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台湾工业感测生态系动起来!
Sensing Taiwan行不行?
[作者 季平]   2022年03月26日 星期六 浏览人次: [6612]

感测器是一种检测装置,用来满足资讯传输、处理、显示、存储、记录和控制等要求。过去2年,疫情带动的宅经济加速数位转型与数位升级需求,在感测技术应用有关的解决方案上,越来越百家争呜。


全球AI化与智慧化带动感测器需求。ReportLinker预估,2025年全球感测器市场规模将达1285.6亿美元,复合年增率为8.86%。台湾加入全球感测器竞技舞台是五年前政府开始大力推动时,有没有可能後发先至,工研院提出的Sensing Taiwan感测生态系会是重要的观察指标。


全球感测器市场的发展现况

全球感测器市场稳定发展,增长最快速的地区主要集中在东欧、亚太地区和加拿大。近年来,亚太地区已成为感测器运用最大市场,第二为北美地区,欧洲市场排名第三,其中又以美国、德国、日本占比较高;知名感测器制造商多半集中在欧洲、北美洲与亚洲,如美国的德州仪器、MEAS、霍尼韦尔国际、通用电气等公司;德国的西门子、西克等公司;日本的欧姆龙、基恩斯、横河电机等公司。


感测器是一种检测装置,用来满足资讯传输、处理、显示、存储、记录和控制等要求,广泛应用於航天/航空、国防、医疗设备、工农与农业等领域。过去2年,疫情带动的宅经济加速数位转型与数位升级需求,在感测技术的应用上,与防疫、非接触、监控、保健相关的智慧医疗、智慧生活,或与环境扫描、远/近红外线、4D成像雷达等感测技术有关的解决方案越来越百家争呜。


工研院产科国际研究所资料显示,全球感测模组产值自2020年後逐步攀升,2022年产值达1582.69亿美元,预估2023年产值达1699.89亿美元,2022-2023年年成长率逾7%(图1)。至於2022年台湾的感测模组产值达新台币2299.73亿元,预估2023年产值达新台币2419.69元,2022-2023年年成长率逾5%。(图2)



图1 : 台湾感测器产业值推估。(Source:工研院)
图1 : 台湾感测器产业值推估。(Source:工研院)

图2 : 全球感测器产业值推估。(Source:工研院)
图2 : 全球感测器产业值推估。(Source:工研院)

工研院智慧感测与系统科技中心执行长朱俊勋指出(图3),智慧感测出现不少新需求,尤其是因应高龄化社会产生的智慧生活需求、2035-2050年全球净零永续的智慧制造需求,以及电动载具日新月异带动的智慧行动需求。其中,智慧生活又进一步带动元宇宙、虚实扩延、智慧照护、个人化履历、数位治理、智慧城市等感测需求;智慧制造进一步带动数位转型、低碳转型、自动化感知、回授控制、智慧节能制程、系统化管理等感测需求;智慧行动进一步带动电动车/自驾车、无人载具、安全监控、ADAS等感测需求。



图3 : 工研院智慧感测与系统科技中心执行长朱俊勋。(Source:工研院)
图3 : 工研院智慧感测与系统科技中心执行长朱俊勋。(Source:工研院)

台湾的工业感测器应用

就工业感测技术而言,随着前述智慧感测器需求攀升,全球工业感测器不断有新的技术突破,然而台湾政府开始推动工业感测器领域才五年时间,起步晚,与全球发展进程相比,仍有相当大的追赶空间。


举例来说,全球工具机技术融合机台多为同时内建感测器,可以读取直接数据,这也是产品的核心价值,如果感测器外挂或组装,只能获得间接数据。国外是内建技术为主,制造与加工过程就能判读结果,台湾是外挂或组装为主,设计程式再加工,读取的是间接数据,刀把、电路板等多数产品都循此一模式。若电镀化镀槽要维持镀液浓度,国际上的做法是透过感测器或机器即时检测,台湾多数企业仍是找人工执行检测。


朱俊勋坦言,台湾与国际有相当差距,主要是因为台湾没有能量设计机台,基础能力不够强以至於无法内建感测器,「技术基础是关键,没有掌握核心技术就无法与欧美等国竞争。」


台湾目前只有少数业者投入感测技术,许多业者仍在懵懂阶段,多数感测技术仰赖国外业者,缺乏基本的研发能量与技术含量,自然也缺乏产品差异化能力,产业链有待建立。长期仰赖国外感测器模组的结果是,只能单纯撷取资料判读,技术发展受制於人,台湾习惯走组装与搭配外挂的快经济模式,久而久之无法累积扎实的基本功,就智慧感测发展来说,处於不利地位。


朱俊勋认为,台湾在智慧感测技术的发展上主要面临2大挑战:一是无法掌握智慧感测技术,技术为智慧化根源,台湾需要补强Domain专精基盘能量;二是软硬体整合及系统介面连结感测技术有待突破,这部分有待跨整合基盘核心技术建立绩效与扩大成果。但台湾具有关键零组件优势,具有整合设计与制造国产化能量,如能善用此一优势,还是有机会累积技术能量,提升国际竞争力。


目前台湾在智慧感测基盘技术发展上,智慧生活领域包含拟真触觉、人机互动、智慧装置与服务,关键供应链如联发科、矽创、原相、华硕、宏达电、同欣电等;智慧制造领域包含预测分析、制程优化、动态监控与效能提升,关键供应链如友嘉、广明、上银、研华、台达电等;智慧行动领域包含自动辅助、环境感知、即时判读高度运算,供应链如鸿海、同致、光宝、裕隆、雷虎、扬明光等。


台湾工业感测器的技术优劣势

智慧感测与系统重视效率、品质、精度与节能(图4),台湾目前在这块领域的发展主要在系统组装及智慧化应用,在晶片、元件、模组与感测器的有效数据撷取技术,以及感测、致动、检测、量测技术,还有端运算、判读、回??等方面仍有极大的进步空间。



图4 : 智慧感测与系统重视效率、品质、精度与节能。(Source:工研院)
图4 : 智慧感测与系统重视效率、品质、精度与节能。(Source:工研院)

台湾适合优先发展的主要需求包含振动、力、视觉感测、雷射3D扫描、非接触式温度、扭力、编码器等具有高附加价值、共通性及使用量大的关键工业感测器;次要发展包含与压力、酸硷成分、镀液分析与气体浓度有关的感测器需求。在感测器自主机盘技术的建立上,台湾可以朝客制化导入、价格竞争优势、提供完整软硬体感测技术方案等面向发展。单就力感测技术、振动感测技术、雷射3D扫描感测技术与视觉感测技术而言,目前国产感测技术与国际相比,仍相对落後,不过,近年来因工研院研发能量的累积与带动,台湾在振动感测器及视觉感测技术方面有大幅进步(图5)。



图5 : 国产感测技术与国际相比,仍有追赶空间。(Source:工研院)
图5 : 国产感测技术与国际相比,仍有追赶空间。(Source:工研院)

工业感测器产业化推动与分工

朱俊勋认为,可以透过产业链韧性带动智慧感测风潮,毕竟有效的数据才能创造新商业模式与应用价值,而新的应用市场有助催生新的智慧感测技术,为带动产业数位转型与节能低碳转型。


工研院智慧感测与系统科技中心自今年3月1日起更名,积极投入运作,希??打造Sensing Taiwan生态系,创造台湾的3S:Smart、Sensing、System,串联工研院与机械公会、工具机公会、智慧自动化与机机器人协会、电子设备协会、电电公会等盟友的力量,连结国研院仪器科技中心、国研院半导体研究中心、产学研感测技术服务等研发能量,共同带动台湾的智慧感测发展,希??未来可以吸引更多业者加入,也希??获得更多政府政策面及投资面上的支持。


如果这个平台架构得以落实,有助推动台湾的工业感测器产业发展,各供应链可以发挥不同的功能服务,如感测器这一端可以强化晶片标准化设计流程与国际标准测试流程,进行可靠度验证及小量试产;感测模组智慧化这一端可以设计客制化模组,透过感测资讯融合进行智能化运算;设备商可以自行导入需求或由SI业者协助导入;SI业者可以标准通讯界面、安装与调校,协助整合与通讯并负责维护与排除故障;产线可以视需求自行导入或由SI协助导入。


此一模式有助培植国内感测器制造商,使其有能力提供关键感测器产品而不需受制於国外业者,比方达明机器人在机器手臂上建置视觉感测器技术,一跃成为技术与产品提供者,具有视觉能力的机器人也跳脱单一功能,提高产品竞争力与商品价值,连带提高获利能力。朱俊勋笑说,如果手机智慧感测加速度器价值3毛,工业用智慧感测器价值可以上看3000美元,工业智慧感测器的获利能力(非组装)相当惊人。


以工研院协助达明机器人视觉机器手臂成标配为例,让机器手臂智慧化以协助判读,一举让达明成为视觉感测器Maker,也同步提高产品竞争力。获得2022 CES创新奖的工研院「RGB-D AI机器人」是全球第一台将3D视觉感测与智慧取物做为标准配置的MIT协作型机器人,视觉感测器体积较其他品牌缩小168倍,感测速度提升38.6倍,材质反光的重建率提高2.1倍,并结合AI人工智慧,自动标记上万张训练资料,在12小时内快速学习最隹取物策略(图6)。



图6 : RGB-D AI机器人。(Source:工研院)
图6 : RGB-D AI机器人。(Source:工研院)

循此模式,五年内工研院已将感测技术成功导入60家业者,包含机器人、工具机/零组件、产业机械、金属运具、纺织/制鞋、PCB/半导体业者,已有高达3000个感测器进行场域验证及应用。


台湾愿意扎根或只是放烟火?

未来,这个新世代生态系将锁定智慧制造、绿能与环境、个人化装置、自主移动系统、智慧商务、智慧医疗、智能照护、循环经济等领域,「除了品牌可以带来商机与创造商业模式,技术也能创造商机,台湾可以切入制造业技术,累积实力。」


朱俊勋认为,工业用感测器在可见光与红外线(视觉)方面的发展会是未来的发展亮点,工业感测器是非常标准的工业基础技术,「台湾有最好的技术工程师,一定要重新打底,不能只赚组装财,国外业者是整合感测器与技术,这些Know-How才是商业价值所在。」


工业感测技术的投入不像消费性感测器,生命周期较短,动辄10年起跳的保固、安全、稳定与耐久特性也代表投入工业感测技术的资金与时间成本更高,除了产学研各单位与业者投入,政府政策长期支持才能吸引更多资源投入,一如过去政府扶植半导体产业,虽然政府自五年前才开始积极投入感测技术,只要开始做,仍有成功的机会。


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