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1、运动控制系统产品行业前瞻分析报告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。加强部门协同，统筹实施智能制造工程，深入开展技术攻关、装备创新、示范应用、标准化、人才培养等。加强央地协作，鼓励地方出台配套政策和
2、法律法规，引导各类社会资源聚集，形成系统推进工作格局。充分发挥智能制造专家咨询委员会及相关高校、科研机构、专业智库作用，开展智能制造前瞻性、战略性重大问题研究。鼓励企业结合自身实际加快实施智能制造，持续做好安全生产和环境保护工作。一、 现状与形势近十年来，通过产学研用协同创新、行业企业示范应用、央地联合统筹推进，我国智能制造发展取得长足进步。供给能力不断提升，智能制造装备市场满足率超过50%，主营业务收入超10亿元的系统解决方案供应商达40余家。支撑体系逐步完善，构建了国际先行的标准体系，发布国家标准285项，牵头制定国际标准28项；培育具有行业和区域影响力的工业互联网平台近80个。推广应用成
3、效明显，试点示范项目生产效率平均提高45%、产品研制周期平均缩短35%、产品不良品率平均降低35%，涌现出离散型智能制造、流程型智能制造、网络协同制造、大规模个性化定制、远程运维服务等新模式新业态。但与高质量发展的要求相比，智能制造发展仍存在供给适配性不高、创新能力不强、应用深度广度不够、专业人才缺乏等问题。随着全球新一轮科技革命和产业变革突飞猛进，新一代信息通信、生物、新材料、新能源等技术不断突破，并与先进制造技术加速融合，为制造业高端化、智能化、绿色化发展提供了历史机遇。同时，世界处于百年未有之大变局，国际环境日趋复杂，全球科技和产业竞争更趋激烈，大国战略博弈进一步聚焦制造业，美国先进制造
4、业领导力战略、德国国家工业战略2030、日本社会50等以重振制造业为核心的发展战略，均以智能制造为主要抓手，力图抢占全球制造业新一轮竞争制高点。当前，我国已转向高质量发展阶段，正处于转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期，但制造业供给与市场需求适配性不高、产业链供应链稳定面临挑战、资源环境要素约束趋紧等问题凸显。站在新一轮科技革命和产业变革与我国加快高质量发展的历史性交汇点，要坚定不移地以智能制造为主攻方向，推动产业技术变革和优化升级，推动制造业产业模式和企业形态根本性转变，以鼎新带动革故，提高质量、效率效益，减少资源能源消耗，畅通产业链供应链，助力碳达峰碳中和，促进我国制造业迈向全
5、球价值链中高端。二、 运动控制行业技术水平随着自动化技术的发展，运动控制作为自动化制造的基础技术，逐渐与CAD/CAPP/CAM技术集成，形成了面向特定领域（如激光切割、点胶、标刻、焊接、工业机器人等），融合行业工艺知识和控制器编程软件，形成以运动控制为基础的系统技术。（一）通用运动控制技术一个典型的运动控制系统主要包括运动控制器、驱动器和电机、以及传感器等三大部件，分别完成运动规划、运动执行和运动感知三大功能，融合了电子电气、控制工程、计算机科学、通信技术及传感检测等领域技术。1、运动控制行业运动控制器技术运动控制器主要完成运动规划功能。运动控制器是一个可编程装置，根据用户设定的期望位置、速
6、度、加速度等，产生各运动曲线，输出给电机驱动器，并监控I/O状态、电机或机械装置实际位置，实现开环或闭环控制。运动控制器由硬件和软件组成，其中软件包括实时操作系统、运动控制运行库、用户运动控制应用程序等构成。对于点位运动，运动控制器需要实现单轴和多轴独立运动控制；对于轨迹运动，运动控制器具有直线插补、圆弧插补、螺旋线插补等；为提高运动效率同时降低运动冲击，轨迹运动往往要实现前瞻速度规划。为适应加工过程中位置和速度变化，需要具有动态改变位置、改变速度技术。为了手动调整加工对象位置，运动控制器通常搭载手轮控制技术。运动控制器常用的电子凸轮技术和电子齿轮技术实现同步控制。二者都是通过采样主动轴位置，
7、一般通过编码器获取，根据凸轮曲线或减速比计算出从动轴运动信息，控制从动轴电机的运动。主动轴和从动轴之间无直接的机械联接。对于电子加工设备，为保证视觉系统与运动位置的高速、精确同步，运动控制器需要实现位置比较输出，运动控制器同时具有编码器位置锁存功能。2、运动控制行业伺服驱动技术伺服驱动技术主要用于完成运动执行功能。伺服驱动技术接收运动控制器发来的运动指令，将弱电指令信号放大到电机运行所需要的高压/大电流，控制驱动元件使其按照指令要求运动，因此，需要满足运动过程动态响应等性能指标。由于电子加工需要较高精度和响应特性，所以主要的加工轴一般采用交流伺服驱动器和交流电机。整个系统包括驱动信号控制转换、
8、电力电子驱动放大、位置调节、速度调节、电流调节、位置检测等。每个交流伺服驱动器一般有三个闭环，即电流环、速度环和位置环。电流环为伺服电机提供转矩，一般情况下与电机匹配，不需要外部控制。速度环控制电机转速，常采用比例积分调节器，比例积分参数取决于负载大小和机械传动系统刚度、间隙等特性。位置环控制各电机按指令位置精确定位，部分简单的位置环只采用了比例控制。为保证良好的快速性、稳定性，伺服系统要求具有高增益，但这会导致系统不稳定，所以往往在PID控制基础上，增加前馈控制，因此需要伺服系统具有PID参数的自整定功能。此外，伺服驱动内已广泛采用信号滤波技术，解决电信号的各种干扰。3、运动控制行业信号检测
9、技术信号检测技术主要完成运动感知功能。运动控制系统中最常使用的是位置检测装置，利于位置检测装置实时测量执行部件的位移信号，通过求导或偏差运算，即可获得速度和加速度信息。将执行部件的实际位置反馈给伺服驱动系统或运动控制器，实现半闭环、闭环控制。根据测量方法可分为增量式和绝对式，直接测量和间接测量；按信号形式，可分为模拟式和数字式。随着运动控制系统向智能化方向发展，在传统光栅尺、编码器检测位置的基础上，引入了机器视觉技术，包括单目视觉和双目视觉，可以实现更复杂的工作环境。（二）运动控制行业CAD技术CAD技术是指在零件加工的设计过程中，以计算机作为工具，进行设计的一切实用技术的总和，最广泛的应用是
10、二维、三维的几何形体的建模、绘图、设计等。CAD技术需要支持第三方工业设计软件如AutoCAD、Solidworks、UG等输出的零件图纸的识别、编辑和优化处理，最终生成零件加工模型。在美国、英国、日本等工业化进程较早的国家，CAD技术已被广泛应用于设计与制造的各个领域。国内CAD技术发展较晚，目前主要以二维平面设计为主，近两年以PCL开源库为基础的三维空间设计逐渐成熟。（三）运动控制行业CAM技术CAM技术是指在机械制造业中，利用计算机通过各种数值控制机床和设备，自动完成从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动。在CAD输出的加工模型的基础上，根据零件加工的工艺要求，可通过计算机辅助生成最
11、优的控制参数和加工模型。针对不同的制造过程，CAM所需的技术有较大差异。例如点胶行业CAM注重于流体控制、点胶路径优化以及胶阀控制与轨迹运动配合等相关控制参数；激光切割行业CAM注重于切割轨迹排版以及光路、激光焦点等控制参数。目前国内制造业CAM技术飞速发展，相较于国外基于标准数控系统开发的计算机辅助制造软件，国内的软件设计不需要专业的数控编程能力，降低了使用门槛。（四）运动控制行业工业机器人编程技术（SDE）规划机器人按照要求在三维空间内完成指定的工艺动作称为工业机器人编程技术（SDE）。工业机器人编程主要分三类：一是示教编程，操作人员通过示教编程器移动移动机器人的终端（胶头、焊枪、切割头等
12、）跟踪加工轨迹并实时记录轨迹信息以及设置加工工艺参数，机器人根据记录信息逐点重现加工工艺，该方案面对复杂的零件编程效率低下；二是离线编程，操作人员依靠计算机图形技术建立机器人工作模型和零件三维模型，模拟三维图形动画编程结果。三是独立编程，该方案是实现机器人智能化的基础，依靠各种外部传感器使机器人能够全面感知真实的加工环境，并确定工艺参数和运行路径。独立编程不仅提高了机器人的自主性和适应性，也是工业机器人未来的发展趋势。（五）运动控制行业工艺软件组件技术（CAPP）组件是指应用系统中可以明确识别的，具有一定功能的构成模块。随着制造业流水化程度越来越高，工艺系统加工任务不固定，工艺软件组件技术主要
13、用于工艺软件在加工场景中的快速切换。如电子装备流水线上的点胶工位，不同的零件需要对应不同的胶水与胶阀以及工艺控制参数，需要组件化的胶阀工艺控制模块就能快满足现场的使用要求，同时不影响软件的其他控制工艺。总体来说，运动控制作为自动化领域中的一个分支，最终执行装置是各种机构，构成的控制系统多为非线性、多输入多输出的复杂系统，对系统的稳定性、可靠性要求高。运动控制系统响应要求快，过渡调节时间精准至毫秒级，加工节拍只有100至200毫秒，因此系统增益大，同时要求系统的实时性高，时钟抖动低至微秒级。系统控制精度高，工业上使用的一些高精度运动系统达到1微米。为了获得更换的加工效率和加工质量，要求实现高速高
14、精度的运动控制，有的加工速度超过2米/秒。（六）运动控制行业机器视觉技术机器视觉在运动控制系统中一般有两类用途：其一用于识别零件的位姿变化，并将变化信息转化为机械设备能识别的运动信息，最终引导设备完成零件加工；其二是对零件进行缺陷检测。机器视觉系统使用一个或多个摄像机，通过模数转换、数字信号处理等将所得的数据输入到计算机，计算机分析输入的图像数据后控制机械设备完成指定的任务。国外工业发达国家在运动控制技术的研究和运动控制系统的开发处于领先地位，产品覆盖了实时操作系统、实时以太网通讯、标准化编程软件、高速高精度运动控制算法、驱控一体化、以及从机械设计到CAD/CAM综合总体技术等各个方面。我国对
15、运动控制有巨大的市场需求，国产运动控制企业通过与设备商、终端用户紧密配合、研发各种性能优越的运动控制产品，在以上各个领域逐渐达到、甚至在部分领域超过了国外产品性能。三、 运动控制行业技术的发展趋势（一）运动控制行业高精度化点胶技术作为电子封装工业表面贴装技术，近年来，随着消费类电子产品朝智能化、小型化、多功能化和高度集成化不断发展，加工精度要求越来越高，从而对点胶控制系统的控制精度、点胶路径的示教精度、胶阀出胶精度亦要求较高，比如点胶路径的示教精度，目前很多电子器件已经无法通过人眼直接观察产品进行示教，传统依靠人工示教方式的点胶技术已不能满足精度要求，需要通过机器视觉对器件进行三维建模来规划加
16、工路径规划，降低示教难度、提升示教精度。（二）运动控制行业多轴联动及柔性化点胶工艺目前在消费电子、新能源、半导体、汽车电子等领域已得到广泛应用并快速发展，异形工件、曲面工件及大型工件点胶加工需求也正日益增多。由于常规三轴自动点胶只能在单一维度移动并执行点胶作业，当对复杂构型产品进行点胶作业时，其可适用的工件大小和点胶面都有限制，此时，除需要机器视觉对器件进行三维建模来规划加工路径规划外，还需要通过多轴设备手眼标定技术和多轴联动控制技术，最终才能实现高精度、高速度和高柔性的点胶或涂胶作业。（三）运动控制行业控制速度和精度不断提升长期以来，运动控制技术不断挑战新的速度和精度，未来相当长一段时间仍然延续这一重要的发展趋势。电子制造设备等下游行业将不断推动运动控制技术向高速高精方向发展，而计算机技术、新型传感器、新的电机驱动技术等将为运动控制技术向高速高精方向发展提供技术保障。（四）运动控制行业系统功能智能化随着制造技术的快速
