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第2 章

智慧製造及自動化

第 2 章 智慧製造及自動化

一、金屬元件之精微設備開發技術

（一）技術研發目標 電腦、通訊與消費性電子產品 (3C, Computer, Communication, Consumer

Electronics)及光電產業發展迅速，產品朝微型、多功能、低能量消耗及較高精度等趨勢發展；產品開發因應輕薄化需求、產品效能及功能的提升，使得精微零組件設計與

製造技術的能力更形重要。同時製造產業亦面臨技術創新加速、新製程應用彈性大、

新性能零件取代性高、新產品上市時間短與客戶需求快速變化等全球化競爭挑戰。

依據歐盟微奈米製造技術組織 (MINAM Association, MIcro-and NAno- Manufacturing Association)於 2012 年 1 月所發表的論文提到，精微製造(Micro Fabrication)所衍生的產品商機浮現，但相關量產技術尚未成熟建立；美國、歐盟、日本、韓國等國均積極研提相關計畫，進行量產生產製程鏈、設備開發與先導型生產線

建置等研究。針對精微產品之生產設備，以小型化、可重組化、彈性化，並結合 ICT，促成之人工智慧為其主要發展方向，同時推行使用較少材料、能源、土地之製程，生

產具重複使用性、再生性之綠色產品，以減少廢棄物的產生。相較傳統產業，精微產

品與設備具有高附加價值之優勢，因此許多已開發國家均認為「精微化」為製造產業

「根留祖國」之最佳發展方向。2011 年起歐盟微奈米製造技術組織與歐洲未來工廠研究組織(EFFRA, European Factories of the Future Research Association)更進行新階段發展歷程規劃，並併入歐盟 Horizon 2020 研發創新計畫架構中推動，將綠色智慧製造視為維持製造產業競爭力之關鍵，以永續、綠色、節能之產品及其微奈米關

鍵製造促成技術、虛擬製造技術與智慧化工廠/生產系統等開發，作為主要研發方向。

由於發展中國家製造技術的提升及低價競爭策略，使得台灣許多製造業紛紛外

移，而精微製造具有土地需求低、高級人才依賴高、技術門檻極高等特性，有利於提

升台灣國際競爭力，以減緩產業外移之現象。另外，國內精微產品每年進口超過新台

幣 2,000 億元，目前所開發之精密加工設備，尚無法完整滿足微型產品生產製造所需之複合加工、成形等關鍵技術需求，因而阻礙相關產品微型化與國產化之發展。面對

上述發展趨勢與困境，亟需開創具智慧量產能力(精微塑性成形、一次裝夾複合加工為基礎之客製化、可重組化製造系統)，並以精微工廠形式展現台灣精微零組件產業為因應策略。未來將朝向以顧客為導向的新型態服務模式，滿足相關精微零組件特徵尺寸

與精度需求之客製化精微製造複合製程、可重組機器與系統開發、可重組精微量測模

組與設備開發，及教育訓練等完整解決方案，以克服高度產品客製化之挑戰、快速反

應產能之改變與功能轉換等全球化競爭態勢。

（二）技術發展藍圖 金屬元件之精微設備開發技術研發重點為發展可量產之精微設備及技術，建立客

製化系統規劃與開發能力，依客戶應用需求建置可重組化設備、生產線，並實現一次

裝夾複合加工或模具生產，以確保產品高可靠度等。

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參、製造精進領域

金屬元件之精微設備開發技術主要研究方向包括精微塑性成形(Plastic Forming)製造系統開發技術、微特徵精微電化學(Electrochemistry)製造系統開發技術、高質高精密小型處理設備開發技術三方面。精微塑性成形製造系統欲開發之重要技術為高剛

性精微沖床設計分析技術、板材整平送料模組設計技術、精微沖鍛複合模組設計技術

及精微沖床動態性能檢測技術等；微特徵精微電化學製造系統欲開發之重要技術為電

化學製造系統設備佈置及規劃技術、專用電化學通用平台設計製造技術及 Z 軸模組設計製造技術等；高質高精密小型處理設備欲開發之重要技術為精密溫控加熱爐體技

術、防漂散淬火冷卻系統設計技術、微小工件收料系統技術及增碳氣體模組設計技術

等。2014 年以後期望與國內相關產學研單位，於具主導性微型產品開發引領下，共同發展涵蓋精微、綠色、智慧製造為主軸之可重組彈性智慧製造系統與精微智慧工廠

(Intelligent Microfactory)客製開發之關鍵與核心技術建立及其示範產線與工廠建置，技術發展藍圖見圖 2-3-2-1。

資料來源：金屬中心整理，2012 年 9 月。

圖 2-3-2-1 金屬元件之精微設備開發技術發展藍圖

國內相關技術與設備發展現況，涵蓋機械加工工具機系統、成形工具機系統、組

裝系統與量測儀器/設備四大方向。於機械加工工具機系統之發展方向概分(3 軸)微細切削加工中心(PMC 籌組研發聯盟)、微細放電加工機(聯盛等)、微細線切割加工機(工研院機械所等)；多功能精微複合加工機(台大、台師大、金屬中心等)、精微電化學加工機(金屬中心)等；於成形工具機系統發展方向包含15噸級以下小型精密高速沖床(瑛

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第2 章

智慧製造及自動化

瑜、金屬中心等)、8 噸級多工程精微零件成形機(富煒)、φ1 mm 以下小型打頭機與滾牙機等，於組裝系統發展方向包含薄型馬達微組裝系統(金屬中心)、FXYZ 型微組裝模組與組裝系統(金屬中心)等；於量測儀器/設備方面包含小型微/奈米級三座標測量機(台大、南台科大等)、微探針量測模組與微型三次元量測設備(金屬中心)等。

2011~2013 年以開發適合精密小型金屬元件生產之精微製造系統設備為主，開發之精微設備具可重組性。藉由小型高精密通用設備、複數個製程模組、複數個附加功

能模組、自動化周邊設備與開放架構智慧模組化控制系統，實現可重組化精微設備發

展概念，並建立五種具引領作用之先導型示範生產系統-精微沖鍛複合製造系統、精微多軸鍛壓製造系統、批次量產電化學製造系統、連續生產電化學製造系統及氣氛產生

與控制系統。

在精微塑性成形製造系統開發技術方面，目前國產精密沖床應用於高速沖切、彎

曲等製程，雖可達特級精度，但由於該類機台之工作台面長度大都在 1.5 公尺以上，因此對應之靜態精度(平行度、垂直度與總合間隙等)與動態精度也相對較差，並不適合作為精微成形設備使用。因此進行塑性成形通用設備開發(噸數 200 KN、滑塊迴轉數 40~200 spm、台面尺寸≥ 500x350 mm2、最大變形撓度≤ 15 µm)，搭配伺服馬達建立四種以上運動曲線資料庫，並依據客製載具需求，開發相關之製程模組-傳動盤沖鍛複合模組(關鍵模具元件精度≤ ± 1 µm)、微齒輪多軸向鍛壓模組(關鍵模具元件精度≤ ± 1.5 µm)與自動化周邊系統-板材整平送料模組(送料定位精度≤ ± 10 µm)、微小塊料整列/夾送系統(送料定位精度≤ ± 15 µm)。塑性成形通用設備可搭配不同周邊模組進行重組化，預計 2012 年完成精微沖鍛複合製造系統(測試速度 50 pcs/min)，2013年完成精微多軸鍛壓製造系統(測試速度 15 pcs/min)兩種示範產線建置。

在微特徵精微電化學製造系統開發技術方面，目前國內業界尚無電化學加工設備

開發及製程整合技術能力，因此進行電化學通用設備開發(台面尺寸≤ 500x500 mm2、XYZ 行程≤ 200 mm、定位精度≤ 1 µm)，並依據客製載具需求，開發相關之製程模組-電解液系統模組(工作溫度控制± 1℃以內)與自動化周邊系統-工件移載模組(定位精度≤ 5 µm)、自動傳送系統(定位精度≤ 5 µm)。電化學通用設備可搭配不同模組進行重組化，預計 2012 年完成批次量產電化學製造系統(測試速度 10 min/批次)，2013 年完成連續生產電化學製造系統(測試速度 60 pcs/hr)兩種示範產線建置。

在高質高精密小型處理設備開發技術方面，目前國內業界尚無小型精微熱處理

(Heat Treatment)設備技術能力，微小零件仍以大型工業爐處理，有品質不均的問題。尤其當尺寸在φ2 mm 以下時，以現有大型熱處理設備與製程處理，其心部將出現初析肥粒鐵的軟質組織而造成強度不足。因此進行高精密小型連續熱處理系統開發，並

預計於 2013 年建立其φ2 mm 以下微小工件之調質與滲碳熱處理氣氛產生與控制系統，完成其示範產線建置。

2013~2016 年將精微化、可重組化精微設備再朝向系統層級之複合化、客製化發展，以客製化精微綠色智慧製造技術與生產系統發展為主軸，相關發展重點如下：綠

色節能-為求永續環境、社會責任與經濟成長，開發綠色環保與永續製造的製程；客製開發-以製程為基礎之產品設計，開發最適化複合製程、可重組化模組/設備；智慧製造-開放架構控制、特色製程控制邏輯、監控維護、智慧保養、知識庫建置等。在產線

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參、製造精進領域

/系統方面，著重產線系統重組化規劃、生產模式調節無縫轉換、工件移載精密自動化及複合製程/組裝/檢測整合等。在製程/設備方面，著重設備製程模組可重組化、複合製程連結(機械與非傳統)、最少次裝夾與複合加工(進階至對位組裝與品質量測)及空間誤差與製程控制補償等。在功能/模組方面，著重開放架構控制環境、軟體化控制模組客製開發、數位邏輯晶片控制核心及特色製程控制關鍵邏輯等。

（三）產業效益 目前商業化產品中，以智慧型手機及平板電腦最具代表性，為了帶給消費者簡潔

的外觀與攜帶的方便性，其產品不斷追求極致的輕薄化。內部相關零件設計為了不影

響零組件微小化與薄型化後該有的結構剛性，金屬零件從原先多件式組裝設計朝向一

體成型零件特徵設計，有助於減少組裝程序與提升零件精度。另為了維持該有的結構

強度與耐磨耗性，採用軋製硬化後不銹鋼材料作為輕薄化手持產品零件材質。目前這

些微型零件在產業界仍藉由電腦數值控制器(CNC, Computer Numerical Control)加工中心進行生產，先以人工置放托盤，再以機械手臂進行自動化生產，加上不銹鋼材

料對刀具的損耗，小小一個零件，加工程序極為繁瑣。隨著產品數量攀升與價格競爭

壓力下，供應鏈廠商不能一味投入大量資金擴充加工機台數量，而應以更有效率的方

式進行大量生產。精微設備開發技術可大幅提升高附加價值金屬零件之生產效率與降

低加工成本，可解決國內所開發之精密加工設備尚無法完整滿足微型產品生產製造所

需之複合加工、成形等設備與自動化周邊系統之問題。

精微零組件需快速而大量製造以降低生產成本，故其材料傾向使用易加工鋼材，

因而需要透過處理技術來賦予或強化性能，例如微小零件由中碳鋼改為低碳鋼時需要

滲碳處理，因此高質高精密小型處理設備，將是實現精微製造品質的關鍵要項之一。

高質高精密小型處理設備開發，將建立φ2 mm 以下微小工件之調質與滲碳熱處理製程技術，協助熱處理設備業發展高質高精密小型熱處理設備之設計製造能力，將提供

業者軟硬體的技術支援，協助產業轉型升級。

本技術之開發可藉由產學研合作及整合，建立國內自主核心技術，提升全球競爭

優勢，因應客戶微型產品高精度/多樣變量/短交期等應用需求，達到生產系統客製化重組與快速開發目的。未來將結合控制器技術促成精微智慧製造完整解決方案、促成

製造業服務化，並開拓設備製造廠商新營運與服務模式。相關研發技術與成果可廣泛

應用於相關零組件市場，如 3C、生醫、航太、車輛、光學、工模具產業等，促使產業研發質與量全面升級。另為加速研發成果之推廣，於 2012 年起進行產業聯盟與研發聯盟籌組與推動，建構精微製造系統供應體系與產業群聚，並協助國內工具機、精

密機械產業新應用領域之擴展。

就經濟效益而言，於精微塑性成形製造系統開發技術方面，發展本技術，將促使

國內傳統塑性成形及周邊設備產業技術升級與產品轉型，以提高精微塑性成形及周邊

設備之國產化能力，預估每年可創造新台幣 2 億元產值。微特徵精微電化學製造系統開發技術方面，可提高相關產業電化學加工成形設備模組之國產化製造及保養維護能

力，並支援相關產業之零組件發展，預估每年可創造 2.4 億元產值。高質高精密小型處理設備開發技術方面，國內連續調質與滲碳熱處理設備主要用於扣件的熱處理，預

估每年可創造 5,000 萬元產值。

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第2 章

智慧製造及自動化

二、新世代智能工廠控制系統發展技術

（一）技術研發目標 控制器與軟體是精密機械的關鍵價值核心，也是當前國內產業最迫切的技術需

求。新世代智能工廠控制系統技術發展，將研發高自動化智能工廠所需的開放式加值

控制系統，包括智慧製程加值軟體、多軸精密控制平台及全數位整合性伺服等三項關

鍵模組，及產學研加值創新合作平台。於現有控制技術基礎上，拉近國產控制器與國

際大廠的差距，強化軟體加值技術，讓國產控制器的性能與功能均能與國際大廠相媲

美。具體作法為建構國產電腦數值控制器(CNC, Computer Numerical Control)所沒有的五軸插值同動控制技術，深化前加減速高速高精加工性能，以達到國外控制器大廠

的優異加工性能。並藉由開放式視窗基底軟體架構，導入第三方軟體，以建立高階工

具機所需的防碰撞、工件設置等加值軟體。另外經由提供國際大廠所沒有的跨設備共

通介面模組，讓使用者進行整廠整線資料的彙整與運用，提高機台稼動率與效能。完

成關鍵零組件中衛體系的建構，包含 CNC、製程應用加值軟體、整合性伺服系統及高響應主軸等，藉以協助產業掌握核心競爭力及自主性。

開放式智慧製程加值軟體平台的研發目標，在 3D 防碰撞檢測模擬模組部分，則將導入參數式幾何運算核心，發展 3D 加工模擬與線上防碰撞加值軟體技術，建立單機與彈性製造系統的線上防碰撞監控模組，讓業者有能力提供從單機至製造系統的智

慧製程加值軟體。而在跨設備智慧人機與元件庫部分，將建立跨控制器平台的資料存

取介面，與複合多軸工具機及工廠製造系統的虛擬元件模組，提供產業界一個共通的

軟體開發環境與元件庫。因此，可簡化人機介面(UI, User Interface)軟體的開發難度，提供高效率的資料交換管道，不僅能進行單機的客製化加值人機開發，亦可藉由跨設

備通訊達成整廠整線的製程資料管理目標。

高整合性多軸精密控制平台的研發目標，在高速高精前饋控制模組部分，將建構

開放與效能兼具的雙核心雙系統視窗作業平台，以及高速高精前饋控制機能。使廠商

能以合理成本開發專屬的製程化友善操作人機，並擁有媲美國際尖端控制器的高速高

精切削性能，打造高性價比的高階車削中心與銑削中心控制器。而在五軸精微插補控

制技術，則將建立五軸運動學的數學幾何模型、齊次轉換刀尖點定向控制與空間刀具

路徑動態補正技術。發展國產五軸 CNC 工具機控制器，具備供貨穩定、價格合理、全國產自製及高技術整合等特點，以協助國內工具機產品由泛用三軸工具機，提升至

高值化五軸工具機的產品線，並於未來打破五軸同動高階控制器全由日本與歐洲大廠

壟斷的局面。

全數位整合伺服模組平台的研發目標，在全數位伺服控制模組部分，將建立串列

數位通訊模組、具備平行化磁場導向控制與主動式功率因數校正的現場可編程邏輯閘

陣列(FPGA, Field-programmable Gate Array)控制平台。並將成果擴散至國內伺服驅動器製造廠商，以提升國產伺服驅動器的產品性能。而在高響應主軸驅動模組部分，

則將開發快速能量洩放調控技術，並導入全數位串列通訊介面，完成全數位高響應高

轉速的主軸驅動控制技術與產品。提供全數位控制系統的最後一塊拼圖-全數位主軸驅動器，解決過去沒有全數位主軸產品而無法建立全數位串列通訊控制系統的問題。並

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參、製造精進領域

打造省配線、高穩定性與高性能的國產主軸伺服驅動器產品，以滿足高階銑削加工機

與高速攻牙機的應用需求。

在產學研加值創新合作平台方面，將著重控制器精度提升技術、多軸工具機精度

檢測與誤差資料庫建立，以及整機控制性能加工測試驗證等的技術合作開發。導入國

際頂尖技術、學界研發能量，並整合其他法人的研發成果，進行控制器軟體加值，匯

集產學研三方力量，建立產學研合作模式。

（二）技術發展藍圖 新世代智能工廠控制系統發展技術之藍圖，見圖 2-3-2-2，包括開放式智慧製程

加值軟體平台、高整合性多軸精密控制平台、全數位整合伺服模組平台及產學研加值

創新合作平台等四大主軸。

在開放式智慧製程加值軟體平台部分，於 3D 防碰撞檢測模擬模組的研發重點，在短期時程(2012~2013 年)將建立線上加工路徑規劃模組，以及複合化工具機線上防碰撞監控；中長期時程(2014~2016 年)將建構彈性工作站線上防碰撞監控模組，能針對兩台工具機與一台機器手臂所組成的系統，進行線上防碰撞預測與奇異點迴避設

計。而跨設備智慧人機與元件庫的研發重點，在短期時程(2012~2013 年)將建立加工程式預讀分析模組、虛擬多軸複合化工具機運動模型元件庫；中長期時程(2014~2016年)則將建立虛擬工廠的模組資料元件庫(含加工中心機、車銑複合加工機及工業用機器手臂)，提供產業界跨控制器平台的共通軟體開發環境。

在高整合性多軸精密控制平台部分，於高速高精前饋控制模組的研發重點，在短

期時程(2012~2013 年)將開發雙主軸同期控制與雙刀塔平衡加工技術；中長期時程(2014~2016 年)則將開發 40 軸 10 通道精密運動控制架構，提供繪圖交換格式(DXF, Drawing Exchange Format)檔加工路徑產生模組與自由曲面加工路徑學習控制等高智能控制技術。而五軸精微插補控制技術的研發重點，在短期時程(2012~2013 年)將建立切削點轉移命令控制與刀具姿態轉換模組；中長期時程(2014~2016 年)則將開發泛用五軸構型轉換技術與平滑化刀尖點定向控制，建立國產高階五軸 CNC 工具機控制器系統。

在全數位整合伺服模組平台部分，於全數位伺服控制模組的研發重點，短期時程

(2012~2013 年)將於 FPGA 晶片中，具體實現高速平行化磁場導向控制機能；中長期時程(2014~2016 年)則將建立主動式功率因數校正與即時伺服參數適應調整技術，滿足未來精密機械對高性能伺服系統的要求。而高響應主軸驅動模組的研發重點，短期

時程 (2012~2013 年 )將研發最佳化前饋式比例差動控制技術 (PDFF, Pseudo Derivative Feedback with Feed Forward)及可調式脈波寬度調變(PWM, Pulse Width Modulation)驅動控制技術；中長期時程(2014~2016 年)則將開發相角補償驅動技術與高速能量洩放調控技術，以建構高響應高轉速的主軸驅動模組，支援高性能的切削工

具機。

在產學研加值創新合作平台部分，於短期時程(2012~2013 年)將與學校教授團合作控制器精度提升技術，進行適應性運動控制命令調變技術與高速主軸驅動器快速加

減速技術研究；中長期時程(2014~2016 年)則將建立多軸工具機精度檢測與誤差資料

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第2 章

智慧製造及自動化

庫，完成多軸同動誤差模型與整機誤差量測補償標準程序，提供廠商精密量測的完整

解決方案。同時建構整機控制性能加工測試驗證，藉由實機加工驗證資料回饋，讓機

械與控制器開發設計均能達到最佳化。

資料來源：工研院機械所整理，2012 年 9 月。

圖 2-3-2-2 新世代智能工廠控制系統發展技術發展藍圖

（三）產業效益 根據台灣區工具機暨零組件工業同業公會統計資料，2011 年台灣工具機出口值

較 2010 年成長 35%，達到 40 億美元，為全球第四大出口國；同年台灣工具機產值為 52.6 億美元，較 2010 年成長 34.5%，位居全球第六。但是台灣生產的高階工具機均搭配進口的電腦數值控制器，國產的控制器只能搭配中/低階的機種，其主要原因為國產控制器的高速高精加工性能不如國際大廠，同時缺乏五軸同動控制技術與高階加

值軟體。因此新世代智能工廠控制系統發展技術，將建立開放式智慧工具機控制器平

台，研發國產的複合化/五軸關鍵控制模組、智慧製程加值軟體，並提供高性價比的全數位伺服配套，協助產業掌握核心競爭力。同時推動控制器加值軟體研發社群，善用

國內強大的 ICT 優勢，建立軟體/系統/服務(3S, Software/System/Service)加值平台。將中台灣建構成為全球開放式智慧控制器及軟體供應服務聚落，讓國內業界從硬體製

造進入軟體與系統服務，大幅提升其產品附加價值與全球競爭力。

在開放式智慧製程加值軟體平台方面，將開發高階五軸與多軸複合化工具機的

3D 實體切削模擬與防碰撞監控模組，並擴大至彈性製造系統的應用，提供廠商完整的線上防碰撞與製程模擬解決方案。同時建構跨設備共通介面模組與製造系統虛擬元

件庫，完成整廠整線資料的彙整與運用，提高機台稼動率，達到排程最佳化的目的，

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參、製造精進領域

讓廠商具體實現從單機到製造系統的智慧製程軟體加值，有效提高設備的附加價值，

同時經由系統與服務的加值方案提供，大幅提升其整體產品的利潤與國際市場的競爭

力。在高整合性多軸精密控制平台方面，將建構國內自行研發之五軸插值同動電腦數

值控制器，讓使用者達成一次程式不同平面，以及一次夾持多工序的加工，避免多次

夾持所導致的設置誤差與加工時間浪費，提供國內工具機業者價格合理且交期穩定之

五軸電腦數值控制器，預估可以讓業者控制器取得成本降低 50%以上，引領台灣業界進入航太、綠能及生醫等高附加價值的市場。

在全數位整合伺服模組平台方面，將以 FPGA 晶片實現高階控制機能，突破現有國產驅動器採用數位信號處理器(DSP, Digital Signal Processor)，與傳統脈波命令進行伺服控制所遭遇的性能表現瓶頸。同時建立高速可信賴之全數位伺服通訊模組，完

成串列軸向伺服、主軸、控制器本體與周邊輸入/輸出模組的整合。提供高性價比高穩定性的全數位化控制系統的解決方案，提高國產設備的穩定性與控制性能，大幅提升

其產品的市場競爭力。

在產學研加值創新合作平台方面，將開發多軸工具機檢測技術，提供廠商精密量

測服務，整合學界研發能量，以進行控制器性能強化方法與模組的研發，並連結學校

與業界共同合作，以加速高階加值軟體的開發及應用。同時透過產學研加值創新合作

平台與中部產業聚落研發社群的建立，達成雙向虛擬互動交流，加速高階智能化控制

技術的擴散與創新應用，增進整體產業的競爭優勢，創造更高的產品附加價值。

三、高值化食品機械與中間工廠推動技術

（一）技術研發目標 自從 2011 年塑化劑新聞事件爆發以來，「食品安全」成為國內食品業者是否能永

續經營的重大影響因素。不止塑化劑，諸如蔬果之農藥殘留、畜/水產之抗生素與重金屬殘留、瘦肉精禁用等議題，突顯民眾對於食品安全之重視，政府亦提高食品安全查

核之要求。此外，由於國際上糧食與能源成本價格漸趨高漲，國內食品原料進口比率

約占 80%以上，加工業者成本持續墊高，勢必朝高附加價值產品開發才能維持獲利。

隨著全球慢性病問題嚴重，下一波農業生技將著重食物營養，以促進人類健康，

同時利用創新生技技術提升或保留食物營養成分。農產品所含膳食纖維、多醣體、植

化素、微量元素等對人體有顯著保健功能，不過由於前處理製程之過度加工或加工方

法不當導致營養成分流失或遭受破壞。許多國家如日本、美國、韓國等，體認到膳食

纖維對人體健康的重要性，已經有添加膳食纖維的養樂多、優酪乳、啤酒、泡麵等產

品開發上市。

非傳統的擠壓加工、蒸氣爆破、高壓水解等纖維前處理技術，可改良膳食纖維口

感與理化特性。利用國內農產品的加工廢棄物，如蔗渣、豆粕、柑橘果皮等原料，來

開發膳食纖維添加劑，除了可提升農餘物的利用價值、創造新產品外，還可以提升國

民的健康。

由於保健食品的機能素材之來源強調安全、環保、保留活性，傳統高溫水萃或溶

劑萃取(Extraction)、高溫滅菌等加工方法，有破壞活性成分、溶劑殘留之虞，因而必

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第2 章

智慧製造及自動化

須導入先進的低溫、非溶劑萃取與常溫滅菌技術，相關製程設備的國產化需求日益殷

切。

目前國內萃取設備技術能力，包括傳統的熱水/蒸汽萃取、酒精萃取、超音波萃取，以及近年研發成功的微波萃取與超臨界流體(Supercritical Fluid)萃取設備；滅菌設備則以高壓蒸汽、γ射線、臭氧等為主。國外先進的超臨界流體萃取、分餾、純化設備

及超高壓滅菌設備，已商業化並使用多年，國內因設備技術尚未提升必須倚賴進口，

惟因設備昂貴影響投資意願，而使得食品加工技術停滯不前。

有鑒於國內在高壓加工(High Pressure Processing)製程與設備、包覆劑型製程與設備等技術，均遠遠落後歐日等國，國內產業宜重點研發本土化之超臨界流體液相萃

取、超臨界流體層析、超高壓滅菌等高壓加工設備，以及明膠包覆無縫膠囊(Seamless Capsule)、疏水性包覆材無縫膠囊、微米級包覆微球等包覆劑型設備，期能縮短與國外技術差距。

本技術研發目標，在原料高值化處理設備技術方面，開發製備級高效層析設備技

術，以超臨界二氧化碳作為沖提流體，層析管柱設計壓力 30 MPa 以上。在超高壓滅菌設備技術方面，開發設計壓力 500 Mpa 以上，滅菌槽容積 1 公升實驗設備，逐步建立本土化的超高壓加工設備技術，有助於推廣低溫滅菌製程與無防腐劑添加之安全

食品開發。在包覆劑型設備技術方面，開發以疏水性材料為包覆材之無縫膠囊製程技

術，以銳孔凝固法加上震動造粒技術，可生產粒徑 2~8 mm，產率 300 pcs/min 以上之無縫膠囊。

（二）技術發展藍圖 高壓加工設備與包覆劑型設備之技術發展藍圖見圖 2-3-2-3。預計迄 2016 年可逐

年建立國內完整的超高壓加工設備與關鍵零組件技術、超臨界流體萃取分離設備技

術，以及可包覆油相或水相、從奈米級到毫米級之無縫膠囊與微脂體製程與設備技

術。預期經過五年的技術深化與創新應用專利布局，可縮短與德、日的技術差距至三

年內，並可將設備輸出至已開發國家。

2012 年針對生醫藥產業常用的高效液相層析儀，儀器產能極小無法量產、高濃度進料解析度不佳、溶劑稀釋等缺點，研發中間工廠(Pilot Plant)級超臨界二氧化碳層析設備技術，整合高壓管路線上紫外光(UV, Ultraviolet)/可見光光譜偵測系統與多流道切換閥控制技術，適用於天然植物藥或化學合成藥物與保健食品之純化與量產。

針對食品產業需兼顧食品安全與食品營養之發展趨勢，2012~2013 年規劃研發壓力 500 MPa 以上之超高壓滅菌設備技術，以槽內壁預應力施加的方式，使高壓滅菌槽之應力分布達到較佳狀態並提高疲勞壽命，提供國內產學研等單位安全無虞之超高

壓設備，研發新興高壓食品加工技術。設備完成後，可與國內食品研究單位共同開發

水產、農產等保鮮產品。

在包覆劑型設備技術方面，以研發無縫膠囊與包覆微球成形設備為發展方向。由

於所包覆液體性質不同，包覆材料與設備技術有所差異。動物性明膠材料可應用於高

單價油脂包覆，但缺點是不利於素食；而素食性的褐藻膠適合運用於較小粒徑如 1.5~ 8 mm 的液體包覆，適用於需要微量包覆(如藥用)或吞食困難的場合。2011 年已建立

186

參、製造精進領域

明膠包覆材料之無縫膠囊設備技術，預計 2012 年可建立疏水性包覆材之無縫膠囊製程技術。

利用超臨界流體技術可經由製程參數調整控制微粉大小及型態，操作溫度在 40℃以下，適合加工不耐熱、不耐剪切力破壞、具生物活性之物質。運用超臨界二氧化

碳之溶液快速膨脹法、反溶劑法所生產之微粉，具有高產率、粒徑與型態可控制、改

善溶解度等優點，預計 2013 年研發可包覆液體形成外徑 1 mm 以下顆粒之包覆微球成形設備技術，以協助食品與製藥產業開發新劑型(New Formulation)或創新產品。

資料來源：金屬中心整理，2012 年 9 月。

圖 2-3-2-3 高值化食品機械與中間工廠推動技術發展藍圖

（三）產業效益 經濟部自 2011 年開始，藉由高值化食品機械與中間工廠推動技術研發，所建立

超臨界 CO2 液相萃取設備技術，已協助精油(Essential Oil)業者如楓荷生技、紅松鼠公司，開發新產品與申請「抗菌玉蘭花精油組成」、「柚花香氣成分萃取」專利，並分

別獲得 2011 年馬來西亞發明展金牌獎與銀牌獎。另一方面，華實興業股份有限公司於嘉義市興建超臨界 CO2 萃取工廠設備，並進行地方特色農產品萃取與創新產品開發，對於天然物精油之萃取純化，如沉香精油、柚皮精油、蓮花精油萃取等，可避免

芳香酯類的受熱分解、水解和水溶作用，濃縮後的高級精油應用於芳療、化妝品、保

養品等用途，預計未來可創造年產值達新台幣 8,000 萬元以上。同時亦推動港香蘭應用生技、楓荷生技、美喬欣生技、仙台製藥、莊松榮製藥、天明製藥等公司精油創新

產品研發，應用在保健食品與化妝品，預計可創造年產值 10 億元以上。

本研發技術將使台灣在超臨界流體萃取、層析設備技術邁向新的里程碑，從落後

國外 20 年以上大幅縮短至三年以內。透過超臨界流體設備研發過程，逐步建立高壓、高溫製程設備技術，預計未來年產值可達新台幣 1 億元以上。

2011 年所建立之「明膠包覆無縫膠囊設備技術與試量產平台」，可彈性生產粒徑2~8 mm 之無縫軟膠囊，將產品從過去 8 mm 的魚肝油膠囊等保健食品，推展到精油、乳液等食用、外用膠囊。同時，該技術之改良，產生了「褐藻膠包覆果汁球」發明，

並技轉建昌食品公司，預期在兩年後量產，將可創造年產值新台幣 2,000 萬元以上。預期未來應用在素食、飲料等創新產品，可創造年產值 2 億元以上。本研發技術將使

187

第2 章

智慧製造及自動化

台灣在軟膠囊或微膠囊設備技術邁向新的里程碑，從 100%進口降低到 50%以下，從落後國外 30 年以上大幅縮短至二年以內，甚至有部分創新製程領先國際水準。

四、智慧自動化系統關鍵技術

（一）技術研發目標 智慧自動化系統關鍵技術投入以智慧型機器人為核心之智慧製造單元、順應型產

業機器人、自動化運載系統及手眼力協調控制等關鍵模組，並針對業界迫切需求之人

機協同機器人(Human-machine Collaboration Robot)、固態照明、產業機械、3K 等自動化設備及系統等產業應用。建立之技術包含發光二極體(LED, Light Emitting Diodes)高速自動化貼合、製造與檢測、成形設備自動化系統整合與智慧化、金屬製品智慧自動化整合等。預期可提升國產智慧型自動化設備、關鍵零組件之自製率與附

加價值，增進產品創新能力，並建立優質平價自有品牌產品之競爭優勢，積極拓展亞

太市場，帶動智慧型自動化旗艦服務團隊，培養台灣業者成為國際級廠商。

人機協同機器人技術研發目標，在於建立人機協同機器人之系統、單機及模組全

體系技術。在系統方面，目標為建立適用於可攜帶型 3C 產品後段製程「人機協同作業機器人單元」之系統整合技術，此機器人單元由作業員與產業機器人兩項要素組

成，經由產業機器人之協助，可使作業員產能提高為 1.5 倍，並保障作業員安全。在機器人開發上，目標為發展窄型立式關節型機器人及七軸平行機構機器人。在運載系

統方面，研發自動化運載系統與整合技術。在控制器方面，將整合高效能視覺處理、

運動控制、力量控制等三模組進行手眼力控制運算模組之開發。

固態照明自動化系統(SSL, Solid State Lighting Automation System)技術研發目標，在於開發具國際競爭力之固態照明自動化設備關鍵技術。LED 高速自動化貼合技術著重於建立高速多晶粒固晶製程技術驗證平台，發展智慧型自動瑕疵檢測模組及

LED 應用端銲接自動化技術，含烙鐵頭水平面、立體空間銲接作業控制及視覺輔助精細銲接控制。LED 自動化製造與檢測技術，著重於多通道陣列式 LED 光通量檢測技術開發，並建立熱性能檢測技術及平台，可適用背光源或照明光源用電路板上晶片及

表面黏著晶片封裝元件，並建立智慧自動取放模組、軟細線水平面錫銲。

產業機械自動化系統(Industrial Machinery Automation System)技術研發目標，在於發展成形設備自動化系統整合與智慧化系統技術。在自動化系統整合技術方面，

投入電腦輔助設計基底(CAD Based, Computer Aided Design Based)成形後處理作業規劃系統研發，建置溢料處理機器人作業單元，並整合異型物適應型末端致動器系

統，以發展成形件組裝機器人作業單元，契合成形產業製程後處理作業需求，使用上

具高度便利性。在成形設備智慧化技術方面，則投入鎖模力感測技術，並導入產業智

慧化技術，發展差異化產品，引領產業提升技術層次，擴大與競爭者之市場區隔與技

術差距。

3K 產業自動化系統(3K Industry Automation System)技術研發目標，在於開發金屬製品智慧自動化整合技術，而 3K 產業之結合(銲接/膠合/ 合/壓合等)製程為金屬製品等產品良率關鍵所在，目前均仰賴專業的大量技術性人力作業，然而人工作業具有

188

參、製造精進領域

危險性、品質掌握不易等問題。為朝向高品級與多種少量生產模式，發展立體金屬件

對位結合模組，結合工程經驗與製程參數，建立金屬組件空間位置及對位資訊系統，

以達立體金屬物件自動化組立的目標，改善作業環境，解決缺工問題，使製造能力與

產值提升。

（二）技術發展藍圖 發展具人機協同作業之產業機器人系統，研發重點為 2012 年發展窄型輕結構 7

自由度關節型機器人，整合智慧型機器人力量控制模組及運載機器人模組，整體以電

容異型件組裝展現，以滿足產業迫切需求。2013 年透過非接觸式人機安全技術及高效能視覺處理模組硬體，發展電線焊接人機協同製造系統，解決目前後段製程中手工

焊電線的需求。2014 年發展輕結構 6 自由度 Delta 型機器人及動態物件空間定位技術，以克服電子零件輕薄短小的特徵及少量多樣客製化需求之趨勢。2015 年起投入嵌入式人機協同適應模組及運載系統可靠度技術，整合運用於 3C 產品拋光系統，以因應高值電子產品光亮外觀之需求。

固態照明自動化系統技術聚焦於提升 LED 生產效能，改善自動化貼合、檢測與生產自動化之技術深度，研發重點為 2012 年建立高速晶粒比對與共晶固晶製程驗證平台、LED 快速多通道檢測驗證平台。2013 年發展多晶粒共晶固晶製程與設備，開發多通道透明微陣列電極探針技術，並整合高解析影像光譜量測技術與建立智慧自動

取放模組、軟細線 2D 水平面點銲。2014 年開發雙基材高精度晶粒特徵固晶對位鏡頭模組之晶圓級共晶製程技術，發展檢測光通量之陣列式微型積分球收光探頭，並建立

視覺輔助銲接自動化技術。2015 年起發展薄型雙基材高精度晶粒特徵全自動智慧型校正固晶對位鏡頭模組之晶圓級共晶製程技術，大尺寸 LED 晶圓及光性量測，並完成 3D 銲接自動化系統，落實提升產業競爭力的目標。

產業機械自動化系統技術聚焦於塑橡膠設備及其製品製造業應用領域，針對成形

件後處理製程，需仰賴大量人力之瓶頸，發展成形件溢料處理機器人及組裝機器人等

作業單元，研發重點為 2012~2013 年投入 CAD Based 成形件後處理作業系統規劃及致動器開發，並完成七軸機械手臂控制軟體模組開發，2014~2016 年則進一步發展末端致動器系統。2012~2013 年成形設備端則投入鎖模力感測技術開發，發展射出全週期鎖模力可視化技術，並衍生異常診斷預警技術，完成射出機單軸向鎖模力量測技術

開發。2014~2016 年則投入精密成形智能化壓力回饋補償控制研究，提升設備穩定性，作為發展智慧化技術之基石，擴大與新興國家設備之差異化。

3K 產業自動化系統技術為了導入彈性化之加工組立生產方式，發展多層複合式自動組立關鍵技術，以解決人力資源不足的問題，進而提升產品良率，研發重點為2012年發展立體金屬件結合前對位模組，協助產業進行各立體元件組裝前對位技術之建

立，以助於未來立體元件自動化組裝作業。2013 年發展兩件式立體金屬件結合模組，偵測待組裝物件之特徵影像，進行兩件組件之空間對位與組立。2014 年藉由前兩年所發展之對位技術與兩件式立體金屬件結合技術，進而發展多件式金屬件結合處理技

術，進行兩件以上之金屬物件自動化組立程序。另外，建立線上金屬件檢測整合模組，

以進行各金屬件表面尺寸量測與瑕疵檢測。2015 年起投入多層立體金屬件結合處理及品級鑑別與毛邊修整整合模組技術開發，可應用於行星式齒輪箱、圓型編碼器、汽

189

第2 章

智慧製造及自動化

車離合器、閥製品等機械與運輸工具零組件組裝及高爾夫球頭鈦板點銲等民生五金類

產品，智慧自動化系統關鍵技術發展藍圖見圖 2-3-2-4。

資料來源：工研院機械所、精機中心、金屬中心整理，2012 年 9 月。

圖 2-3-2-4 智慧自動化系統關鍵技術發展藍圖

（三）產業效益 人機協同機器人技術之建立，可解決目前只使用手工具之手工作業模式，轉型為

機器人輔助之作業模式，提高作業員效率至 1.5 倍。而機器人輔助模式藉由「人機協同機器人單元」硬體架構之達成，可因應產品快速變化、頻繁換線，大幅降低人工負

荷，提高人員之附加價值。同時發展順應型產業機器人，可擺脫長期以來以位置控制

主導的思維，透過力量控制，提升機器人對工作物變異之容忍性與力量之順應性、安

全性，進而使機器人朝向更人性化之目標，藉此特色訴求開創有利機會，切入歐日產

品把持之產業機器人市場。

190

參、製造精進領域

目前台灣固態照明產業遭遇嚴酷之競爭，國際技術領先大廠，例如元件廠 CREE與設備廠 ASM 具高速全自動化生產技術，技術後進國(如中國大陸、韓國)也藉由改善生產技術，分別以人力成本與製程改良，緊追台灣。同時因應未來節能、省電、低碳

趨勢所帶來之固態照明產量需求，勢必需更高之生產效率與智慧自動化設備，故開發

高速自動化貼合系統、快速多通道檢測、製程自動化、智慧化整合軟體與 LED 應用端之軟線銲接自動化等關鍵技術，相較傳統量測技術，可大幅縮短時間達 80%以上，亦可提升台灣固態照明產業之國際競爭力。預期 2015 年後，可創造固態照明自動化製造設備產值新台幣 15 億元。

產業機械自動化系統技術透過直接輸入 CAD 圖檔，並快速轉換成加工程式，以取代傳統繁瑣易錯的人力教導方式，不僅可改善產線製程的可靠度，增加換機換線效

率，使製程效率提升 10%，更可將人力投入具有高度附加價值之工作，提升作業人員之工作效率，以降低製造成本，促使外移廠商回流台灣。另建立之鎖模力感測技術，

可協助業者提升成形設備之穩定性，縮短製程換線試模時間，提高產品品質穩定性，

預計一台泛用型射出成形機，約可節省鑄件成本約 8%。預估累計至 2015 年，可增加致動器相關上下游業者產值新台幣 1.5 億元，創造射出成形自動化產業市場產值 12億元。

3K 產業自動化系統技術透過整合製程知識與工程經驗導入智慧型自動化生產系統，適應少量多樣生產型態，有效改善傳統人工作業模式，提升製程良率，由 60~80%提高至自動化作業 90%以上，並促進投資新台幣 1.2 億元以上，預期可增加產值約 4億元。另建立 3K 產業之立體組件對位、結合關鍵模組技術，並促進產官學研合作，開發高自製率與高自主率之 3K 產業智慧型製程關鍵模組，提升台灣傳統 3K 產業整體生產效益，降低 3K 產業外移與外勞引進數量，並提升產品良率與創造高附加價值之產品。

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