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台灣工業感測生態系動起來!
Sensing Taiwan行不行?
[作者 季平]   2022年03月26日 星期六 瀏覽人次: [3217]

感測器是一種檢測裝置,用來滿足資訊傳輸、處理、顯示、存儲、記錄和控制等要求。過去2年,疫情帶動的宅經濟加速數位轉型與數位升級需求,在感測技術應用有關的解決方案上,越來越百家爭鳴。


全球AI化與智慧化帶動感測器需求。ReportLinker預估,2025年全球感測器市場規模將達1285.6億美元,複合年增率為8.86%。台灣加入全球感測器競技舞台是五年前政府開始大力推動時,有沒有可能後發先至,工研院提出的Sensing Taiwan感測生態系會是重要的觀察指標。


全球感測器市場的發展現況

全球感測器市場穩定發展,增長最快速的地區主要集中在東歐、亞太地區和加拿大。近年來,亞太地區已成為感測器運用最大市場,第二為北美地區,歐洲市場排名第三,其中又以美國、德國、日本佔比較高;知名感測器製造商多半集中在歐洲、北美洲與亞洲,如美國的德州儀器、MEAS、霍尼韋爾國際、通用電氣等公司;德國的西門子、西克等公司;日本的歐姆龍、基恩斯、橫河電機等公司。


感測器是一種檢測裝置,用來滿足資訊傳輸、處理、顯示、存儲、記錄和控制等要求,廣泛應用於航天/航空、國防、醫療設備、工農與農業等領域。過去2年,疫情帶動的宅經濟加速數位轉型與數位升級需求,在感測技術的應用上,與防疫、非接觸、監控、保健相關的智慧醫療、智慧生活,或與環境掃描、遠/近紅外線、4D成像雷達等感測技術有關的解決方案越來越百家爭鳴。


工研院產科國際研究所資料顯示,全球感測模組產值自2020年後逐步攀升,2022年產值達1582.69億美元,預估2023年產值達1699.89億美元,2022-2023年年成長率逾7%(圖1)。至於2022年台灣的感測模組產值達新台幣2299.73億元,預估2023年產值達新台幣2419.69元,2022-2023年年成長率逾5%。(圖2)



圖1 : 台灣感測器產業值推估。(Source:工研院)
圖1 : 台灣感測器產業值推估。(Source:工研院)

圖2 : 全球感測器產業值推估。(Source:工研院)
圖2 : 全球感測器產業值推估。(Source:工研院)

工研院智慧感測與系統科技中心執行長朱俊勳指出(圖3),智慧感測出現不少新需求,尤其是因應高齡化社會產生的智慧生活需求、2035-2050年全球淨零永續的智慧製造需求,以及電動載具日新月異帶動的智慧行動需求。其中,智慧生活又進一步帶動元宇宙、虛實擴延、智慧照護、個人化履歷、數位治理、智慧城市等感測需求;智慧製造進一步帶動數位轉型、低碳轉型、自動化感知、回授控制、智慧節能製程、系統化管理等感測需求;智慧行動進一步帶動電動車/自駕車、無人載具、安全監控、ADAS等感測需求。



圖3 : 工研院智慧感測與系統科技中心執行長朱俊勳。(Source:工研院)
圖3 : 工研院智慧感測與系統科技中心執行長朱俊勳。(Source:工研院)

台灣的工業感測器應用

就工業感測技術而言,隨著前述智慧感測器需求攀升,全球工業感測器不斷有新的技術突破,然而台灣政府開始推動工業感測器領域才五年時間,起步晚,與全球發展進程相比,仍有相當大的追趕空間。


舉例來說,全球工具機技術融合機台多為同時內建感測器,可以讀取直接數據,這也是產品的核心價值,如果感測器外掛或組裝,只能獲得間接數據。國外是內建技術為主,製造與加工過程就能判讀結果,台灣是外掛或組裝為主,設計程式再加工,讀取的是間接數據,刀把、電路板等多數產品都循此一模式。若電鍍化鍍槽要維持鍍液濃度,國際上的做法是透過感測器或機器即時檢測,台灣多數企業仍是找人工執行檢測。


朱俊勳坦言,台灣與國際有相當差距,主要是因為台灣沒有能量設計機台,基礎能力不夠強以至於無法內建感測器,「技術基礎是關鍵,沒有掌握核心技術就無法與歐美等國競爭。」


台灣目前只有少數業者投入感測技術,許多業者仍在懵懂階段,多數感測技術仰賴國外業者,缺乏基本的研發能量與技術含量,自然也缺乏產品差異化能力,產業鏈有待建立。長期仰賴國外感測器模組的結果是,只能單純擷取資料判讀,技術發展受制於人,台灣習慣走組裝與搭配外掛的快經濟模式,久而久之無法累積扎實的基本功,就智慧感測發展來說,處於不利地位。


朱俊勳認為,台灣在智慧感測技術的發展上主要面臨2大挑戰:一是無法掌握智慧感測技術,技術為智慧化根源,台灣需要補強Domain專精基盤能量;二是軟硬體整合及系統介面連結感測技術有待突破,這部分有待跨整合基盤核心技術建立績效與擴大成果。但台灣具有關鍵零組件優勢,具有整合設計與製造國產化能量,如能善用此一優勢,還是有機會累積技術能量,提升國際競爭力。


目前台灣在智慧感測基盤技術發展上,智慧生活領域包含擬真觸覺、人機互動、智慧裝置與服務,關鍵供應鏈如聯發科、矽創、原相、華碩、宏達電、同欣電等;智慧製造領域包含預測分析、製程優化、動態監控與效能提升,關鍵供應鏈如友嘉、廣明、上銀、研華、台達電等;智慧行動領域包含自動輔助、環境感知、即時判讀高度運算,供應鏈如鴻海、同致、光寶、裕隆、雷虎、揚明光等。


台灣工業感測器的技術優劣勢

智慧感測與系統重視效率、品質、精度與節能(圖4),台灣目前在這塊領域的發展主要在系統組裝及智慧化應用,在晶片、元件、模組與感測器的有效數據擷取技術,以及感測、致動、檢測、量測技術,還有端運算、判讀、回饋等方面仍有極大的進步空間。



圖4 : 智慧感測與系統重視效率、品質、精度與節能。(Source:工研院)
圖4 : 智慧感測與系統重視效率、品質、精度與節能。(Source:工研院)

台灣適合優先發展的主要需求包含振動、力、視覺感測、雷射3D掃描、非接觸式溫度、扭力、編碼器等具有高附加價值、共通性及使用量大的關鍵工業感測器;次要發展包含與壓力、酸鹼成分、鍍液分析與氣體濃度有關的感測器需求。在感測器自主機盤技術的建立上,台灣可以朝客製化導入、價格競爭優勢、提供完整軟硬體感測技術方案等面向發展。單就力感測技術、振動感測技術、雷射3D掃描感測技術與視覺感測技術而言,目前國產感測技術與國際相比,仍相對落後,不過,近年來因工研院研發能量的累積與帶動,台灣在振動感測器及視覺感測技術方面有大幅進步(圖5)。



圖5 : 國產感測技術與國際相比,仍有追趕空間。(Source:工研院)
圖5 : 國產感測技術與國際相比,仍有追趕空間。(Source:工研院)

工業感測器產業化推動與分工

朱俊勳認為,可以透過產業鏈韌性帶動智慧感測風潮,畢竟有效的數據才能創造新商業模式與應用價值,而新的應用市場有助催生新的智慧感測技術,為帶動產業數位轉型與節能低碳轉型。


工研院智慧感測與系統科技中心自今年3月1日起更名,積極投入運作,希望打造Sensing Taiwan生態系,創造台灣的3S:Smart、Sensing、System,串聯工研院與機械公會、工具機公會、智慧自動化與機機器人協會、電子設備協會、電電公會等盟友的力量,連結國研院儀器科技中心、國研院半導體研究中心、產學研感測技術服務等研發能量,共同帶動台灣的智慧感測發展,希望未來可以吸引更多業者加入,也希望獲得更多政府政策面及投資面上的支持。


如果這個平台架構得以落實,有助推動台灣的工業感測器產業發展,各供應鏈可以發揮不同的功能服務,如感測器這一端可以強化晶片標準化設計流程與國際標準測試流程,進行可靠度驗證及小量試產;感測模組智慧化這一端可以設計客製化模組,透過感測資訊融合進行智能化運算;設備商可以自行導入需求或由SI業者協助導入;SI業者可以標準通訊界面、安裝與調校,協助整合與通訊並負責維護與排除故障;產線可以視需求自行導入或由SI協助導入。


此一模式有助培植國內感測器製造商,使其有能力提供關鍵感測器產品而不需受制於國外業者,比方達明機器人在機器手臂上建置視覺感測器技術,一躍成為技術與產品提供者,具有視覺能力的機器人也跳脫單一功能,提高產品競爭力與商品價值,連帶提高獲利能力。朱俊勳笑說,如果手機智慧感測加速度器價值3毛,工業用智慧感測器價值可以上看3000美元,工業智慧感測器的獲利能力(非組裝)相當驚人。


以工研院協助達明機器人視覺機器手臂成標配為例,讓機器手臂智慧化以協助判讀,一舉讓達明成為視覺感測器Maker,也同步提高產品競爭力。獲得2022 CES創新獎的工研院「RGB-D AI機器人」是全球第一台將3D視覺感測與智慧取物做為標準配置的MIT協作型機器人,視覺感測器體積較其他品牌縮小168倍,感測速度提升38.6倍,材質反光的重建率提高2.1倍,並結合AI人工智慧,自動標記上萬張訓練資料,在12小時內快速學習最佳取物策略(圖6)。



圖6 : RGB-D AI機器人。(Source:工研院)
圖6 : RGB-D AI機器人。(Source:工研院)

循此模式,五年內工研院已將感測技術成功導入60家業者,包含機器人、工具機/零組件、產業機械、金屬運具、紡織/製鞋、PCB/半導體業者,已有高達3000個感測器進行場域驗證及應用。


台灣願意紮根或只是放煙火?

未來,這個新世代生態系將鎖定智慧製造、綠能與環境、個人化裝置、自主移動系統、智慧商務、智慧醫療、智能照護、循環經濟等領域,「除了品牌可以帶來商機與創造商業模式,技術也能創造商機,台灣可以切入製造業技術,累積實力。」


朱俊勳認為,工業用感測器在可見光與紅外線(視覺)方面的發展會是未來的發展亮點,工業感測器是非常標準的工業基礎技術,「台灣有最好的技術工程師,一定要重新打底,不能只賺組裝財,國外業者是整合感測器與技術,這些Know-How才是商業價值所在。」


工業感測技術的投入不像消費性感測器,生命周期較短,動輒10年起跳的保固、安全、穩定與耐久特性也代表投入工業感測技術的資金與時間成本更高,除了產學研各單位與業者投入,政府政策長期支持才能吸引更多資源投入,一如過去政府扶植半導體產業,雖然政府自五年前才開始積極投入感測技術,只要開始做,仍有成功的機會。


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