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展望智慧顯示製造大勢 一窺縱橫整合新契機
 

【作者: 陳念舜】   2019年10月14日 星期一

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受惠於國際工業4.0、智慧製造潮流風起雲湧,近年來消費性產品與專業製造設備展會垂直整合的趨勢不斷。尤其是今年8月落幕的智慧顯示大展,除了能一窺上下游設備及零組件供應商垂直整合之外,就連終端製造大廠也開始平行布局不同領域的智慧製造。


相較於其他製造業,因應近年來5G、物聯網等發展腳步加快,將催生全球顯示器產業創新的應用需求,包含次世代Micro/Mini LED背光技術歷經3年來產官學研努力開發後,台灣各家面板大廠與供應鏈廠商已陸續推出相關概念性產品,亦趨向多元化終端應用發展,希望一舉洗刷在量產OLED面板缺席的缺憾,預估2019年將正式在顯示器領域與OLED直接競爭。


在今(2019)年8月29~31日舉行的「智慧顯示與觸控展Touch Taiwan」及「智慧製造與監控辨識展」期間,不僅在「Micro/Mini LED產品與解決方案」專區規模成長近3倍,專區內展出Micro與Mini LED Display的應用產品、解決方案、關鍵零組件、製程材料、生產設備、巨量移轉設備、AOI檢測設備及驅動IC晶片等項目,打造一站式採購平台。



圖1 : 在今年8月落幕的智慧顯示大展,除了能一窺上下游設備及零組件供應商垂直整合之外,就連終端製造大廠也開始平行布局不同領域的智慧製造。(攝影/陳念舜)
圖1 : 在今年8月落幕的智慧顯示大展,除了能一窺上下游設備及零組件供應商垂直整合之外,就連終端製造大廠也開始平行布局不同領域的智慧製造。(攝影/陳念舜)

然而,因為Micro/Mini LED製造流程繁瑣,使用的原材料、製程耗材、生產設備、檢測儀器及輔助治具等需求規格相對嚴謹,突破關鍵技術的瓶頸與量產解決方案,以求降低生產成本跟加速量產速度,向來是眾人關注的焦點,促使業界積極進行供應鏈的垂直整合與水平策略聯盟,甚至與客戶共同開發(Design-in),加速邁向實際商業化應用。


台灣半導體及顯示器相關設備及零組件緣自早期受惠於推動「兩兆雙星」國產化所累積的雄厚基礎,可說是最接近工業4.0願景的製造業,更應重視智慧製造整合思維。在現場除了原有完整的顯示器供應鏈之外,也能看到諸多整合相關智慧工廠、人工智慧(AI)、物聯網(IoT)等創新科技,吸引國內外設備大廠聞風而至,與在地廠商強化鏈結,共同引導產業升級轉型。


國際設備大廠帶頭 強化垂直整合供應鏈

其中,來自德國的濕製程生產設備製造大廠亞智科技(Manz)累積30年生產設備及製程經驗的專業技術,涵括:基板洗淨(Cleaning)、顯影(Developing)、蝕刻(Etching)、剝膜(Stripping)、再生(Reworking)等製程;並且在兩地生產高度整合式機台,有效降低設備購置成本。


在台灣主要負責設計、研發及開發原型機,與供應鏈維持緊密互動,得以在啟動投產建廠的初始階段即開始參與討論;同時打造領先業界的黃光微影研發中心/超大世代濕製程實驗室,進行設備結構、傳送、製程能力等多項指標測試和零組件開發,並與客戶共享製程參數的最佳化,由設備即時監控、蒐集反饋資訊分析再調整。


且為了維持設備24hrs不間斷生產,而建構龐大售後服務團隊,貼近客戶生產基地;甚至利用CIM整廠規劃,可在短時間內快速將設備導入量產線,提供客戶高品質、以需求為導向的濕製程解決方案,降低破片率與均勻度,共同對應市場需求。


亞智科技資深業務處長簡偉銓表示,在該公司最新發表的超大世代(G2~G10.5代)濕製程解決方案中,針對超大尺寸面板的生產需求所自主設計的化學濕製程設備,通過精良的結構強度設計調整與最大應力計算實驗模擬、驗證,確保設備分散最大應力與剛性足夠符合安全性需求,荷重可達到300kg以上。



圖2 : 亞智科技資深業務處長簡偉銓表示,該公司自主研發成功的乾燥風刀因為利用在地生產製造,不僅可有效掌握交貨時程及成本,還能大幅提升製程效率。(攝影/陳念舜)
圖2 : 亞智科技資深業務處長簡偉銓表示,該公司自主研發成功的乾燥風刀因為利用在地生產製造,不僅可有效掌握交貨時程及成本,還能大幅提升製程效率。(攝影/陳念舜)

同時在自動化機構具備優異的傳送穩定度,係透過法蘭式聯軸器取代以往直軸式產品,傳送刷輪動力;並且在軸心採用輕量化設計來提高強度,加入破片防制設計;還有抗震抗偏擺的改良式刷輪結構設計,可利用雷射對心校正來控制組裝精度,使得刷輪轉速達600rpm時,偏擺量仍可控制在每秒0.04~0.06mm。使之運行更為穩定也延長使用壽命,能有效減少維護保養換刷時間,效率比起業界平均值多出25%。


另有專為G10.5代濕製程設備設計的專利Fork type升降機構,不僅採用模組化設計提高空間利用率;且由於改用線軌縮短加減速時間,得以在不增加整體製程週期時間(cycle time)情況下,有效將面板在升降傳輸中的停等時間補償至水洗製程段,使洗淨力大幅提升45.8%。


此外,該公司自主研發成功的乾燥風刀也打破過往由日本主導的局面,採立式斜吹雙出風口的風刀設計(Dual Ak),使之目前Slit Gap出風量均一性<7%、CDA耗用量<27.6%;且最高吹乾產速可達10m/min、出風穩定度誤差<7%,讓客戶具備更佳的產品競爭力。簡偉銓表示:「由於利用在地生產製造,不僅可有效掌握交貨時程及成本,免除過去仰賴國外進口風刀時的高成本與交期的不穩定性,還能大幅提升製程效率。」未來該公司還將持續引進台灣優質半導體、LED封裝人才,投入半導體先進製程應用技術;同時擴大現有產品線,進入Micro/Mini LED或車載面板供應鏈,應用技術。


以色列設備大廠奧寶科技(Orbotech)也涉及電子製造程序中多個重要環節的廣泛多元解決方案,能夠完整提供AOI檢測、AC電信檢測、Repair修復服務的設備商。且因此獲得大量準確且可靠的資料,也確保了奧寶科技AI 解決方案的優勢,再加上演算法的輔助,結合軟硬體打造全新AI解決方案「OASIS」。


目前該解決方案已經在客戶端生產線上的每部奧寶機台上實際運作,並連接到中央AI中樞,不僅是眼睛,還擔任現在多樣化面板生產線的大腦,具備主動學習能力。從而提供產線更智能靈活的執行決策,協助面板業客戶控管製程,運用自動良率控制流程提高顯示器工廠的作業效率,加快新工廠和產品線的產量提高,並且針對潛在生產問題的自動早期警報,減少生產線上的人力。未來也將與台灣面板廠客戶合作,共同開發Mini/Micro LED製造解決方案,協助客戶提高產量並降低營運成本。



圖3 : Micro/Mini LED製造流程繁瑣,促使業界廠商積極進行供應鏈的垂直整合與水平策略聯盟,甚至與客戶共同開發,加速邁向實際商業化應用。(攝影/陳念舜)
圖3 : Micro/Mini LED製造流程繁瑣,促使業界廠商積極進行供應鏈的垂直整合與水平策略聯盟,甚至與客戶共同開發,加速邁向實際商業化應用。(攝影/陳念舜)

終端製造龍頭賦能 橫跨領域轉化獲利來源

值得一提的是,包括面板業兩大龍頭為力抗產業逆風,近年來也加重著力於智慧製造,以提升效率,並雙雙將技術轉化為獲利來源。如鴻海集團旗下的群創光電便充分應用其AI智能互聯技術,從2012年將產線搬回台灣,逐步架設自動化觸控一條龍產線;2016~2019年藉由「zero touch」關燈智能工廠投資新台幣30億元開發自動化治具與設備,省下近5,000名直接人力與81億元費用支出。


如今已有大數據串聯在群創前段14座TFT工廠與後段5大模組工業城,數萬個物件與數千部機器設備之間同時溝通傳訊。繼2017年開始建置AI物聯網大數據基礎工程以來,已藉由所掌握的AI關鍵技術打破場域限制,從製造跨到物流都可分別透過企業雲的AI工程,向上延伸至玻璃供應鏈供需的精實管理,包括原本由上千家供應商自建的料號、品質認證系統,使客戶產品的品質與良率倍增;期盼未來能開創面板以外的賦能價值,再向下延伸至智能物流到消費者端,完成面板上下游供應鏈智能整合。


現在群創自動化設備機台不僅可生產自用,還能外接訂單,讓過去在無塵室工作站的4,000多位檢測人員,皆可在中控室透過6~8個面板人機協作,快速診斷製程缺失,發揮即時影像修補成效;進而蒐集智能工廠的問題,提供各種品質微服務,同時協助工廠快速排除品質問題,以及供應鏈夥伴的品質檢測服務。


為了降低新產品開發風險,群創還將自主研發的「數位模擬之數位分身」應用於新產品開發之精準設計,可預測實際放量潛在風險,有效加速新產品開發,快速拉升新品量產後的良率,這項創新AI技術可說是製造業的重大貢獻,對於群創以及新產品研發公司在新案開立的良率有很大助益。


友達光電近5年來也透過相關技術應用,在生產力及良率上獲得提升,以滿足客戶彈性需求,已採用超過8,000個機器人,佈建近3萬個IoT感測器,帶來「品質提升」、「預測製造」及「綠色生產」三大效益。2018年更在大陸成立「達智匯」工業智能製造公司,以提供可持續競爭力的智慧製造解決方案。依親自來台參與「新世代智慧製造高峰研討會」的達智匯智能製造(蘇州)有限公司總經理趙麗娜表示,該公司將友達多年來在智能製造領域累積的實際營運經驗、知識和技術能量傳遞到其他企業。



圖4 : 友達光電2018年在中國大陸成立「達智匯」工業智能製造公司,將多年來在智能製造領域累積的實際營運經驗、知識和技術能量傳遞到其他企業。(攝影/陳念舜)
圖4 : 友達光電2018年在中國大陸成立「達智匯」工業智能製造公司,將多年來在智能製造領域累積的實際營運經驗、知識和技術能量傳遞到其他企業。(攝影/陳念舜)

因應到了互聯網時代的製造業生存形態面臨結構性變化,包含產品形態、銷售管道與訂單狀態等,許多企業光打造高度自動化的無人工廠、關燈工廠是不夠的!還要能具備高度柔性、智能化及敏捷反應,將物理層與資訊層融合打造資訊系統,讓CPS成為主核心驅動模式,具備自感知、自回應、自回饋功能,進而產生許多品質協同平台、工業大腦、智能生產系統、大數據平台等。


但趙麗娜強調:「這些經過相關技術產生的數據、演算法,終歸還是要為管理服務,主要還是用來建構新管理體系,形成基於工業大腦支撐的最佳決策系統。」即便目前智能設備仍是整體製造流程的主要核心元素,再加入許多技術發展,構成物聯感知與數位神經網路,但最終目的須用來檢視可否達成OEE、LCC、庫存成本等預估效益。達智匯便透過結合精益化、自動化、資訊化流程,在多個廠區節省約50%人力。


且在憑藉著知識體系、技術、人才的三大核心要素,形成智能工廠之後,最終還要留下人才的智慧升級,以形成新工匠體系,協助大部份企業解決轉型面臨的欠缺人才危機。趙麗娜指出,達智匯現今提出的智能製造解決方案特點,包含:


1. 基於自我轉型經驗累積成為夯實的知識體系,協助客戶建立人才儲備庫;


2. 為自我管理體系較成熟的企業,提供完善系統架構解決方案,縮短改善周期;


3. 若客戶已有完整平台,僅欠缺某些升級的關鍵環節,還能提供上百項豐富的補丁軟體。


趙麗娜指出,達智匯與其他智能製造系統整合服務公司最大不同,在於提倡「賦能」的核心價值,透過共享達智匯的技術與知識體系,疊加於客戶既有的人才儲備庫,達成1+1>2的效果,有助於加速實現智能製造轉型升級,不只解決現有問題,還要培養團隊具備持續長久解決問題的能力!


如今該公司已將AI技術能量跨界轉移至SMT產業改善品質,將AOI直通率提升>90%;利用高階動作、材料及量具全面防呆系統,協助汽車等高精密組裝產業將不良率下降10%、生產效率提升10%、人員成長週期加速30%;藉由大數據梳理流程、挖掘並分析數據,驅動家電產業巨頭數位化轉型,提升管理價值。


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