运动控制系统产品行业发展趋势报告

运动控制系统产品行业发展趋势报告

把科技自立自强作为智能制造发展的战略支撑，加强用产学研协同创新，着力突破关键核心技术和系统集成技术。支持企业、高校、科研院所等组建联合体，开展技术、工艺、装备、软件和管理、模式创新，提升核心竞争力。强化统筹协调加强部门协同，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。运动控制行业市场规模（一）点胶控制系统市场规模点胶控制系统的技术基础涉及计算机、微电子、流体控制、机械及自动化等众多跨学科知识的交叉融合。在点胶工艺控制软件开发设计过程中，除考虑软件自身的扩展性、可靠性、可维护性等方面外，更重要的还要深刻理解点胶工艺原理、点胶设备的机械结构、运行机制等，并能适应复杂多变的应用场景。因此，要将以上因素融合转变为复杂的程序算法，并沉淀至软件产品中，点胶工艺控制软件具有较高的开发难度。随着电子产品朝集成化、小型化方向发展，高精度智能点胶设备已成为精密电子组装环节中的关键设备之一，点胶设备的定位精度和点胶精度对精密电子元件及终端产品的功能性及稳定性有着重要影响。从电子产品整机组装、到组件组装、元器件封装、芯片封装，其作业精度逐步提升，进而对生产设备的精度要求也逐步提高。同时，自动点胶设备作为3C制造产业精密点胶、新能源动力电池涂胶、半导体封测等高精尖电子制造价值链重要一环，对于打破国外技术垄断、实现具有重要意义。点胶控制系统是自动点胶设备等精密流体控制设备的核心部件之一，其与精密流体控制设备行业发展息息相关，根据头豹研究院发布的报告显示，2020年中国精密流体控制设备市场规模为272．3亿元，2025年将上涨为490．6亿元。近年来，我国电子信息制造业飞速发展，智能装备不断向高附加值产业链纵深发展，下游需求推动精密流体控制设备行业持续放量。2020年，我国精密流体控制设备在3C电子领域的市场规模约为133．3亿元，该领域2016年至2020年复合增长率为20．99%，预计未来仍将保持稳定增长。此外，随着电动车及其他新能源汽车市场快速增长，精密流体控制设备在动力电池领域的体量和增速呈现持续增长态势，2020年精密流体控制设备在新能源光伏和电池领域的市场规模约为33．6亿元，预计2025年将上涨为83．9亿元，复合增长率20．08%。因此，随着国内精密流体控制设备的快速增长，相应对点胶控制系统的需求持续增加。（二）通用运动控制器市场规模通用运动控制器作为自动化工业运动装置的核心部件之一，随着我国《中国制造2025》及《十四五智能制造发展规划》等产业政策的推出，2016年至2021年，我国通用运动控制器市场规模从2016年的4．5亿元上升至9．9亿元，复合增长率达17．08%。（三）驱动器市场规模驱动器作为运动控制系统的驱动层，接收运动控制器发出的信号并将其转化为电流、电压信号，进而驱动电机运转，带动机械运行，最终实现机械运动高速、高精度的位移、速度、力矩等控制。驱动器主要包括步进驱动器和伺服驱动器。伺服驱动器和配套的伺服电机构成伺服系统，由于其具备定位精度高、动态响应快、稳定性好等性能特点，在对位置精度要求较高的行业中得到广泛应用，如数控机床、纺织机械、电子制造设备、医疗设备、印刷自动化生产线及各种专用设备等。目前，欧美和日系品牌仍然垄断着中高端伺服系统市场，内资品牌和国外品牌存在一定的差距。随着近年来国内伺服系统市场的快速发展，国内品牌开始在伺服应用领域崛起，伺服系统的本土化推进速度不断加快。伺服系统应用市场目前属于市场成长期，伴随产业升级，设备加工精度的要求提升，将为伺服系统产品创造较大的市场成长空间。2016年至2021年，我国伺服系统市场规模从2016年的76．5亿元上升至212亿元，复合增长率达22．61%。运动控制行业基本情况运动控制是一门关于如何运用计算机、电子元件、电动机、机械零件等对物体的位置和速度进行精密控制的技术。运动控制技术起源于19世纪中期对直流电动机传动的控制，到19世纪末，交流电动机传动得到广泛的应用。初期的运动控制通常只能通过行程开关实现点到点的启停控制。20世纪初期，工业制造业开始采用大批量生产方式的新技术，即在零件加工中大量使用专用机床，在装配工序中采用流水线作业，形成了刚性生产线。在此期间，运动控制技术逐渐从位置和速度控制发展到位置、速度和力矩控制，从单轴控制发展到轨迹控制等多轴联动控制。20世纪80年代后期，以日本品牌为代表的外资品牌开始进入中国市场，成为中国运动控制行业的开端。经过30多年的发展，受益于国内产业升级、设备制造业的产品结构调整、机械设备自动化水平提高和产品应用领域的不断扩大，通过消化吸收国外先进技术及自主创新，不断汲取现代控制理论、微电子学、计算机技术等领域的理论创新成果与先进的技术手段，国内运动控制行业快速发展，成为工业自动化产业中发展最为活跃的领域之一。运动控制产品主要包括运动控制器、伺服系统和步进系统。运动控制器为伺服系统和步进系统的控制装置，随着技术的进步和完善，运动控制器从以单片机、微处理器或专用芯片作为核心处理器，发展到以DSP/ARM和FPGA为核心处理器的运动控制器。根据应用范围，运动控制器可分为通用运动控制器和专用控制器。通用运动控制器一般为用户提供二次开发接口，设备制造商根据其设备的控制需求基于运动控制器编程开发控制系统；专用控制器是为特定应用领域开发的控制器（如数控机床、激光切割控制系统、激光标刻控制系统、点胶控制系统等），由控制器厂家根据行业应用工艺需求完成应用软件的开发，设备制造商无需二次开发即可直接使用。伺服系统由伺服驱动器和伺服电机构成，伺服驱动器可按照运动控制器发出的指令要求，对功率进行放大、变换与调控等处理，通过驱动装置对伺服电机实现位置、速度和转矩的控制。伺服系统可与编码器等位置检测反馈装置形成闭环系统，实现高精度定位，主要应用于高精度的定位系统。步进系统由步进驱动器和步进电机构成，步进系统按照运动控制器发出的指令脉冲工作，按照设定的方向转动相应的角度，实现准确定位。通过指令脉冲的频率可控制步进电机的转速和加速度实现准确调速。按照是否设置位置检测反馈装置，是否构成运动反馈控制回路，步进系统可分为开环步进系统和闭环步进系统。运动控制技术已成为现代装备制造业的核心技术之一，除了应用于数控机床、印刷机械、纺织机械、包装机械、食品机械等传统制造装备领域，随着计算机、通信和消费电子产品的快速发展，也广泛应用于半导体制造装备、电子制造设备、工业机器人、激光装备等新兴智能制造装备领域。我国运动控制行业已经形成完全市场化的竞争格局。目前，国内运动控制产品的整体市场格局中，外资品牌仍占据较大份额，但得益于中低端运动控制产品庞大的市场规模，聚焦于此的国内厂商市场份额快速提升并在通用运动控制器、步进系统等细分品类中实现进口替代。在初步完成技术及资金积累后，国内厂商也积极拓展中高端产品市场。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。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。加快系统创新，增强融合发展新动能强化科技支撑引领作用，推动跨学科、跨领域融合创新，打好关键核心和系统集成技术攻坚战，构建完善创新网络，持续提升创新效能。加强关键核心技术攻关。聚焦设计、生产、管理、服务等制造全过程，突破设计仿真、混合建模、协同优化等基础技术，开发应用增材制造、超精密加工等先进工艺技术，攻克智能感知、人机协作、供应链协同等共性技术，研发人工智能、5G、大数据、边缘计算等在工业领域的适用性技术。加速系统集成技术开发。面向装备、单元、车间、工厂等制造载体，构建制造装备、生产过程相关数据字典和信息模型，开发生产过程通用数据集成和跨平台、跨领域业务互联技术。面向产业链供应链，开发跨企业多源信息交互和全链条协同优化技术。面向制造全过程，突破智能制造系统规划设计、建模仿真、分析优化等技术。运动控制行业主要技术门槛和技术壁垒（一）运动控制行业软硬件技术一体化、集成化要求较高工业运动控制属于技术密集型和知识密集型行业，点胶控制系统等产品具有典型的系统集成性，同时又是硬件和软件的集合体，产品研发和设计过程中涉及计算机、微电子、流体控制、机械及自动化等众多学科知识的交叉融合，技术门槛较高。（二）运动控制行业核心控制软件开发难度较大在点胶工艺控制软件开发设计过程中，除考虑软件自身的扩展性、可靠性、可维护性等方面外，更重要的还要深刻理解点胶工艺原理、点胶设备的机械结构、运行机制等，并能适应复杂多变的应用场景，因此，要将以上因素融合转变为复杂的程序算法，并沉淀至软件产品中，点胶工艺控制软件具有较大的开发难度。（三）运动控制行业持续研发创新能力和工艺积累要求较高工业运动控制是基础研究和应用工艺实践紧密结合的高技术壁垒领域，需要专业的技术研究开发团队长期深入工业一线应用场景进行不断的技术研究和实践积累，形成各自的关键技术和加工工艺库，并集成到工艺软件中。工艺库中不仅有应对不同场景的工艺参数，还有针对不同工艺参数的运动控制方案，甚至需要硬件功能支持。只有获得加工对象的工艺信息，才能保证加工精度，提高生产效率。行业内技术积累时间长、持续保持技术更新迭代、技术领先的企业具有先发优势，可保证持续投入研发和客户维系，具有持续的产品更新换代能力，能够及时根据市场反馈和行业需求不断改进技术产品。（四）运动控制行业人才壁垒工业运动控制系统产品属于硬件和软件的集合体，其开发涉及众多学科知识的交叉融合，技术复杂，开发难度大，行业新进入者通常难以在短时间内招募合适的高素质人才。因此，本行业具有较高的人才壁垒。（五）运动控制行业市场壁垒下游设备厂商及终端应用客户均对设备的运行稳定性、服务及时性、更新升级可持续性等有着较高的需求，一旦选定具体供应商后，通常会长期合作，非特殊情况下不会随意更换供应商。因此，本行业具有一定的市场壁垒。（六）运动控制行业资金壁