中國臺灣工業(yè)感測生態(tài)系動起來！

傳感器是一種檢測裝置，用來滿足信息傳輸、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(jīng)濟加速數(shù)字轉(zhuǎn)型與數(shù)字升級需求，在感測技術(shù)應用有關(guān)的解決方案上，越來越百家爭鳴。

全球AI化與智慧化帶動傳感器需求。ReportLinker預估，2025年全球傳感器市場規(guī)模將達1285.6億美元，復合年增率為8.86%。中國臺灣加入全球傳感器競技舞臺是五年前政府開始大力推動時，有沒有可能后發(fā)先至，工研院提出的Sensing Taiwan感測生態(tài)系會是重要的觀察指標。

全球傳感器市場的發(fā)展現(xiàn)況
全球傳感器市場穩(wěn)定發(fā)展，增長最快速的地區(qū)主要集中在東歐、亞太地區(qū)和加拿大。近年來，亞太地區(qū)已成為傳感器運用最大市場，第二為北美地區(qū)，歐洲市場排名第三，其中又以美國、德國、日本占比較高；知名傳感器制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；日本的奧姆龍、基恩斯、橫河電機等公司。

傳感器是一種檢測裝置，用來滿足信息傳輸、處理、顯示、存儲、記錄和控制等要求，廣泛應用于航天/航空、國防、醫(yī)療設(shè)備、工農(nóng)與農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。過去2年，疫情帶動的宅經(jīng)濟加速數(shù)字轉(zhuǎn)型與數(shù)字升級需求，在感測技術(shù)的應用上，與防疫、非接觸、監(jiān)控、保健相關(guān)的智慧醫(yī)療、智慧生活，或與環(huán)境掃描、遠/近紅外線、4D成像雷達等感測技術(shù)有關(guān)的解決方案越來越百家爭鳴。

工研院產(chǎn)科國際研究所數(shù)據(jù)顯示，全球感測模塊產(chǎn)值自2020年后逐步攀升，2022年產(chǎn)值達1582.69億美元，預估2023年產(chǎn)值達1699.89億美元，2022-2023年年成長率逾7%(圖1)。至于2022年中國臺灣的感測模塊產(chǎn)值達新臺幣2299.73億元，預估2023年產(chǎn)值達新臺幣2419.69元，2022-2023年年成長率逾5%。(圖2)



圖1 : 中國臺灣傳感器產(chǎn)業(yè)值推估。(Source：工研院)


 
圖2 : 全球傳感器產(chǎn)業(yè)值推估。(Source：工研院)

工研院智能感測與系統(tǒng)科技中心執(zhí)行長朱俊勛指出(圖3)，智慧感測出現(xiàn)不少新需求，尤其是因應高齡化社會產(chǎn)生的智慧生活需求、2035-2050年全球凈零永續(xù)的智能制造需求，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(shù)字治理、智能城市等感測需求；智能制造進一步帶動數(shù)字轉(zhuǎn)型、低碳轉(zhuǎn)型、自動化感知、回授控制、智能節(jié)能制程、系統(tǒng)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(jiān)控、ADAS等感測需求。


 
圖3 : 工研院智能感測與系統(tǒng)科技中心執(zhí)行長朱俊勛。(Source：工研院)

中國臺灣的工業(yè)傳感器應用
就工業(yè)感測技術(shù)而言，隨著前述智慧傳感器需求攀升，全球工業(yè)傳感器不斷有新的技術(shù)突破，然而中國臺灣政府開始推動工業(yè)傳感器領(lǐng)域才五年時間，起步晚，與全球發(fā)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(shù)融合機臺多為同時內(nèi)建傳感器，可以讀取直接數(shù)據(jù)，這也是產(chǎn)品的核心價值，如果傳感器外掛或組裝，只能獲得間接數(shù)據(jù)。國外是內(nèi)建技術(shù)為主，制造與加工過程就能判讀結(jié)果，中國臺灣是外掛或組裝為主，設(shè)計程序再加工，讀取的是間接數(shù)據(jù)，刀把、電路板等多數(shù)產(chǎn)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傳感器或機器實時檢測，中國臺灣多數(shù)企業(yè)仍是找人工執(zhí)行檢測。

朱俊勛坦言，中國臺灣與國際有相當差距，主要是因為中國臺灣沒有能量設(shè)計機臺，基礎(chǔ)能力不夠強以至于無法內(nèi)建傳感器，「技術(shù)基礎(chǔ)是關(guān)鍵，沒有掌握核心技術(shù)就無法與歐美等國競爭?！?br/>
中國臺灣目前只有少數(shù)業(yè)者投入感測技術(shù)，許多業(yè)者仍在懵懂階段，多數(shù)感測技術(shù)仰賴國外業(yè)者，缺乏基本的研發(fā)能量與技術(shù)含量，自然也缺乏產(chǎn)品差異化能力，產(chǎn)業(yè)鏈有待建立。長期仰賴國外傳感器模塊的結(jié)果是，只能單純擷取資料判讀，技術(shù)發(fā)展受制于人，中國臺灣習慣走組裝與搭配外掛的快經(jīng)濟模式，久而久之無法累積扎實的基本功，就智慧感測發(fā)展來說，處于不利地位。

朱俊勛認為，中國臺灣在智慧感測技術(shù)的發(fā)展上主要面臨2大挑戰(zhàn)：一是無法掌握智慧感測技術(shù)，技術(shù)為智慧化根源，中國臺灣需要補強Domain專精基盤能量；二是軟硬件整合及系統(tǒng)接口鏈接感測技術(shù)有待突破，這部分有待跨整合基盤核心技術(shù)建立績效與擴大成果。但中國臺灣具有關(guān)鍵零組件優(yōu)勢，具有整合設(shè)計與制造國產(chǎn)化能量，如能善用此一優(yōu)勢，還是有機會累積技術(shù)能量，提升國際競爭力。

目前中國臺灣在智慧感測基盤技術(shù)發(fā)展上，智慧生活領(lǐng)域包含擬真觸覺、人機互動、智能裝置與服務，關(guān)鍵供應鏈如聯(lián)發(fā)科、硅創(chuàng)、原相、華碩、宏達電、同欣電等；智能制造領(lǐng)域包含預測分析、制程優(yōu)化、動態(tài)監(jiān)控與效能提升，關(guān)鍵供應鏈如友嘉、廣明、上銀、研華、臺達電等；智能行動領(lǐng)域包含自動輔助、環(huán)境感知、實時判讀高度運算，供應鏈如鴻海、同致、光寶、裕隆、雷虎、揚明光等。

中國臺灣工業(yè)傳感器的技術(shù)優(yōu)劣勢
智能感測與系統(tǒng)重視效率、質(zhì)量、精度與節(jié)能(圖4)，中國臺灣目前在這塊領(lǐng)域的發(fā)展主要在系統(tǒng)組裝及智能化應用，在芯片、組件、模塊與傳感器的有效數(shù)據(jù)擷取技術(shù)，以及感測、致動、檢測、量測技術(shù)，還有端運算、判讀、回饋等方面仍有極大的進步空間。



 
圖4 : 智能感測與系統(tǒng)重視效率、質(zhì)量、精度與節(jié)能。(Source：工研院)

中國臺灣適合優(yōu)先發(fā)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(guān)鍵工業(yè)傳感器；次要發(fā)展包含與壓力、酸堿成分、鍍液分析與氣體濃度有關(guān)的傳感器需求。在傳感器自主機盤技術(shù)的建立上，中國臺灣可以朝客制化導入、價格競爭優(yōu)勢、提供完整軟硬件感測技術(shù)方案等面向發(fā)展。單就力感測技術(shù)、振動感測技術(shù)、雷射3D掃描感測技術(shù)與視覺感測技術(shù)而言，目前國產(chǎn)感測技術(shù)與國際相比，仍相對落后，不過，近年來因工研院研發(fā)能量的累積與帶動，中國臺灣在振動傳感器及視覺感測技術(shù)方面有大幅進步(圖5)。



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

工業(yè)傳感器產(chǎn)業(yè)化推動與分工
朱俊勛認為，可以透過產(chǎn)業(yè)鏈韌性帶動智慧感測風潮，畢竟有效的數(shù)據(jù)才能創(chuàng)造新商業(yè)模式與應用價值，而新的應用市場有助催生新的智能感測技術(shù)，為帶動產(chǎn)業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型與節(jié)能低碳轉(zhuǎn)型。

工研院智能感測與系統(tǒng)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(tài)系，創(chuàng)造中國臺灣的3S:Smart、Sensing、System，串聯(lián)工研院與機械公會、工具機公會、智能自動化與機機器人協(xié)會、電子設(shè)備協(xié)會、電電公會等盟友的力量，鏈接國研院儀器科技中心、國研院半導體研究中心、產(chǎn)學研感測技術(shù)服務等研發(fā)能量，共同帶動中國臺灣的智慧感測發(fā)展，希望未來可以吸引更多業(yè)者加入，也希望獲得更多政府政策面及投資面上的支持。

如果這個平臺架構(gòu)得以落實，有助推動中國臺灣的工業(yè)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，各供應鏈可以發(fā)揮不同的功能服務，如傳感器這一端可以強化芯片標準化設(shè)計流程與國際標準測試流程，進行可靠度驗證及小量試產(chǎn)；感測模塊智能化這一端可以設(shè)計客制化模塊，透過感測信息融合進行智能化運算；設(shè)備商可以自行導入需求或由SI業(yè)者協(xié)助導入；SI業(yè)者可以標準通訊界面、安裝與調(diào)校，協(xié)助整合與通訊并負責維護與排除故障；產(chǎn)線可以視需求自行導入或由SI協(xié)助導入。

此一模式有助培植國內(nèi)傳感器制造商，使其有能力提供關(guān)鍵傳感器產(chǎn)品而不需受制于國外業(yè)者，比方達明機器人在機器手臂上建置視覺傳感器技術(shù)，一躍成為技術(shù)與產(chǎn)品提供者，具有視覺能力的機器人也跳脫單一功能，提高產(chǎn)品競爭力與商品價值，連帶提高獲利能力。朱俊勛笑說，如果手機智能感測加速度器價值3毛，工業(yè)用智能傳感器價值可以上看3000美元，工業(yè)智慧傳感器的獲利能力(非組裝)相當驚人。

以工研院協(xié)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(xié)助判讀，一舉讓達明成為視覺傳感器Maker，也同步提高產(chǎn)品競爭力。獲得2022 CES創(chuàng)新獎的工研院「RGB-D AI機器人」是全球第一臺將3D視覺感測與智能取物做為標準配置的MIT協(xié)作型機器人，視覺傳感器體積較其他品牌縮小168倍，感測速度提升38.6倍，材質(zhì)反光的重建率提高2.1倍，并結(jié)合AI人工智能，自動標記上萬張訓練數(shù)據(jù)，在12小時內(nèi)快速學習最佳取物策略(圖6)。



 
圖6 : RGB-D AI機器人。(Source：工研院)

循此模式，五年內(nèi)工研院已將感測技術(shù)成功導入60家業(yè)者，包含機器人、工具機/零組件、產(chǎn)業(yè)機械、金屬運具、紡織/制鞋、PCB/半導體業(yè)者，已有高達3000個傳感器進行場域驗證及應用。

中國臺灣愿意扎根或只是放煙火？
未來，這個新世代生態(tài)系將鎖定智能制造、綠能與環(huán)境、個人化裝置、自主移動系統(tǒng)、智能商務、智能醫(yī)療、智能照護、循環(huán)經(jīng)濟等領(lǐng)域，「除了品牌可以帶來商機與創(chuàng)造商業(yè)模式，技術(shù)也能創(chuàng)造商機，中國臺灣可以切入制造業(yè)技術(shù)，累積實力?！?br/>
朱俊勛認為，工業(yè)用傳感器在可見光與紅外線(視覺)方面的發(fā)展會是未來的發(fā)展亮點，工業(yè)傳感器是非常標準的工業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)，「中國臺灣有最好的技術(shù)工程師，一定要重新打底，不能只賺組裝財，國外業(yè)者是整合傳感器與技術(shù)，這些Know-How才是商業(yè)價值所在?！?br/>
工業(yè)感測技術(shù)的投入不像消費性傳感器，生命周期較短，動輒10年起跳的保固、安全、穩(wěn)定與耐久特性也代表投入工業(yè)感測技術(shù)的資金與時間成本更高，除了產(chǎn)學研各單位與業(yè)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(chǎn)業(yè)，雖然政府自五年前才開始積極投入感測技術(shù)，只要開始做，仍有成功的機會。