運動控制系統(tǒng)半導體制造裝備行業(yè)領域發(fā)展情況分析

粗放式發(fā)展道路已經(jīng)無法適應我國制造業(yè)的發(fā)展，通過科技創(chuàng)新提高制造業(yè)競爭力是必由之路。在當前我國制造業(yè)實施戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的關鍵時期，制造業(yè)健康快速發(fā)展對科技創(chuàng)新工作提出了明確的需求。運動控制系統(tǒng)半導體制造裝備行業(yè)領域發(fā)展情況半導體作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎和核心組成部分，是關系國民經(jīng)濟和社會發(fā)展全局的基礎性、先導性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。根據(jù)世界半導體貿(mào)易統(tǒng)計組織（WSTS）統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國半導體市場規(guī)模由2014年的917億美元增長至2019年的1，441億美元，2019年占全球半導體市場規(guī)模的34．95%。當前的國際政經(jīng)環(huán)境及我國半導體自主可控的需求，帶動了我國半導體裝備制造的快速發(fā)展。硅片設備、制造設備，以及包含固晶機、貼片機、焊線機、劃片機、倒裝機、切筋成型設備、清洗機、測試機、分選機和探針臺等在內(nèi)的封裝、測試設備等半導體裝備需求旺盛。根據(jù)國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）統(tǒng)計，2020年中國半導體設備行業(yè)市場規(guī)模達187．20億美元，同比增長39．18%。2009年至2020年，中國半導體設備行業(yè)市場規(guī)模復合增長率為31．25%。根據(jù)《上海集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告》，2019年我國半導體裝備（該數(shù)據(jù)包括集成電路、LED、面板、光伏等設備）的國產(chǎn)化率約為18．8%，其中集成電路設備國產(chǎn)化率僅為8%左右，未來空間巨大。激光制造面向航空航天、高端裝備、電子制造、新能源、新材料、醫(yī)療儀器等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的迫切需求，實現(xiàn)高端產(chǎn)業(yè)激光制造裝備的自主開發(fā)，形成激光制造的完整產(chǎn)業(yè)體系，促進我國激光制造技術與產(chǎn)業(yè)升級，大幅提升我國高端激光制造技術與裝備的國際競爭力。（一）激光與材料的相互作用機理面向航空航天、新能源、電子制造、醫(yī)療等領域的國家重大需求，探索激光與材料相互作用的復雜物化過程，研究超快激光制造的新原理、新方法、新應用。開展大功率激光/短波長激光與材料相互作用機理、高精高效制造方法等方面的研究，掌握激光高品質(zhì)表面制造、精細制造、極端微結(jié)構(gòu)、高精高效制造等制造機制與實現(xiàn)方法。（二）激光器與核心功能部件研究激光器動力學，掌握激光晶體/光學晶體、半導體激光芯片等激光器關鍵功能部件的國產(chǎn)化。針對高端制造用激光器的迫切需求，開展工業(yè)化光纖/半導體大功率激光器制造技術、工業(yè)化超快（飛秒、皮秒）激光器制造技術、工業(yè)化短（紫外、深紫外）波長激光器制造技術等方面的研究，開展激光器標準建設，實現(xiàn)高性能激光器及核心關鍵部件的國產(chǎn)化與產(chǎn)業(yè)化。（三）復雜構(gòu)件表面的激光精細制造技術與裝備研究激光表面精細制造、激光清洗、激光拋光等核心技術，探索器件表面功能性結(jié)構(gòu)的激光高質(zhì)、高效制造機理與新技術，研究關鍵構(gòu)件表面微結(jié)構(gòu)成形機理與實現(xiàn)方法，并掌握激光光束路徑規(guī)劃及高速掃描、激光制造裝備在線監(jiān)測與補償、激光制造過程精密在線檢測等裝備關鍵技術，開發(fā)航空航天、微電子、生物醫(yī)療等領域典型復雜構(gòu)件的激光精密加工技術與裝備，提升國產(chǎn)激光制造技術與裝備的競爭力。（四）大功率激光高效制造技術與裝備研究特殊工況下的激光制造機理與失效行為，突破大型構(gòu)件激光制造裝備的設計制造技術瓶頸，攻克大型構(gòu)件定位、質(zhì)量在線檢測等關鍵技術，研究激光切割、激光打孔、激光沖擊強化、激光焊接以及激光復合制造等關鍵技術，開發(fā)面向飛機、船舶、高鐵等大型構(gòu)件制造中的高端激光制造技術、裝備與標準。（五）先進激光精密微細制造技術與裝備針對航空航天、微電子、新型微小航空器件、光子集成器件等領域，突破激光衍射極限的納米尺度制造、復雜微納操縱及激光納米連接、激光光束整形與協(xié)同控制等關鍵技術，開發(fā)硬脆材料高效精密制造、異種材料的激光高性能連接制造、極端微納結(jié)構(gòu)精細制造等技術與裝備，并設計和加工若干具有重大應用前景的新型功能器件。增材制造重點解決增材制造領域微觀成形機理、工藝過程控制、缺陷特征分析等科學問題，突破一批重點成形工藝及裝備產(chǎn)品，在航空航天、汽車能源、家電、生物醫(yī)療等領域開展應用，引領增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。形成創(chuàng)新設計、材料及制備、工藝及裝備、核心零部件、計量、軟件、標準等相對完善的技術創(chuàng)新與研發(fā)體系，結(jié)合重大需求開展應用示范，具備開展大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應用的技術基礎。（一）增材制造控形控性的科學基礎探索增材制造自由成形過程的成形幾何精度、成形效率、材料組織結(jié)構(gòu)與性能的形成規(guī)律與關鍵影響因素和控制方法，為提升增材制造工藝技術和裝備設計水平提供堅實的科學支撐，并為形成重大原創(chuàng)性增材制造新技術提供科學指引。（二）基于增材制造的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計技術發(fā)展基于增材制造工藝特性，融合力學、物理與化學多種功能的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計技術，為結(jié)構(gòu)整體化、輕量化、高性能化和滿足聲、光、電、磁、熱等多功能化提供設計方法和設計軟件，支撐我國高端裝備的自主創(chuàng)新設計和跨越式技術發(fā)展。（三）增材制造專用材料制備技術基于增材制造的工藝特性和應用需求，開展增材制造專用金屬和非金屬材料的設計與制備技術研究，最大限度地發(fā)揮增材制造技術優(yōu)勢，大幅度拓展增材制造的產(chǎn)業(yè)化應用領域。（四）增材制造的核心裝備設計與制造技術針對激光/電子束選區(qū)熔化、激光選區(qū)燒結(jié)、高能束金屬沉積成形、光固化、激光沉積打印、微滴噴射3D打印、熔融沉積造型等已經(jīng)展示重大產(chǎn)業(yè)化應用價值的增材制造技術，開展相關裝備設計與制造技術的深入研究，占據(jù)增材制造產(chǎn)業(yè)價值鏈的高端。（五）評價體系與標準建設研究制定增材制造的材料標準、設計標準、工藝標準、裝備標準、檢測標準、數(shù)據(jù)標準和服務標準等7個方面的標準體系，為增材制造的廣泛產(chǎn)業(yè)化應用奠定基礎，并顯著增強我國增材制造技術的國際競爭力。高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備堅持主機牽引、夯實基礎、突破核心、工藝驗證，聚焦航空航天和汽車兩個重點服務領域，重點攻克高檔數(shù)控系統(tǒng)和功能部件等瓶頸，完成150種以上智能、精密、高速、復合型高端制造業(yè)裝備的研制和示范應用，大幅提升國家重點工程、國民經(jīng)濟重點領域關鍵制造裝備國產(chǎn)化率，在強化高端數(shù)控裝備單機智能化水平提升的基礎上，逐步實現(xiàn)由單機示范應用向智能化制造成組成套整體解決方案的提升，擴大專項裝備成果的應用成效。（一）航空航天領域高檔數(shù)控裝備聚焦航空航天典型結(jié)構(gòu)件加工需求，以提高加工效率和質(zhì)量為目標，突破關鍵工藝和編程等核心技術；開展高檔五軸數(shù)控機床與關鍵成形裝備等主機的應用驗證與示范，推動高檔數(shù)控系統(tǒng)和以擺角銑頭為代表的關鍵功能部件實現(xiàn)批量化應用。（二）汽車制造領域高檔數(shù)控裝備重點研究數(shù)控機床的可靠性快速試驗技術與制造保障技術、數(shù)控系統(tǒng)的可靠性第三方測試及可靠性增長技術，突破數(shù)控機床可靠性MTBF>2000小時的技術瓶頸，通過示范應用與工藝驗證，大幅提升國產(chǎn)數(shù)控機床的組線能力。加強成組成套工藝集成研究，為汽車關鍵零部件制造提供成套解決方案，實現(xiàn)國產(chǎn)高檔數(shù)控機床在汽車發(fā)動機關鍵零部件高效柔性加工與批量化制造中的成組成套應用。（三）智能裝備與先進工藝重點解決高端裝備產(chǎn)品質(zhì)量較差、檔次不高，缺乏核心工藝，智能化程度不足，可靠性及精度保持性難題，研制一批代表性智能加工裝備、先進工藝裝備和重大智能成套裝備，支撐我國高端裝備向高精尖和智能化互聯(lián)方向發(fā)展，引領裝備的智能化升級。我國制造業(yè)發(fā)展對科技創(chuàng)新的需求粗放式發(fā)展道路已經(jīng)無法適應我國制造業(yè)的發(fā)展，通過科技創(chuàng)新提高制造業(yè)競爭力是必由之路。在當前我國制造業(yè)實施戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的關鍵時期，制造業(yè)健康快速發(fā)展對科技創(chuàng)新工作提出了明確的需求。（一）加強制造基礎能力方面的科技創(chuàng)新制造業(yè)基礎技術研究能力薄弱已經(jīng)成為當前制約我國制造業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，其中基礎材料、關鍵基礎零部件、電子元器件、集成電路、傳感器、控制系統(tǒng)、軟件工具及平臺等眾多領域的基礎研究、關鍵技術研究、關鍵工藝研究都沒有掌握自主核心技術，工藝裝備、測試與實驗裝備、標準化等共性技術自主創(chuàng)新能力薄弱，亟需科技攻關。（二）亟需加強制造企業(yè)經(jīng)營管理模式創(chuàng)新我國制造企業(yè)管理正處于由傳統(tǒng)管理模式向現(xiàn)代管理模式轉(zhuǎn)變的階段，經(jīng)營目標、管理模式、管理理念和決策標準發(fā)生根本性變化，多數(shù)企業(yè)并沒有從根本上改變以產(chǎn)品為中心的傳統(tǒng)制造模式，無法適應互聯(lián)網(wǎng)、云制造等模式下的多品種大批量定制化的要求，企業(yè)管理信息化、生產(chǎn)過程智能化、咨詢服務網(wǎng)絡化的水平制約著中國制造業(yè)的快速發(fā)展。（三）亟需提升制造業(yè)智能化水平隨著中低端產(chǎn)品加工制造產(chǎn)業(yè)重心向東南亞等發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，我國裝備制造業(yè)在全球地位面臨挑戰(zhàn)，急需利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、傳感器等增強裝備產(chǎn)品智能化程度，構(gòu)建數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化的智能化生產(chǎn)線和數(shù)字化工廠，從而提升生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，提升產(chǎn)業(yè)的競爭力。（四）亟需加強新興產(chǎn)業(yè)關鍵裝備的研發(fā)我國新興產(chǎn)業(yè)所需裝備的需求缺口較大。光電子、先進光伏電池設備、新一代通信設備等發(fā)展所需的關鍵技術和核心技術的自給率較低，核心技術掌握仍較少，試驗設計能力較欠缺、技術集成能力薄弱、制造裝備進口依賴大，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的關鍵裝備自給不足。（五）亟需加強綠色制造技術的研發(fā)優(yōu)質(zhì)高效、節(jié)能、節(jié)材的先進基礎制造工藝和自動化、智能化技術的普及程度不高，能源消耗、材料利用率及污染排放與國際先進水平相比存在較大差距。亟需發(fā)展先進綠色制造技術與產(chǎn)品，突破制造業(yè)綠色產(chǎn)品設計、環(huán)保材料、節(jié)能環(huán)保工藝、綠色回收處理等關鍵技術，支撐制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展。綠色制造重點面向我國制造業(yè)發(fā)展中高能耗、高污染的問題，以提高資源能源效率和降低環(huán)境負荷為主線，以綠色產(chǎn)品、綠色工廠為目標，掌握生態(tài)設計理論與工具、綠色制造方法與工藝、試驗驗證平臺、綠色標準與規(guī)范等基礎共性技術，推廣基礎制造工藝綠色化、流程工業(yè)綠色化技術，提升通用設備產(chǎn)品能效、工業(yè)廢棄物回收再制造與再資源化等生態(tài)效率水平。（一）基于綠色理念的減量化設計與創(chuàng)新設計通過創(chuàng)新研發(fā)，突破新材料應用及改性設計、節(jié)能降噪設計、個性化定制設計、可拆解與回收設計等生態(tài)設計關鍵技術。掌握全生命周期高效綠色循環(huán)再利用基礎理論及關鍵技術，實現(xiàn)戰(zhàn)略性資源高效綠色循環(huán)再利用。研究典型綠色產(chǎn)品新原理、新結(jié)構(gòu)設計及應用關鍵技術，開發(fā)一批綠色制造前沿技術、核心技術與裝備，開發(fā)推廣綠色產(chǎn)品，引導綠色生產(chǎn)。（二）綠色加工工藝與裝備重點研究基礎工藝綠色化技術、流程工業(yè)綠色工藝技術、量大面廣的典型通用設備產(chǎn)品節(jié)能、減排、降耗技術。實施重點行業(yè)系統(tǒng)改造的示范應用。開發(fā)高效清潔基礎制造工藝及裝備、無害化表面處理工藝技術、少無切削液清潔加工工藝與設備、鋼鐵短流程工藝、有色金屬清潔冶煉工藝。開展制造工藝創(chuàng)新和集成應用，加快實現(xiàn)重點行業(yè)制造系統(tǒng)和裝備的綠色升級。（三）制造系統(tǒng)能效優(yōu)化關鍵技術圍繞制造系統(tǒng)能效優(yōu)化與提升和終端用能產(chǎn)品節(jié)能，突破產(chǎn)品能效及其集成優(yōu)化匹配技術，制造系統(tǒng)機群綜合能效模型與智能分析技術、機群綜合能效的智能協(xié)同優(yōu)化控制技術；掌握系統(tǒng)能效分析與獲取、能效評價、監(jiān)控與優(yōu)化管理、設備系統(tǒng)能效提升、工藝系統(tǒng)多目標決策優(yōu)化、工件比能效率提升等系列關鍵技術；在規(guī)模以上企業(yè)開展車間、工廠以及產(chǎn)業(yè)集群的能耗定額管理和高能效優(yōu)化運行，推行制造系統(tǒng)能效評價和優(yōu)化應用。智能機器人推動機器人產(chǎn)業(yè)與人工智能等新一代信息技術深度融合，突破共性關鍵技術，形成具有國際競爭力的機器人產(chǎn)品，協(xié)同標準體系建設、技術驗證平臺與系統(tǒng)建設、以及典型示范應用，支撐我國機器人技術和產(chǎn)業(yè)向高端發(fā)展。（一）智能機器人基礎前沿技術結(jié)合機器人與以人工智能為代表的新一代信息技術深度融合的國際發(fā)展趨勢，開展機構(gòu)/材料/驅(qū)動/傳感/控制與仿生的創(chuàng)新技術、智能機器人感知與認知技術、智能機器人學習與智能增殖技術、人機自然交互與協(xié)作共融技術等重大基礎前沿技術研究，搭建機器人技術驗證平臺系統(tǒng)，開展試驗驗證，取得原創(chuàng)性創(chuàng)新成果，為我國新一代智能機器人提供技術支撐。（二）智能機器人共性關鍵技術以攻克制約我國機器人技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共性關鍵技術為目標，開展高性能機器人核心零部件（RV減速器、諧波減速器、伺服電機與驅(qū)動器、機器人控制器）、專用傳感器、軟件體系及多任務操作系統(tǒng)、功能軟件、計量測試/安全與可靠性、應用工藝及系統(tǒng)集成等共性關鍵技術研究，建立機器人安全性與可靠性技術體系，機器人性能達到國際同類產(chǎn)品水平，解決我國機器人產(chǎn)業(yè)空心化問題，提升國產(chǎn)機器人的國際競爭力。（三）新一代機器人技術與平臺開展主/被動結(jié)合新型機構(gòu)與驅(qū)動、模塊化柔順關節(jié)、關節(jié)變剛度彈性驅(qū)動、生物-機械界面與接口的人機相容性設計、人機安全共存、智能交互、協(xié)同作業(yè)等新一代機器人核心技術研究，研制以協(xié)作型多自由度輕型臂、協(xié)作型雙臂機器人、移動操作臂等為代表的新一代互助協(xié)作型作業(yè)機器人和以上肢外骨骼、下肢外骨骼、全身外骨骼等為代表的新一代人體行為增強型機器人試驗樣機系統(tǒng)，為后續(xù)產(chǎn)品化奠定技術基礎，實現(xiàn)新一代機器人技術研究與世界同步，搶占技術與產(chǎn)業(yè)制高點。（四）機器人關鍵產(chǎn)品/平臺/系統(tǒng)研發(fā)研發(fā)新型作業(yè)機器人、醫(yī)療/康復機器人、面向老年人/殘障人士的生活輔助機器人、特殊環(huán)境服役自主作業(yè)機器人、機器人云端在線服務平臺、機器人智能作業(yè)技術及系統(tǒng)等高端機器人關鍵產(chǎn)品/平臺/系統(tǒng)，豐富我國機器人產(chǎn)品種類，完善我國機器人產(chǎn)品譜系建設，提升我國機器人的整體性能與智能水平，創(chuàng)新服務領域和商業(yè)模式，支撐我國機器人技術與產(chǎn)業(yè)向高端發(fā)展，徹底轉(zhuǎn)變低水平重復的局面。（五）系統(tǒng)集成與應用推進我國機器人面向制造業(yè)典型行業(yè)/重點領域、醫(yī)療/康復、助老助殘/智慧家庭/社會服務、安全與救援/科學工程等行業(yè)/領域的系統(tǒng)集成與應用，實現(xiàn)我國機器人技術與產(chǎn)品在國家重點行業(yè)/領域高端應用和典型領域拓展應用，提高國產(chǎn)機器人國際競爭力，為國產(chǎn)機器人產(chǎn)業(yè)化奠定基礎，加速推進我國智能機器人技術與產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。我國制造業(yè)自身存在的問題（一）自主創(chuàng)新能力不強我國是制造業(yè)大國，但多數(shù)制造企業(yè)在國際產(chǎn)業(yè)鏈分工中仍處于制造—加工—組裝低技術含量和低附加值環(huán)節(jié)，創(chuàng)新能力不強。尤其在高端產(chǎn)品創(chuàng)新設計方面，設計工具軟件受制于人，設計方法和理念不夠先進，創(chuàng)新設計能力較為薄弱。2015年，我國集成電路進出口逆差1600多億美元，眾多高端芯片的核心技術尚無法突破，企業(yè)被迫將大部分利潤用于購買國外專利授權，產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展的能力不強，難以打破市場壟斷。（二）基礎能力薄弱，產(chǎn)品質(zhì)量不高我國制造業(yè)質(zhì)量基礎相對薄弱，高性能液壓件與氣動元件、高速精密軸承、大功率變頻技術、特種執(zhí)行機構(gòu)、儀器儀表傳感器、工控軟件系統(tǒng)等發(fā)展滯后。產(chǎn)品質(zhì)量和技術標準整體不高，出口產(chǎn)品召回問題不斷，嚴重影響著我國制造業(yè)的國際形象。此外，制造業(yè)每年直接質(zhì)量損失超過2000億元，間接損失超過1萬億元。（三）資源利用效率偏低我國部分傳統(tǒng)制造行業(yè)高投入、高消耗、高污染、低效益的粗放式生產(chǎn)方式，加劇了對生態(tài)環(huán)境的破壞。全國鋼鐵、建材、化工等行業(yè)單位產(chǎn)品能耗比國際先進水平高出10%-20%；機電產(chǎn)品中量大面廣的燃煤工業(yè)鍋爐運行效率比國外先進水平低15～20%。制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展遇到瓶頸。我國大部分地區(qū)和行業(yè)的信息化仍處于以局部應用為主的初級階段，且不同地區(qū)、行業(yè)和不同規(guī)模企業(yè)間信息化水平尚存在明顯差距。面對網(wǎng)絡協(xié)同制造、大規(guī)模個性化定制等新型生產(chǎn)模式的變革，認識不充分，準備不足，傳統(tǒng)制造業(yè)將面臨二次淘汰的風險。網(wǎng)絡協(xié)同制造以推進互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)、服務與制造融合發(fā)展為主線，以重塑制造業(yè)技術體系、生產(chǎn)模式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和價值鏈以及促進制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級為目標，探索一批引領發(fā)展的制造與服務新模式，突破一批網(wǎng)絡協(xié)同制造理論、關鍵技術與標準，研發(fā)一批互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造工業(yè)軟件，創(chuàng)建一批互聯(lián)網(wǎng)+制造服務平臺。（一）網(wǎng)絡協(xié)同制造模式與理論圍繞推進互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)、服務業(yè)與制造業(yè)融合發(fā)展以及打造智慧企業(yè)的創(chuàng)新需求，探索云制造等網(wǎng)絡協(xié)同制造新模式；研究智慧空間與工業(yè)大數(shù)據(jù)、服務型制造與制造服務融合等前沿理論；研發(fā)與構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期制造服務融合、多模式智能供應鏈、服務價值鏈協(xié)同、多學科支撐的工業(yè)大數(shù)據(jù)精準分析、在線運維與預測運營等核心模型與關鍵技術。為重塑制造業(yè)技術體系、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和價值鏈提供理論支撐。（二）互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造工業(yè)軟件圍繞基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同制造服務新模式，面向創(chuàng)新設計、企業(yè)經(jīng)營與資源管理、產(chǎn)品全生命周期制造服務以及工業(yè)云、工業(yè)大數(shù)據(jù)