Loading [MathJax]/extensions/tex2jax.js

0

0
0

文字

分享

0
0
0

在電流之戰後:「電力」如何改變了全人類的生活?──《光之帝國:愛迪生、特斯拉、西屋的電流大戰》

商周出版_96
・2018/01/23 ・3575字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 532 ・七年級

為何我們挑選了這本書:
在十九世紀末,美國三位傳奇人物與「電能」的發展息息相關:最著名的夢想者與發明家湯瑪斯‧愛迪生、對發電和電力輸送有革命貢獻的電力奇才尼古拉‧特斯拉、創建多家公司的發明家和企業家喬治‧西屋,《光之帝國:愛迪生、特斯拉、西屋的電流大戰》主要介紹了這三位人物成功、失敗以及彼此的宿怨,美國企業史上最獨特的惡鬥「電流之戰」於此展開。

電究竟是什麼?是「微妙、活躍的液體」嗎?當電力變得更普遍、更可靠、更實用時,由三位普羅米修斯──愛迪生西屋特斯拉──最早提出的夢想已經實現了。

快速進入工業生產的電力系統

尼加拉發電站建成後,發電機數量不斷增加,僅在一九〇二年就提供美國全部電量的五分之一。正如歷史學家大衛.奈伊(David E.Nye)《充電的美國》(Electrifying America)所述,一九一〇年時,美國的工商業熱切期望讓電融入他們的日常工作,以迅速提高生產力。到了一九四〇年,電力已在社會中普及,美國的生產力提高了百分之三百。

愛迪生的傳記作家馬修.約瑟森計算過,像汽車製造商亨利.福特的那些流水線生產工廠,效率明顯提高了百分之五十。而且電絕不僅應用於一種領域,它大大提升了人類的生活水準。電的成本也由於發電效率提高而逐漸下降。在一九〇二年,中央發電站產生一度電需要七點三磅的煤;到了一九三二年,煤用量下降到一點五磅。

電力的普及對人類的生活造成重要的影響。圖/blickpixel@pixabay

電力進入住宅:做家務變便利、收音機提供娛樂

然而住宅電力服務系統的發展卻要慢上許多,因為電力公司首先關注能得到更大利潤的商業用戶。此外也由於早些年用電還很奢侈,因為它比煤氣貴很多,而且不夠安全。全美國內在一九〇七年僅有百分之八的人住在有供電的房子裡。數字到一九二〇年有增加,但也只有百分之三十五。隨著供電系統改進,成本下降,美國人對家庭電力需求的呼聲也像商界一樣高漲。到了一九二〇年代,主要大城市如芝加哥,已有百分之九十五的家庭用上了電。到了一九三〇年,美國的都市家庭已普遍認識電力普及的意義,即使在中西部的中等城市如蒙夕、印第安那等地,百分之九十五的家庭已用上電。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

同樣有說服力的是那些節省體力的現代化設施都離不開電,比如電熨斗、吸塵器(一九一九年銷售了七十五萬台)、洗衣機、烤麵包機和熱水加熱器。在愛迪生盤算著如何建立第一個電網後僅僅三十年,電已經成為整個美國都市生活的日常。許多妻子辭掉了女傭,自己做起容易許多的家務。

生活中的大小家電都需要用電!實在沒辦法想像沒有電的生活啊。圖/Smoth 007 @wikipedia

儘管電燈和洗衣機很方便,也沒能像一九二〇年代初期收音機進入家庭時所帶來的巨大變化和喜悅,但這是第一次,正如特斯拉曾經斷言,人們能夠接通距離遙遠的世界,從一個大木盒裡收聽到生疏的聲音。現在,當球隊到城外去比賽,總統要發表演說,或是一位著名女高音要在紐約演唱,美國人都能跟蹤這些事件。廣播劇令他們著迷,笑話讓日子變輕鬆。

在十年之內,幾乎每個(用電的)美國家庭都有一部無線電收音機,這難道不令人吃驚?如果說無線電對國家團結和激勵少年成長有重大影響,這也許是言過其實,但是電的力量確實讓人能分辨出事物的重要與輕微、宏偉與愚蠢。

若是說到廣播演說,莫忘羅斯福的「爐邊談話」啊。圖/Hohum@wikimedia

推展鄉村電氣化

由於電在早先幾十年中純粹被當作商品,所以內陸地區的居民很少有機會使用電。例如截至一九三四年,全國只有十分之一的農場有電,因為電的服務是由利潤多寡來決定。羅斯福總統率先提出一個觀念:遠離城市的農民也應該和住在城市與鄉鎮的美國人一樣享受用電的益處。(由於長期以來完全被視為謀取經濟利益的商品,所以民用電力設施建設停滯不前。)

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

新的安排隨著政府支持鄉村電氣化而向前進展,但是由於帶電的高壓線要橫跨高山和草原進入遙遠的農莊,美國政府花費了二十五年的時間才結束了內陸居民長期依靠蠟燭和煤油燈照明的歷史。在這幾十年當中,電成為現代文明的生命血脈,它的價格幾乎下降了一半,而且,農場主很快就和商人與家庭主婦一樣,用電來做各種繁重的勞動。

羅斯福在那一次次的談話中,穩定了民心,也藉此傳達政策內容,其中也包含了「鄉村電汽化」。圖/Social Security Online@wikipedia

電力的使用永遠改變了我們的生活

雖然電為我們帶來極大益處,賜予我們眾多神奇的禮物,但是它的存在不可避免帶來一些弊端(雖然僅僅是少量),不可否認的是我們的世界被各種各樣機器帶動,變得比以前吵鬧,到處是馬達和發電機的嗡嗡聲、隆隆聲和引擎的轟鳴,持久用電帶來了噪音。

自然界的聲音如草原的寧靜,都被人造嘈雜聲淹沒。經過幾十年的工業發展,曾經群星閃爍的美國夜空已逐漸被人造電燈替代。如今,當夕陽西下,夜幕降臨,世界不再是一片漆黑,而是呈現一片黃灰色,尤其是地平線上緣。因此人們很難且經常看不到天上的群星了。在《充電的美國》一書中,有人哀歎道:

「處於機器時代的我們給自己帶來了夜間的敵人,現在夜晚也不再像它原先的樣子……今天的文明社會充滿這樣的人,他們對詩情話意情調的夜晚絲毫沒有概念,甚至沒有見過真正的夜晚」。

圖/Free-Photos@pixabay

電方便人們管理生活,但也打破了大自然時間和季節的節拍和韻律。工作與家庭生活的寧靜就像消失的自然光線一樣不復存在,也不再有家人圍聚在壁爐前取暖和照明的情景了。男女老少多退縮到他們舒適方便的家裡,或被迫越來越常在照明良好的辦公室和工廠裡辛苦工作。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

電氣設備的興起,如無線電收音機、電影、電視、影片、電腦和網際網路,意味著這一階段生活水準的提高,不過人們透過螢幕被動地感受生活,看到與觀察到的活動都是別人的。而在過去,欣賞或參加音樂、戲劇、舞蹈、政治活動、演講或運動會的人都是實際參與或是當現場觀眾。十九世紀的人類經驗是第一手的、親身的、直接的、真實可靠的,除了那些書面文字和圖像,包括繪畫和照片。電為我們帶來豐富多彩的新經驗,但其中更多是間接經驗。

電器的使用,改變了人們的娛樂與一般生活。圖/mojzagrebinfo@pixabay

尼古拉.特斯拉活著看到他的偉大發明、他送給人類的偉大禮物傳遍大地,正如他所期望照亮了家庭,活躍了社會,振興了整個國家。儘管晚年生活艱辛且挫折,但永遠是理想主義者的特斯拉說:

「我不斷體驗到無法用文字表達的滿足,那就是我的多相(交流電)系統已被全世界使用,減輕了人類的束縛,並帶來舒適與幸福。」

鐵路和電報發展改變了舊時代長期以來對距離和時間的觀念,蒸汽機暗示了機器創造能量的潛力。電解開了第二次工業革命的韁繩,賜予人類難得的財富:由於黑暗,我們曾經損失了數不清的時間;由於繁重辛苦的勞動,我們失去了更多時間。沒有了這些損失,人類認識周圍世界的能力和想像力得以充分釋放發揮。

如今,即使我們承認失去了十九世紀的親密與真實,遭受不間斷的雜訊侵擾以及機械化對現代生活的衝擊,但是,電的到來大大拓展了人們對時間、能量和可能性的感知力。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

電的力量確實偉大。

 

 

 

本文摘自泛科學2018年1月選書《光之帝國——愛迪生、特斯拉、西屋的電流大戰》,商周出版

 

 

 

 

 

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
商周出版_96
123 篇文章 ・ 364 位粉絲
閱讀商周,一手掌握趨勢,感受愜意生活!商周出版為專業的商業書籍出版公司,期望為社會推動基礎商業知識和教育。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

2
0

文字

分享

0
2
0
從 3G 到 6G:行動通信的進化之路
數感實驗室_96
・2024/06/20 ・825字 ・閱讀時間約 1 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

摩斯發明電報和貝爾發明電話,這些似乎是上古時代的科技,其實都發生在過去兩百年內。而手機,作為近五十年來的產物,又經歷了怎樣的演變呢?

讓我們來探討行動通信是如何從 3G 發展到 6G 的。

1989 年,一張名為《The Great Radio Controversy》的搖滾專輯發布,迅速走紅,登上告示牌熱門榜。雖然專輯的歌詞與通信無關,但它的名字「偉大的無線電爭議」確實讓人聯想到無線通信的歷史。而這張專輯的樂團名為 Tesla,沒錯,這正是向那位傳奇的天才科學家特斯拉致敬。特斯拉對無線通信的貢獻可謂奠基石般的重要,而從 3G 到 6G,行動通信技術又經歷了哪些突破和變革呢?讓我們一起深入了解。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

行動通信的歷史雖然只有短短幾十年,但其中包含的豐富內容實在說不完。從精彩的發明故事到商業競爭,再到行動通信所帶來的社會變革,每一個環節都值得深入探討。而在這集影片中,我們僅僅觸及了冰山一角。

下一集將深入探討 WiMAX 那成功的哥哥——Wi-Fi,也就是大家熟悉的無線區域網路技術。讓我們繼續探索這些改變世界的科技!

更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

參考資料

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

數感實驗室_96
76 篇文章 ・ 50 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

0

1
1

文字

分享

0
1
1
電磁波全揭秘:了解頻帶、頻寬、頻率和通信技術的基礎知識
數感實驗室_96
・2024/06/13 ・672字 ・閱讀時間約 1 分鐘

本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

先前我們介紹了多位為通信科技發展做出貢獻的科學家。現在,我們要深入探討無線通信的技術層面。

無線通信,顧名思義不像傳統的電話或電報那樣需要一條實體的線路來傳遞信號。但這些信號並非憑空傳遞,它們依賴的正是電磁波。

電磁波在現代社會無處不在,從微波爐、手機到基地台,這些設備都會發射電磁波。但其實即使沒有這些科技裝置,電磁波依然存在於我們周圍。什麼意思呢?答案就是:當我們白天走到戶外,看到的光,它其實也是電磁波的一種。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

希望大家掌握了這些電磁波、頻帶、頻寬等基礎知識後,未來在閱讀相關的電信新聞時更加了解他們提到的術語,以及各種縮寫。以後無論是科技發展的動態還是市場新技術,都能更有概念地理解。

更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

數感實驗室_96
76 篇文章 ・ 50 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/