運動控制器行業前瞻分析報告

我國是制造業大國，但多數制造企業在國際產業鏈分工中仍處于制造—加工—組裝低技術含量和低附加值環節，創新能力不強。尤其在高端產品創新設計方面，設計工具軟件受制于人，設計方法和理念不夠先進，創新設計能力較為薄弱。2015年，我國集成電路進出口逆差1600多億美元，眾多高端芯片的核心技術尚無法突破，企業被迫將大部分利潤用于購買國外專利授權，產業自主發展的能力不強，難以打破市場壟斷。面向移動互聯和汽車電子等重大領域需求，圍繞處理器、存儲器、14-10納米工藝節點晶圓等產品開發下一代封裝集成與測試新技術以及相關的關鍵裝備和材料產品；實現可集成數模混合電路、射頻、微機電系統（MEMS）和光電等多功能異質材料芯片的三維系統集成技術的量產應用；建成有影響力的封裝集成產業共性技術研發平臺，取得較完善的知識產權體系。新型電子制造關鍵裝備面向寬禁帶半導體器件、光通訊器件、MEMS（微機電系統）器件、功率電子器件、新型顯示、半導體照明、高效光伏等泛半導體產業領域的巨大市場需求，開展關鍵裝備與工藝的研究，重點解決電子器件關鍵材料裝備、器件制造裝備等高端裝備缺乏關鍵技術、可靠性低、工藝開發不足等問題，推動新技術研發與關鍵裝備研發的協同發展，構建高端電子制造裝備自主創新體系。（一）寬禁帶半導體/半導體照明等關鍵裝備研究針對碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等為代表的寬禁帶半導體技術對關鍵制造裝備的需求，開展大尺寸（6吋）寬禁帶半導體材料制備、器件制造、性能檢測等關鍵裝備與工藝研究。針對高亮度半導體照明（LED、OLED）大生產線對制造裝備的需求，開展大產能材料制備、器件制造、性能檢測等關鍵裝備研發，掌握核心技術與工藝，滿足大生產線要求。（二）光通訊器件關鍵裝備及工藝研究針對光通訊器件制造對裝備的需求，重點圍繞硅基光電子芯片工藝裝備、InP（銦磷）基等光電子芯片工藝裝備、光纖器件工藝裝備、光電子器件耦合封裝等關鍵裝備等開展研究，掌握核心技術，實現產品應用，提升國內光通訊器件制造能力及工藝水平。（三）MEMS器件/電力電子器件等關鍵裝備與工藝研究針對MEMS器件、電力電子器件等領域對裝備的特殊工藝需求，開展材料制備、芯片制造、特種封裝、性能檢測等關鍵裝備與工藝的研發，掌握關鍵技術、開發特色工藝，提高國產裝備的工藝適應性及可靠性。研究基于國產裝備為主的成套工藝，完成對國產裝備的工藝優化、可靠性驗證及集成應用，打造自主產業鏈，提升產業競爭力。（四）高效光伏電池關鍵裝備及工藝研究針對下一代高效光伏電池技術（PERC、HIT、黑硅電池等）對關鍵裝備及工藝的需求，開展大產能、高轉換效率光伏電池制造工藝裝備、自動化制造裝備、核心工藝等研究，降低電池片制造成本，轉換效率達到國際領先水平，實現批量銷售。（五）新材料，新器件關鍵電子裝備與核心部件研究針對石墨烯、碳基電子器件、柔性顯示、光互聯等國際上不斷出現的新材料、新器件、新工藝對半導體技術相關的裝備需求，開展面向電子器件應用石墨烯材料制備裝備、大面積轉移裝備、石墨烯電子器件制造裝備、柔性顯示有機膜材料制備裝備、柔性顯示有機器件制造及檢測裝備、碳基電子器件制造裝備、光互聯器件制備裝備、高密度封裝等方面的關鍵裝備開發，滿足研發或產業化需求，推動新技術研發與裝備研發的協同發展。智能工廠適應工廠智能化的發展趨勢，重點研發智能制造標準化共性關鍵技術，實現智能工廠共性關鍵技術研發、技術的工程化和產業化。提升我國工業自動化行業的整體創新水平和自主裝備能力，滿足國家科技創新、產業升級和轉型的重大戰略需求。（一）工業互聯網技術與系統針對物理信息系統中信息與物理交叉融合造成的復雜性系統問題，建立工業互聯網復雜系統模型，攻克以智能工廠為對象的全網互聯技術，給出工業互聯網復雜系統的實現能力、性能分析與評價方法。重點研究工業互聯網一體化架構、工業互聯網的泛在感知網絡互聯和實時控制技術、多源異構網絡互聯與語義化互操作技術、動態自組織軟件定義的工業控制網絡技術、工業互聯網驗證測試平臺。攻克大規模、異構、高實時、高安全、可重構工業互聯網共性關鍵技術，實現工業互聯網系統安全可靠應用，建立工業互聯網與智能工廠測試驗證平臺。（二）智能控制器與系統以新一代信息技術為基礎，研制新型、高端、可信智能控制器，提升工廠制造過程和制造裝備的自有處理能力和智能水平。重點研究智能裝備CPS型控制器與關鍵技術、基于移動互聯的智能產線控制管理器、高可信多重冗余控制系統與關鍵技術、新一代SCADA系統與關鍵技術、工業組態和工業監控等工業軟件、精密系統裝配過程數據采集與控制裝置。攻克云端服務、高實時任務、高可信控制共性關鍵技術，實現實時仿真、全分布式控制、多種控制器無縫集成。（三）制造過程的系統設計、控制與優化針對智能工廠的工程化基礎方法和實施手段，研究開發面向CPS的工程工具和實時在線優化控制工具以及先進的模型庫知識庫，提升智能工廠的工程應用目標。重點研究生產過程與設備的建模仿真與優化控制技術、先進制造智能服務體系與全流程智能優化技術、全過程的數據實時獲取分析與信息整合技術、工業互聯網語義化編程技術與組態工具、分子級表征建模工具與在線實時優化控制系統設計平臺、模塊化協同設計工具與實時控制系統設計平臺。攻克分子級表征與建模、多層域多尺度建模、系統設計、基于知識和數據的仿真模擬與實時優化、在線服務與全流程優化技術，實現仿真設計與控制優化系統工具與平臺。（四）CPS制造執行系統與運營管理針對智能工廠的生產要素、能效管理、智能決策和生產服務關鍵技術，研究基于互聯網+智能工廠的運營管理平臺，實現智能工廠平臺化方法的建立和實施。重點研究基于云平臺的CPS制造執行系統、制造過程能效仿真、監測與管控技術、生產要素的狀態監測診斷與健康管理技術、企業級輔助決策智能化與可視化平臺。攻克服務總線、動態配置、能效模型、生產要素模型、可視化呈現、智能輔助決策關鍵技術，實現智能工廠的運營管理。（五）智能工廠的可重構技術及原型平臺針對智能工廠批量化定制需求，研究工控系統可重構技術，研制智能工廠原型平臺，實現產線裝備、制造過程和云平臺服務資源可重構能力。重點研究裝備控制器可重構技術、產線可重構技術、工業互聯網與云平臺可重構技術、智能工廠可重構原型平臺。攻克裝備控制系統可重構技術、產線裝備可重構技術、工業互聯網可重構技術、云平臺服務資源可重構技術，實現集成可重構技術的智能工廠原型平臺。綠色制造重點面向我國制造業發展中高能耗、高污染的問題，以提高資源能源效率和降低環境負荷為主線，以綠色產品、綠色工廠為目標，掌握生態設計理論與工具、綠色制造方法與工藝、試驗驗證平臺、綠色標準與規范等基礎共性技術，推廣基礎制造工藝綠色化、流程工業綠色化技術，提升通用設備產品能效、工業廢棄物回收再制造與再資源化等生態效率水平。（一）基于綠色理念的減量化設計與創新設計通過創新研發，突破新材料應用及改性設計、節能降噪設計、個性化定制設計、可拆解與回收設計等生態設計關鍵技術。掌握全生命周期高效綠色循環再利用基礎理論及關鍵技術，實現戰略性資源高效綠色循環再利用。研究典型綠色產品新原理、新結構設計及應用關鍵技術，開發一批綠色制造前沿技術、核心技術與裝備，開發推廣綠色產品，引導綠色生產。（二）綠色加工工藝與裝備重點研究基礎工藝綠色化技術、流程工業綠色工藝技術、量大面廣的典型通用設備產品節能、減排、降耗技術。實施重點行業系統改造的示范應用。開發高效清潔基礎制造工藝及裝備、無害化表面處理工藝技術、少無切削液清潔加工工藝與設備、鋼鐵短流程工藝、有色金屬清潔冶煉工藝。開展制造工藝創新和集成應用，加快實現重點行業制造系統和裝備的綠色升級。（三）制造系統能效優化關鍵技術圍繞制造系統能效優化與提升和終端用能產品節能，突破產品能效及其集成優化匹配技術，制造系統機群綜合能效模型與智能分析技術、機群綜合能效的智能協同優化控制技術；掌握系統能效分析與獲取、能效評價、監控與優化管理、設備系統能效提升、工藝系統多目標決策優化、工件比能效率提升等系列關鍵技術；在規模以上企業開展車間、工廠以及產業集群的能耗定額管理和高能效優化運行，推行制造系統能效評價和優化應用。工業傳感器針對工業互聯、智能制造的高端需求，順應傳感器微型化、集成化、智能化發展趨勢，形成一批高端傳感器和儀器儀表產品，支撐我國智能制造發展，解決微納傳感器硅基兼容制造、封裝、可靠性、集成化等核心共性技術，引領未來發展。（一）工業互聯網用微納傳感器研究無源無線多參數監測傳感器，高能量密度振動能量收集器等前沿技術。研發傳感器與電路協同設計技術及設計工具，傳感器與電路單片集成工藝技術，硅基功能薄膜兼容制造等關鍵共性技術。開發單片集成傳感器，陣列傳感器，多功能傳感器，低功耗傳感器，無線集成傳感器等產品。（二）離散制造業用微納傳感器研究柔性襯底傳感器，芯片級原子效應傳感器等前沿技術，研發數字全場激光超聲檢測技術，高精度二維三維光柵測試等關鍵共性技術。研發運動部件溫度、應變、振動傳感器，轉速傳感器，微型繼電器，微型電場傳感器，多維位移同步測量傳感器，微型高精度姿態測量單元等產品。（三）流程工業用微納傳感器研究高精度諧振式壓力傳感器，微型聲矢量傳感器等前沿技術。研發傳感器芯片與封裝材料特性測試技術及其數據庫，微傳感器可靠性及其測試等關鍵共性技術。研發高溫壓力傳感器、風速風向傳感器、紅外高溫傳感器、工業現場氣體檢測傳感器等產品。（四）智能制造用儀器儀表研究智能儀器儀表可靠性建模、設計與仿真，參數標定與校準、非線性補償方法等動態測試與性能評估，關鍵部件芯片化等前沿技術；研發復雜工業測量儀表在線標定，高端智能測量儀表設計、精確自動補償、生產工藝、裝配等，在線分析儀器小型化關鍵部件、微弱信號精密檢測等共性關鍵技術；研發高精度壓力/質量/流量/物位儀表，壓力/質量流量儀表在線批量化標定裝置，小型化在線分析儀、感知/控制/驅動一體化控制器等產品。（五）特種專用儀器儀表研究力熱平衡結構設計、多傳感器三維納米定位等納米三坐標測量，工件姿態和運動參數測量、空間坐標測量、大型零部件尺寸和形位誤差測量、激光跟蹤等大型裝備制造智能化測量等前沿技術，研發工業現場級虛擬測量、工業設施現場故障診斷、特種執行機構和控制閥設計、制造和仿真等共性關鍵技術，研制激光跟蹤測量儀器、現場級虛擬測量儀表、復雜機械運行故障檢測等工業現場專用診斷儀器、特種執行機構和控制閥等。世界制造業發展趨勢進入21世紀以來，在經濟全球化和社會信息化的背景下，國際制造業競爭日益激烈，對先進制造技術的需求更加迫切。云計算、大數據、移動互聯網、物聯網、人工智能等新興信息技術與制造業的深度融合，正在引發對制造業研發設計、生產制造、產業形態和商業模式的深刻變革，科技創新已成為推動先進制造業發展的主要驅動力。（一）智能正成為制造業的關鍵要素越來越多的制造企業通過應用嵌入式軟件、微電子、互聯網、物聯網等信息技術，提升產品智能化程度和研發設計、生產制造、經營管理的智能化水平，打造高端產品和裝備，占據產業制高點。同時，制造裝備控制技術的極大提高，使制造裝備的自診斷、自維護、自恢復成為現實，并將推動制造裝備向智能化階段邁進。（二）服務促進產業模式變革，重塑制造業價值鏈在同質化競爭和供大于求的全球市場環境下，制造業產業價值鏈的高端向研發和產品運營維護等服務生命周期轉移，更多的制造企業成為提供產品、服務、支持、自我服務和知識的綜合體。服務與制造相互滲透融合，從生產型制造走向服務型制造是大勢所趨，產業模式向定制化的規模生產和服務型生產轉變特征明顯。（三）可持續發展成為制造業與自然、社會協調的重要主題綠色發展理念逐步成為共識，激勵制造企業開始重視綠色技術在產品研發設計、生產制造、銷售服務和回收利用等產品全生命周期中的應用，創新高效、節能、環保和可循環的新型制造工藝和裝備，不斷降低資源消耗和環境影響，實現企業經濟效益和社會效益的協調優化，符合經濟社會可持續發展的低碳環保和循環利用要求。（四）制造大數據和平臺成為高附加值增值服務的重要支撐工業大數據是制造企業高附加值增值服務的來源，制造企業全業務數據化在對制造系統數據采集和分析形成業務數據閉環的基礎上，將有效支撐企業制造過程優化和經營管理決策，促進企業對市場、用戶的精準供給和企業間的資源分享利用，從而打造智慧企業，并為消費者、用戶以及企業自身創造顯著的增量價值。發展先進制造技術是國家戰略需求（一）建設制造強國的戰略需要制造業是國民經濟的主體，是富國之基、強國之本。我國經濟社會各領域的發展，要求制造業提供更先進的生產技術水平、高品質的消費產品、自主可控的重大技術裝備。從制造大國轉變為制造強國，是我國制造業發展的戰略選擇。發展先進制造技術，增強制造領域的自主創新能力和整體實力，推進制造質量和產品品牌建設，才能全面提升我國制造業水平，這是提升我國綜合國力、保障國家安全、建設世界強國的必由之路。（二）經濟發展和產業結構調整的現實需求我國經濟發展已進入速度變化、結構優化和動力轉換的新常態。資源環境約束不斷強化，勞動力等生產要素成本正在加快上升，投資和出口增速放緩，主要依靠資源要素投入、規模擴張的粗放發展模式已難以為繼，推進供給側結構性改革，提質增效已成為經濟發展的主要目標。轉變經濟發展方式，打造競爭新優勢，要依靠科技創新提供發展新動力。（三）應對國際產業競爭的戰略需要世界制造業產業競爭格局正在發生重大調整。歐美等工業發達國家紛紛制定再工業化戰略，重點發展先進制造技術，搶占制造業高端。新興發展中國家也在積極參與全球產業再分工，承接產業及資本轉移，搶占制造業的中低端。雙重擠壓的外部環境短期內不會改變。通過增強制造業技術水平，提高制造業生產效率，使我國制造業在產業競爭中跨入中高端，對國家未來發展意義重大。高檔數控機床與基礎制造裝備堅持主機牽引、夯實基礎、突破核心、工藝驗證，聚焦航空航天和汽車兩個重點服務領域，重點攻克高檔數控系統和功能部件等瓶頸，完成150種以上智能、精密、高速、復合型高端制造業裝備的研制和示范應用，大幅提升國家重點工程、國民經濟重點領域關鍵制造裝備國產化率，在強化高端數控裝備單機智能化水平提升的基礎上，逐步實現由單機示范應用向智能化制造成組成套整體解決方案的提升，擴大專項裝備成果的應用成效。（一）航空航天領域高檔數控裝備聚焦航空航天典型結構件加工需求，以提高加工效率和質量為目標，突破關鍵工藝和編程等核心技術；開展高檔五軸數控機床與關鍵成形裝備等主機的應用驗證與示范，推動高檔數控系統和以擺角銑頭為代表的關鍵功能部件實現批量化應用。（二）汽車制造領域高檔數控裝備重點研究數控機床的可靠性快速試驗技術與制造保障技術、數控系統的可靠性第三方測試及可靠性增長技術，突破數控機床可靠性MTBF>2000小時的技術瓶頸，通過示范應用與工藝驗證，大幅提升國產數控機床的組線能力。加強成組成套工藝集成研究，為汽車關鍵零部件制造提供成套解決方案，實現國產高檔數控機床在汽車發動機關鍵零部件高效柔性加工與批量化制造中的成組成套應用。（三）智能裝備與先進工藝重點解決高端裝備產品質量較差、檔次不高，缺乏核心工藝，智能化程度不足，可靠性及精度保持性難題，研制一批代表性智能加工裝備、先進工藝裝備和重大智能成套裝備，支撐我國高端裝備向高精尖和智能化互聯方向發展，引領裝備的智能化升級。智能制造與裝備制造業概述智能制造是基于新一代信息技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動各個環節，具有自感知、自決策、自執行、自適應、自學習等特征，旨在提高制造業質量、效益和核心競爭力的先進生產方式。作為制造強國建設的主攻方向，智能制造發展水平關乎我國未來制造業的全球地位，對于加快發展現代產業體系，鞏固壯大實體經濟根基，構建新發展格局，建設數字中國具有重要作用。智能制造以工藝裝備為核心，以數據為基礎，通過制造技術突破、工藝創新和業務流程再造，實現生產制造的數字化、網絡化、智能化。智能制造是一種先進的生產方式，怎樣生產和用什么生產則依賴于裝備制造業提供具體的智能制造裝備。裝備制造業的技術水平是衡量一個國家工業化水平的重要標準。智能制造裝備集機械系統、運動控制系統、信息管理系統等多種技術于一體，具備高速、高精度、高實時響應的作業性能，是有效減少生產過程對人力勞動的依賴，顯著提高生產效率、生產精度和生產質量的先進工業裝備。智能制造裝備具有感知、控制、決策、執行、數據閉環反饋功能，是先進制造技術、信息技術和智能技術的高度集成。先進工藝、信息技術與智能制造裝備的深度融合，推動實現了數字化、網絡化、智能化的智能制造。激光制造面向航空航天、高端裝備、電子制造、新能源、新材料、醫療儀器等戰略性新興產業的迫切需求，實現高端產業激光制造裝備的自主開發，形成激光制造的完整產業體系，促進我國激光制造技術與產業升級，大幅提升我國高端激光制造技術與裝備的國際競爭力。（一）激光與材料的相互作用機理面向航空航天、新能源、電子制造、醫療等領域的國家重大需求，探索激光與材料相互作用的復雜物化過程，研究超快激光制造的新原