運動控制系統(tǒng)核心部件研究

運動控制系統(tǒng)核心部件研究

工業(yè)大數(shù)據(jù)是制造企業(yè)高附加值增值服務的來源，制造企業(yè)全業(yè)務數(shù)據(jù)化在對制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和分析形成業(yè)務數(shù)據(jù)閉環(huán)的基礎(chǔ)上，將有效支撐企業(yè)制造過程優(yōu)化和經(jīng)營管理決策，促進企業(yè)對市場、用戶的精準供給和企業(yè)間的資源分享利用，從而打造智慧企業(yè)，并為消費者、用戶以及企業(yè)自身創(chuàng)造顯著的增量價值。運動控制系統(tǒng)核心部件運動控制器是指以邏輯控制單元為核心，以傳感器為信號敏感元件，以電機或動力裝置和執(zhí)行單元為控制對象的一種控制裝置，其主要任務是根據(jù)運動控制的要求和傳感器件的信號進行必要的邏輯、數(shù)學運算，為電機或其它動力和執(zhí)行裝置提供正確的控制信號。運動控制器由硬件、固件、軟件等組成，其中硬件部分包括微處理器、存儲器、接口電路、通信接口、電源等；固件是指固化在微處理器、存儲器、可編程邏輯器件等元件中的軟件；軟件部分由實時操作系統(tǒng)、運動控制指令編譯器、運動控制參數(shù)的預處理及優(yōu)化、運動控制函數(shù)、通信管理等模塊構(gòu)成。運動控制器負責向伺服系統(tǒng)等部件傳遞控制指令，是運動控制系統(tǒng)的核心模塊，其性能直接決定了運動控制系統(tǒng)的性能水平。運動控制器可分為插卡式運動控制器、嵌入式運動控制器和網(wǎng)絡(luò)式運動控制器。插卡式運動控制器又稱為PC-Based運動控制器，以板卡形態(tài)存在，通常采用高性能DSP和FPGA作為核心處理器。用戶通常以PC機作為信息處理平臺，運動控制器以插卡形式嵌入PC機，即PC+運動控制器的模式，將PC機的信息處理能力和開放式的特點與運動控制器的運動控制能力有機地結(jié)合在一起，可實現(xiàn)高性能多軸協(xié)調(diào)運動控制和高速點位運動控制。國內(nèi)市場主要代表廠商包括固高科技、雷賽智能、美國泰道、翠歐、眾為興等。以工業(yè)計算機的形態(tài)存在，集成了工業(yè)計算機和插卡式運動控制器。在延續(xù)了插卡式運動控制器運動控制性能的同時，可以實現(xiàn)普通PC機的基本功能，是用戶理想的嵌入式一體化解決方案，也是運動控制器發(fā)展的重要方向。國內(nèi)市場主要代表廠商包括FANUC、固高科技、翠歐、ACS等。網(wǎng)絡(luò)式運動控制器的形態(tài)可以是插卡式，也可以是嵌入式，或者是獨立運行模式。其與伺服驅(qū)動系統(tǒng)的鏈接是采用各類工業(yè)總線形式，如Ethercat、Profinet、DeviceNet、Sercos、CC-Link、RTEX、MII/III。過去由于工業(yè)總線均來自歐美和日本，所以網(wǎng)絡(luò)式運動控制器基本為國外壟斷，主要廠家包括倍福、西門子、施耐德、三菱、松下、安川等。固高科技著力發(fā)展我國自主可控的多主從等環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)gLink系列，自2016年陸續(xù)推出各種形式的系列產(chǎn)品。伺服系統(tǒng)是一種能對機械運動按預定要求進行自動控制的系統(tǒng)，其作用是使輸出的機械位移（或轉(zhuǎn)角）準確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角），實現(xiàn)輸出變量精確跟隨或復現(xiàn)輸入變量。伺服系統(tǒng)通常由驅(qū)動器和電機構(gòu)成。驅(qū)動器是用來控制電機的一種裝置，主要應用于高精度的定位系統(tǒng)，一般通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位。電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，可精準控制速度，位置，可將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。交流伺服系統(tǒng)依據(jù)不同的電機運行原理分為永磁同步交流伺服系統(tǒng)、感應交流伺服系統(tǒng)、磁阻同步交流伺服系統(tǒng)和無刷直流伺服系統(tǒng)，當前市場以永磁同步電機及無刷直流伺服電機為主。交流伺服電機通過驅(qū)動器磁場換向?qū)崿F(xiàn)電流的精確通知，同時它具備轉(zhuǎn)矩密度大、效率高、力矩大，響應快，可靠性高等特點，在工業(yè)場景得到廣泛應用。直流伺服系統(tǒng)由直流伺服驅(qū)動器和直流伺服電機組合構(gòu)成。直流伺服電機通過電刷進行換向，驅(qū)動器只需輸出正負直流電機即可驅(qū)動電機正反運行。由于直流電機的輸出特性，它的力矩線性、平穩(wěn)，通常被用在高精密的控制領(lǐng)域。同時，直流伺服電機可配備編碼器形成閉環(huán)系統(tǒng)。因此，直流伺服系統(tǒng)可準確掌握電機的轉(zhuǎn)動情況，實現(xiàn)精確的定位。步進系統(tǒng)由步進驅(qū)動器和步進電機組合構(gòu)成，步進驅(qū)動器接收指令信號后，驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動固定的角度，因此可通過驅(qū)動器發(fā)出的控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的。步進系統(tǒng)通常為開環(huán)系統(tǒng)，在步進電機添加編碼器后也可形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。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(shù)深度融合，突破共性關(guān)鍵技術(shù)，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(shè)、技術(shù)驗證平臺與系統(tǒng)建設(shè)、以及典型示范應用，支撐我國機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)向高端發(fā)展。（一）智能機器人基礎(chǔ)前沿技術(shù)結(jié)合機器人與以人工智能為代表的新一代信息技術(shù)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(shù)、智能機器人感知與認知技術(shù)、智能機器人學習與智能增殖技術(shù)、人機自然交互與協(xié)作共融技術(shù)等重大基礎(chǔ)前沿技術(shù)研究，搭建機器人技術(shù)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(shù)支撐。（二）智能機器人共性關(guān)鍵技術(shù)以攻克制約我國機器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)研究，建立機器人安全性與可靠性技術(shù)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(shù)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(guān)節(jié)、關(guān)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(shè)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(shù)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(shù)基礎(chǔ)，實現(xiàn)新一代機器人技術(shù)研究與世界同步，搶占技術(shù)與產(chǎn)業(yè)制高點。（四）機器人關(guān)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(shù)及系統(tǒng)等高端機器人關(guān)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(shè)，提升我國機器人的整體性能與智能水平，創(chuàng)新服務領(lǐng)域和商業(yè)模式，支撐我國機器人技術(shù)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(lǐng)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(lǐng)域的系統(tǒng)集成與應用，實現(xiàn)我國機器人技術(shù)與產(chǎn)品在國家重點行業(yè)/領(lǐng)域高端應用和典型領(lǐng)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(chǔ)，加速推進我國智能機器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的快速發(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(shè)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(chǔ)共性技術(shù)，推廣基礎(chǔ)制造工藝綠色化、流程工業(yè)綠色化技術(shù)，提升通用設(shè)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(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計通過創(chuàng)新研發(fā)，突破新材料應用及改性設(shè)計、節(jié)能降噪設(shè)計、個性化定制設(shè)計、可拆解與回收設(shè)計等生態(tài)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)。掌握全生命周期高效綠色循環(huán)再利用基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)，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(shè)計及應用關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)一批綠色制造前沿技術(shù)、核心技術(shù)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(chǔ)工藝綠色化技術(shù)、流程工業(yè)綠色工藝技術(shù)、量大面廣的典型通用設(shè)備產(chǎn)品節(jié)能、減排、降耗技術(shù)。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(chǔ)制造工藝及裝備、無害化表面處理工藝技術(shù)、少無切削液清潔加工工藝與設(shè)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(guān)鍵技術(shù)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(shù)，制造系統(tǒng)機群綜合能效模型與智能分析技術(shù)、機群綜合能效的智能協(xié)同優(yōu)化控制技術(shù)；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(shè)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(guān)鍵技術(shù)；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。工業(yè)傳感器針對工業(yè)互聯(lián)、智能制造的高端需求，順應傳感器微型化、集成化、智能化發(fā)展趨勢，形成一批高端傳感器和儀器儀表產(chǎn)品，支撐我國智能制造發(fā)展，解決微納傳感器硅基兼容制造、封裝、可靠性、集成化等核心共性技術(shù)，引領(lǐng)未來發(fā)展。（一）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)用微納傳感器研究無源無線多參數(shù)監(jiān)測傳感器，高能量密度振動能量收集器等前沿技術(shù)。研發(fā)傳感器與電路協(xié)同設(shè)計技術(shù)及設(shè)計工具，傳感器與電路單片集成工藝技術(shù)，硅基功能薄膜兼容制造等關(guān)鍵共性技術(shù)。開發(fā)單片集成傳感器，陣列傳感器，多功能傳感器，低功耗傳感器，無線集成傳感器等產(chǎn)品。（二）離散制造業(yè)用微納傳感器研究柔性襯底傳感器，芯片級原子效應傳感器等前沿技術(shù)，研發(fā)數(shù)字全場激光超聲檢測技術(shù)，高精度二維三維光柵測試等關(guān)鍵共性技術(shù)。研發(fā)運動部件溫度、應變、振動傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器，微型繼電器，微型電場傳感器，多維位移同步測量傳感器，微型高精度姿態(tài)測量單元等產(chǎn)品。（三）流程工業(yè)用微納傳感器研究高精度諧振式壓力傳感器，微型聲矢量傳感器等前沿技術(shù)。研發(fā)傳感器芯片與封裝材料特性測試技術(shù)及其數(shù)據(jù)庫，微傳感器可靠性及其測試等關(guān)鍵共性技術(shù)。研發(fā)高溫壓力傳感器、風速風向傳感器、紅外高溫傳感器、工業(yè)現(xiàn)場氣體檢測傳感器等產(chǎn)品。（四）智能制造用儀器儀表研究智能儀器儀表可靠性建模、設(shè)計與仿真，參數(shù)標定與校準、非線性補償方法等動態(tài)測試與性能評估，關(guān)鍵部件芯片化等前沿技術(shù)；研發(fā)復雜工業(yè)測量儀表在線標定，高端智能測量儀表設(shè)計、精確自動補償、生產(chǎn)工藝、裝配等，在線分析儀器小型化關(guān)鍵部件、微弱信號精密檢測等共性關(guān)鍵技術(shù)；研發(fā)高精度壓力/質(zhì)量/流量/物位儀表，壓力/質(zhì)量流量儀表在線批量化標定裝置，小型化在線分析儀、感知/控制/驅(qū)動一體化控制器等產(chǎn)品。（五）特種專用儀器儀表研究力熱平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計、多傳感器三維納米定位等納米三坐標測量，工件姿態(tài)和運動參數(shù)測量、空間坐標測量、大型零部件尺寸和形位誤差測量、激光跟蹤等大型裝備制造智能化測量等前沿技術(shù)，研發(fā)工業(yè)現(xiàn)場級虛擬測量、工業(yè)設(shè)施現(xiàn)場故障診斷、特種執(zhí)行機構(gòu)和控制閥設(shè)計、制造和仿真等共性關(guān)鍵技術(shù)，研制激光跟蹤測量儀器、現(xiàn)場級虛擬測量儀表、復雜機械運行故障檢測等工業(yè)現(xiàn)場專用診斷儀器、特種執(zhí)行機構(gòu)和控制閥等。網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(lǐng)發(fā)展的制造與服務新模式，突破一批網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造理論、關(guān)鍵技術(shù)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(luò)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(luò)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(guān)鍵技術(shù)。為重塑制造業(yè)技術(shù)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(shè)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)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等平臺系統(tǒng)的構(gòu)建，研發(fā)復雜產(chǎn)品全數(shù)字化優(yōu)化和仿真、產(chǎn)品全生命周期/服務生命周期管理、資源管理與智能供應鏈協(xié)同、基于OT的智能服務、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析等平臺系統(tǒng)與軟件，形成互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造工業(yè)軟件系統(tǒng)，支撐網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造創(chuàng)新發(fā)展。（三）基于互聯(lián)網(wǎng)+的創(chuàng)新設(shè)計探索支撐制造業(yè)要素資源共享互聯(lián)及社會力量參與互動的研發(fā)設(shè)計新模式；攻克互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下設(shè)計資源共享、研發(fā)設(shè)計價值鏈協(xié)同以及眾創(chuàng)空間構(gòu)建新技術(shù)；研發(fā)支持云制造的設(shè)計資源共享與協(xié)同創(chuàng)新平臺、典型行業(yè)眾創(chuàng)服務平臺以及制造業(yè)產(chǎn)品眾包設(shè)計服務平臺。推進制造業(yè)從企業(yè)創(chuàng)新到眾創(chuàng)眾包的發(fā)展轉(zhuǎn)變。（四）資源管理與智能供應鏈攻克互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下基于工業(yè)云與工業(yè)大數(shù)據(jù)的企業(yè)經(jīng)營管理及資源集成共享技術(shù)、智能供應鏈協(xié)同與精準服務技術(shù)；研發(fā)制造核心企業(yè)和第三方服務商主導的多模式制造企業(yè)經(jīng)營管理與資源集成共享云平臺、智能供應鏈管理集成平臺與產(chǎn)業(yè)價值鏈協(xié)同云平臺；構(gòu)建企業(yè)制造資源協(xié)同空間。推動從企業(yè)運行向價值鏈協(xié)同運營轉(zhuǎn)變。（五）產(chǎn)品全生命周期制造服務攻克制造服務價值鏈重構(gòu)、產(chǎn)品服務生命周期管理、在線運維與預測運營等關(guān)鍵技術(shù)；研發(fā)產(chǎn)品服務生命周期集成管理平臺、制造服務價值鏈協(xié)同云服務平臺以及高端裝備智能預測與精準服務云平臺；打造制造與服務融合的服務價值鏈協(xié)同新體系。支撐制造業(yè)向制造+服務轉(zhuǎn)型升級。（六）工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造平臺攻克產(chǎn)品數(shù)據(jù)鏈、資源數(shù)據(jù)鏈、供應數(shù)據(jù)鏈、制造數(shù)據(jù)鏈、服務數(shù)據(jù)鏈及其無縫集成、工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動的企業(yè)智能決策與預測預警等關(guān)鍵技術(shù)；研發(fā)基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的企業(yè)業(yè)務管控與決策分析、企業(yè)智慧數(shù)據(jù)空間構(gòu)建等技術(shù)系統(tǒng)；打造云制造服務平臺、工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造平臺等；構(gòu)建企業(yè)智慧數(shù)據(jù)空間，開展平臺典型應用。世界制造業(yè)發(fā)展趨勢進入21世紀以來，在經(jīng)濟全球化和社會信息化的背景下，國際制造業(yè)競爭日益激烈，對先進制造技術(shù)的需求更加迫切。云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，正在引發(fā)對制造業(yè)研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和商業(yè)模式的深刻變革，科技創(chuàng)新已成為推動先進制造業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動力。（一）智能正成為制造業(yè)的關(guān)鍵要素越來越多的制造企業(yè)通過應用嵌入式軟件、微電子、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，提升產(chǎn)品智能化程度和研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理的智能化水平，打造高端產(chǎn)品和裝備，占據(jù)產(chǎn)業(yè)制高點。同時，制造裝備控制技術(shù)的極大提高，使制造裝備的自診斷、自維護、自恢復成為現(xiàn)實，并將推動制造裝備向智能化階段邁進。（二）服務促進產(chǎn)業(yè)模式變革，重塑制造業(yè)價值鏈在同質(zhì)化競爭和供大于求的全球市場環(huán)境下，制造業(yè)產(chǎn)業(yè)價值鏈的高端向研發(fā)和產(chǎn)品運營維護等服務生命周期轉(zhuǎn)移，更多的制造企業(yè)成為提供產(chǎn)品、服務、支持、自我服務和知識的綜合體。服務與制造相互滲透融合，從生產(chǎn)型制造走向服務型制造是大勢所趨，產(chǎn)業(yè)模式向定制化的規(guī)模生產(chǎn)和服務型生產(chǎn)轉(zhuǎn)變特征明顯。（三）可持續(xù)發(fā)展成為制造業(yè)與自然、社會協(xié)調(diào)的重要主題綠色發(fā)展理念逐步成為共識，激勵制造企業(yè)開始重視綠色技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、銷售服務和回收利用等產(chǎn)品全生命周期中的應用，創(chuàng)新高效、節(jié)能、環(huán)保和可循環(huán)的新型制造工藝和裝備，不斷降低資源消耗和環(huán)境影響，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的協(xié)調(diào)優(yōu)化，符合經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的低碳環(huán)保和循環(huán)利用要求。（四）制造大數(shù)據(jù)和平臺成為高附加值增值服務的重要支撐工業(yè)大數(shù)據(jù)是制造企業(yè)高附加值增值服務的來源，制造企業(yè)全業(yè)務數(shù)據(jù)化在對制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和分析形成業(yè)務數(shù)據(jù)閉環(huán)的基礎(chǔ)上，將有效支撐企業(yè)制造過程優(yōu)化和經(jīng)營管理決策，促進企業(yè)對市場、用戶的精準供給和企業(yè)間的資源分享利用，從而打造智慧企業(yè)，并為消費者、用戶以及企業(yè)自身創(chuàng)造顯著的增量價值。新型電子制造關(guān)鍵裝備面向?qū)捊麕О雽w器件、光通訊器件、MEMS（微機電系統(tǒng)）器件、功率電子器件、新型顯示、半導體照明、高效光伏等泛半導體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的巨大市場需求，開展關(guān)鍵裝備與工藝的研究，重點解決電子器件關(guān)鍵材料裝備、器件制造裝備等高端裝備缺乏關(guān)鍵技術(shù)、可靠性低、工藝開發(fā)不足等問題，推動新技術(shù)研發(fā)與關(guān)鍵裝備研發(fā)的協(xié)同發(fā)展，構(gòu)建高端電子制造裝備自主創(chuàng)新體系。（一）寬禁帶半導體/半導體照明等關(guān)鍵裝備研究針對碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等為代表的寬禁帶半導體技術(shù)對關(guān)鍵制造裝備的需求，開展大尺寸（6吋）寬禁帶半導體材料制備、器件制造、性能檢測等關(guān)鍵裝備與工藝研究。針對高亮度半導體照明（LED、OLED）大生產(chǎn)線對制造裝備的需求，開展大產(chǎn)能材料制備、器件制造、性能檢測等關(guān)鍵裝備研發(fā)，掌握核心技術(shù)與工藝，滿足大生產(chǎn)線要求。（二）光通訊器件關(guān)鍵裝備及工藝研究針對光通訊器件制造對裝備的需求，重點圍繞硅基光電子芯片工藝裝備、InP（銦磷）基等光電子芯片工藝裝備、光纖器件工藝裝備、光電子器件耦合封裝等關(guān)鍵裝備等開展研究，掌握核心技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品應用，提升國內(nèi)光通訊器件制造能力及工藝水平。（三）MEMS器件/電力電子器件等關(guān)鍵裝備與工藝研究針對MEMS器件、電力電子器件等領(lǐng)域?qū)ρb備的特殊工藝需求，開展材料制備、芯片制造、特種封裝、性能檢測等關(guān)鍵裝備與工藝的研發(fā)，掌握關(guān)鍵技術(shù)、開發(fā)特色工藝，提高國產(chǎn)裝備的工藝適應性及可靠性。研究基于國產(chǎn)裝備為主的成套工藝，完成對國產(chǎn)裝備的工藝優(yōu)化、可靠性驗證及集成應用，打造自主產(chǎn)業(yè)鏈，提升產(chǎn)業(yè)競爭力。（四）高效光伏電池關(guān)鍵裝備及工藝研究針對下一代高效光伏電池技術(shù)（PERC、HIT、黑硅電池等）對關(guān)鍵裝備及工藝的需求，開展大產(chǎn)能、高轉(zhuǎn)換效率光伏電池制造工藝裝備、自動化制造裝備、核心工藝等研究，降低電池片制造成本，轉(zhuǎn)換效率達到國際領(lǐng)先水平，實現(xiàn)批量銷售。（五）新材料，新器件關(guān)鍵電子裝備與核心部件研究針對石墨烯、碳基電子器件、柔性顯示、光互聯(lián)等國際上不斷出現(xiàn)的新材料、新器件、新工藝對半導體技術(shù)相關(guān)的裝備需求，開展面向電子器件應用石墨烯材料制備裝備、大面積轉(zhuǎn)移裝備、石墨烯電子器件制造裝備、柔性顯示有機膜材料制備裝備、柔性顯示有機器件制造及檢測裝備、碳基電子器件制造裝備、光互聯(lián)器件制備裝備、高密度封裝等方面的關(guān)鍵裝備開發(fā)，滿足研發(fā)或產(chǎn)業(yè)化需求，推動新技術(shù)研發(fā)與裝備研發(fā)的協(xié)同發(fā)展。制造基礎(chǔ)技術(shù)與關(guān)鍵部件圍繞制造基礎(chǔ)技術(shù)與關(guān)鍵部件，開展基礎(chǔ)技術(shù)與前沿技術(shù)研究，突破關(guān)鍵技術(shù)與共性技術(shù)，建立健全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、工業(yè)試驗驗證平臺和安全保障技術(shù)，完善技術(shù)標準體系，為逐步解決國產(chǎn)裝備空心化提供技術(shù)支撐，大幅度提高為重點領(lǐng)域和重大成套裝備自主配套能力。（一）基礎(chǔ)件圍繞高速精密重載軸承開展軸承服役性能演變規(guī)律與失效機理等基礎(chǔ)理論、材料對性能影響規(guī)律和失效機理等研究，掌握高速、精密、重載軸承設(shè)計理論、壽命理論及試驗方法，動態(tài)性能試驗技術(shù)與方法，掌握高鐵軸箱軸承、風力發(fā)電機組主軸與齒輪箱軸承、機器人和機床精密軸承、特大型裝備靜壓軸承等設(shè)計、試驗和批量化制造核心技術(shù)，開展典型應用示范。圍繞高參數(shù)齒輪及傳動裝置開展高參數(shù)齒輪傳動嚙合失效機理、特殊條件下齒輪副基本工作理論、研究，研究高速重載齒輪傳動、輕合金齒輪、高性能蝸桿傳動及新型機構(gòu)，基準級別齒輪漸開線樣板設(shè)計與超精密制造和計量，突破高參數(shù)齒輪傳動和精密減速器設(shè)計、制造和檢測共性關(guān)鍵技術(shù)，形成標準及技術(shù)規(guī)范，實現(xiàn)高參數(shù)齒輪及傳動裝置在民用航空裝備、工程機械、大型海洋裝備、高速列車、海上風電、機器人等裝備的示范應用。圍繞高端液壓件與密封件開展新型高功率重量比和高能量密度液壓件的設(shè)計方法研究，高參數(shù)液壓閥、泵等新結(jié)構(gòu)和新方法研究。研究密封可靠性設(shè)計、延壽、運行試驗技術(shù)，開發(fā)高性能檢測、可靠性評估和測試裝備，建立性能評價體系與標準。開發(fā)高壓力等級多路閥和液壓泵、大規(guī)格柱塞泵與比例流量閥、高效率靜液傳動元件與系統(tǒng)、高參數(shù)密封件、液壓動力總成系統(tǒng)等，實現(xiàn)在工程機械與農(nóng)業(yè)機械、重型機械、航空航天、海洋工程裝備等示范應用。（二）基礎(chǔ)制造工藝研究高活性金屬與鑄型界面反應機制和成形方法、鑄造全流程精確控制、鑄造過程仿真與在線檢測等關(guān)鍵技術(shù)，掌握鈦合金、高溫合金鑄件精密鑄造技術(shù)、鑄鍛件近凈成形與精準成形工藝，開展各類材料成形過程動態(tài)仿真參數(shù)優(yōu)化技術(shù)研發(fā)應用，實現(xiàn)典型產(chǎn)品應用示范。研究零件可控清潔熱處理工藝、真空等溫淬火熱處理工藝等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)清潔熱處理裝備，完善熱處理工藝數(shù)據(jù)庫。開發(fā)高溫耐蝕涂層技術(shù)、潤滑耐磨抗氧化表面工藝材料、工藝及表面處理裝備。研究高速干切基本機理和新型干切機床結(jié)構(gòu)，工藝參數(shù)優(yōu)化及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；研究微量潤滑作用機理和測試選用技術(shù)，低溫微量潤滑集成制造技術(shù)；環(huán)保清潔切削液配置技術(shù)。（三）工業(yè)性驗證平臺與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建立精密齒輪及傳動裝置、高壓大流量液壓元件、高參數(shù)密封件、高速重載軸承等關(guān)鍵基礎(chǔ)件性能及可靠性試驗平臺，工業(yè)傳感器、智能儀器儀表性能及可靠性測試平臺，對相關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)、關(guān)鍵部件與產(chǎn)品進行試驗驗證，完善技術(shù)標準體系。研究先進制造工藝方法、工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，研究并整合國內(nèi)外制造工藝相關(guān)數(shù)據(jù)資源，建立健全制造基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)制造工藝資源環(huán)境屬性數(shù)據(jù)庫等。研發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集工具和知識庫管理系統(tǒng)和標準，開發(fā)面向基礎(chǔ)工藝和典型產(chǎn)品全生命周期環(huán)境影響評價工具。（四）制造過程安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究關(guān)鍵部件故障響應安全機制、功能安全定量計算數(shù)學模型和定性評價體系等功能安全設(shè)計與評估驗證技術(shù)；研究物理安全、功能安全、網(wǎng)絡(luò)安全一體化融合的方法理論、制造系統(tǒng)安全一體化管控等安全一體化融合技術(shù)；研究安全威脅和攻擊機理分析與建模、實時攻擊隔離與抑制等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)；故障預測與健康管理（PHM）等測控產(chǎn)品安全可用關(guān)鍵技術(shù)研究；開展功能、網(wǎng)絡(luò)安全工業(yè)化試驗驗證，典型工業(yè)協(xié)議安全性分析驗證，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全漏洞庫等研究。智能工廠適應工廠智能化的發(fā)展趨勢，重點研發(fā)智能制造標準化共性關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)智能工廠共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化。提升我國工業(yè)自動化行業(yè)的整體創(chuàng)新水平和自主裝備能力，滿足國家科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級和轉(zhuǎn)型的重大戰(zhàn)略需求。（一）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與系統(tǒng)針對物理信息系統(tǒng)中信息與物理交叉融合造成的復雜性系統(tǒng)問題，建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)復雜系統(tǒng)模型，攻克以智能工廠為對象的全網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)，給出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)復雜系統(tǒng)的實現(xiàn)能力、性能分析與評價方法。重點研究工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一體化架構(gòu)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的泛在感知網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和實時控制技術(shù)、多源異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與語義化互操作技術(shù)、動態(tài)自組織軟件定義的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)驗證測試平臺。攻克大規(guī)模、異構(gòu)、高實時、高安全、可重構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)共性關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全可靠應用，建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能工廠測試驗證平臺。（二）智能控制器與系統(tǒng)以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，研制新型、高端、可信智能控制器，提升工廠制造過程和制造裝備的自有處理能力和智能水平。重點研究智能裝備CPS型控制器與關(guān)鍵技術(shù)、基于移動互聯(lián)的智能產(chǎn)線控制管理器、高可信多重冗余控制系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)、新一代SCADA系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)、工業(yè)組態(tài)和工業(yè)監(jiān)控等工業(yè)軟件、精密系統(tǒng)裝配過程數(shù)據(jù)采集與控制裝置。攻克云端服務、高實時任務、高可信控制共性關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)實時仿真、全分布式控制、多種控制器無縫集成。（三）制造過程的系統(tǒng)設(shè)計、控制與優(yōu)化針對智能工廠的工程化基礎(chǔ)方法和實施手段，研究開發(fā)面向CPS的工程工具和實時在線優(yōu)化控制工具以及先進的模型庫知識庫，提升智能工廠的工程應用目標。重點研究生產(chǎn)過程與設(shè)備的建模仿真與優(yōu)化控制技術(shù)、先進制造智能服務體系與全流程智能優(yōu)化技術(shù)、全過程的數(shù)據(jù)實時獲取分析與信息整合技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)語義化編程技術(shù)與組態(tài)工具、分子級表征建模工具與在線實時優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計平臺、模塊化協(xié)同設(shè)計工具與實時控制系統(tǒng)設(shè)計平臺。攻克分子級表征與建模、多層域多尺度建模、系統(tǒng)設(shè)計、基于知識和數(shù)據(jù)的仿真模擬與實時優(yōu)化、在線服務與全流程優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)仿真設(shè)計與控制優(yōu)化系統(tǒng)工具與平臺。（四）CPS制造執(zhí)行系統(tǒng)與運營管理針對智能工廠的生產(chǎn)要素、能效管理、智能決策和生產(chǎn)服務關(guān)鍵技術(shù)，研究基于互聯(lián)網(wǎng)+智能工廠的運營管理平臺，實現(xiàn)智能工廠平臺化方法的建立和實施。重點研究基于云平臺的CPS制造執(zhí)行系統(tǒng)、制造過程能效仿真、監(jiān)測與管控技術(shù)、生產(chǎn)要素的狀態(tài)監(jiān)測診斷與健康管理技術(shù)、企業(yè)級輔助決策智能化與可視化平臺。攻克服務總線、動態(tài)配置、能效模型、生產(chǎn)要素模型、可視化呈現(xiàn)、智能輔助決策關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)智能工廠的運營管理。（五）智能工廠的可重構(gòu)技術(shù)及原型平臺針對智能工廠批量化定制需求，研究工控系統(tǒng)可重構(gòu)技術(shù)，研制智能工廠原型平臺，實現(xiàn)產(chǎn)線裝備、制造