面對未來國際情勢與新興科技應用趨勢加速的挑戰，工研院產科國際所舉辦「眺望2019產業發展趨勢研討會」，自12日起，一連五天盛大登場。研討會今（15）日邁入第四天，下午的「智慧機械」專場上，聚焦智慧製造及智慧機械的新興技術與應用趨勢展望。工研院觀察，台灣地區已發展出具規模的智慧製造生態系，並在機械、金屬零組件、紡織、電子與泛半導體等關鍵產業加速應用擴散。
在生產資訊連結與可視化、設備健康診斷與預測維護，及結合人工智慧、機械學習、與影像資訊的產業應用方案領域，已逐漸形成智慧製造應用焦點
對台灣地區製造業來說，發展智慧製造應用方案與進行產業應用擴散，是協助產業轉型與加速經濟發展的重要契機。台灣地區已在過去多年來建立的機械、自動化與系統整合、資通訊硬體與軟體產業基礎上，形成包含產、官、學、研各界私人企業、組織與機構，以及透過多元化的互動模式，建構出具規模的產業生態系。
根據工研院IEKConsulting報告指出，構成智慧製造生態系核心的應用方案供應商類型包括：工具機、產業機械、機器人等生產相關設備製造廠商；感測器、控制器、滾珠螺桿、線性滑軌等關鍵零組件製造廠商；工業電腦、物聯網硬體裝置等硬體製造廠商；電腦輔助工程軟體、製造與企業管理資訊軟體、物聯網與雲端應用軟體、巨量資料與人工智慧軟體等軟體開發廠商；生產、檢測、倉儲等自動化系統整合，以及設計、製造、管理等企業價值活動資訊系統整合廠商；物聯網及雲端服務、無線通訊設施服務廠商。
工研院產科國際所經理熊治民觀察分析，近年來，智慧製造應用方案廠商與國內的研發法人，已針對機械、金屬零組件、紡織、電子與泛半導體等關鍵產業，透過自主研究、產學研合作、國際合作等模式，推出眾多具有實際產業效益的解決方案；特別是在生產資訊連結與可視化、設備健康診斷與預測維護，以及結合人工智慧（AI）、機械學習（ML）、與影像資訊的產業應用方案領域，相關智慧製造應用方案已逐漸被製造業者採用。
然而，製造業者（特別是中小企業）在導入與建構智慧製造應用方案時也面臨諸多問題，包括：企業需要發掘真實的營運生產關鍵問題，並探索可協助解決問題的智慧化方案；依據本身需求、資源（人力、財力、風險承受能力）與發展時程，評估（含技術與經濟可行性）、選擇適當的應用方案進行導入；掌握充分的技術與應用方案特性及外部合作夥伴資訊，以進行方案導入評估與決策。
圖一 台灣地區智慧製造生態系組成
資料來源：IEK Consulting (2018/07)
2018年台灣地區高科技設備產業產值成長15%，約1,900億新台幣。2020年產值突破2,200億元新台幣
台灣地區高科技設備是半導體與顯示器產業的重要軍火商。2017年，半導體與顯示器產業的產值約3.8兆新台幣，影響這兩大產業的關鍵因素都是在製程設備。工研院產科國際所分析師葉錦清觀察，兩大產業在近年來都有重大的進展：
台灣地區高科技設備是半導體與顯示器產業的重要軍火商。2017年，半導體與顯示器產業的產值約3.8兆新台幣，影響這兩大產業的關鍵因素都是在製程設備。工研院產科國際所分析師葉錦清觀察，兩大產業在近年來都有重大的進展：
半導體封裝需求在近十年來一直由智慧型手機的需求所引領，更快的處理速度、更多的功能整合但卻要更薄、更省電的IC晶片，使得所相應的封裝趨勢從傳統的打線到現在手機板上有一半以上的IC，都採用先進的晶圓級封裝技術。未來隨著萬物聯網的世代來臨，將會有更多的終端產品需求，例如：穿戴式產品、汽車電子、以及AI高效能運算等，都將引領著下一波半導體封裝技術的進化。
然為降低晶片封裝成本，各大廠均投入面板級扇出型封裝（Fan-out panel level packaging，FOPLP）的研究與開發。然而，相較於晶圓級已成熟的加工設備和技術，FOPLP在製程加工技術與自動化加工設備匹配上，廠商仍在積極開發階段。此外，在大面積製程時，亦容易在模封和重佈線層有翹曲問題而降低良率，都是目前尚待克服的問題。
另一方面，以顯示器產業而言，一直以來全球的顯示器由LCD佔據多年，但隨著手持式裝置對於外觀設計上輕薄、可撓曲的需求增加，OLED成為近兩年來主要發展的技術，尤其在2017年APPLE旗艦手機採用AMOLED面板後，帶動AMOLED的投資及採用熱潮。然而AMOLED因產能、良率問題使成本居高不下；加上面板亦受限於有機材料本身容易受環境中，水氧條件影響而減損其壽命，因此採用無機材料的Micro LED成為業界目前研究的技術之一。而2014年APPLE收購顯示技術公司LuxVue，更使Micro LED一躍成為關注焦點。
由於Micro LED的尺寸微縮、間距微小，Micro LED目前最大的挑戰在於封裝時，如何將微小且達數百萬顆的LED，批次轉移至PCB板（又稱巨量轉移Mass Transfer），並能精準定位？尤其加入全彩化後，需要同時間將R、G、B三種類型的LED轉移。以一個4K電視面板為例，需要轉移的晶粒高達近2,490萬顆（3840x2160x3），當畫素更高時，轉移次數更是呈倍數增加，使其轉移的時間及相應的成本明顯升高，而以目前的轉移設備來說，尚無法同時達到巨量、高速且精密的Micro LED晶粒轉移。
工研院IEKConsulting 預估，2017年台灣地區高科技設備產業產值成長約30%，2018年再成長15%，約1,900億新台幣。2020年產值突破2,200億元新台幣。
表一 台灣高科技設備產業產值
資料來源：工研院IEK Consulting(2018/07)
少量多樣的生產模式，讓工廠開始思考如何減少對固定裝配線和固定資產的依賴；傳統工具機除了追求加工效率和穩定度外，嘗試和新技術接軌，為客戶創造新的價值和服務
根據Gardner Research 統計，2017年全球工具機消費金額為832億美元，較2016年成長4.3%，由於中國大陸機械業急需發展具高附加價值與技術的裝備，以因應產業結構優化之所需，對於中端與中高端機種產品及自動化製造單元的需求有增加趨勢；再加上歐元地區在經濟復甦與製造業產能利用率逐漸提升，義大利與西班牙等國對工具機需求有較明顯成長，致使全球工具機消費需求呈現成長的現象。
根據Gardner Research 統計，2017年全球工具機消費金額為832億美元，較2016年成長4.3%，由於中國大陸機械業急需發展具高附加價值與技術的裝備，以因應產業結構優化之所需，對於中端與中高端機種產品及自動化製造單元的需求有增加趨勢；再加上歐元地區在經濟復甦與製造業產能利用率逐漸提升，義大利與西班牙等國對工具機需求有較明顯成長，致使全球工具機消費需求呈現成長的現象。
圖二、全球工具機主要應用市場區塊
資料來源：IEK Consulting (2017/05)
工研院產科國際所分析師莊瀅芯觀察指出，根據近期國際展會和廠商發表的工具機新產品來看，工具機已不再是單打獨鬥的產業。越來越多以整體製造系統為考量的新趨勢逐漸明朗，除了追求原本的加工精度、加工穩定度、加工效率，一些新技術也開始揉合傳統工具機，塑造新的智慧製造型態。
智慧製造的水平整合技術近年來聚焦在：積層製造、人工智慧、擴增實境、數位雙胞胎、邊緣運算、物聯網、機器人等技術。這些整合性的智慧製造平台和單點的智慧製造技術，對於工具機的影響，目前都已有具體的先驅。
工業4.0、數位化轉型的驅動下，工業自動化將走向模組客制化，並以數位連結模式做整合，快速彈性地做調整來提高生產效率
根據知名研究公司Marketsandmarkets報導，工業控制和工廠自動化解決方案中2017年全球達到1552.6億美元，未來將以7.4%的複合成長率，達到2023年的2391.1億美元。市場的成長因素包含：各國政府積極地推動智慧製造政策，帶動相關自動化產業的升級，而網路通訊的發達，也讓工業物聯網能夠整合大數據、機器人及設備。未來低延遲、即時傳輸的技術發展將是推動智慧化、數位化的一個重要方向。
而兩年一次的北美加工技術展（IMTS2018）與漢諾威自動化與傳動控制展（IAMD）聯合展，展出趨勢均以工業4.0相關應用、工業自動化、數位化轉型為主軸。而AMT技術的副總裁也提到，IMTS 2018的自動化趨勢為協作型機器人（Collaborative robots）、移動型機器人（Mobile robot）、工業物聯網（IIoT）及AI人工智慧的相關應用。此外，2018年也是MTConnect成立十週年，在IMTS2018展館內標示著MTConnect十周年的標語，新興技術中心（AMT’s Emerging Technology Center, ETC）展示MTConnect的生態系統，展出包括CNC、ROS機器人操作系統、機械手臂等，還有自動將銑削零件部分傳送到三次元量測CMM（Coordinate Measuring Machine, CMM）的機械手臂。
工研院產科國際所分析師劉孟竺觀察指出，在此次展出當中，FANUC、ABB、美國自動化廠商等均展出工業機器人結合視覺的方案；許多企業與其他夥伴聯手來加強自家的產品功能提高附加價值，例如：Rockwell與PTC聯手、KUKA與Sisu聯手等，從原有的硬體背景與軟體廠商合作為一趨勢；在移動機器人方面，OMRON、OTTO、MiR今年也發布新機種，與機器手臂結合或提高承載力；模組化的自動化單元，也有許多廠商相繼展出，提供了自動化快速整合方案，將減少產線的換線時間。在IMTS2018中可看到多樣化3D視覺應用、可視化面板、工業物聯網連結設備及自動化模組化等應用。
