力學檢測設備專題調研報告

開展主/被動結合新型機構與驅動、模塊化柔順關節、關節變剛度彈性驅動、生物-機械界面與接口的人機相容性設計、人機安全共存、智能交互、協同作業等新一代機器人核心技術研究，研制以協作型多自由度輕型臂、協作型雙臂機器人、移動操作臂等為代表的新一代互助協作型作業機器人和以上肢外骨骼、下肢外骨骼、全身外骨骼等為代表的新一代人體行為增強型機器人試驗樣機系統，為后續產品化奠定技術基礎，實現新一代機器人技術研究與世界同步，搶占技術與產業制高點。戰略布局瞄準國際制造業發展的最前沿，力爭率先突破，構筑先發優勢。依托新興信息技術，建立健全制造業的創新發展模式，形成網絡協同制造創新服務體系，提高市場競爭力。在大型構件金屬增材制造、大型硬巖掘進機等領域強化領跑優勢，塑造我國制造業領先優勢。瞄準我國制造業轉型升級的戰略亟需，支撐和引領供給側結構性改革。掌握一批具有自主知識產權的核心技術和關鍵技術，在機器人、重大機械裝備、新型電子制造裝備等領域培育一批新技術、新產品和新產業，力爭形成新的經濟增長點，提高我國制造業的總體競爭能力。瞄準我國制造業的自主可控，強化基礎保障能力。提高核心零部件及軟件自主可控，形成政策、制度、人才和環境等方面的一系列配套條件，強化我國制造業長期可持續發展的基礎保障。增材制造重點解決增材制造領域微觀成形機理、工藝過程控制、缺陷特征分析等科學問題，突破一批重點成形工藝及裝備產品，在航空航天、汽車能源、家電、生物醫療等領域開展應用，引領增材制造產業發展。形成創新設計、材料及制備、工藝及裝備、核心零部件、計量、軟件、標準等相對完善的技術創新與研發體系，結合重大需求開展應用示范，具備開展大規模產業化應用的技術基礎。（一）增材制造控形控性的科學基礎探索增材制造自由成形過程的成形幾何精度、成形效率、材料組織結構與性能的形成規律與關鍵影響因素和控制方法，為提升增材制造工藝技術和裝備設計水平提供堅實的科學支撐，并為形成重大原創性增材制造新技術提供科學指引。（二）基于增材制造的結構優化設計技術發展基于增材制造工藝特性，融合力學、物理與化學多種功能的結構優化設計技術，為結構整體化、輕量化、高性能化和滿足聲、光、電、磁、熱等多功能化提供設計方法和設計軟件，支撐我國高端裝備的自主創新設計和跨越式技術發展。（三）增材制造專用材料制備技術基于增材制造的工藝特性和應用需求，開展增材制造專用金屬和非金屬材料的設計與制備技術研究，最大限度地發揮增材制造技術優勢，大幅度拓展增材制造的產業化應用領域。（四）增材制造的核心裝備設計與制造技術針對激光/電子束選區熔化、激光選區燒結、高能束金屬沉積成形、光固化、激光沉積打印、微滴噴射3D打印、熔融沉積造型等已經展示重大產業化應用價值的增材制造技術，開展相關裝備設計與制造技術的深入研究，占據增材制造產業價值鏈的高端。（五）評價體系與標準建設研究制定增材制造的材料標準、設計標準、工藝標準、裝備標準、檢測標準、數據標準和服務標準等7個方面的標準體系，為增材制造的廣泛產業化應用奠定基礎，并顯著增強我國增材制造技術的國際競爭力。智能制造裝備行業面臨的機遇和挑戰（一）智能制造裝備行業面臨的機遇1、智能制造裝備行業制造業轉型升級、用工成本攀升改革開放以來，我國制造業快速發展，形成了門類齊全、獨立完整的產業體系，確立了制造業大國地位。但由于起步相對較晚，我國制造業總體存在勞動密集、資源消耗大、自主創新能力不足、智能化水平不高的弊端。近年來，中美關系摩擦頻繁，我國對核心技術的自主研發以及關鍵裝備的進口替代有著愈發迫切的需求，因此制造業整體的高端化、智能化、自動化需求為企業帶來了發展機遇。同時，我國人口紅利逐步消退，勞動力成本持續上升。根據國家統計局數據，自上世紀90年代起，我國人口老齡化速度加快，65歲以上老年人口已經從1990年的6，368萬增長到2019年的1．76億，占總人口比例達到12．57%。我國勞動力成本也不斷上升，制造業職工年平均工資從2008年的24，192元增長到2019年的78，147元。自2019年以來，新冠疫情進一步影響了勞動用工穩定性，因此，設備替代人工的需求呈上升趨勢。2、智能制造裝備行業國家產業政策支持近年來，國家不斷出臺政策支持智能制造裝備行業，將其納入重點發展的戰略性新興產業。2015年5月，《中國制造2025》在主要目標中提出：緊密圍繞重點制造領域關鍵環節，開展新一代信息技術與制造裝備融合的集成創新和工程應用。依托優勢企業，緊扣關鍵工序智能化、關鍵崗位機器人替代、生產過程智能優化控制、供應鏈優化，建設重點領域智能工廠/數字化車間。2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出：深入實施增強制造業核心競爭力和技術改造專項，鼓勵企業應用先進適用技術、加強設備更新和新產品規模化應用。建設智能制造示范工廠，完善智能制造標準體系。深入實施質量提升行動，推動制造業產品‘增品種、提品質、創品牌’，并將智能制造與機器人技術納入制造業核心競爭力提升專項。綜上，清晰的政策導向和充分的支持力度，將為我國智能制造裝備行業快速發展、實現高端智能制造裝備進口替代提供良好的機遇。3、智能制造裝備行業技術進步驅動行業發展目前，5G、物聯網、人工智能等新興技術的商業化及工業化應用均已逐步深入，并推動了智能制造裝備行業與新技術的不斷融合。新興技術及相關基礎制造工藝的發展使得智能制造裝備所能實現的功能和達到的智能化水平具備了更大的發展空間。因此，新興技術進步及其深入應用，將成為行業發展的良好機遇。4、智能制造裝備行業下游應用領域市場發展前景較好智能制造裝備的下游應用領域主要有3C、鋰電池、半導體、汽車、工程機械、光伏等。3C、汽車等消費品行業，產品有較為固定的更新周期，新技術的應用以及設備更新需求較為穩定，市場規模較大；新能源鋰電及半導體產業均是我國未來重點支持的發展領域，我國鋰電池及半導體行業具有廣闊的發展空間，將為相關智能制造設備行業帶來較大需求。（二）智能制造裝備行業面臨的挑戰1、智能制造裝備行業國際廠商仍有先發優勢，國內企業仍需追趕我國智能制造裝備行業起步較晚，國際廠商基于其先發優勢，占據了較高的市場份額，我國市場仍有較大的進口需求。相較于國際知名企業，我國智能制造裝備行業企業總體規模偏小，品牌知名度仍有待進一步提升。近年，隨著國家政策支持以及國內企業的技術創新，國內已涌現出一批優秀的智能制造裝備廠商，憑借持續的研發投入，獲得了技術上的突破，搶占了一定的市場份額，在部分細分領域已達到領先地位。總體上，國內廠商全面達到甚至趕超國際先進水平仍有較大挑戰。2、智能制造裝備行業專業技術人才緊缺智能制造裝備行業多為定制化生產，產品在研發設計、生產、調試維護等過程中，需要大量運用機械、電氣、力學、光學、信息技術等專業知識。專業知識的形成、積累及運用需要大量的學習和實務經驗，我國智能制造裝備行業起步相對較晚，人才積累有待提升，專業技術人員的緊缺對行業發展造成了一定挑戰。3、智能制造裝備行業關鍵設備部件對國外依賴度較高智能制造裝備涉及的零部件眾多，部分關鍵部件如精密馬達、伺服電機、工業相機等核心制造技術仍由國外知名廠商掌握。客戶為保證產品性能，在采購時會指定部分核心部件，因而國內智能制造裝備廠商需按要求進口相關核心部件，一方面增加了國內廠商的成本壓力；另一方面限制了我國對部分核心技術的自主可控。因此，對部分關鍵設備部件的進口依賴，仍是國內智能制造裝備行業的面臨的重要挑戰。我國制造業發展取得的成績（一）制造業總量躍居世界第一，成為名副其實的制造大國近年來我國制造業總體規模已居世界第一位，綜合實力不斷增強，不僅對國內經濟和社會發展做出了重要貢獻，而且成為支撐世界經濟的重要力量。2014年，我國工業增加值達到22．8萬億元，占GDP的比重達到35．85%。2013年我國制造業產出占世界比重達到20．8%。在500余種主要工業產品中，我國有220多種產量位居世界第一。制造業的快速發展，直接促進了我國經濟發展的速度、質量和效益，增強了我國在全球化格局中的國際分工地位。（二）突破了一批核心技術，形成了一批支撐國民經濟發展的重大裝備產品十幾年來，制造業各領域涌現出了一批較有影響、意義深遠的重大成果。國內發電設備裝機中國產發電機組已達80%以上，年產千萬噸級大型煉油廠設備國產化率達90%，國產100萬千瓦超超臨界火電機組、國產750千伏交流輸變電成套設備已投入運行。日產4000噸大型新型干法水泥生產線、60萬噸乙烯、30萬噸級合成氨、百萬噸級鉀肥等一大批大型成套技術裝備實現自主化。神舟系列航天飛船的成功發射，實現了載人航天工程的重大突破。蛟龍號載人潛水器研制和海試成功，標志著中國躋身世界載人深潛先進國家行列。（三）涌現出一批世界級的大企業，企業正在逐步成為技術創新主體2016年《財富》世界500強排行榜中，中國企業達110家，其中以工業為主的有50余家。社會創新要素不斷向企業集聚，工業企業研發投入快速增長，自主創新能力顯著增強。2015年，我國規模以上制造業研發投入強度達到0．91%；企業發明專利申請58．3萬件，占國內發明專利申請受理量的60．2％；企業獲得發明專利授權15．9萬件，占國內發明專利授權量的60．5％。企業作為市場主體，在自主創新中繼續發揮決定性作用。（四）初步形成了企業、高校、院所聯動的產業創新體系近年來，我國制造業加強科技創新、促進科技成果轉化和產業化，取得了重要突破和實質性進展，形成了產學研結合、較為完備的產業創新體系。建設了一批國家重點實驗室、國家工程技術研究中心等科研基地；成立了一批國家產業技術創新戰略聯盟，為我國制造業的健康持續發展提供了重要保障。我國制造業發展對科技創新的需求粗放式發展道路已經無法適應我國制造業的發展，通過科技創新提高制造業競爭力是必由之路。在當前我國制造業實施戰略轉型的關鍵時期，制造業健康快速發展對科技創新工作提出了明確的需求。（一）亟需加強制造基礎能力方面的科技創新制造業基礎技術研究能力薄弱已經成為當前制約我國制造業發展的主要瓶頸，其中基礎材料、關鍵基礎零部件、電子元器件、集成電路、傳感器、控制系統、軟件工具及平臺等眾多領域的基礎研究、關鍵技術研究、關鍵工藝研究都沒有掌握自主核心技術，工藝裝備、測試與實驗裝備、標準化等共性技術自主創新能力薄弱，亟需科技攻關。（二）亟需加強制造企業經營管理模式創新我國制造企業管理正處于由傳統管理模式向現代管理模式轉變的階段，經營目標、管理模式、管理理念和決策標準發生根本性變化，多數企業并沒有從根本上改變以產品為中心的傳統制造模式，無法適應互聯網、云制造等模式下的多品種大批量定制化的要求，企業管理信息化、生產過程智能化、咨詢服務網絡化的水平制約著中國制造業的快速發展。（三）亟需提升制造業智能化水平隨著中低端產品加工制造產業重心向東南亞等發展中國家轉移，我國裝備制造業在全球地位面臨挑戰，急需利用互聯網、物聯網、大數據、傳感器等增強裝備產品智能化程度，構建數字化、智能化、網絡化的智能化生產線和數字化工廠，從而提升生產效率、產品質量，提升產業的競爭力。（四）亟需加強新興產業關鍵裝備的研發我國新興產業所需裝備的需求缺口較大。光電子、先進光伏電池設備、新一代通信設備等發展所需的關鍵技術和核心技術的自給率較低，核心技術掌握仍較少，試驗設計能力較欠缺、技術集成能力薄弱、制造裝備進口依賴大，新興產業發展所需的關鍵裝備自給不足。（五）亟需加強綠色制造技術的研發優質高效、節能、節材的先進基礎制造工藝和自動化、智能化技術的普及程度不高，能源消耗、材料利用率及污染排放與國際先進水平相比存在較大差距。亟需發展先進綠色制造技術與產品，突破制造業綠色產品設計、環保材料、節能環保工藝、綠色回收處理等關鍵技術，支撐制造業可持續發展。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。智能制造裝備行業的發展趨勢（一）智能制造裝備的自動化、集成化、信息化發展趨勢明顯目前，我國智能制造裝備的復雜程度不斷提升，未來仍將朝自動化、集成化、信息化方向發展，具體表現為：智能制造裝備將實現生產過程的高度自動化，對生產對象和生產環境具有一定的適應性，從而實現生產過程優化；硬件、軟件與應用技術將實現深度集成，生產設備與智能網絡實現高度互聯，并通過人工智能技術賦能，使智能制造裝備性能不斷升級；信息技術與先進制造技術實現深度融合，提升裝備功能復雜度，增強裝備信息交互、自我學習的能力，使智能制造裝備勝任大型、復雜生產場景的操作和信息整合。當前，5G、物聯網、人工智能等新興技術正逐漸滲透到企業生產經營的各個方面。智能制造裝備在未來發展中，將充分整合新興技術到各個功能模塊，以適應企業復雜的生產和管理需求，提高生產效率，提升產品質量，保證生產活動的可靠性。（二）智能制造裝備行業解決方案將成為實現智能制造的重要方式智能制造具有復雜性及系統性等特點，實現智能制造的轉型升級是長期持續的過程，下游客戶對智能制造的需求亦呈現多樣化、差異性等特征，不僅需要智能制造裝備企業持續保持技術創新，也對智能制造裝備企業的產品供給能力提出更高要求。因此，具備智能制造裝備解決方案而非單一產品的企業將更具競爭力。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