通用運動控制器行業(yè)前景分析報告

通用運動控制器行業(yè)前景分析報告

針對感知、控制、決策、執(zhí)行等環(huán)節(jié)的短板弱項，加強用產學研聯合創(chuàng)新，突破一批基礎零部件和裝置。推動先進工藝、信息技術與制造裝備深度融合，通過智能車間/工廠建設，帶動通用、專用智能制造裝備加速研制和迭代升級。推動數字孿生、人工智能等新技術創(chuàng)新應用，研制一批國際先進的新型智能制造裝備。圍繞關鍵工藝、工業(yè)母機、數字孿生、工業(yè)智能等重點領域，支持行業(yè)龍頭企業(yè)聯合高校、科研院所和上下游企業(yè)建設一批制造業(yè)創(chuàng)新載體。鼓勵研發(fā)機構創(chuàng)新發(fā)展機制，加強數據共享和平臺共建，開展協同創(chuàng)新。推動產業(yè)化促進組織建設，加快創(chuàng)新成果轉移轉化。建設一批試驗驗證平臺，加速智能制造裝備和系統推廣應用。衡量運動控制行業(yè)核心競爭力的關鍵指標（一）運動控制行業(yè)經營規(guī)模工業(yè)運動控制系統產品的研發(fā)、生產和銷售需要大量的資金支持，總資產、營業(yè)收入、凈利潤等指標體現了企業(yè)的經營規(guī)模。規(guī)模較大的企業(yè)通常具有更強的資金實力以及更先進的管理能力，在市場中具有更強的競爭力。（二）運動控制行業(yè)技術研發(fā)實力工業(yè)運動控制技術研發(fā)實力是衡量企業(yè)核心競爭力的關鍵因素。企業(yè)通常需要大量的人力和物力投入，才能保持產品和技術的持續(xù)研發(fā)和創(chuàng)新能力，不斷地滿足下游客戶設備工藝需求，從而在市場中取得競爭優(yōu)勢。（三）運動控制行業(yè)產品品質和性能工業(yè)運動控制系統融合了傳感、通信、控制、工業(yè)軟件、機械結構等多項基礎技術，產品品質和性能，特別是關鍵技術參數對下游客戶智能裝備的穩(wěn)定性、可靠性、實時性、高速高精度具有重要影響，故運動控制系統產品的品質和性能是運動控制領域企業(yè)的核心競爭力之一。運動控制行業(yè)市場規(guī)模（一）點膠控制系統市場規(guī)模點膠控制系統的技術基礎涉及計算機、微電子、流體控制、機械及自動化等眾多跨學科知識的交叉融合。在點膠工藝控制軟件開發(fā)設計過程中，除考慮軟件自身的擴展性、可靠性、可維護性等方面外，更重要的還要深刻理解點膠工藝原理、點膠設備的機械結構、運行機制等，并能適應復雜多變的應用場景。因此，要將以上因素融合轉變?yōu)閺碗s的程序算法，并沉淀至軟件產品中，點膠工藝控制軟件具有較高的開發(fā)難度。隨著電子產品朝集成化、小型化方向發(fā)展，高精度智能點膠設備已成為精密電子組裝環(huán)節(jié)中的關鍵設備之一，點膠設備的定位精度和點膠精度對精密電子元件及終端產品的功能性及穩(wěn)定性有著重要影響。從電子產品整機組裝、到組件組裝、元器件封裝、芯片封裝，其作業(yè)精度逐步提升，進而對生產設備的精度要求也逐步提高。同時，自動點膠設備作為3C制造產業(yè)精密點膠、新能源動力電池涂膠、半導體封測等高精尖電子制造價值鏈重要一環(huán)，對于打破國外技術壟斷、實現具有重要意義。點膠控制系統是自動點膠設備等精密流體控制設備的核心部件之一，其與精密流體控制設備行業(yè)發(fā)展息息相關，根據頭豹研究院發(fā)布的報告顯示，2020年中國精密流體控制設備市場規(guī)模為272．3億元，2025年將上漲為490．6億元。近年來，我國電子信息制造業(yè)飛速發(fā)展，智能裝備不斷向高附加值產業(yè)鏈縱深發(fā)展，下游需求推動精密流體控制設備行業(yè)持續(xù)放量。2020年，我國精密流體控制設備在3C電子領域的市場規(guī)模約為133．3億元，該領域2016年至2020年復合增長率為20．99%，預計未來仍將保持穩(wěn)定增長。此外，隨著電動車及其他新能源汽車市場快速增長，精密流體控制設備在動力電池領域的體量和增速呈現持續(xù)增長態(tài)勢，2020年精密流體控制設備在新能源光伏和電池領域的市場規(guī)模約為33．6億元，預計2025年將上漲為83．9億元，復合增長率20．08%。因此，隨著國內精密流體控制設備的快速增長，相應對點膠控制系統的需求持續(xù)增加。（二）通用運動控制器市場規(guī)模通用運動控制器作為自動化工業(yè)運動裝置的核心部件之一，隨著我國《中國制造2025》及《十四五智能制造發(fā)展規(guī)劃》等產業(yè)政策的推出，2016年至2021年，我國通用運動控制器市場規(guī)模從2016年的4．5億元上升至9．9億元，復合增長率達17．08%。（三）驅動器市場規(guī)模驅動器作為運動控制系統的驅動層，接收運動控制器發(fā)出的信號并將其轉化為電流、電壓信號，進而驅動電機運轉，帶動機械運行，最終實現機械運動高速、高精度的位移、速度、力矩等控制。驅動器主要包括步進驅動器和伺服驅動器。伺服驅動器和配套的伺服電機構成伺服系統，由于其具備定位精度高、動態(tài)響應快、穩(wěn)定性好等性能特點，在對位置精度要求較高的行業(yè)中得到廣泛應用，如數控機床、紡織機械、電子制造設備、醫(yī)療設備、印刷自動化生產線及各種專用設備等。目前，歐美和日系品牌仍然壟斷著中高端伺服系統市場，內資品牌和國外品牌存在一定的差距。隨著近年來國內伺服系統市場的快速發(fā)展，國內品牌開始在伺服應用領域崛起，伺服系統的本土化推進速度不斷加快。伺服系統應用市場目前屬于市場成長期，伴隨產業(yè)升級，設備加工精度的要求提升，將為伺服系統產品創(chuàng)造較大的市場成長空間。2016年至2021年，我國伺服系統市場規(guī)模從2016年的76．5億元上升至212億元，復合增長率達22．61%。運動控制行業(yè)技術的發(fā)展趨勢（一）運動控制行業(yè)高精度化點膠技術作為電子封裝工業(yè)表面貼裝技術，近年來，隨著消費類電子產品朝智能化、小型化、多功能化和高度集成化不斷發(fā)展，加工精度要求越來越高，從而對點膠控制系統的控制精度、點膠路徑的示教精度、膠閥出膠精度亦要求較高，比如點膠路徑的示教精度，目前很多電子器件已經無法通過人眼直接觀察產品進行示教，傳統依靠人工示教方式的點膠技術已不能滿足精度要求，需要通過機器視覺對器件進行三維建模來規(guī)劃加工路徑規(guī)劃，降低示教難度、提升示教精度。（二）運動控制行業(yè)多軸聯動及柔性化點膠工藝目前在消費電子、新能源、半導體、汽車電子等領域已得到廣泛應用并快速發(fā)展，異形工件、曲面工件及大型工件點膠加工需求也正日益增多。由于常規(guī)三軸自動點膠只能在單一維度移動并執(zhí)行點膠作業(yè)，當對復雜構型產品進行點膠作業(yè)時，其可適用的工件大小和點膠面都有限制，此時，除需要機器視覺對器件進行三維建模來規(guī)劃加工路徑規(guī)劃外，還需要通過多軸設備手眼標定技術和多軸聯動控制技術，最終才能實現高精度、高速度和高柔性的點膠或涂膠作業(yè)。（三）運動控制行業(yè)控制速度和精度不斷提升長期以來，運動控制技術不斷挑戰(zhàn)新的速度和精度，未來相當長一段時間仍然延續(xù)這一重要的發(fā)展趨勢。電子制造設備等下游行業(yè)將不斷推動運動控制技術向高速高精方向發(fā)展，而計算機技術、新型傳感器、新的電機驅動技術等將為運動控制技術向高速高精方向發(fā)展提供技術保障。（四）運動控制行業(yè)系統功能智能化隨著制造技術的快速發(fā)展，通過將人工智能、大數據、實時以太網等技術和運動控制技術有機融合，可實現對加工過程的全面感知、智能控制以及遠程監(jiān)控，從而增強系統處理能力，并在一定程度上具備設備故障預測、診斷和恢復能力，從而進一步提高加工效率和加工質量，降低對系統使用人員的要求。運動控制行業(yè)基本情況運動控制是一門關于如何運用計算機、電子元件、電動機、機械零件等對物體的位置和速度進行精密控制的技術。運動控制技術起源于19世紀中期對直流電動機傳動的控制，到19世紀末，交流電動機傳動得到廣泛的應用。初期的運動控制通常只能通過行程開關實現點到點的啟?？刂?。20世紀初期，工業(yè)制造業(yè)開始采用大批量生產方式的新技術，即在零件加工中大量使用專用機床，在裝配工序中采用流水線作業(yè)，形成了剛性生產線。在此期間，運動控制技術逐漸從位置和速度控制發(fā)展到位置、速度和力矩控制，從單軸控制發(fā)展到軌跡控制等多軸聯動控制。20世紀80年代后期，以日本品牌為代表的外資品牌開始進入中國市場，成為中國運動控制行業(yè)的開端。經過30多年的發(fā)展，受益于國內產業(yè)升級、設備制造業(yè)的產品結構調整、機械設備自動化水平提高和產品應用領域的不斷擴大，通過消化吸收國外先進技術及自主創(chuàng)新，不斷汲取現代控制理論、微電子學、計算機技術等領域的理論創(chuàng)新成果與先進的技術手段，國內運動控制行業(yè)快速發(fā)展，成為工業(yè)自動化產業(yè)中發(fā)展最為活躍的領域之一。運動控制產品主要包括運動控制器、伺服系統和步進系統。運動控制器為伺服系統和步進系統的控制裝置，隨著技術的進步和完善，運動控制器從以單片機、微處理器或專用芯片作為核心處理器，發(fā)展到以DSP/ARM和FPGA為核心處理器的運動控制器。根據應用范圍，運動控制器可分為通用運動控制器和專用控制器。通用運動控制器一般為用戶提供二次開發(fā)接口，設備制造商根據其設備的控制需求基于運動控制器編程開發(fā)控制系統；專用控制器是為特定應用領域開發(fā)的控制器（如數控機床、激光切割控制系統、激光標刻控制系統、點膠控制系統等），由控制器廠家根據行業(yè)應用工藝需求完成應用軟件的開發(fā)，設備制造商無需二次開發(fā)即可直接使用。伺服系統由伺服驅動器和伺服電機構成，伺服驅動器可按照運動控制器發(fā)出的指令要求，對功率進行放大、變換與調控等處理，通過驅動裝置對伺服電機實現位置、速度和轉矩的控制。伺服系統可與編碼器等位置檢測反饋裝置形成閉環(huán)系統，實現高精度定位，主要應用于高精度的定位系統。步進系統由步進驅動器和步進電機構成，步進系統按照運動控制器發(fā)出的指令脈沖工作，按照設定的方向轉動相應的角度，實現準確定位。通過指令脈沖的頻率可控制步進電機的轉速和加速度實現準確調速。按照是否設置位置檢測反饋裝置，是否構成運動反饋控制回路，步進系統可分為開環(huán)步進系統和閉環(huán)步進系統。運動控制技術已成為現代裝備制造業(yè)的核心技術之一，除了應用于數控機床、印刷機械、紡織機械、包裝機械、食品機械等傳統制造裝備領域，隨著計算機、通信和消費電子產品的快速發(fā)展，也廣泛應用于半導體制造裝備、電子制造設備、工業(yè)機器人、激光裝備等新興智能制造裝備領域。我國運動控制行業(yè)已經形成完全市場化的競爭格局。目前，國內運動控制產品的整體市場格局中，外資品牌仍占據較大份額，但得益于中低端運動控制產品龐大的市場規(guī)模，聚焦于此的國內廠商市場份額快速提升并在通用運動控制器、步進系統等細分品類中實現進口替代。在初步完成技術及資金積累后，國內廠商也積極拓展中高端產品市場。推進新型創(chuàng)新網絡建設圍繞關鍵工藝、工業(yè)母機、數字孿生、工業(yè)智能等重點領域，支持行業(yè)龍頭企業(yè)聯合高校、科研院所和上下游企業(yè)建設一批制造業(yè)創(chuàng)新載體。鼓勵研發(fā)機構創(chuàng)新發(fā)展機制，加強數據共享和平臺共建，開展協同創(chuàng)新。推動產業(yè)化促進組織建設，加快創(chuàng)新成果轉移轉化。建設一批試驗驗證平臺，加速智能制造裝備和系統推廣應用。運動控制行業(yè)機遇（一）國家產業(yè)政策大力支持運動控制行業(yè)從制造大國轉變?yōu)橹圃鞆妵?，是我國制造業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。我國制造業(yè)向智能制造發(fā)展，加強自主可控供給能力是我國智能制造發(fā)展的重點任務，必須依靠傳感、控制、通信、工業(yè)軟件等底層基礎技術的突破和深度應用?！妒奈逯悄苤圃彀l(fā)展規(guī)劃》明確提出，到2025年，智能制造裝備和工業(yè)軟件技術水平和市場競爭力顯著提升，國內市場滿足率要分別超過70%和50%?！吨悄苤圃彀l(fā)展規(guī)劃》明確提出要面向企業(yè)智能制造發(fā)展需求，推動產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)分工協作、共同發(fā)展，逐步形成以智能制造系統集成商為核心、各領域領先企業(yè)聯合推進、一大批定位于細分領域的專精特新企業(yè)深度參與的智能制造發(fā)展生態(tài)體系。國家層面政策戰(zhàn)略性地支持為運動控制行業(yè)提供了良好的外部發(fā)展環(huán)境。（二）運動控制產品國產化進程加快我國的運動控制行業(yè)起步較晚，早期在產品的功能、性能及可靠性上與國外企業(yè)存在較大的差距，但經過多年的發(fā)展，國內一些優(yōu)秀廠商技術水平在不斷提高，逐步縮小與國外品牌的差距，并借助國內制造業(yè)升級帶來的電子制造設備等領域發(fā)展的契機，加快了對國外品牌的替代速度，國內廠商的市場份額持續(xù)擴大。近幾年，隨著國際貿易摩擦的不斷加劇，對我國相關領域內核心部件的自主、安全、可控提出了迫切需求，提高國產化率已成為我國產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)的共識，工業(yè)自動化設備進口趨勢較為明顯，同時為運動控制產品實現進口替代提供了良好的發(fā)展機遇。我國智能制造領域實現自主可控、將是長期的發(fā)展趨勢，運動控制行業(yè)作為關鍵核心環(huán)節(jié)，將充分受益于進程。（三）運動控制行業(yè)下游終端產品市場需求旺盛隨著我國經濟的不斷發(fā)展，終端消費者對產品的需求多樣化和定制化程度不斷提升，生產環(huán)節(jié)、工藝難度和制造水平都在相應增加，制造業(yè)廠商對產品質量、效率、精度以及成本的要求越來越高，傳統人工操作的誤差及安全性風險導致制造業(yè)廠商對自動化生產需求強烈。我國制造業(yè)與工業(yè)發(fā)達國家相比，其差距主要體現在自動化水平方面，發(fā)達國家在大批量生產技術的基礎上，不斷向訂制化、智能化、集成化方向發(fā)展，采用從生產加工到檢測包裝的全程自動化控制技術，從而保證了產品的質量，提高了生產效率。國內企業(yè)要縮小這部分差距，需要在自動化產品和技術方面不斷加大投入，進而不斷增加對運動控制產品、技術和解決方案的需求。因此，在我國制造業(yè)產業(yè)升級的大背景下，我國工業(yè)產業(yè)自動化和智能化發(fā)展趨勢較為明顯，對于工業(yè)運動控制系統產品的需求將持續(xù)保持穩(wěn)步增長的態(tài)勢。強化統籌協調加強部門協同，統籌實施智能制造工程，深入開展技術攻關、裝備創(chuàng)新、示范應用、標準化、人才培養(yǎng)等。加強央地協作，鼓勵地方出臺配套政策和法律法規(guī)，引導各類社會資源聚集，形成系統推進工作格局。充分發(fā)揮智能制造專家咨詢委員會及相關高校、科研機構、專業(yè)智庫作用，開展智能制造前瞻性、戰(zhàn)略性重大問題研究。鼓勵企業(yè)結合自身實際加快實施智能制造，持續(xù)做好安全生產和環(huán)境保護工作。運動控制行業(yè)技術水平及特點（一）運動控制行業(yè)技術水平點膠設備有多種機型，以滿足不同精度、不同效率及不同加工工藝的生產過程，從電子產品整機組裝、到組件組裝、元器件封裝、芯片封裝，其作業(yè)精度逐步提升，對點膠設備的精度要求也逐步提高，進而對點膠控制系統要求亦隨之提高。同時，點膠控制系統作為點膠設備的―大腦，面對上千種點膠膠水加工、數十種機械結構及復雜多樣的工業(yè)應用場景，控制系統自身在功能完備性、可靠性、可擴展性等方面需要保證良好的兼容性及易用性，同時需要符合行業(yè)應用高速化、高精度化的技術要求。此外，在傳統光柵尺、編碼器檢測的基礎上，機器視覺也逐漸成為點膠工藝位置標定、位置跟蹤、環(huán)境感知的關鍵技術，點膠控制系統在復雜工作環(huán)境下的智能化水平亦越來越高。運動控制器方面，通過利用CPU和FPGA的高速運算能力，大幅提升了對控制系統的響應速度，實時性已從毫秒縮減到微秒級。此外，作為運動控制的執(zhí)行機構，交流伺服系統亦可實現高速運動和高精度位置控制。（二）運動控制行業(yè)技術特點1、運動控制行業(yè)產品功能完備性、集成化點膠控制系統為工業(yè)控制系統，具有軟硬件結合、各部件良好兼容、應用環(huán)境復雜多變等多種特性，同時，點膠設備廠商一般不會只做單一機型，單一機型亦可能加工多種工藝的產品，基于以上特點，下游設備廠商對專業(yè)系統供應商產品要求具備點膠機多工藝、多機型的控制適應性，能夠達到相對功能完備、標準化程度較高水平，控制軟件的功能完備性、集成化是產業(yè)應用的發(fā)展需求，亦需要點膠控制系統廠商多個型號甚至是多個系列