中國臺(tái)灣工業(yè)感測(cè)生態(tài)系動(dòng)起來！

傳感器是一種檢測(cè)裝置，用來滿足信息傳輸、處理、顯示、存儲(chǔ)、記錄和控制等要求。過去2年，疫情帶動(dòng)的宅經(jīng)濟(jì)加速數(shù)字轉(zhuǎn)型與數(shù)字升級(jí)需求，在感測(cè)技術(shù)應(yīng)用有關(guān)的解決方案上，越來越百家爭(zhēng)鳴。

全球AI化與智慧化帶動(dòng)傳感器需求。ReportLinker預(yù)估，2025年全球傳感器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1285.6億美元，復(fù)合年增率為8.86%。中國臺(tái)灣加入全球傳感器競(jìng)技舞臺(tái)是五年前政府開始大力推動(dòng)時(shí)，有沒有可能后發(fā)先至，工研院提出的Sensing Taiwan感測(cè)生態(tài)系會(huì)是重要的觀察指標(biāo)。

全球傳感器市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)況
全球傳感器市場(chǎng)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(yùn)用最大市場(chǎng)，第二為北美地區(qū)，歐洲市場(chǎng)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(jī)等公司。

傳感器是一種檢測(cè)裝置，用來滿足信息傳輸、處理、顯示、存儲(chǔ)、記錄和控制等要求，廣泛應(yīng)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(dòng)的宅經(jīng)濟(jì)加速數(shù)字轉(zhuǎn)型與數(shù)字升級(jí)需求，在感測(cè)技術(shù)的應(yīng)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(yuǎn)/近紅外線、4D成像雷達(dá)等感測(cè)技術(shù)有關(guān)的解決方案越來越百家爭(zhēng)鳴。

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



圖1 : 中國臺(tái)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(cè)與系統(tǒng)科技中心執(zhí)行長朱俊勛指出(圖3)，智慧感測(cè)出現(xiàn)不少新需求，尤其是因應(yīng)高齡化社會(huì)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(dòng)載具日新月異帶動(dòng)的智慧行動(dòng)需求。其中，智慧生活又進(jìn)一步帶動(dòng)元宇宙、虛實(shí)擴(kuò)延、智慧照護(hù)、個(gè)人化履歷、數(shù)字治理、智能城市等感測(cè)需求；智能制造進(jìn)一步帶動(dòng)數(shù)字轉(zhuǎn)型、低碳轉(zhuǎn)型、自動(dòng)化感知、回授控制、智能節(jié)能制程、系統(tǒng)化管理等感測(cè)需求；智慧行動(dòng)進(jìn)一步帶動(dòng)電動(dòng)車/自駕車、無人載具、安全監(jiān)控、ADAS等感測(cè)需求。


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

中國臺(tái)灣的工業(yè)傳感器應(yīng)用
就工業(yè)感測(cè)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(tái)灣政府開始推動(dòng)工業(yè)傳感器領(lǐng)域才五年時(shí)間，起步晚，與全球發(fā)展進(jìn)程相比，仍有相當(dāng)大的追趕空間。

舉例來說，全球工具機(jī)技術(shù)融合機(jī)臺(tái)多為同時(shí)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(jià)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(tái)灣是外掛或組裝為主，設(shè)計(jì)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(jī)器實(shí)時(shí)檢測(cè)，中國臺(tái)灣多數(shù)企業(yè)仍是找人工執(zhí)行檢測(cè)。

朱俊勛坦言，中國臺(tái)灣與國際有相當(dāng)差距，主要是因?yàn)橹袊_(tái)灣沒有能量設(shè)計(jì)機(jī)臺(tái)，基礎(chǔ)能力不夠強(qiáng)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(jìng)爭(zhēng)?！?br/>
中國臺(tái)灣目前只有少數(shù)業(yè)者投入感測(cè)技術(shù)，許多業(yè)者仍在懵懂階段，多數(shù)感測(cè)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(tái)灣習(xí)慣走組裝與搭配外掛的快經(jīng)濟(jì)模式，久而久之無法累積扎實(shí)的基本功，就智慧感測(cè)發(fā)展來說，處于不利地位。

朱俊勛認(rèn)為，中國臺(tái)灣在智慧感測(cè)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(cè)技術(shù)，技術(shù)為智慧化根源，中國臺(tái)灣需要補(bǔ)強(qiáng)Domain專精基盤能量；二是軟硬件整合及系統(tǒng)接口鏈接感測(cè)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(kuò)大成果。但中國臺(tái)灣具有關(guān)鍵零組件優(yōu)勢(shì)，具有整合設(shè)計(jì)與制造國產(chǎn)化能量，如能善用此一優(yōu)勢(shì)，還是有機(jī)會(huì)累積技術(shù)能量，提升國際競(jìng)爭(zhēng)力。

目前中國臺(tái)灣在智慧感測(cè)基盤技術(shù)發(fā)展上，智慧生活領(lǐng)域包含擬真觸覺、人機(jī)互動(dòng)、智能裝置與服務(wù)，關(guān)鍵供應(yīng)鏈如聯(lián)發(fā)科、硅創(chuàng)、原相、華碩、宏達(dá)電、同欣電等；智能制造領(lǐng)域包含預(yù)測(cè)分析、制程優(yōu)化、動(dòng)態(tài)監(jiān)控與效能提升，關(guān)鍵供應(yīng)鏈如友嘉、廣明、上銀、研華、臺(tái)達(dá)電等；智能行動(dòng)領(lǐng)域包含自動(dòng)輔助、環(huán)境感知、實(shí)時(shí)判讀高度運(yùn)算，供應(yīng)鏈如鴻海、同致、光寶、裕隆、雷虎、揚(yáng)明光等。

中國臺(tái)灣工業(yè)傳感器的技術(shù)優(yōu)劣勢(shì)
智能感測(cè)與系統(tǒng)重視效率、質(zhì)量、精度與節(jié)能(圖4)，中國臺(tái)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(yīng)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(cè)、致動(dòng)、檢測(cè)、量測(cè)技術(shù)，還有端運(yùn)算、判讀、回饋等方面仍有極大的進(jìn)步空間。



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

中國臺(tái)灣適合優(yōu)先發(fā)展的主要需求包含振動(dòng)、力、視覺感測(cè)、雷射3D掃描、非接觸式溫度、扭力、編碼器等具有高附加價(jià)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(jī)盤技術(shù)的建立上，中國臺(tái)灣可以朝客制化導(dǎo)入、價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、提供完整軟硬件感測(cè)技術(shù)方案等面向發(fā)展。單就力感測(cè)技術(shù)、振動(dòng)感測(cè)技術(shù)、雷射3D掃描感測(cè)技術(shù)與視覺感測(cè)技術(shù)而言，目前國產(chǎn)感測(cè)技術(shù)與國際相比，仍相對(duì)落后，不過，近年來因工研院研發(fā)能量的累積與帶動(dòng)，中國臺(tái)灣在振動(dòng)傳感器及視覺感測(cè)技術(shù)方面有大幅進(jìn)步(圖5)。



 
圖5 : 國產(chǎn)感測(cè)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(dòng)與分工
朱俊勛認(rèn)為，可以透過產(chǎn)業(yè)鏈韌性帶動(dòng)智慧感測(cè)風(fēng)潮，畢竟有效的數(shù)據(jù)才能創(chuàng)造新商業(yè)模式與應(yīng)用價(jià)值，而新的應(yīng)用市場(chǎng)有助催生新的智能感測(cè)技術(shù)，為帶動(dòng)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(cè)與系統(tǒng)科技中心自今年3月1日起更名，積極投入運(yùn)作，希望打造Sensing Taiwan生態(tài)系，創(chuàng)造中國臺(tái)灣的3S:Smart、Sensing、System，串聯(lián)工研院與機(jī)械公會(huì)、工具機(jī)公會(huì)、智能自動(dòng)化與機(jī)機(jī)器人協(xié)會(huì)、電子設(shè)備協(xié)會(huì)、電電公會(huì)等盟友的力量，鏈接國研院儀器科技中心、國研院半導(dǎo)體研究中心、產(chǎn)學(xué)研感測(cè)技術(shù)服務(wù)等研發(fā)能量，共同帶動(dòng)中國臺(tái)灣的智慧感測(cè)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(gè)平臺(tái)架構(gòu)得以落實(shí)，有助推動(dòng)中國臺(tái)灣的工業(yè)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，各供應(yīng)鏈可以發(fā)揮不同的功能服務(wù)，如傳感器這一端可以強(qiáng)化芯片標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)流程與國際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程，進(jìn)行可靠度驗(yàn)證及小量試產(chǎn)；感測(cè)模塊智能化這一端可以設(shè)計(jì)客制化模塊，透過感測(cè)信息融合進(jìn)行智能化運(yùn)算；設(shè)備商可以自行導(dǎo)入需求或由SI業(yè)者協(xié)助導(dǎo)入；SI業(yè)者可以標(biāo)準(zhǔn)通訊界面、安裝與調(diào)校，協(xié)助整合與通訊并負(fù)責(zé)維護(hù)與排除故障；產(chǎn)線可以視需求自行導(dǎo)入或由SI協(xié)助導(dǎo)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(dá)明機(jī)器人在機(jī)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(jī)器人也跳脫單一功能，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力與商品價(jià)值，連帶提高獲利能力。朱俊勛笑說，如果手機(jī)智能感測(cè)加速度器價(jià)值3毛，工業(yè)用智能傳感器價(jià)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(dāng)驚人。

以工研院協(xié)助達(dá)明機(jī)器人視覺機(jī)器手臂成標(biāo)配為例，讓機(jī)器手臂智慧化以協(xié)助判讀，一舉讓達(dá)明成為視覺傳感器Maker，也同步提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。獲得2022 CES創(chuàng)新獎(jiǎng)的工研院「RGB-D AI機(jī)器人」是全球第一臺(tái)將3D視覺感測(cè)與智能取物做為標(biāo)準(zhǔn)配置的MIT協(xié)作型機(jī)器人，視覺傳感器體積較其他品牌縮小168倍，感測(cè)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(dòng)標(biāo)記上萬張訓(xùn)練數(shù)據(jù)，在12小時(shí)內(nèi)快速學(xué)習(xí)最佳取物策略(圖6)。



 
圖6 : RGB-D AI機(jī)器人。(Source：工研院)

循此模式，五年內(nèi)工研院已將感測(cè)技術(shù)成功導(dǎo)入60家業(yè)者，包含機(jī)器人、工具機(jī)/零組件、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、金屬運(yùn)具、紡織/制鞋、PCB/半導(dǎo)體業(yè)者，已有高達(dá)3000個(gè)傳感器進(jìn)行場(chǎng)域驗(yàn)證及應(yīng)用。

中國臺(tái)灣愿意扎根或只是放煙火？
未來，這個(gè)新世代生態(tài)系將鎖定智能制造、綠能與環(huán)境、個(gè)人化裝置、自主移動(dòng)系統(tǒng)、智能商務(wù)、智能醫(yī)療、智能照護(hù)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域，「除了品牌可以帶來商機(jī)與創(chuàng)造商業(yè)模式，技術(shù)也能創(chuàng)造商機(jī)，中國臺(tái)灣可以切入制造業(yè)技術(shù)，累積實(shí)力?！?br/>
朱俊勛認(rèn)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(huì)是未來的發(fā)展亮點(diǎn)，工業(yè)傳感器是非常標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)，「中國臺(tái)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(cái)，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(jià)值所在。」

工業(yè)感測(cè)技術(shù)的投入不像消費(fèi)性傳感器，生命周期較短，動(dòng)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(cè)技術(shù)的資金與時(shí)間成本更高，除了產(chǎn)學(xué)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，雖然政府自五年前才開始積極投入感測(cè)技術(shù)，只要開始做，仍有成功的機(jī)會(huì)。