部分學者的共鳴,然而這說明了老師對科技中文化的關切與心願。筆者深深祝福蔣老師這本由在機械界可說是最著名出版社McGraw-Hill出版的書,能因以本土化的語言嘉惠各方學子與同好,使國內在高等機動學領域的教學與研究更上一層樓。



後 記

  上個月在大學部機動學的班上,一天我忽然興起問同學說,你們知道在英文中哪個字和kinematics這個字是最相近的嗎?同學因為都念了成大顏老師的書,就說是mechanisms, 但也有的說是dynamics或是kinetics的。結果我告訴他們,其實從英文的字源和字義上來看,我最近發現有一個字和kinematics才幾乎是完全一樣的,那就是cinematics! 因為在拉丁語系中字母ck常是可以互換的,而c也多唸成k的音。不過cinematics真是一個少見的字,就是對cinema(動畫或是電影)所作的研究是也。同學聽了一邊笑一邊起鬨,說我們不要唸kinematics要唸cinematics。我就說要唸先要把機動學學好,等到四年級再來選修電腦圖學導論,那我就教你們在電腦上畫一個漂亮的機構動畫,像今年學長畫的是個迴轉式引擎在那裡運轉。講到這我忽然覺得,雖然這幾年我一直做些有關於電腦圖學、視覺影像的研究,但其實也真沒離我的老本行太遠……