点胶控制系统产业发展行动指南

点胶控制系统产业发展行动指南

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。夯实基础支撑，构筑智能制造新保障瞄准智能制造发展趋势，健全完善计量、标准、信息基础设施、安全保障等发展基础，着力构建完备可靠、先进适用、安全自主的支撑体系。深入推进标准化工作。持续优化标准顶层设计，统筹推进国家智能制造标准体系和行业应用标准体系建设。加快基础共性和关键技术标准制修订，加强现有标准的优化与协同，在智能装备、智能工厂等方面推动形成国家标准、行业标准、团体标准、企业标准相互协调、互为补充的标准群。加快标准的贯彻执行，支持企业依托标准开展智能车间/工厂建设。积极参与国际标准化工作，推动技术成熟度高的国家标准与国际标准同步发展。（一）完善信息基础设施加快工业互联网、物联网、5G、千兆光网等新型网络基础设施规模化部署，鼓励企业开展内外网升级改造，提升现场感知和数据传输能力。加强工业数据中心、智能计算中心等算力基础设施建设，支撑人工智能等新技术应用。支持大型集团企业、工业园区，围绕内部资源整合、产品全生命周期管理、产业链供应链协同、中小企业服务、工业数据处理分析，建立各具特色的工业互联网平台，实现全要素、全产业链数据的有效集成和管理。（二）加强安全保障加强智能制造安全风险研判，同步推进网络安全、数据安全和功能安全，推动密码技术深入应用。实施企业网络安全分类分级管理，督促企业落实网络安全主体责任。完善国家、地方、企业多级工控信息安全监测预警网络，加快建设工业互联网安全技术监测服务体系。探索建立数据跨境传输备案与监管机制。（三）体系和安全管理制度培育安全服务机构，加大网络安全技术产品推广应用，提升诊断、咨询、设计、实施等服务能力。（四）强化人才培养定期编制智能制造人才需求预测报告和紧缺人才需求目录，研究制定智能制造领域职业标准。依托高技能人才培训基地等机构，开展大规模职业培训。加强应届毕业生、在职人员、转岗人员数字化技能培训，推进产教融合型企业建设，促进智能制造企业与职业院校深度合作，探索中国特色学徒制。深化新工科建设，在智能制造领域建设一批现代产业学院和特色化示范性软件学院，优化学科专业和课程体系设置，加快高端人才培养。弘扬企业家精神和工匠精神，鼓励开展智能制造创新创业大赛、技能竞赛。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，2021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，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17．3%，高于制造业年平均增长率8．5%。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。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应市场需求。推进新型创新网络建设围绕关键工艺、工业母机、数字孪生、工业智能等重点领域，支持行业龙头企业联合高校、科研院所和上下游企业建设一批制造业创新载体。鼓励研发机构创新发展机制，加强数据共享和平台共建，开展协同创新。推动产业化促进组织建设，加快创新成果转移转化。建设一批试验验证平台，加速智能制造装备和系统推广应用。加大财政金融支持加强国家重大科技项目、国家重点研发计划等对智能制造领域的支持。落实首台套重大技术装备和研发费用加计扣除等支持政策。鼓励国家相关产业基金、社会资本加大对智能制造的投资力度。发挥国家产融合作平台作用，引导金融机构为企业智能化改造提供中长期贷款支持，开发符合智能制造特点的供应链金融、融资租赁等金融产品。鼓励符合条件的企业通过股权、债权等方式开展直接融资。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，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、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）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