智慧製造全球政策及智財解析暨 台灣工業工程相關研發契機

Global Policy and Intellectual Property Analysis of Intelligent Manufacturing: Opportunities for Taiwan's Industrial

Engineering Research Community

樊晉源 1 Chin-Yuan Fan 張瑞芬 2 Amy J. C. Trappey國家實驗研究院 國立清華大學

科技政策研究與資訊中心 工業工程與工程管理學系

1Science & Technology Policy Research and Information Center, STPI and 2Department of Industrial Engineering and Engineering Management, National

Tsing Hua University

(Received October 6, 2017; Final Version May 20, 2018)

摘要：智慧製造乃是現階段我國產業發展之重要議題，本文旨在針對“智慧製造”之各國推

動政策與其發展趨勢及重點技術進行一統整性解析。本研究透過世界先進六國相關政策比較

分析，進一步針對相關技術之世界各國智慧製造發展路徑進行統整，並針對智慧製造之重點

發展路徑，以感知層、網路層及應用層之發展趨勢進行解析。探討智慧製造之全球專利佈局，

據以闡述我國現階段智慧製造之發展狀況，及所面臨的挑戰和亟需精進之關鍵要項。最後，

藉由對我國科技部工業工程與管理領域近年的提案歷程，提供領域學者於智慧製造研發上的

策略方向，期能對台灣製造業之全球競爭優勢有所助益。

關鍵詞：工業 4.0、智慧製造、產業政策分析、專利分析

本文之通訊作者為樊晉源，e-mail: cyfan@stpi.narl.org.tw。

本研究部分由科技部工程司專案研究計畫 (計畫名稱：智慧機械暨工業 4.0 技術標準與智財動態觀測平

台建構及研發策略分析；計畫編號：MOST 106-2218-E-007 -012 -MY2) 所補助，特此致謝。又本研究

相關研究資源亦獲得國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心 (STPI) 專利團隊虛實整合計劃的全力支

援在此特表謝忱。

管 理 與 系 統 第廿五卷 第三期 民國一○七年七月 291-319 頁

Journal of Management & Systems Vol. 25, No. 3, July 2018

pp. 291-319

doi: 10.29416/JMS.201807_25(3).0002

292 管理與系統

Abstract: Intelligent manufacturing is one of the most important directions in Taiwan’s industrial

development. In this research, we analyze and synthesize the intelligent manufacturing (IM)

development policies of six countries as reference models for Taiwan’s IM strategic plan. These

nations are the leading technology innovators and solution providers in regards to IM. The study

also conducts the comprehensive portfolio analyses of the related patents in three critical layers of

IM technologies, i.e., sensor, networking (i.e., connectivity), and application layers. Based on the

comparison of Taiwan vs. the other leading countries’ patent portfolios, the research derives

concluding recommendations for the strategic focuses of industrial engineering and management

(IEM) scholars pursuing IM technology research and development.

Keywords: Industry 4.0, Intelligent Manufacturing, Industry Policy Analysis, Patent Analysis

1. 前言

工業 4.0、智慧製造及虛實整合 (cyber-physical system, CPS) 、均為產業革新之議題。概

觀論之，工業 4.0、智慧製造、虛實整合三者均緊密關連，其主要鏈結，在於如何有效將傳統

之生產、製造、物流、服務等各類型模式，透過物聯網及人工智慧與機器學習、機器智慧，

進行各模式之組合與連結，讓製造服務能達成快速、大量客製化，高品質、產品及服務的目

標。嚴格說來，現階段工業 4.0 是定義範圍最廣的 “第四次工業革命” 概念，其主要意涵是運

用智慧製造、虛實整合、物聯網及一系列之資通訊技術 (information and communication

technology, ICT)，有效達到各類型製造業之智慧化、無人化、客製化的意境，而智慧製造及

虛實整合可被視之為達到工業 4.0 終極目標之手段和技術。

第四次工業革命 (工業 4.0)，現階段逐漸成為各國重點討論及政策重點布局之核心。鑒

於各國現階段之發展及領域均有所不同；勢必須要針對此類議題進行更進一步之關注，為此

本篇文章特別針對相關議題之發展，進行全盤性之概述，並進一步思考各國(包含我國)現階段

在此領域之政策發展及重點技術布局。本研究透過專利分析，藉由重點領域之專利檢索，盤

點各國之重點發展技術佈局，期望透過精準之重點整理，探索我國在工業 4.0 中之技術含量，

藉由科技政策，重點技術發展及專利佈局交叉分析，本文進一步思考現階段我國之政策目標

與既有技術能量之匹配程度，並進一步解析我國現階於工業 4.0、智慧製造、CPS 之研究及其

智財佈局之重點發展策略。本文之架構分成以下數個章節。首先優先針對世界各國在智慧製

造領域之政策及相關策略發展重點進行全盤性之概述，這目的在於完整評估各國對於智慧製

造及工業 4.0 相關技術之全盤性思考政策，並了解現階段各國之重點政策及相關領域分析，之

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 293

後進一步藉由智慧製造中，最為重要之核心技術領域，分別為感知層、認知層及應用層角度，

進行全盤性的專利分析，從中思考我國及各國在專利領域中，較為不同之地方，並進一步針

對重點專利佈局方向進行思考，從中思考世界之發展狀況，從兩者比較中，找到一個較為穩

健的出發點，並進一步思考未來之發展狀態。這部分在第 3 節中，進行闡述。第 4 節則反思

我國於智慧製造之技術概況尤其在感知層及應用層之技術概況，並進一步加以闡述，第 5 節

則進一步針對工業工程學門學者投入狀況進行分析與整理，並從中思考學門學者應投入及加

強的出發點。期望進一步透過此一完整之分析，幫助學門學者掌握住重點領域發展方向。最

後則期望透過一系列完整分析，掌握我國掌握住智慧製造之相關發展趨勢，進一步思考其未

來整體應用。

2. 智慧製造國際推動策略與趨勢

透過前述之論述，本節首先針對現階段各國對於智慧製造及相關策略發展進行文獻探討，

對各國之政策發展進行概述，並針對此一領域之技術現狀況進行具體之比較，以利於我國產

業及政策與世界各國之政策差異及參採。

在此一領域中，最耳熟能詳的政策如美國先進製造國家計畫、德國政府之高科技策略 2020

計畫、日本第五期發展計畫之超智慧社會 5.0 計畫，中國 13 五計畫的製造 2025 計畫。上述四

項計畫均是為較上層之科技大方向計畫，而在此一系列之上層計畫下，擴展開各項細部計畫，

均著重於工業 4.0、智慧製造及虛實整合相關領域之發展，以下即針對各國各類型政策進行統

整，並進一步概述我國現階段執行之政策，以利相互進行比較。(張瑞芬、樊晉源，民 106a)。

2.1 美國先進製造國家計畫

美國先進製造國家計畫最早可追朔至 2011 年，2011 年 5 月美國總統的科學技術顧問委

員會提出「確保美國先進製造領導地位報告。」，此一報告造成廣大之迴響，而主要形成策略

是在 2011 年 6 月 24 日，美國總統 Obama 正式宣布啟動先進製造夥伴計畫 (advance

manufacturing partnership, AMP) 計畫，這一計畫主要目的即在於提升製造業之製造能力，進

一步協助製造業之製造機會回流美國，加強美國之競爭力。同年 12 月，美國商務部針對此一

計畫，設立「先進製造國家計畫辦公室 (advanced manufacturing national program office,

AMNPO)」並在 2012 年 2 月，由美國國家科學和技術委員會 (NSTC)，擬定「先進製造業國

家戰略。」(黃財丁，民 104；黃鋰，民 106)。

此一計畫現階段主要操作模式，在於結合政府、產業、學術及研究各領域，積極思考在

智慧製造領域所可能產生之各類創新狀況，並且由政府帶頭，有效提升美國在先進製造重點

領域之發展效果，此一計畫將藉由國家創新網路平台之協助，預計在 10 年間，成立 45 個製

294 管理與系統

造創新網路的相關研究院，截至 2016 年 4 月已成立了 10 個研究院，當初目標是希望 10 年成

立 45 個製造新創網路中心或研究院。「先進製造國家計畫辦公室 (advanced manufacturing

national program office, AMNPO)」已經改成 manufacturing USA，響應川普之製造回流政策，

此一計畫現階段所組織的 10 個研究院，分別為國家積層製造、數位製造與設計創新、明日輕

量創新研究、美國力量-電力電子製造創新研究、先進附合材料製造創新、整合光電製造創新

研究、軟性複合電子製造、先進紡織纖維製造創新、智慧製造領導聯盟、快速先進製程創新

研究。

透過上述分析，可發現美國先進製造國家計畫主要之發展在於結合產、官、學研之能量，

藉由主題型研究院的成立，將各類型先進技術有效實現。其主題相當廣泛，其實都是為了下

一世代先進製造相關議題進行各類技術之實驗，整體發展相當完善。對全方位智慧製造之人

才培育有所助益。(Lu, 2017)。

2.2 德國高科技策略 2020 計畫

德國政府在智慧製造推動上處在國際領先地位。最早在 2011 年 1 月，即正式啟動高科技

2020 戰略計畫，此計畫旨在調整德國國家創新結構之缺失，計畫目標涵蓋經濟、人才、能源、

創新、電動車、專利審查等五個大構面。嚴格而言計畫不單單僅有智慧製造，此一計畫可說

是一完整且複雜之全面性產業經濟結構再造計畫，期望透過一系列之創新，有效改善德國產

業體質，確保競爭優勢。

在 2020 計畫中，主要仍以大方向大範圍為主，對於較為細部之工業技術較少著墨，因此

德國在 2012 年 7 月進一步提出「高科技戰略行動計畫」。其最為著名之「工業 4.0」即列名其

中，此計畫重點概述如下：

(1) 積極將軟體與系統嵌合，透過軟體系統之結合，進一步結合網路，有效達成虛實 (cyber

physical) 整合，透過虛實整合強化工業自動化發展。

(2) 除了強化工業領域外，更進一步建議將自動化及虛實整合相關概念整合至各類型應用領域

之相關服務，藉由一系列之幫助，將工業 4.0 之觀念拓展至各領域。

(3) 藉由此一系列新觀念，有效拓展未來更多就業機會，並在智慧工廠與智慧生產中，強調人

機互動所產生之新機會，藉此帶動新的服務模式。

(4) 確保網路資訊之安全及規範。

(5) 建置基礎建設與確保開放標準，進一步以此做為推動網路化中安全且容易信賴的基礎。

透過此一系列之建議，德國政府在 2013 年更投入 2 億歐元，補助相關計畫。在運用網路

有效串連製造、技術與傳輸工具，並強調各機台或工具間可以互相溝通，智慧協調、達到製

造系統虛實整合之效果。並透過模範領導廠商，有效針對德國工業4.0解決方案進行全球行銷，

這也正是德國工業 4.0 技術及智財佈局之戰略方向。(黃財丁，民 104；黃鋰，民 104，黃鋰，

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 295

民 105)。

2.3 日本 Society 5.0 計畫

日本在智慧製造及工業 4.0 領域之研究也頗有著墨，日本最早在 2013 年即提出產業振興

相關計畫，此一計畫之目的即在於針對四個主要面向進行展開，它包括：(1)創新計劃、(2)科

研經費與製造業競爭力、(3)人力資源、(4)產業界發展重點，加強日本在產業競爭力之發展。

日本政策更將此四個面向進行整合，提出 Innovation 25 計畫，預計將透過一完整構面，有效

提升日本在 21 世紀時之工業、技術等重點能量，打造出極具競爭力之智慧日本。

日本並於 2016 年統合 Innovation 25 計畫，規畫出 2016-2020 之第五期科學計畫，簡稱為

「Society 5.0」 計畫。此一計畫主要目的在投入 26 兆日圓，期望於 2020 年實現 GDP600 兆

日圓的目標。其主要包含三個構面，分別是：(1)追蹤未來產業創新和社會變革挑戰、(2)協助

地方科學技術相關創新、(3)藉 2020 年東京奧運進一步推動科學技術發展。最值得關注的是日

本將產業創新和社會變革挑戰串連起來考量，成為一超智慧社會並形成了 Society 5.0 的中心

價值，現階段此一計畫已正式於 2016 年 4 月開始執行，重點在針對此系列計畫提供支援，有

效提升日本整體社會之研發能量，為此重點特別改在物聯網、大數據與人工智慧等項目，期

望有效拓展出真正的新世代社會。除了上述重點發展之外，日本政府更進一步針對物聯網相

關之推動標準及智慧社會示範特區相關進行規劃，期望可透過此一系列軟硬體之結合，有效

提升日本整體競爭力，達到產業、生活、生存之平衡方式。(陳鐵元，民 105；黃財丁，民 104；

黃鋰，民 104 ; 魏傳虔、陳賜賢，民 104)。

2.4 中國製造 2025 相關計畫

中國製造 2025 旨在由現今之製造大國邁向製造強。「中國製造 2025」依據中國之第 12

個五年發展計畫中，明確訂定之未來需要朝向高級設備及製造業領域中的重點方向進行研究，

並進一步思考國家經濟發展潛力和未來之發展空間，依據此一系列之指導原則，2015 年 5 月

19 日國務院正式發佈中國製造 2025。中國製造 2025 主要運用三步策略，第一步在於運用十

年時間，針對重點領域及重點技術進行強化，有效提升中國之製造品質；這部分將以製造業

數位化、網路化及智慧化為主，第二步則是期望中國在 2035 年間，可以將製造業水平拉抬到

世界製造強國中等序列水準，並期望整體創新能量可以大幅提升，近一步成為全球創新之領

導國家。第三步則是期望在 100 年內，中國製造業大國地位更加穩固，綜合實力進入世界強

國行列。在此一系列計劃中，中國政府特別針對重點技術，設計各類型重點技術研究中心，

這些重點技術包含新一代資訊科技、智慧製造、積層製造、新材料及生物醫藥等領域之大方

向，並規劃每兩年進行一次滾動式修正，透過定期之評估與探討，思考其重點技術之必要性，

並進一步從中找尋新世代技術發展之脈絡。(黃財丁，民 104；劉耕睿，民 105；魏傳虔、陳

296 管理與系統

賜賢，民 104 )

現階段中國 2025 主要之發展方向可分成 23 個重點方向，這 23 個重點方向主要包含 10

大重點領域，分別是新一代資訊科技 (與人工智慧有所關聯)、高階數值控制工具機及機器人、

航太空設備、海洋工程設備及高科技船舶、先進軌道交通設備、節能與新能源汽車、農業設

備、生物醫療及高性能醫材。其中 “新一代資訊科技技術” 應為智慧製造之決策核心，而高

階數控工具機與機器人則較屬於智慧製造之硬體發展部分，這些均可視之為於現階段中國版

本工業 4.0。

概言之，中國製造 2025 較為偏重由績效指標去判斷計畫成效，其目標較為務實，嚴格而

言其對未來世界的想像較少著墨，整體而言的確較具中國色彩，就是透過相關指標，進一步

回朔至相關計畫成果，從中思考計畫成效。優點在執行狀況可以預期，缺點則是較無法針對

突發之創新科技和技術進行規劃，這部份中國之做法將是透過專家意見進行計劃之加入，但

整體是否有所改善，仍須未來驗證。(劉耕睿，民 105)。

2.5 歐盟「展望 2020」計畫

2014 年歐盟提出展望 2020 計畫，此一計畫主要目的在運用各類型的補助，期望有效運

用歐盟與其他單位之合作，解決人類基本問題，其中智慧先進製造系統即是最受到重視的六

大關鍵技術之一，其計畫框架即鎖定在未來工廠 (factories of the future)，隸屬於第七研發框

架 (FP7)，下有六個分項計畫，包含金屬三次元微零件生產技術開發、先進立體電路板成型

微裝配技術、不同材質之功能博片積層、高品質多材料微零組件、克服各類型材料在智財中

之挑戰及運用彈性等各類型不同之加工與生產技術之挑戰。歐盟展望 2020 計畫期望能突破現

有之技術限制，有效改善歐盟在製造領域的競爭力。此一計畫預計在六年內，投入 1.15 億歐

元，現階段共有超過 150 個相關之研究單位針投入此六大項研究計劃。(孫彥紅，民 102)。

2.6 我國智慧製造相關政策

我國智慧製造相關且較為完整的方案可追朔至 2011 年「智慧自動化產業發展方案」。此

方案旨在將資料處理、訊號感測、智慧決策、動作控制等關鍵技術推展至智慧機器人之相關

應用，並進一步期望成為 “智動化生產系統” 結合我國經濟部 (工業局、技術處)、科技部等

部會，期望帶動十個重點產業發展。此一計畫可謂我國相關計畫之濫觴。(吳國偉，民 105；

DIGITIMES 企劃，民 105a)。

我國智慧製造計劃 2016 年之發展，期望結合產、官、學、研四方之能量，有效提升智慧

製造之整體研發能量。而其產業重點主要鎖定在航太、金屬運具、紡織食品這三大類，並搭

配智慧技術 (包含機器人、物聯網、大數據、虛實整合 (CPS)、精實管理、3D 列印) 及智慧

製造機台等技術，進一步有效拓展其整體發展模式。期望未來可將我國成功模式輸出，有效

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 297

拓展我國在智慧製造軟硬體及服務上之產值。而我國在這項計畫中，將分為四年進行發展，

主要投入金額預計在四年內達到 60 億元，主要發展地點將以中部，也就是我國現階段發展機

械園區的重鎮，未來更期望與學校單位及廠商單位一起合作，有效將此一產業活化，並達成

最大綜效。

現階段我國智慧製造政策之重點發展時程與脈絡，可參考智慧機械辦公室所整理之推動

路線圖，如圖一相關之整理，這部分發展如圖 1，透過圖 1，預計在 4 年內能有效結合產學研

發展綜效，提升智慧製造技術發展，並與相關廠商進行實質的合作。(陳鐵元，民 105；彭達

仁，民 105)。

2.7 智慧製造各國相關政策比較

藉由上述各國相關智慧製造政策之闡釋，可發現現階段各國在智慧製造政策面，大致可

區分為四種層級。此四種層級主要因應了各國資源的差異，其發展方向也有所不同。(張瑞芬，

民 104；張瑞芬，民 105；張瑞芬，民 106)。

2.7.1 先進技術追蹤及重點技術領域發展組

落在此一層級的，首推美國和歐盟的相關計畫。基本上美國的先進製造計畫及歐盟 的「展

望 2020」計畫兩這都是以追求重點及創新之製造發展科技技術為主，這其中以美國之先進製

造計畫最為顯著，透過推動策略規劃及籌組相關聯盟等手法，積極針對各類型技術進行研發，

其目的明顯是結合各種資源，真正達到 “智慧” 製造的層級。此一層級的國家主要掌握了豐

富的資源，但其製造業及整體產業近年來發展遲緩，且多數製造業均外移至其他第三世界國

家，因此勢必需要替代性較強的先進技術，藉此尋求製造業的突破，並強化其整體經濟及資

源生產力。在這類形狀況下，當務之急是思考更先進之替代性技術，做為強心針，有效取代

現階段外移差不多逐漸被取代的舊有技術，有鑑於此美國及歐盟都對投入各類型先進製造技

術進行此方面之研究，包含著重於研究新世代之材料，積層製造 (3D 列印)、等各類型先進製

造技術 (整合光電、軟性複合電子)，這部分均顯視現階段這類型國家在智慧製造領域著重在

技術開發，對於資源整合，整體目標規畫部分，則似乎不是重點，這也代表這類型國家追求

之目標在於思考未來如何有效提升自己本身之製造能量，用最少之人力，達成最大之綜效，

這是這類型國家追求之目標。嚴格說來這類型國家發展策略較不複雜，追求的是未來發展相

關技術可行性，這部分較符合先進國家及重點國家之發展需求。

2.7.2 追求資源及能量之整合

落在此一層級的國家，以德國及日本兩者最具代表性，兩者主要計劃目標不在追求最新

的技術，而是在統一各類型資源，並從成熟技術中找到最適之切入點，以有效改善整體環境

及產業狀況。從德國的狀況來說，推行工業 4.0，即在於有效運用並結合網路，改善整體工業

298

管

理與系

統

圖1

智慧機械推動推動路線圖

（摘

錄自智慧機械辦公室

智慧機械產業推動策略與作法報告

)

298 管理與系統

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 299

環境狀況，嚴格說來這並非是創新科技，而是將整個觀念系統化、完整化並結合產業進行推

廣 (這也可視為最大之創新處)。期能有效整合產業特色，將此能耐做有效之推廣與應用，正

是追求資源及能量整合之完美表現。

至於日本，其主要在此一領域之發展方向則是以規劃未來社會藍圖為主。現階段日本

Society 5.0 計畫主要奠基在東京奧運 2020 年架構載具，期望藉由此一架構，有效提升及統整

各項資源，藉由資訊網路及新世代通訊技術，尤其是物聯網技術，做為主要之聯結，進一步

邁向智慧製造及智慧社會之基石。

2.7.3 確定及訂定目標導向之重點發展方向

此一層級主要以中國之發展為主，此一層級之主要思考方向與第二層級差異較小，但是

重點在於訂定較為嚴格之績效指標 (KPI) 與目標。此層級以中國最具代表性。中國明確透過

其 2020 及 2025 中國製造業判斷指標做為判斷準則，並從中訂定相關之生產製造指標，並已

達成指標之範圍做為判斷準則依據。

2.7.4 重點領域加強及深化領域發展

此一層級之國家因資源有限，技術發展也與上述層級有落差，因此對於發展之項目僅能

選擇較為重點之發展方向。現階段我國應屬於此一層級。我國雖在自動化及智慧化領域發展

頗早，但嚴謹的完整規劃較為不足。宜發展選擇性之領域予以深化。智慧機械發展及因應我

工具機發展之產業基礎成為深化領域發展重點，惟如韓國、中國擁有明確績效指標，或德日

能聚明確之統整 “資源”，是我國須積極努力的方向。

透過上述分析，可發掘現階段我國在推動智慧製造政策，整體而言逐漸限縮至智慧機械

領域部分，這部分雖可避免資源浪費，且可以針對特定領域進行，但我國是否能訂定明確可

實現之目標，透過此一目標進行可行之資源整合，並藉由此一資源整合，訂定出明確之時程

表，有效達到真正之智慧製造深化領域的目標，應該是未來值得關注之重點。為此，本研究

將首先針對智慧製造各國之重點專利分析進行一概況分析，進一步再透過專利分析狀況，思

考智慧製造相關之重點策略，現階段本研究首先運用重點關鍵字智慧製造及其相關關鍵字

(包含 intelligent manufacturing、intelligent production、intelligent manufacturing field、 intelligent

manufacturing system、intelligent factory、intelligent manufacturing equipment、intelligent

manufacturing development、 intelligent manufacturing technical field、intelligent manufacturing

concept、intelligent manufacturing industry、intelligent manufacturing technology 等相關關鍵字，

並將其設定在必須出現在標題、摘要及權利項部分，檢索專利鎖定再公開件，年份部分未鎖

定)，針對前述之重點技術國家進行分析，進行專利佈局搜尋與分析，透過分析結果 (如圖 2)，

可發覺現階段重點國家中，最為重要之專利佈局領域多半著重在 G05B、G06Q、G06F、B25J、

H04L 此五個 IPC (international patent classification，國際專利分類) 領域，而這五個大項分別

300

管

理與系

統

圖2

智慧

製造各國專利分析

(運

用相關關鍵字所搜尋之世界各國專利

。)

300 管理與系統

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 301

在 IPC 分類中，依序分別為傳感元件相關、數據管理相關、電子數位資料傳輸相關、機械應

用相關、數位通信相關。統合這五大相關領域，基本上與現階段發展之智慧製造最為核心之

三領域：感知層、網路層、應用層息息相關，這其中感知層所包含的即是 G05B 領域、網路

層則以 G06F 和 H04L 有所相關、應用層則分別為 G06Q、B25J，綜觀此五大領域，可發覺現

階段所占之專利數量，已超過總數之一半，這其中可發現中國佈局專利數量最多，而我國專

利數量佈局較差，這部分似乎值得進一步思考。

如前所述，第 3、4 節將運用專利分析，進一步針對智慧製造之最為核心的三個領域：感

知層、網路層、應用層，審視我全球和我國在此三層專利佈局之強弱。期能運用更為嚴謹之

角度，研擬我國在智慧製造領域的重點專利突破策略，以利重點深化智慧製造領域全球競爭

優勢之實現 (張瑞芬、樊晉源，民 106a；張瑞芬、樊晉源，民 106b)。。又依據全球及台灣智

慧製造之發展比較分析，本研究更將於第 5 節針對科技部工業工程領域中智慧製造相關研究

計畫之執行重點和歷程，進行統整概述。並對未來之研發策略，提出發展方向之建議。

3. 智慧製造關鍵技術發展之全球智財趨勢

從前一節之政策分析，可發現現階段智慧製造領域台灣在政策部分時不需要盲目追求大國

策略，應仔細思考自身所擁有之需求，再進一步思考我國現階段之發展方向，根據 DIGITIMES

報導，在製程自動化與資訊化管理方面，雖多數大型企業均已導入 ERP 與 MES，但中小企業

則尚未導入，評估台灣平均工業水準介於 2.0~3.0 區間，也就是半自動化及自動化之間，這樣

狀態離智慧製造仍有很大之差異；在機台設備物聯網與感測器應用部份，只有半導體單一產

業應用程度較深，其餘都有很大的進步空間，台灣平均工業水準僅約半自動化水準。其他項

目如彈性與最佳化製造能力、巨量資料分析、數位設計與製程模擬，以及數位化產品生命週

期管理，眾多業者尚停留在較低層次。此觀察結果顯示，台灣的製造業升級，必須先設法推

進至自動化水準，進一步之後才能演進至智慧製造，而這類型之重點發展，即在於針對工廠/

企業的優化階段進行自動化管理，導入雲端與大數據平台以提升生產力。(DIGITIMES 企劃，

民 105a；DIGITIMES 企劃，民 105b；張瑞芬、樊晉源，民 106b；Lee et al., 2015；Lee et al.,

2016； Zezulka et al., 2016)。

為了進一步思考台灣之相對應優勢及發展智慧製造之重點，本報告在此章節即針對現階

段智慧製造關鍵技術相關專利進行分析，主要分析標的分為三部分，分別為感知層、認知層

及應用層，由於智慧製造領域之應用層至為關鍵，因此進一步針對應用層進行更為詳盡之專

利地圖分析，期待藉由技術布局為現階段工業 4.0 中應用層部分進行明確之分析，明確探索全

球與我國之專利領域技術能量差異，並進一步透過專利地圖，針對現階段我國在智慧製造領

域適合發展之技術及相關系統整合方向，進行完整之論述。

302 管理與系統

3.1 感知層相關專利技術分析

首先針對智慧製造領域最重要之感知層進行探討，感知層部分主要目的是協助機器針對外

界狀況進行感知，這部分嚴格說來就像是人的觸覺、聽覺、嗅覺等各類型感官狀態，主要目

的在於協助機器，或各類型設備感知其他外在環境，並進一步與外界產品進行溝通，因此感

知層可說是智慧製造的媒介層，整體重要性不言而喻。而感知層又可進一步分為力量網路層、

距離網路層及觸覺網路層等三個領域 (Lee et al., 2015；Lee et al., 2016；Zezulka et al., 2016)。

在本研究中，主要針對相關感測器並應用於智慧製造之相關領域進行專利搜尋，並鎖定

於力量感測器、距離感測器和觸覺感測器相關關鍵字，這其中並參考最新的 IPC 及 CPC 分類

號，並鎖定 2000 年-2015 年開始之相關申請專利進行搜尋，另外由於考量資料庫之相關代表

性，因此本研究鎖定美國專利資料庫做為主要之專利搜尋工具。現階段可發現相關專利數目

較原始之感測器相關數目為少，主要原因即在於本研究鎖定相關智慧製造之關鍵字做為必要

出現之核心，因此相關關鍵字數目自然較少。

在力量感測器領域中，可發現研發專利主流仍然是以美國及德國為現階段主流，至於亞

洲國家則以日本之研發數量較居於多數，至於我國，表現較不明顯，數量較少，整體而言此

一技術領域之優勢並不明顯。至於距離領域之專利權人國家別分析，以日本為主要的專利申

請人，其次才是美國、韓國、台灣；其餘如中國、英國、德國等，其他國家。在距離感測領

域，可發現日本表現較佳，這部分比之觸覺較有不一樣之地方，不過領先國家仍是相同之三

大國家。另外進一步針對觸覺感測器部分進行分析，可發覺在觸覺感測器部分，主要申請國

家是以美國佔絕對多數，其他國家多半表現遠不如美國，這部分可解讀美國現階段仍為此一

技術領域之無可取代強權，其感測器在運用力量及針對力量進行回饋部分之發展仍較其他歐

洲國家為強，這部分未來發展勢必需要持續關注。進一步透過此三者之分析，可發現在感測

器領域，主要技術似乎仍掌握在美國、德國、日本三大技術國中，相比較之下，我國僅在距

離感測領域覺具有競爭力，至於力量及觸覺感測領域則仍有加強空間。

現階段觸覺感測器及力量感測器部分，力量感測器與工業 4.0 相關共有 228 筆專利資料，

而觸覺感測器與工業 4.0 相關共有 185 筆專利，而累積 10 年，可發現在觸覺領域共有 414 筆

專利權人資料，在觸覺領域共有 383 筆專利權人資料，這兩者均可以椅 2008-2010 年作為分

水嶺，在 2008 和 2010 年之前，幾乎是每筆專利即擁有一個專利權人，但是 2008 年之後，隨

著專利數量明顯上升，相對的專利權人數量也急遽增加，平均約每個專利權人擁有0.4筆專利，

這代表這兩領域之技術並未集中於特定公司，反而是越來越多的廠商投入此一領域，也間接

證實此一領域至2010年後發展逐漸活絡化，越來越多廠商投入此一產業，而且技術交互合作，

整體產業發展狀況精彩可期。

進一步針對專利權人進行數量分析 (參考圖 3)，可發覺在觸覺感測器領域，主要仍是以

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 303

德國及美國之重點發展廠商較為領先。這類型廠商發展重點主要在於觸覺感測，包含胎壓偵

測，工廠偵測及機具偵測等相關領域，不過值得注意的是，相對應一些著名之研究型大學，

包含南加大、麻省理工在此一領域表現也非常顯著，值得注意。

至於距離感測技術部分，共搜尋出 571 筆美國專利，有 417 個申請人，平均一個專利申

請人有 1.4 個專利，圖 3 在 2009 年之前，專利數量與專利權人數量幾近同步，為一專利一專

利的現象，顯示技術仍分散，並未集中某些特定的專利權人。2010 年後開始進入專利積極申

請階段，出現同一專利權人有多件的專利申請案。這部份發展與觸覺領域表現頗為相關，幾

乎都是在 ICT 技術及網路技術開始發達，工業 4.0 相關概念開始起來之後，整體技術領域開

始積極發展。

依據專利的數量，圖 4 為主要專利權人分析，在國家別的分析時以日本的專利數量最多，

但以專利權人分析當中，專利數量最多的前十名，以日系公司最多如 Sony、Sharp、Seiko Epson、

Panasonic 等；美系公司則以 Apple、Synaptics (新思)、Microsoft 三家為主，但專利數量最多

的卻是韓國最多，韓國的專利集中在 Samsung。

在力量感知領域，則發現專利權人以 Immersion Corp 具有最多的專利，此家公司專營攜

帶性裝置觸控感測器，此部分現階段發展也逐漸將力道那入考量。因此此部分自然也成為此

一領域之重點廠商，至於其他領先廠商，也多半跟攜帶性裝置息息相關，因此包含著名之

Apple、IBM 和 Black Berry 均名列其中。

現階段 (圖 4 與圖 5) 透過專利權人之統整，可發覺三類型廠商之應用狀況與態度截然不

同，觸覺感測器主要廠商偏重於工業應用，工業偵測領域，距離感測器則因為貼近於消費者

端，故使用範圍以消費者端廠商為主，至於力量感測器則主要發展廠商偏重於攜帶性裝置及

物聯網廠商，未來將進一步針對廠商及其熟悉之技術進行進一步分析。而這三者均是在 2010

年左右開始爆炸性的成長。這代表廠商之發展似乎也看到物聯網及技術相關之商機，透過大

量之專利布局積極發展此相關領域之應用，但是不同類型廠商布局重點自然不同，這也是研

究人員必須持續思考之相關狀況。綜合言之，智慧感測器的技術現階段仍是以美、日、德三

者為主要領先族群，三者在領域間仍互有差異，在較為傳統之觸碰感測器領域，似乎仍是以

美國及德國為主，例如德國 Nctengineering Gmbh 和 Bosch 主要強項在測量力道及壓力相關之

運用裝置，但美國 BOEING 主要發展偏重於觸控感測裝置之零組件應用。

至於距離感測器部分，雖然德國及美國仍為技術領先者。但技術的掌控權以日本企業為

主，過去以電容方式和光電方式兩種類型為主，但近年已慢慢有不同類型的技術專利出現；

台灣的在距離感測的技術類型上以電阻元件、光電方式兩種技術為主，技術競爭者在電阻方

式為 Sharp、Fujitsu Component；在光電方式以 Seiko Epson 為主，其他如 Samsung Display、

Alps Electric、Sharp 等，力傳感、聲波、電磁、導線集合方式等近年內逐漸出現的技術則是

台灣未曾有申請的技術範圍。

304

管

理與系

統

圖3 專

利權人每年趨勢及前

10大專利權人數量（觸覺領域相關）

304 管理與系統

智慧

製造

全球

政策

及智

財解

析暨台灣

工業工

程相關

研發契

機

305

圖

4 專利權人每年趨勢與前

10大專利權人數量

（距離領域）

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 305

306

管

理與系

統

圖5

專利權人每年趨勢與前

10大專利權人數量

(力量領域

)

306 管理與系統

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 307

力道感測器部分，發展領域現階段則較為單一，整體狀況仍以美國作為主導，但是力道

感測器與物聯網技術及消費端產品之結合最為重要，這部分似乎是發展之核心。因此這部分

似乎是特別值得注意之領域部分。

總之感測器技術發展現階段關鍵技術部分仍是以技術領先國美、日、德三者為主，此三

者運用於工業 4.0 相關領域之發展方向均有所不同，德國廠商在觸碰領域之感測技術覺為擅長，

但此領域技術覺著重於壓力偵測及相關大型器械之運用。至於日本廠商則在於偵測距離領域

具有較大優勢，尤其是現階段之電阻感測器最強。而感測力道之感測領域則是以美國為獨強，

這部份對於人體及機器相關之偵測最為重要，也是現階段之工業 4.0 之技術核心，但此部分發

展仍相當匱乏，此部分未來將是邁入 4.0 時重要技術連結挑戰點。

3.2 網路層相關技術之專利分析

前一節之感知層主要是協助機器感之外在環境，可說是機器的眼睛、手腳等部分，但是

要完成智慧製造，機器的大腦及機器間是否可以互相溝通，並即時交換訊息這一階段之研究

更是需要進一步檢視，這部份所牽涉到之標的即為現機械式通訊技術，機械式通訊技術更可

說是網路層之重點核心，機械式通訊技術近年來在 3GPP/IEEE 802.16/oneM2M/ETSI 標準組織

的推波助瀾下，大量型機械式通訊 (massive machine type communications, mMTC ) 發展快速，

尤其接下來發展下世代通訊的過程，mMTC 技術更是實現未來運用情境不可或缺的重要技術。

也可說是工業 4.0 之核心。(Trappey et al., 2016; Trappey et al., 2017)。

本研究之相關專利依照近年來技術之發展，優先鎖定與智慧製造相關之關鍵詞做為最重

要之分析標的，再觀察近幾年有關 MTC 技術發展現況，以美國專利局資料庫為主要檢索資料

庫，根據觀察合作專利分類 (cooperative patent lassification, CPC) 發現，H04W/005、

H04W/006 與 H04W/008 與 mMTC 技術最為相關的分類號。並找尋在 2005-2016 年間申請之

專利，以便觀察 mMTC 技術在近 10 年發展趨勢。在經過去專利家族程序後，專利檢索數量

總共是 1027 件，其中有效專利 (active) 有 933 件，失效專利 (expired) 有 94 件；獲得專利權

專利有 336 件，申請中專利有 693 件。以下將針對專利申請年、專利申請人的國家別、專利

分類等進行專利的解析。

據投入的研發人力與專利申請的數量比較圖 6，發現 2004 到 2010 年間算是 MTC 技術的

萌芽期階段，具有較少的專利數與研發人力投入；2010 到 2013 年為技術快速成長期，產業對

於 mMTC 的技術與市場價值評估，認為具有競爭力，因此紛紛開始競相投入人力與資金的研

發，促進此技術的快速發展；2014 到 2015 年專利申請數量與發明人數下滑，屬於調整期。經

整理後，專利權人共有 303 位包含產官學研與個人，前十名的專利權人占此專利池約 40%，

並未有專利權人獨占此技術的情況，mMTC 技術專利主要專利權人分布。主要專利權人為

Samsung、LG、Qualcomm 與 Ericsson。

308 管理與系統

圖 6 專利與專利權人數量

台灣專利權人佈局時間從 2010 年開始，持續歷年皆有專利佈局，但數量偏少。2015 年

總投入研發人數約 56 人左右，統計投入專利權人公司與研究單位約有 25 家，所視如圖 7。

由前述敘述，可知現階段技術發展仍是以行動通訊應用為主，緊接著是連接管理、網路

協定與網路架構這些部分之應用，由此可知未來物聯網通訊中，仍是以發展更快之行動動通

訊應用及整體之架構為主，這部分目的在於有效規劃整體技術運用這部份顯示出現階段發展

仍在覺於早期之階段，未來此領域之布局仍待進一步思考其技術方向。

3.3 應用領域--智慧工廠之專利分析

前述兩者主要針對工業 4.0 中，最為根本之技術領域進行統整，即工業 4.0 如何將上述兩

項重點技術 (感知層及網路層)，分別進行重要之應用，提升整體產業效能，實現智慧製造之

目標。嚴格說來，此一層即包含 IT 和 OT 融合的創新技術，並進一步針對所為智慧工廠(智慧

工廠即是結合工廠營運或實體世界的操作技術 (OT)，並進一步串聯虛擬世界，故須引用虛實

之間的介面技術，也就是資訊技術 (IT) 所整合之成果。)

本節進一步將針對工業 4.0 現階段最有價值之應用領域相關專利進行分析。本研究分別針

對重點之智慧工廠進行分析，期望透過一系列之專利分析，進一步了解其專利佈局。主要之

分析工具根據智慧工廠之相關檢索條件檢索進行美國核准專利庫之專利時間檢索，重點關鍵

字單純鎖定智慧工廠、智慧製造、智慧生產之相關變體，至 2005 年 (含) 起核准公告專利檢

索結果為 307 筆，專利清單，進一步針對專利申請年、專利申請人的國家別、專利分類等範

圍進行專利的解析，了解目前各國在智慧工廠相關之專利及技術領域範圍。

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0

50

100

150

200

250

300

350

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

專利

權人數

(百人

)

專利

數(件

)

申請年

專利數 發明人數

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 309

圖 7 台灣研發人數歷年統計

從專利提交申請後將有 18 個月的技術公開期，再進入專利實質審查階段，並依據技術內

容審查時間約為一至二年，因此專利從申請到獲證約需二至三年的時間。圖 7 為智慧製造及

控制相關的專利申請趨勢，從 1999 年起始，2003 年起逐漸往上增加申請量，至 2008 年達到

最高峰，之後逐漸下滑。而核准公告專利數至 2010 年達到最高峰，之後也逐漸下滑。顯示申

請與獲證時間並未拉長，時間介於 2-3 年。(參見圖 8)

專利採屬地主義與技術相關，智慧控制在美國 2011 年推出「AMP 計畫」，藉此重新取得

領先地位及德國 2012 年推動「工業 4.0 計畫」，維持競爭優勢的情況下，因此有必要針對主要

國家之專利數進行分析。現階段10大專利權人國家別分析，美國擁有絕大多數專利 (佔69%)。

其次為德國共有 33 件專利，台灣排名第三 (21 件)，數量上居於亞洲第一位，21 件專利中以

台積電的專利 (14 件) 貢獻最多，單純從數量狀況而言，這部分顯視台灣在半導體產業布局

智慧製造之技術在亞洲具有相對優勢。相關台灣之未來優劣勢，將進一步於下一章節進行分

析。(參見圖 9)

4. 台灣總體表現能量與狀況

嚴格說來本研究現階段單純從專利數量角度進行切入，進行相關台灣領域之智慧製造智

慧財產之能量判讀，此部分雖然僅對於數量部分進行判讀，並為進行道質量部分進行判讀，

但是仍指出現階段台灣在部分智慧製造領域缺乏足夠之能量，這部份能量仍有待加強。

0 10 20 30 40 50 60

2010

2011

2012

2013

2014

2015

310 管理與系統

圖 8 智慧製造及控制相關的專利申請趨勢

圖 9 智慧製造相關專利數目分析

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

專

利

數

申請年 公告年

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 311

藉由前述技術領域之通盤分析，可發覺現階段在智慧製造領域，我國在感知層及網路層

之技術部分數量能量較為不足，但在應用層領域表現較為出色，此一章節及進一步運用專利

地圖分析，針對國際領先廠商狀況，思考我國現階段與國際廠商布局點之差異，並進一步針

對此一狀況，思考我國現階段所擁有之策略。藉此對整體狀況做較為完整之分析，期望藉由

此一分析，可以完整提供較為全貌之技術地圖，進一步協助相關單位仔細思考，並進一步提

出較為完整之相關策略。

4.1 感知層部分

感知層可說是工業 4.0 技術中，機器能夠與外部環境及狀況溝通之核心，畢竟人與機器，

甚至機器與機器之間進行的連結，感知並收取訊息，可說是最為重要的第一階段。因此感知

層不但可說是基本，更是現階段 4.0 技術之核心。

然而現階段台灣廠商在感知層部分仍是以距離感測器中之較為傳統之電容和光電式兩者

為主，兩者主要運用在較為基礎之螢幕應用及資料輸入，對於較為複雜之應用，如協助機器

感知能量、熱度、溫度、甚至人體心跳變化等新式感知層應用，較為缺乏。如圖 10 所示，台

灣廠商在此領域的主要布局較集中於 touch panel 及其相關技術應用，顯示了現階段台灣廠商

在技術發展上與光電等應用領域相契合。但國際應用大廠 (Immersion、Apple) 主要發展，則

已經著重於力道感測及影像處理等高複雜感測器技術發展。因此台灣廠商在此一階段之技術

研發表現，雖有基礎成果，但就整體面評估則相對落後。未來可否善用現有感知技術及應用

基礎，針對新穎技術(包含聲波與音波及力道傳感部分)進行研發或尋求國際合作，將會是台灣

廠商發展的另一個契機。

4.2 網路層－大量機器通訊部分 (Massive Machine Type Communications, mMTC)

台灣與其他大部分的專利權人布局一樣，主要是在 2010 年之後開始布局，但是韓國廠商

三星早在 2008 年即針對此一技術進行布局，進一步思考台灣技術分類 CPC 布局情況，大致

與其他專利權人相似，主要是落於 HO4W 有關於無線通訊網路與 H04L 數位訊號傳輸。其中

的差異點是在 G06F 布局，屬於電子訊號處理部分，包含 G06F 3/00 電子訊號處理介面如輸出

/輸入訊號裝置鍵盤、滑鼠，G06F 9/00 控制單元如 remote initial program1me loading [RIPL]/

shutdown，技術範圍偏向終端裝置應用。

由下圖專利佈局中可發現技術領域大致可區分為兩群，分別是網路管理區域與資源管理

區域。在網路管理區域中，包含連接請求、裝置設定與封包傳遞，以滿足 Next Generation Mobile

Networks (NGMN) 聯盟預估的 20 萬個裝置串聯需求。在這個區域中，以三星與 Intel 為主要

布局專利權人。在資源管理區域中，為了實現優化資源配置，相關技術包含 M2M 資源配置

請求、無線資源配置、控制訊號管理與終端裝置連結等。在這區域中，投入的專利權人相對

312 管理與系統

圖 10 感知層專利佈局技術地圖分析

比較多包含 LG、Samsung、Qualcomm 與 Intel，相對競爭較為激烈的區域。在圖 11 中，以紅

色圓圈圈起台灣的技術落點所在區。台灣相關的專利主要也是分布在高度競爭的資源管理區

域當中，其中以 M2M 資源配置請求與終端裝置連結為主。透過此一分析，可以了解台灣主

要布局重點競爭十分激烈，可說是相當競爭之紅海市場。進一步思考台灣在此一領域之作法，

可發現台灣現階段之布局重點在跟隨國際大廠的研發腳步，大多技術領域與高通和 Intel 重疊，

因此勢必積極思考更具創新性的研發策略，並發展出具區別性、高價值之技術。

4.3 應用層－智慧工廠部分

台灣在智慧工廠部分表現可說是較前兩層表現卓越許多，這部分現階段強項幾乎都在智

慧製造及控制方面，現階段台灣共有 21 件專利，一半以上的專利權人為台積電 (14 件)，其

餘專利權人有工研院、成大、清大、華亞科、鴻海、旺宏電子、儒億等各只有一件專利，從

專利清單中可看出台積電之專利技術涵蓋目前智慧製造及控制的兩大主流技術，即程控系統

及數位運算或數據處理；行政管理之數據處理或特定業務之系統或方法也包含在其中，顯示

台積電在半導體智慧製造及控制方面具有相當之優勢。整體而言，台灣專利技術大部分是在

程控系統方面，不過專利數甚少。值得一提的是成大/前瞻科技與台積電都具有自適應控制系

統之技術，可消除虛擬量測反饋迴路之可依賴性及減少人為經驗判斷之損失，這些功能是台

灣在智慧製造及控制方面可以發展的技術。

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 313

圖 11 M2M 技術等高線圖分布

進一步思考台灣現階段之表現與國際大廠間之競爭態勢，透過專利地圖，發現台灣現階

段在此領域布局數與國際大廠不遑多讓，尤其是台積電表現更是亮眼，但是新世代機器人技

術及相關運用部分，這部分台灣表現似乎較沒有國際大廠西門子來的強大，而現階段智慧製

造即智慧工廠議題除了仍在強化程控系統與數位運算之外，機器人製造系統這部分也是逐漸

不可或缺之話題，因此這部分勢必是我國亟欲思考之狀況。

5. 工業工程學門努力方向與展望

工業工程學門學者之優勢，就在於善用各類型演算法及工具，有效強化並解決各類型不

同的研究問題，所以嚴格說來工業工程對於智慧製造可說是非常有幫助，綜觀上述觀點，首

先思考工業工程學者現階段計劃之分佈與方向，並透過此一分佈與方向，進一步思考工業工

程學門學者在智慧製造適合之切入點。做為判斷工業工程學門相關投入依據。

5.1 工業工程學者投入相關計劃簡述

嚴格說來工業工程學門研究學者對於國家相關計畫投入非常積極，現階段透過 GRB 系統

314 管理與系統

之整理，可發現工業工程學者每一年平均將近有 550-700 多個政府相關計畫，表現其實可說

非常亮眼，然而近五年來計劃數目逐漸減少，大約每一年均縮減 10%，這部分似乎是值得注

意的一點，進一步從計劃金額分佈狀況，可發現工業工程學門學者的計劃金額仍是以 100 萬

以內居於多數，總計 52%的計畫金額低於 100 萬，其中更有 35%金額在 50 萬以內。這似乎代

表工業工程學者之計劃雖然多，但嚴格說來均較屬於小額之相關計畫。

不過進一步針對工業工程中，執行智慧製造技術相關學者進行分析，可發覺狀況與上述

情形有所差異。基本上智慧製造領域之相關計畫有 17%，約佔總體第三大，是屬於高補助相

關計畫，這代表近年來智慧製造領域越來越被重視，補助金額也越來越高。進一步針對學者

申請之趨勢狀況分析，可發覺近幾年智慧製造相關申請量也逐年創新高，這代表工業工程學

者似乎也逐漸對智慧製造領域更為重視 (參照圖 12)。

圖 12 工業工程相關領域計劃申請狀況 (上為總體，下為智慧製造領域)

註：檢索原則--智慧製造關鍵字，如自動化、智慧製造、智慧生產、人工智慧與生產、自動化排程。

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 315

5.2 工業工程學者相關計畫發展方向

現階段工業工程相關學者之智慧製造計劃發展階段，可分為三階段，此三階段如圖 13 及

表 2 所示。

透過圖 13，可發現初始期主要是以自動化改善，製程動態相關技術為主，此一時期主要

相關計畫較少，偏重在整體系統的最佳化，但對於智慧製造中最為核心的物聯網及機器學習

相關技術，仍未有接觸，這一時期計劃相對較少，領域也較偏實際操作面。不過到了進展期，

2010-2013 時期，這一時期計劃數目較開始有所成長，主要重視主題也逐漸偏重在自動化、機

器學習、物聯網和機器相關，這一時期雖然仍未出現工業 4.0 之相關關鍵字，但是一些技術領

域逐漸與工業 4.0 有所相關，整體技術也逐漸走向智慧製造全面化的狀況。至於 2014-2016 時

期，整個工業工程領域中智慧製造已經成為其中一個重點發展項目，且研究方向也不單單僅

僅只是單純應用在工廠、工程領域，相對而言開始拓展至各領域，整體智慧製造計劃金額也

創下高峰，達到 205 億元規模，這代表智慧製造逐漸成為現階段之一大發展重點。不過可發

現另一個重點，在於現階段工業工程學者投入此一領域中，仍是以應用領域居為多數，這部

分未來似乎可以多多投入其他智慧製造相關領域，並進一步從中進行分析。

展望未來，工業工程學者在智慧製造領域，仍有很多領域可以發展，分別針對本研究所

概述的相關主題，分析如下：

(1) 感知層部分

透過專利分析，可發現感知層專利部分可說是現階段台灣廠商之強項，但嚴格說來台灣

專利強項在力量感測，其他部分國際強項均有所不足，建議人因及視覺相關研究學者可針對

距離與影像相關感知技術進行發展，或是進一步與廠商合作，提升我國在此領域之技術能量。

(2) 網路層

通訊層現階段發展方向在於爭取技術規格成為國際標準，而國際標準現階段嚴格說來均

掌握在大廠之手下，台灣在此領域如需突破勢必需要積極跟大廠進行合作，而現階段建議未

來工業工程領域之學者可思考藉由網路技術可靠度技術部份與，思考與國際標準連結，加強

台灣產業之競爭力。

(3) 應用層

此部分現階段是工業工程學門學者發表計畫最多與最相關部分，大數據、生產排程及智

慧工廠、智慧供應鏈管理，均是此一階段。此一階段未來發展方向可繼續思考結合演算法強

化各類技術應用相關為主，畢竟 AI 技術可說是現階段發展關鍵，而未來更期待可以進一步結

合，強化此一層級之相關應用。

316 管理與系統

圖 13 工業工程相關計劃發展階段與重點

表 2 相關工業工程領域計畫之重點申請人及關鍵字表

重點時期 相關計畫數目 相關工業工程計

畫關鍵字 所屬之智慧製

造相關層級 金額(總計)

第一時期 初始期

2007-2009

5 件 製程改善 製程動態 自動化 品質管理 品質管制

此一時期幾乎

都 仍 以 應 用

層、感知層為主

220,855 千元

第二時期 進展期

2010-2013

24 件 自 動 化 、 物 聯

網、機器學習、

製程改善、人工

智慧

應用層 18 件、

網路層 3 件、感

知層 3 件

608,165 千元

第三時期 拓展期

2014-2016

60 件 工業 4.0、智慧運

算、可靠度、智

慧製造、自動化

應用層 45 件、

感知層 10 件、

網路層 5 件

2,050,099 千元

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 317

6. 結論與未來展望

透過上述分析，可發現現階段台灣在智慧製造政策部分偏向更進一步追求特定領域之深

化研究，但是在專利部分之盤點，卻可以發現台灣在此領域中最為重要的感知層與認知層卻

較沒有技術優勢，這部分嚴格說來將是未來台灣發展此一領域之重點關鍵，感知層可說是智

慧製造相關之核心，畢竟如果機器無法感知外界之狀況，那如何談到所謂的智慧製造？現階

段盤點重點專利，可發現我國在感知層領域之專利嚴重不足，這似乎是另外一個值得思考之

隱憂。

至於另外一個重點在於智慧製造之認知層，認知層可說是機器通訊，機器溝通之重點領

域，這部份可說是讓機器瞭解外部狀況之重點發展領域，但是這部分跟感知層有一點差異，

畢竟感知層主要重點在了解外部狀況，所以可以運用不同之解決方案，但是通訊卻必須遵造

一定之標準，如果遵造不同之標準，機器間之溝通就會產生障礙，自然無法達成「智慧製造。」

這部分嚴格說來，台灣在此領域表現比「感測器。」領域來的好，但是進一步探討，台灣在

此領域之專利，主要鎖定在前一世代，許多都是 WIMAX 領域相關專利，這部分雖然不能說

跟現階段 3GPP 沒有關聯，但畢竟不是現今主流，這對於未來之發展也頗有隱憂。

展望未來，台灣對於智慧製造之發展，建議仔細思考自身之定位，如要追尋現階段之腳

步，除了必須先有效確定自己在下一世代之通訊標準中占有一席之地，更重要的是必須認真

看待基本功不足之處，台灣現階段重點廠商在應用層領域多少具有優勢，但是基本功(感測器、

通訊標準)仍然較為缺乏，這部分建議透過強化研究發展，統整領域，做為更進一步思考之關

鍵。

未來系統整合與應用在智慧製造領域如何突破，可以如何突破？嚴格說來現階段在應用

領域，台灣之發展可說表現較為亮眼，但是這部份剛好是系統整合最強之部分，這代表台灣

這幾年表現在智慧製造這一塊較為突出，建議未來台灣系統整合領域之專業人士，可以進一

步思考如何強化智慧製造相關技術之應用，並有效結合認知層及感知層，透過認知層及感知

層之幫助，才可以真的提升智慧製造之能量。

參考文獻

DIGITIMES 企劃報告，「整合 IT、工控與通訊 加速落實工業 4.0 轉型」，民國 105 年 a。

DIGITIMES 企劃報告，「建構工業 4.0 生產環境因應的嵌入式技術」，民國 105 年 b。

吳國偉，「產業焦點評論－台灣發展生產力 4.0 之觀察與建議」，產業情報研究所 (MIC) 報告

，資策會，民國 105 年。

孫彥紅，「歐盟『再工業化』戰略解析」，歐洲研究，第五期，民國 101 年，59-76 頁。

318 管理與系統

張瑞芬，「工程領域創新研發智財動態觀測分析- 2014 年報」，國立清華大學企業運籌與電子

化中心出版，ISBN 978-986-04-6374-3。民國104年

張瑞芬，「工程領域創新研發智財動態觀測分析- 2015 年報」，國立清華大學企業運籌與電子

化中心出版，ISBN 978-986-04-7789-4，民國104年。

張瑞芬，「工程領域創新研發智財動態觀測分析- 2016 年報」，國立清華大學企業運籌與電子

化中心出版，ISBN 978-986-05-1550-3，民國105年。

張瑞芬、樊晉源，「智慧製造國際推動策略與趨勢：美、德、日、中、韓、歐」，智慧機械

產業發展與關鍵策略，pp. 1-3-1-17，財團法人中技社出版，ISBN 978-986-96057-1-7，民國

106年a。

張瑞芬、樊晉源，「智慧製造關鍵技術發展之全球智財趨勢」，智慧機械產業發展與關鍵策

略，pp. 1-19-1-49，財團法人中技社出版，ISBN 978-986-96057-1-7，民國106年b。

陳鐵元，「從智慧製造趨勢看台灣產業的機會與挑戰」，工研院 IEK 簡報，產業發展趨勢研討

會，民國 105 年。

彭達仁，「台灣智慧製造發展簡介」，工業技術研究院智慧製造研討會，民國 105 年。

黃財丁，「重要國家推動先進製造發展策略」，國研院科政中心科技發展觀測平台，民國 104

年。

黃鋰，「工業 4.0 發展之關鍵技術分析」，拓墣產業研究所焦點報告，民國 104 年。

黃鋰，「工業 4.0 與德國標準化路徑發展」，拓墣產業研究所焦點報告，民國 105 年。

黃鋰，「美國製造創新研究院發展上下篇」，拓墣產業研究所焦點報告，民國 106 年。

劉耕睿，「135 與中國製造 2025 帶領中國製造業革新」，拓墣產業研究所焦點報告，民國 105 年。

魏傳虔、陳賜賢，「工業 4.0 關鍵議題與趨勢」，產業情報研究所 (MIC)，資策會，民國 104

年。

Lee, J., Bagheri, B., and Hung, A. K., “A Cyber-Physical Systems Architecture for Industry

4.0-based Manufacturing Systems,” Manufacturing Letters, Vol. 3, 2015, pp.18-23.

Lee, J., Bagheri, B., and Jin, C., “Introduction to Cyber Manufacturing,” Manufacturing Letters,

Vol. 3, 2016, pp. 11-15.

Lu, Y., “Industry 4.0: A Survey on Technologies, Applications and Open Research Issues,” Journal

of Industrial Information Integration , Vol. 6, 2017, pp.1-10.

Trappey, A. J. C., Trappey, C. V., Govindarajan, U. H., Sun, J. J., and Chuang, A. C., “A Review of

tTechnology Standards and Patent Portfolios for Enabling Cyber-Physical Systems (CPS) in

Advanced Manufacturing,” IEEE Access, Vol . 4, 2016, pp. 7356-7382. Trappey, A. J. C., Trappey, C. V., Govindarajan, U. H., Chuang, A. C., and Sun, J. J., “A Review of

智慧製造全球政策及智財解析暨台灣工業工程相關研發契機 319

Essential Standards and Patent Landscapes for the Internet of Things: A Key Enabler for Industry

4.0,” Advanced Engineering Informatics, Vol. 33, 2017, pp.208-229.

Zezulka, F., Marcon, P. I., Sajdl, O., and Vesel, Y., “Industry 4.0 – An Introduction in the

Phenomenon,” IFAC-Papers on Line, Vol. 49, Issue 25, 2016, pp. 8-12.