數位轉型浪潮已席捲全球產業，包括金融、電子商務與製造業，成為企業必須面對的共同議題與發展的必然趨勢。以製造業而言，其影響層面包括數位供應鏈、數位製造工廠、數位研發與數位勞動力。看好台灣製造業在人才與成本競爭的相對優勢，近年來許多國際數位領導廠商紛紛來台設立研發中心，包括NVIDIA、Google、Microsoft、Amazon等，並積極與台灣中小企業隱形冠軍進行合作，布局全球市場；同時政府也積極投入AI人工智慧數位人才培育與新創環境建置，希望將台灣打造成全球數位轉型最佳的場域測試驗證平台，也藉此帶動國家整體產業朝向數位、循環經濟的方向永續發展。
根據2017世界經濟論壇(World Economic Forum)啟動材料化工產業的數位轉型計畫的研究報告指出，未來10年數位轉型將為全球材料化工產業創造約3,100~5,500億美元的價值，本文將從以下大綱，對其影響的層面進行介紹。
‧前言
‧數位供應鏈(Digital Supply Chain)
‧數位製造工廠(Digital Plant)–工業4.0
‧材料數位研發(Digital R&D)–材料4.0
‧企業該如何進行數位轉型
‧結論
【內文精選】
前言
根據全球市調公司Deloitte於2016年發表的「2020全球製造業競爭力指數」報告，台灣整體排名位居第九位，前五大製造國分別為美國、中國、德國、日本與印度。製造業占台灣整體GDP約30%，比起美國的12%、德國與日本的20%要高出許多，顯示製造業對台灣未來整體經濟發展的影響遠高於其他國家，也意味著政府更需重視與投入製造業相關的基礎建設與研發投資。此份報告同時針對美國、中國與歐洲等數百位企業CEO針對未來先進製造最需優先建立的技術進行訪查，結果顯示包括先進材料、IoT（如智慧互聯網、智慧工廠）、計算模擬與數據解析（如預測分析技術、數位設計/模擬與整合、高性能計算）被列為未來最需優先建立的技術，如表一所示，顯示數位轉型(Digital Transformation)與先進材料技術已成為全球製造業投資發展重要趨勢。
材料數位研發(Digital R&D)–材料4.0
材料研發手法已從傳統Materials 1.0的實驗試誤(Trial-and-Error)經驗累積，逐漸發展結合Materials 2.0的理論基礎（熱力學、動力學）、Materials 3.0導入電腦運算的多尺度模擬(Multiscale Simulation)，以及近期受到高度矚目的Materials 4.0—材料信息學(Materials Informatics)。簡單來說，材料信息學是結合大量的材料數據與AI機器學習來驅動創新材料設計開發(Data-driven Materials Design and Development)，數據取得可以來自模擬計算、合成與加工實驗數據、特性量測數據、材料檢測數據，或公開材料數據庫等。有了材料數據就可以讓機器（電腦）進行目標物學習，協助新材料物性設計、材料配方與製程優化、檢測影像圖譜辨別、元件性能預測、產線IoT大數據分析、線上即時檢測與決策等之應用，如圖二所示。
圖二、材料4.0基本架構
工研院材化所近年來積極投入材料4.0 Materials Informatics相關議題應用研究，並鏈結國際資料庫進行新材料設計。以鋰電池高電壓電解液添加劑有機分子設計為例，我們可以從Materials Project資料庫中取得約萬筆有機分子材料結構，針對所需材料物性進行第一原理計算篩選，找出符合耐高電壓條件下的潛力添加劑材料。除了從國際資料庫取得相關分子結構，我們也運用基因演算法(Genetic Algorithm)，從初始百筆資料中，經由Adaptation、Selection、Variation and Competition的演化過程，找出超過3萬筆以上的分子結構材料，再藉由高通量材料計算針對所需條件進行材料物性計算篩選，發掘潛在合適之新分子結構，如圖六所示。
另外，以多層PCB板材熱翹曲率為例，熱翹曲主因源自於各層間熱膨脹係數(CTE)無法匹配所致，而每層熱膨脹係數又與Cu的覆蓋率有關。以8層PCB材料及8種Cu覆蓋率為例，總共有>106種的組合。工廠端在實務上無法預測PCB熱翹曲率，而以有限元素分析法(FEA)模擬計算仍耗時過久，無法即時回饋解決問題。本案例中，以有限元素分析法建立800組熱翹曲數據，以不同的Cu覆蓋率作為機器學習特徵的Input，熱翹曲率為Output，並以類神經網路(ANN)預測模型，準確性R2可達0.94，如圖八所示。有了預測模型，就可針對各層間Cu的覆蓋圖案設計來降低熱翹曲問題。此模型可以擴充到製程參數對熱翹曲的影響預測，只要將機器學習的特徵Input...…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八、機器學習導入多層PCB板熱翹曲率特性預測
作者：張志祥／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」382期，更多資料請見下方附檔。