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1、驱控一体机专题调研报告围绕高参数齿轮及传动装置开展高参数齿轮传动啮合失效机理、特殊条件下齿轮副基本工作理论、研究，研究高速重载齿轮传动、轻合金齿轮、高性能蜗杆传动及新型机构，基准级别齿轮渐开线样板设计与超精密制造和计量，突破高参数齿轮传动和精密减速器设计、制造和检测共性关键技术，形成标准及技术规范，实现高参数齿轮及传动装置在民用航空装备、工程机械、大型海洋装备、高速列车、海上风电、机器人等装备的示范应用。一、 我国制造业发展取得的成绩（一）制造业总量跃居世界第一，成为名副其实的制造大国近年来我国制造业总体规模已居世界第一位，综合实力不断增强，不仅对国内经济和社会发展做出了重要贡献，而且成为支撑
2、世界经济的重要力量。2014年，我国工业增加值达到228万亿元，占GDP的比重达到3585%。2013年我国制造业产出占世界比重达到208%。在500余种主要工业产品中，我国有220多种产量位居世界第一。制造业的快速发展，直接促进了我国经济发展的速度、质量和效益，增强了我国在全球化格局中的国际分工地位。（二）突破了一批核心技术，形成了一批支撑国民经济发展的重大装备产品十几年来，制造业各领域涌现出了一批较有影响、意义深远的重大成果。国内发电设备装机中国产发电机组已达80%以上，年产千万吨级大型炼油厂设备国产化率达90%，国产100万千瓦超超临界火电机组、国产750千伏交流输变电成套设备已投入运行
3、。日产4000吨大型新型干法水泥生产线、60万吨乙烯、30万吨级合成氨、百万吨级钾肥等一大批大型成套技术装备实现自主化。神舟系列航天飞船的成功发射，实现了载人航天工程的重大突破。蛟龙号载人潜水器研制和海试成功，标志着中国跻身世界载人深潜先进国家行列。（三）涌现出一批世界级的大企业，企业正在逐步成为技术创新主体2016年财富世界500强排行榜中，中国企业达110家，其中以工业为主的有50余家。社会创新要素不断向企业集聚，工业企业研发投入快速增长，自主创新能力显著增强。2015年，我国规模以上制造业研发投入强度达到091%；企业发明专利申请583万件，占国内发明专利申请受理量的602；企业获得发明
4、专利授权159万件，占国内发明专利授权量的605。企业作为市场主体，在自主创新中继续发挥决定性作用。（四）初步形成了企业、高校、院所联动的产业创新体系近年来，我国制造业加强科技创新、促进科技成果转化和产业化，取得了重要突破和实质性进展，形成了产学研结合、较为完备的产业创新体系。建设了一批国家重点实验室、国家工程技术研究中心等科研基地；成立了一批国家产业技术创新战略联盟，为我国制造业的健康持续发展提供了重要保障。二、 智能机器人推动机器人产业与人工智能等新一代信息技术深度融合，突破共性关键技术，形成具有国际竞争力的机器人产品，协同标准体系建设、技术验证平台与系统建设、以及典型示范应用，支撑我国机
5、器人技术和产业向高端发展。（一）智能机器人基础前沿技术结合机器人与以人工智能为代表的新一代信息技术深度融合的国际发展趋势，开展机构/材料/驱动/传感/控制与仿生的创新技术、智能机器人感知与认知技术、智能机器人学习与智能增殖技术、人机自然交互与协作共融技术等重大基础前沿技术研究，搭建机器人技术验证平台系统，开展试验验证，取得原创性创新成果，为我国新一代智能机器人提供技术支撑。（二）智能机器人共性关键技术以攻克制约我国机器人技术与产业发展的共性关键技术为目标，开展高性能机器人核心零部件（RV减速器、谐波减速器、伺服电机与驱动器、机器人控制器）、专用传感器、软件体系及多任务操作系统、功能软件、计量测
6、试/安全与可靠性、应用工艺及系统集成等共性关键技术研究，建立机器人安全性与可靠性技术体系，机器人性能达到国际同类产品水平，解决我国机器人产业空心化问题，提升国产机器人的国际竞争力。（三）新一代机器人技术与平台开展主/被动结合新型机构与驱动、模块化柔顺关节、关节变刚度弹性驱动、生物-机械界面与接口的人机相容性设计、人机安全共存、智能交互、协同作业等新一代机器人核心技术研究，研制以协作型多自由度轻型臂、协作型双臂机器人、移动操作臂等为代表的新一代互助协作型作业机器人和以上肢外骨骼、下肢外骨骼、全身外骨骼等为代表的新一代人体行为增强型机器人试验样机系统，为后续产品化奠定技术基础，实现新一代机器人技术
7、研究与世界同步，抢占技术与产业制高点。（四）机器人关键产品/平台/系统研发研发新型作业机器人、医疗/康复机器人、面向老年人/残障人士的生活辅助机器人、特殊环境服役自主作业机器人、机器人云端在线服务平台、机器人智能作业技术及系统等高端机器人关键产品/平台/系统，丰富我国机器人产品种类，完善我国机器人产品谱系建设，提升我国机器人的整体性能与智能水平，创新服务领域和商业模式，支撑我国机器人技术与产业向高端发展，彻底转变低水平重复的局面。（五）系统集成与应用推进我国机器人面向制造业典型行业/重点领域、医疗/康复、助老助残/智慧家庭/社会服务、安全与救援/科学工程等行业/领域的系统集成与应用，实现我国机
8、器人技术与产品在国家重点行业/领域高端应用和典型领域拓展应用，提高国产机器人国际竞争力，为国产机器人产业化奠定基础，加速推进我国智能机器人技术与产业的快速发展。三、 我国制造业发展对科技创新的需求粗放式发展道路已经无法适应我国制造业的发展，通过科技创新提高制造业竞争力是必由之路。在当前我国制造业实施战略转型的关键时期，制造业健康快速发展对科技创新工作提出了明确的需求。（一）加强制造基础能力方面的科技创新制造业基础技术研究能力薄弱已经成为当前制约我国制造业发展的主要瓶颈，其中基础材料、关键基础零部件、电子元器件、集成电路、传感器、控制系统、软件工具及平台等众多领域的基础研究、关键技术研究、关键工
9、艺研究都没有掌握自主核心技术，工艺装备、测试与实验装备、标准化等共性技术自主创新能力薄弱，亟需科技攻关。（二）亟需加强制造企业经营管理模式创新我国制造企业管理正处于由传统管理模式向现代管理模式转变的阶段，经营目标、管理模式、管理理念和决策标准发生根本性变化，多数企业并没有从根本上改变以产品为中心的传统制造模式，无法适应互联网、云制造等模式下的多品种大批量定制化的要求，企业管理信息化、生产过程智能化、咨询服务网络化的水平制约着中国制造业的快速发展。（三）亟需提升制造业智能化水平随着中低端产品加工制造产业重心向东南亚等发展中国家转移，我国装备制造业在全球地位面临挑战，急需利用互联网、物联网、大数据
10、、传感器等增强装备产品智能化程度，构建数字化、智能化、网络化的智能化生产线和数字化工厂，从而提升生产效率、产品质量，提升产业的竞争力。（四）亟需加强新兴产业关键装备的研发我国新兴产业所需装备的需求缺口较大。光电子、先进光伏电池设备、新一代通信设备等发展所需的关键技术和核心技术的自给率较低，核心技术掌握仍较少，试验设计能力较欠缺、技术集成能力薄弱、制造装备进口依赖大，新兴产业发展所需的关键装备自给不足。（五）亟需加强绿色制造技术的研发优质高效、节能、节材的先进基础制造工艺和自动化、智能化技术的普及程度不高，能源消耗、材料利用率及污染排放与国际先进水平相比存在较大差距。亟需发展先进绿色制造技术与产
11、品，突破制造业绿色产品设计、环保材料、节能环保工艺、绿色回收处理等关键技术，支撑制造业可持续发展。四、 智能制造与装备制造业概述智能制造是基于新一代信息技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特征，旨在提高制造业质量、效益和核心竞争力的先进生产方式。作为制造强国建设的主攻方向，智能制造发展水平关乎我国未来制造业的全球地位，对于加快发展现代产业体系，巩固壮大实体经济根基，构建新发展格局，建设数字中国具有重要作用。智能制造以工艺装备为核心，以数据为基础，通过制造技术突破、工艺创新和业务流程再造，实现生产制造的数字化、网
12、络化、智能化。智能制造是一种先进的生产方式，怎样生产和用什么生产则依赖于装备制造业提供具体的智能制造装备。装备制造业的技术水平是衡量一个国家工业化水平的重要标准。智能制造装备集机械系统、运动控制系统、信息管理系统等多种技术于一体，具备高速、高精度、高实时响应的作业性能，是有效减少生产过程对人力劳动的依赖，显著提高生产效率、生产精度和生产质量的先进工业装备。智能制造装备具有感知、控制、决策、执行、数据闭环反馈功能，是先进制造技术、信息技术和智能技术的高度集成。先进工艺、信息技术与智能制造装备的深度融合，推动实现了数字化、网络化、智能化的智能制造。五、 运动控制系统行业概况（一）运动控制系统基本概
13、述以反馈控制为核心、机构为被控对象、数学为基础的运动控制技术是人类发明和制造机器的过程中发展起来的一门科学技术。人类通过运动控制技术来制造更有序、高效、高速、精密、稳定和可靠的好机器。机器改变世界，而运动控制技术改变机器设计与制造，是现代工业不可或缺的制器之技。现代运动控制技术的发展起源于工业革命后对蒸汽机、电动机等各类机械设备进行精确控制的想法。得益于现代控制理论、微电子学、计算机技术的进步，运动控制技术成为现代工业自动化发展最为活跃的领域之一，并已广泛应用于微电子、机器人、数控机床、电子加工和检测、生产自动化等各类工业制造领域。在现代化工业时代，运动控制技术的应用水平是衡量一个国家装备自动
14、化、智能化水平的标志，体现了制造业的发展水平和市场竞争力。运动控制系统是智能制造装备的核心基础部件，决定了装备的精度、效率，是不同品牌装备形成差异化的重要环节。从基本结构上看，典型的运动控制系统主要包括控制器、驱动器+电机（执行器）和传感器三大部件。其具体功能是在复杂条件下，将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动，实现机械运动高速、高精度的轨迹和位置控制、速度控制、转矩控制或力控制。其中，运动控制器相当于运动控制系统的大脑，驱动器+电机相当于心脏和血管，传感器则是神经系统的感知单元。而机械系统就是承载任务的四肢。运动控制器向驱动器发送控制指令，驱动器将其转化为能够运行电机的电流，驱动电
15、机运转，进而带动工作机械（负载）实现特定运动。同时，电机和机械系统的多种传感器经过信号处理将实时信息反馈给控制器，控制器进行实时调整，保证整个系统的稳定运转。运动控制系统由硬件和软件两部分集成，硬件即工业控制板卡，包括主控单元、信号处理等部分，软件包括运动控制算法、逻辑任务、系统调度及相关工业应用软件。硬件的质量、结构，软件、算法的优劣，共同决定了运动控制系统的精度、效率。在硬件的差异化不明显的情况下，软件算法是运动控制系统的关键。运动控制软件可在使用过程中通过升级来提升性能或改变用途，从而使智能化装备具有真正的柔性。在装备制造业高质量发展，整体制造业向精益管理综合能力和全局效益提升方向发展的
16、背景下，运动控制系统的核心指标就应包括：运动控制系统的整体可靠性、稳定性，适用于不同应用场景的性能和功能指标（高速高精、高实时性和高带宽等）和快速二次开发能力，以及人机交互的友好、易用与可重构，针对机械系统的预测性维护（智能感知与故障诊断）能力，与产线及周边设备交互并参与整体节拍效率、产能以及供应链的决策等。（二）运动控制系统核心部件运动控制器是指以逻辑控制单元为核心，以传感器为信号敏感元件，以电机或动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置，其主要任务是根据运动控制的要求和传感器件的信号进行必要的逻辑、数学运算，为电机或其它动力和执行装置提供正确的控制信号。运动控制器由硬件、固件、软件等组成，其中硬件部分包括微处理器、存储器、接口电路、通信接口、电源等；固件是指固化在微处理器、存储器、可编程逻辑器件等元件中的软件；软件部分由实时操作系统、运动控制指令编译器、运动控制参数的
