台灣是全球科技製造中心，但軌道技術遲遲發展不起來，高科大鐵道技術中心和台灣高鐵攜手研發，力拚追趕日韓，矢志成為高鐵技術輸出國。
「日本新幹線，在台灣土地上奔馳！」這是台灣公共電視與日本 NHK 首度聯手製作的電視影集《路～台灣 Express～》預告片一開場，螢幕上出現的幾個大字。
這齣 3 集迷你影集，改編自日本知名作家、「芥川賞」得主吉田修一的小說《路》，5 月 16 日首播，描繪台灣高鐵建設跨越三個世代的篳路藍縷。
在很多人印象中，1999 年起正式啟動興建的台灣高鐵，是移植自日本新幹線體系；但更多人不知道的是，台灣團隊聯合學界，已經把高速鐵路技術，一步一步脫胎換骨變成「台灣血統」，讓這條「路」可以更順遂地在台灣這片大地上奔馳！
讓高鐵軌道技術開出第一朵本土小花的，正是高科大鐵道技術中心主任張簡嘉壬。
過去，台灣高鐵公司曾因日方停產，即使舊款列車使用壽命還有約 25 年，為了後續維修、更新與增班需求，仍須採購新款列車，光是採購預算就高達千億元。
為了突破限制，高鐵在 2012 年與高雄第一科技大學（現高雄科技大學）簽定合作備忘錄，尋找軌道本土化的可能；2015 年雙方合設「鐵道設備實驗室」，投入上千萬研發經費。
2013 年至今，高科大鐵道技術中心協助包括高鐵、台鐵、捷運系統等零組件，取得國內專利超過 30 件。目前，已有至少 21 項成果技術正式轉移至台灣高鐵，導入軌道系統並國產化，幫高鐵每年省下至少千萬元。
在高鐵燕巢總機廠旁，設置的「國家軌道技術研究暨驗證中心」，更連結高鐵和高捷總機廠，形成鐵道產業技術新聚落。
市場小、一次性採購，讓台灣軌道技術難以本土化
台灣是全球科技製造中心，軌道技術為什麼在台灣發展不起來？
「關鍵在於，軌道不是單一電子、電機或機械專業，而是龐大的跨領域機電整合，」張簡嘉壬分析，系統必須為軌道公司（高鐵、台鐵或捷運公司）量身訂做，研發成本高昂，但採購只有一家、甚至僅此一次，導致小廠做不起來，大廠又覺得不划算，「最後不是招標一直流標，就是有企業勇敢接下，不出幾年就倒閉。」
但外國原廠貨不見得就好。台灣高鐵軌道技術主要來自日本和歐洲，天候、地理條件都和台灣差異極大，造成國外系統來台很容易陣亡。
例如高鐵曾向義大利採購鐵軌噴油系統，由於歐洲冬天寒冷，機組內部由防凍泡棉包裹，但在台灣，泡棉反而讓機器內部積水又蓄熱，一年就壞光光，千萬元泡湯了。
外國貨不好用、本土商又不想做，高鐵於是找上幾所頂尖科大，尋求產學合作，想辦法為困局找出新路。
但，時任高科大電子工程系教授的張簡嘉壬接下的第一個案子，卻是非常外圍的「電纜防竊系統」。
▲ 高科大鐵道技術中心主任張簡嘉壬。
從無開始，5 年摸清楚台灣軌道的環境變因
為了防止竊賊偷剪電纜，高鐵原本採用無線通報方式，但要確保偵測，必須每隔一定間距，就設一個偵測點，光是布線施工，就是龐大工程。因此高鐵提出需求：是否可以使用現有電纜，做一套偵測系統？
以電子學理來說，這件事一點都不難。運用電力線載波的機制，在電纜上傳遞數位訊號，如此一來，不用再架設其他電線，就能進行監控。
高科大針對需求，做出晶片與編碼器，再做一個鐵殼外包，完成了第一代電纜防竊系統裝置，沒想到，上架半年就因系統亂報，全部被下架。
張簡嘉壬拿到退回的產品一看，才發現高鐵沿線的環境惡劣程度，遠遠超乎想像，該裝置在許多路段不止浸水，還會遭受硫化物燻擾，電路板滿布硫磺、嚴重腐蝕。
於是張簡嘉壬帶著學生著手改良，重新設計外包裝，做到防水密閉。但上架半年後，再次被下架。
這次的原因是防竊系統發出的電波，會洩漏到一般的頻率上，電力場嚴重干擾，導致虛假警報。
這時，已是結案一年之後的事了。
高鐵人員告知張簡嘉壬，那僅是試驗，無需再做，但張簡嘉壬一口回絕：「這是信用問題，我一定要幫你做到好。」
張簡嘉壬不收費用，再花 2 年重新設計，第三代的設備改採電流式載波，而不是電壓式載波。透過電流的上升與下降，做出頻率上的編碼，不只穩定，而且不需要中繼，大幅壓低成本。
如今，高鐵在沿線有風險的區域，總共安裝了 100 多套高科大所開發的電纜防竊系統。
▲ 國立高雄科技大學「鐵道設備實驗室」。
屢敗屢戰，5 年時間發現原廠不說的祕密
「從 2012 年接觸，到最終沒問題的版本，足足花了 5 年，」張簡嘉壬回憶說，這些挫敗卻為高科大鐵道技術研發中心打下最重要的基礎。
在這過程中，張簡嘉壬發現台灣發展本土軌道系統的兩大關鍵點：嚴謹度與在地性。
首先，當任何一個警報發出時，高鐵內部都需要層層通報，甚至直達最高長官，來判斷是否有安全疑慮、甚至是否要停駛。當每一次警報都攸關重大，嚴謹度必須做到最高等級。
第二是沿線環境對電子產品的惡劣程度，遠超過實驗室想像。
「台灣需要去定義自己的環境標準和軌道認證，因為環境差異極大，」張簡嘉壬舉例，以前看到日本原廠的電路板，不明白為何比歐洲產品更光滑油亮，後來才明白，因為日本氣候較潮濕，需要進行二層處理來特別防護，「這也讓我們窺見了原廠沒說的設計祕密」。
「軌道系統不能當作一般的電子電機設備來思考，裡面隱藏了太多非常態的變數，」張簡嘉壬強調，不親自摸過，永遠都不會知道，但沒有這些數據，台灣廠商就永遠做不出能用的商品。「學校有時間和能力去挖掘這些隱藏的秘密，之後進行技轉，正是發展軌道技術本土化最重要的基礎」。
挑關鍵問題、找本土化解答，技轉廠商開發商品
技術乍看不難，卻讓高科大花 5 年才摸透的電纜防竊系統，是高鐵當初和台灣 4 所頂尖科大合作案中，唯一的成功案例。
這也讓高鐵 2015 年決定與高科大合作設立「鐵道技術中心」，擴大投入軌道技術研發，目前有超過 10 個合作案進行中。
「沒有原始碼、電路圖，所有關鍵資料和技術都在外國原廠手上，是軌道技術本土化最大的痛點，」張簡嘉壬強調，高科大透過逆向工程，分析原廠產品，回推適合台灣的參數，正從周邊小項目，一步一步突破瓶頸。
「或許外人看我們做的，似乎只是小樣，但其實都是未來的關鍵，」張簡嘉壬強調，軌道技術看似困難，但要追趕也可以很快。
南韓全力投入高鐵研發，也不過 20 年光景，如今已可以自己製造列車、對外出口，張簡嘉壬說，「台灣有強勁的科技製造能力，我的夢想是讓台灣也成為高鐵技術輸出國！」
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May 24, 2020 at 11:12AM
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