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1、运动控制核心部件产业分析报告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，支撑我国机器人技术和产业向高端发展。围绕高端液压件与密封件开展新型高功率重量比和高能量密度液压件的设计方法研究，高参数液压阀、泵等新结构和新方法研究。研究密封可靠性设计、延寿、运行试验技术，开发高性能检测、可靠性评估和测试装备，建立性能评价体系与标准。开发高压力等级多路阀和液压泵、大规格柱塞泵与比例流量阀、高效率静液传动元件与系统、高参数密封件、液压动力总成系统等，实现在工程机械与农业机械、重型机械、航空航天
2、、海洋工程装备等示范应用。一、 运动控制系统行业发展面临的机遇与挑战我国运动控制产业根植于中国制造。一方面，深入实施制造强国战略，加强产业基础能力建设是我国发展的战略制高点；另一方面，中国拥有全球最完整的制造业产业链，最丰富的工艺业态和最庞大的消费群体。这两点决定了中国智能制造，以及其核心基础环节的运动控制产业将实现长期较快的高质量发展，且中长期看将整体达到乃至引领全球竞争力水平。这是行业发展面临的长期机遇。运动控制产业是典型的人才与技术密集型行业，这既是行业竞争壁垒，也是最大的发展挑战：一方面，运动控制融合了软件算法、电子、通信、光学、机械等多学科交叉的技术和人才，且需要长期深入工业一线应用
3、场景进行不断的知识反馈、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。另一方面，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术人才提出了更高的挑战。当前智能制造产业的高技能人才尤其是高端复合型人才紧缺严重，而高技能人才培养时间长，难度大，行业高素质人才的紧缺一定程度上制约了整个行业的发展，亟需打造真正有效的产学研培育模式，满足产业人才的迫切需求。二、 新型电子制造关键装备面向宽禁带半导体器件、光通讯器件、MEMS（微机电系统）器件、功率电子器件、新型显示、半导体照明、高效光
4、伏等泛半导体产业领域的巨大市场需求，开展关键装备与工艺的研究，重点解决电子器件关键材料装备、器件制造装备等高端装备缺乏关键技术、可靠性低、工艺开发不足等问题，推动新技术研发与关键装备研发的协同发展，构建高端电子制造装备自主创新体系。（一）宽禁带半导体/半导体照明等关键装备研究针对碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等为代表的宽禁带半导体技术对关键制造装备的需求，开展大尺寸（6吋）宽禁带半导体材料制备、器件制造、性能检测等关键装备与工艺研究。针对高亮度半导体照明（LED、OLED）大生产线对制造装备的需求，开展大产能材料制备、器件制造、性能检测等关键装备研发，掌握核心技术与工艺，满足大生产线要求。
5、（二）光通讯器件关键装备及工艺研究针对光通讯器件制造对装备的需求，重点围绕硅基光电子芯片工艺装备、InP（铟磷）基等光电子芯片工艺装备、光纤器件工艺装备、光电子器件耦合封装等关键装备等开展研究，掌握核心技术，实现产品应用，提升国内光通讯器件制造能力及工艺水平。（三）MEMS器件/电力电子器件等关键装备与工艺研究针对MEMS器件、电力电子器件等领域对装备的特殊工艺需求，开展材料制备、芯片制造、特种封装、性能检测等关键装备与工艺的研发，掌握关键技术、开发特色工艺，提高国产装备的工艺适应性及可靠性。研究基于国产装备为主的成套工艺，完成对国产装备的工艺优化、可靠性验证及集成应用，打造自主产业链，提升产
6、业竞争力。（四）高效光伏电池关键装备及工艺研究针对下一代高效光伏电池技术（PERC、HIT、黑硅电池等）对关键装备及工艺的需求，开展大产能、高转换效率光伏电池制造工艺装备、自动化制造装备、核心工艺等研究，降低电池片制造成本，转换效率达到国际领先水平，实现批量销售。（五）新材料，新器件关键电子装备与核心部件研究针对石墨烯、碳基电子器件、柔性显示、光互联等国际上不断出现的新材料、新器件、新工艺对半导体技术相关的装备需求，开展面向电子器件应用石墨烯材料制备装备、大面积转移装备、石墨烯电子器件制造装备、柔性显示有机膜材料制备装备、柔性显示有机器件制造及检测装备、碳基电子器件制造装备、光互联器件制备装备
7、、高密度封装等方面的关键装备开发，满足研发或产业化需求，推动新技术研发与装备研发的协同发展。三、 运动控制系统行业的发展情况及发展趋势（一）运动控制行业技术特点及技术发展趋势高可靠性是指产品可在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力，通常以平均无故障时间来界定。工业装备能够长期、稳定地可靠运行是用户的最基本要求。现代工业场景下，装备的系统复杂度提升，非确定性因素增加。作为装备的大脑，运动控制系统需在面对各种作业环境和需求变化的情况下，消除整体系统的非确定性，保证装备的长期稳定有效运行。随着运动控制系统设计更加复杂，软件的可靠性主要体现在其容错能力和代码强健性上，而对于硬件来说，在持续降低系统
8、功耗的同时，提升其在各种严苛环境下（高温高湿、超低温和温度冲击、粉尘油污、腐蚀性气体、金属颗粒物、强电磁干扰等）的抗干扰能力、724小时运行环境中抗疲劳强度、抗扰动能力和信号链传递损失与补偿等。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器系统来说是一项基本的核心要求。一方面，在生产过程中需采用经过严格筛选测试的优质元器件，组装过程也应具备严格的质量控制程序，以确保装备长期使用时的高稳定性和高可靠性。另一方面，运行中控制系统的故障源经常来自于各类连接点和运动部件扰动。如何减少连接，强化网络数据传输的实时安全，以更加紧凑的结构实现更加复杂的控制过程，在保证可靠性的同时，还要能够支撑更加复
9、杂的算力需求。实时性作为运动控制系统的一项重要性能指标，是指事件发生的时间确定性（相对与绝对的确定），以及在此基础上数据处理的精准和快速性，这对设备和任务间的时间同步精度，以及系统中的任务执行效率提出了新的要求。实时性需要解决在保证运动控制事件的时间确定性情况下系统的冗余安全、复杂网络中信息实时交互、多时钟源协同精准补偿，复杂系统相位控制中的高速信号处理和大型软件的实时性处理等等。高速高精度是运动控制系统在性能上永恒的追求，面对不同应用场景，高速高精的具体指标有所不同，但总体指标要基于被控对象的模型辨识，对速度和控制精度进行自适应和自优化，取得综合性全局最优。类似木桶效应，一个系统的整体性能取
10、决于最短的木板。输入激励信号源的运动规划与被控对象响应能力是否匹配，系统各控制环节的同步性，传感反馈的物理分辨率精度，系统模型辨识的线性化能力，机械系统谐振频率和动刚度特征，关键部件热传导与热辐射效应，信号链完整度、扰动频域是否与工作频域重合等，都会制约系统整体高速高精度性能指标的达成，成为最短的那块木板。（二）运动控制系统产品及技术发展趋势开放性代表系统要为用户打开二次技术开发、工艺快速迭代升级的技术路径，并为用户自身核心竞争力构建提供必要的技术手段。灵活性意指系统要能适应各种复杂工艺要求的能力，既有性能上的深度和功能上的宽度，还要具备多源异构系统的重构便利性。易用性表示系统需具备人机交互的
11、友好、直观、简便，安装调试的简洁、安全，运行维护的可预测、便捷和低成本。在现代智能制造更高精度、效率和制程柔性化的需求下，未来运动控制系统发展的核心需求之一为实现开放性、灵活性、易用性的统一。传统机械设备采用的电机和I/O数量有限，往往采用一对一直连的方式连接。直连方式最大的问题在于布线复杂，线缆使用量较大，同时传输信号极易受到干扰。为解决这些问题，各装备或部件厂商纷纷采用高速工业总线连接伺服驱动器及运动控制器，网络化趋势明显。采用高速工业总线后，运动控制器、伺服驱动器和I/O模块之间除了常规的控制命令及反馈信息传递外，还可以根据需要实时调节伺服驱动器的各类参数，从而实现更为复杂灵活的控制要求
12、，设备连接的轴数和I/O数量也不断增加。在数字化、智能化发展趋势下，工业总线作为工业数字血管的重要性日益凸显。逐渐成长为现代工业体系内一个独立的产业细分领域，并作为智能制造体系的底层核心技术支撑，成为制造大国产业竞争的战略制高点。在新的工业体系中，工业数据成为制造业的血液，居于核心位置。以工业数据为脉络，整个智能制造逻辑重构为数据产生（工业现场）、数据传输、数据管理与价值发掘几个环节。从制造效率及工业大数据安全可靠角度看，制造业领域必须完整实现从现场总线到工业现场网络全互联的技术升级。未来工业场景下，对工业装备的控制已经不仅仅是几个轴的运动控制和逻辑控制，而是基于全互联的综合系统控制。从底层的
13、智能传感、控制决策、数据信息交互到基于多源异构数据的分析决策，全链打通，实现端到端、端到云的大系统闭环控制，从而实现单台装备、柔性工作站和工作岛及自动化产线的综合运维成本降低、产品生命周期优化、生产效率提升、节能环保等多方面的进步。不同于过去Profinet、EtherCAT等工业上已经具备的工业总线概念，工业现场全互联（高速工业现场网络的安全与互联互通）从标准、架构、交互、数据、应用和业务乃至生态等各个方面都要考虑安全可信体系的建立，还要考虑多主从架构的数据安全与高度同步、多源异构数据链路的多级实时与可靠性、对等网络拓扑及去中心化、分布式数据存储与实时处理、共性模型算法提取与深化，以及智能算
14、力分布等多维技术研发、耦合验证和复杂场景应用。四、 我国制造业自身存在的问题（一）自主创新能力不强我国是制造业大国，但多数制造企业在国际产业链分工中仍处于制造加工组装低技术含量和低附加值环节，创新能力不强。尤其在高端产品创新设计方面，设计工具软件受制于人，设计方法和理念不够先进，创新设计能力较为薄弱。2015年，我国集成电路进出口逆差1600多亿美元，众多高端芯片的核心技术尚无法突破，企业被迫将大部分利润用于购买国外专利授权，产业自主发展的能力不强，难以打破市场垄断。（二）基础能力薄弱，产品质量不高我国制造业质量基础相对薄弱，高性能液压件与气动元件、高速精密轴承、大功率变频技术、特种执行机构、
15、仪器仪表传感器、工控软件系统等发展滞后。产品质量和技术标准整体不高，出口产品召回问题不断，严重影响着我国制造业的国际形象。此外，制造业每年直接质量损失超过2000亿元，间接损失超过1万亿元。（三）资源利用效率偏低我国部分传统制造行业高投入、高消耗、高污染、低效益的粗放式生产方式，加剧了对生态环境的破坏。全国钢铁、建材、化工等行业单位产品能耗比国际先进水平高出10%-20%；机电产品中量大面广的燃煤工业锅炉运行效率比国外先进水平低1520%。制造业可持续发展遇到瓶颈。我国大部分地区和行业的信息化仍处于以局部应用为主的初级阶段，且不同地区、行业和不同规模企业间信息化水平尚存在明显差距。面对网络协同
16、制造、大规模个性化定制等新型生产模式的变革，认识不充分，准备不足，传统制造业将面临二次淘汰的风险。五、 智能工厂适应工厂智能化的发展趋势，重点研发智能制造标准化共性关键技术，实现智能工厂共性关键技术研发、技术的工程化和产业化。提升我国工业自动化行业的整体创新水平和自主装备能力，满足国家科技创新、产业升级和转型的重大战略需求。（一）工业互联网技术与系统针对物理信息系统中信息与物理交叉融合造成的复杂性系统问题，建立工业互联网复杂系统模型，攻克以智能工厂为对象的全网互联技术，给出工业互联网复杂系统的实现能力、性能分析与评价方法。重点研究工业互联网一体化架构、工业互联网的泛在感知网络互联和实时控制技术、多源异构网络互联与语义化互操作技术、动态自组织软件定义的工业控制网络技术、工业互联网验证测试平台。攻克大规模、异构、高实时、高安全、可重构工业互联网共性关键技术，实现工业互联网系统安全可靠应用，建立工业互联
