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1、运动控制系统产品产业发展实施建议加强与相关国家、地区及国际组织的交流,开展智能制造技术、标准、人才等合作。鼓励跨国公司、国外科研机构等在华建设智能制造研发中心、示范工厂、培训中心等。加强知识产权保护,推动建立数据资源产权、交易流通、跨境传输和安全保护等基础制度和标准规范。依托共建一带一路倡议、金砖国家合作机制、区域全面经济伙伴关系协定(RCEP)等,鼓励智能制造装备、软件、标准和解决方案走出去。一、 运动控制行业上下游情况行业上游包括硬件类和软件类,其中硬件类包括各类电子元器件及机械结构件,如PCB面板、IC芯片、晶体管、电阻电容等,软件类包括编程开发工具及操作系统。中游核心部件包含如运动控制
2、器、伺服驱动器、伺服电机等,下游多为点胶机、锡膏印刷机、自动光学检测设备、贴装机、插件机等电子制造设备厂商,其终端领域主要集中在计算机、通讯、消费电子、玩具饰品、包装业、汽车电子、新能源制造及半导体集成电路等产业。(一)运动控制行业上游供应情况芯片类元器件特别是微处理器类芯片作为运动控制器的主要计算单元,其技术发展与整合度的提升对提高运动控制器产品性能、持续改进运动控制算法都有着积极的推动作用。国内外各半导体厂商持续研发提升芯片的性能和可靠性,对运动控制系统产品的质量有着积极影响。行业产品对芯片性能要求较高,原厂供应商目前主要以国外供应商为主,如TI、ST、XILINX等。受市场环境影响,20
3、21年,国外供应商的价格持续上涨,货期延长,对产品可持续供货有不良影响。2022年,芯片整体供需关系由全面紧张转变为结构性短缺,一方面智能手机、PC等消费领域芯片供过于求,另一方面车用及工业芯片依旧存在短缺情况。(二)运动控制行业下游发展情况1、电子制造设备行业基本情况行业下游主要为电子制造设备行业,其中主要包括电工机械专用设备制造、半导体器件专用设备制造、电子元器件与机电组件设备制造及其他电子专用设备制造。电子制造设备主要用于实现电子产品(含元件、组件及成品)制造工艺自动化,其工艺种类众多,工艺场景复杂多样。针对元件级电子产品的制程工艺包括半导体的晶圆加工、晶片封装及测试等。组件级电子产品的
4、制程工艺包括集成电路组件的贴装、插装、点胶及制程中的质量检测等。成品级电子产品的制造工艺主要是各零部件及组件的装配,包括智能手机、平板电脑、智能穿戴设备的自动化线工作流程组装生产。近年来全球电子产品需求旺盛,其中3C类电子产品产销量不断攀升,推动了我国电子制造设备市场蓬勃发展。2、电子制造设备行业的主要特点电子制造设备的用途广泛,民用类产品从家用电子玩具到智能可穿戴设备,商用类产品从电子元器件到汽车电子产品。不同类型的电子产品,对应电子制造设备的研发难度及生产制造有着不同的要求。根据加工产品的不同,电子制造设备可分为元件级、组件级和成品级。元件级电子制造设备对控制精度、加工效率及可靠性要求极高
5、,需要设备厂商在制程工艺、系统工程、机械设计、电控应用及软件系统开发等多个方面都具备长时间的技术积累。国内组件级电子制造设备厂商通过近三十年的技术积累,已突破部分技术壁垒,但在经营过程中面临用工成本上升、财务管理不善等风险。国内成品级电子制造设备厂商的设备大多应用于非标自动化生产线,要求设备厂商短时间内完成样机工艺验证、参与生产线安装及调试、后续需求修订,业务过程是工艺需求开发、样机工艺验证、需求变更、开发纠正、再验证测试的反复循环,需要设备厂商持续的研发投入。相较于国外电子设备制造厂商,我国厂商起步较晚、技术积累不足,国内厂商与国外厂商竞争过程中的优势来源于行业上下游的协同发展。近年来,以计
6、算机、通讯及消费类电子产品为代表的电子产品生命周期变化加快。在物联网、5G、新能源、人工智能等技术驱动下,电子产品的产品形态及生产模式都发生了较大改变。电子产品的物理形态越来越小,能耗要求越来越低,产品迭代不断加快。生产厂商对生产管理的要求不断提升,要求上游设备厂商必须具备精密可靠制造工艺和快速响应能力。因此,国内电子制造设备厂商设备的核心运动控制部件多以上游的运动控制厂商为主,将研发投入集中于产品加工工艺及机械设计。国内厂商与其供应体系的合作模式,缩短了产品的研发周期,降低了单个厂商的研发风险。依托于国内完备的供应体系,成品级电子制造设备厂商得以快速响应下游客户的需求。近年来,以苹果、特斯拉
7、为代表的电子产品厂商在国内建立生产线,结合国内华为、比亚迪等电子产品厂商的不断发展,国内电子制造设备厂商蓬勃发展。根据国家统计局的数据,2017年至2021年,我国电子信息制造业固定资产年平均增长173%,高于制造业年平均增长率85%。3、电子制造设备中运动控制系统产品的应用情况国内运动控制产品主要满足了电子制造设备厂商的技术性需求及业务性需求。技术性需求主要涉及对设备的控制精度、加工效率、系统可靠性、设备用户的使用要求(工艺编程效率,设备可维护性)及设备应用现场的总体控制技术(如信息化适应,设备间通讯管理)等要求。业务性需求主要涉及研发利用效率、二次开发柔性、采购、生产及售后服务的可接受程度
8、。要满足技术性需求,需要运动控制产品本身的功能和性能与电子制造设备匹配。目前,国产运动控制产品在高端应用(如半导体封测)领域,产品性能与国外厂商仍存在一定差距。但在大多数电子制造设备应用领域,国产通用运动控制器、伺服驱动系统以及专用控制系统软件产品的应用已十分广泛。此外,国内运动控制厂商通过成本优势、服务优势等更好满足了国内电子制造设备厂商的业务性需求。技术性需求又与设备制造商自身的研发能力相关,如国外半导体封装测试设备厂商(如ASM、诺信、Asymtek),其规模较大、研发实力较强,设备中的运动控制器、驱动器等部件,都是基于系统性设计而自主研发生产的,部分非重要部件对外采购。检测类设备和非标
9、自动化设备生产厂商大多采用向专业运动控制企业采购通用运动控制器及伺服驱动系统,基于其二次开发或系统集成利用。激光切割、点胶机等设备厂商中,既有外购成套的行业专用控制系统,也有采购标准化通用运动控制产品用于二次开发,这两种模式的选择取决于企业自身的研发能力、市场外部供需环境及供应产品的性能。总体而言,国内电子制造设备厂商对项目开发周期有较高的要求,其运动控制产品一般先外购,当国产产品不满足要求才采用进口产品。国内设备厂商在其上游专业厂商尚不完全具备与国外厂商竞争的形势下,多数不具备自主研发运动控制产品的能力。国内运动控制厂商在今后竞争策略上需要先在性能上追上进口产品,再在产品策略上通过模式优化适
10、应市场需求。二、 发展路径和目标十四五及未来相当长一段时期,推进智能制造,要立足制造本质,紧扣智能特征,以工艺、装备为核心,以数据为基础,依托制造单元、车间、工厂、供应链等载体,构建虚实融合、知识驱动、动态优化、安全高效、绿色低碳的智能制造系统,推动制造业实现数字化转型、网络化协同、智能化变革。到2025年,规模以上制造业企业大部分实现数字化网络化,重点行业骨干企业初步应用智能化;到2035年,规模以上制造业企业全面普及数字化网络化,重点行业骨干企业基本实现智能化。三、 主要目标(一)转型升级成效显著70%的规模以上制造业企业基本实现数字化网络化,建成500个以上引领行业发展的智能制造示范工厂
11、。制造业企业生产效率、产品良品率、能源资源利用率等显著提升,智能制造能力成熟度水平明显提升。(二)供给能力明显增强智能制造装备和工业软件技术水平和市场竞争力显著提升,市场满足率分别超过70%和50%。培育150家以上专业水平高、服务能力强的智能制造系统解决方案供应商。(三)基础支撑更加坚实建设一批智能制造创新载体和公共服务平台。构建适应智能制造发展的标准体系和网络基础设施,完成200项以上国家、行业标准的制修订,建成120个以上具有行业和区域影响力的工业互联网平台。四、 运动控制行业技术水平及特点(一)运动控制行业技术水平点胶设备有多种机型,以满足不同精度、不同效率及不同加工工艺的生产过程,从
12、电子产品整机组装、到组件组装、元器件封装、芯片封装,其作业精度逐步提升,对点胶设备的精度要求也逐步提高,进而对点胶控制系统要求亦随之提高。同时,点胶控制系统作为点胶设备的大脑,面对上千种点胶胶水加工、数十种机械结构及复杂多样的工业应用场景,控制系统自身在功能完备性、可靠性、可扩展性等方面需要保证良好的兼容性及易用性,同时需要符合行业应用高速化、高精度化的技术要求。此外,在传统光栅尺、编码器检测的基础上,机器视觉也逐渐成为点胶工艺位置标定、位置跟踪、环境感知的关键技术,点胶控制系统在复杂工作环境下的智能化水平亦越来越高。运动控制器方面,通过利用CPU和FPGA的高速运算能力,大幅提升了对控制系统
13、的响应速度,实时性已从毫秒缩减到微秒级。此外,作为运动控制的执行机构,交流伺服系统亦可实现高速运动和高精度位置控制。(二)运动控制行业技术特点1、运动控制行业产品功能完备性、集成化点胶控制系统为工业控制系统,具有软硬件结合、各部件良好兼容、应用环境复杂多变等多种特性,同时,点胶设备厂商一般不会只做单一机型,单一机型亦可能加工多种工艺的产品,基于以上特点,下游设备厂商对专业系统供应商产品要求具备点胶机多工艺、多机型的控制适应性,能够达到相对功能完备、标准化程度较高水平,控制软件的功能完备性、集成化是产业应用的发展需求,亦需要点胶控制系统厂商多个型号甚至是多个系列的点胶机控制系统产品作为支撑。2、
14、运动控制行业技术快速响应点胶加工作为一种产品组装制造的新工艺,既用于部件连接,又用于结构防护,近年来随着胶水材料、装配工艺的创新,中高端零件生产制造工艺更新较快,需要设备厂商及供应链体系快速响应并持续优化。同时,点胶控制系统的作为具体工艺的实现方法,新工艺研究、测试、定型及优化过程需要点胶控制系统厂家的深度参与,并投入技术团队深入工业一线应用场景进行持续技术攻关、实践研究及优化。3、运动控制行业可扩展性单机自动化时代的点胶设备已越来越不能适应工厂自动化的加工需求,生产现场需要将多个设备互联互通,工厂生产管理与单机设备之间的制造信息管理需要点胶控制系统具备生产信息管理功能(如MES对接),多工位
15、点胶加工要求点胶控制系统支持轴扩展、I/O扩展、通讯扩展等。同时,基于成本和效率需要,点胶加工过程控制需与点胶后的质量检测集成。电子产品多为大批量规模化生产,快速适应设备的技术功能扩展和生产现场的信息化支持已成为先进的点胶控制系统必备功能。4、运动控制行业高可靠性作为智能制造装备的核心基础部件,高可靠性对于运动控制系统来说是一项基本的核心要求,智能装备往往也是所在车间乃至工厂的关键生产设备,其能够长期、稳定地可靠运行是用户的最基本要求。5、运动控制行业实时性运动控制软件是实时计算领域的典型应用。运动控制系统作为强实时控制系统,要求系统对数据进行快速而准确的处理并及时作出响应,主机与伺服驱动执行
16、命令和状态反馈必须在同一个时刻进行。此外,为了实现高速高精的发展目标,系统需要快速而有效地对复杂而又庞大的操作任务进行实时处理。五、 运动控制行业挑战(一)运动控制行业产业配套不足,关键零部件依赖进口运动控制行业的芯片主要通过电子元器件分销商向国际知名品牌采购,包括处理器芯片、逻辑芯片、存储芯片、电源芯片等。近年来,国际政经局势动荡、全球贸易摩擦加剧,芯片等关键原材料供应出现短缺或供应紧张,对运动控制行业带来不利影响。(二)运动控制行业高端专业人才短缺运动控制涉及软件算法、电子、通信、光学、自动化及机械等多学科知识,属于知识和技术密集型行业,同时需要结合工业一线应用场景进行不断知识积累反馈、经验吸收和技术迭代,是基础研究和应用实践紧密结合的高竞争壁垒领域。随着产品和工艺装备的精密度与复杂性的进一步提高,技术综合程度不断增加,以及生产工艺过程日益成为一个各工序紧密联系着的有机整体,现代智能制造对产业技