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    1. 智能制造装备

      1、国内产业规模发展迅速

      据《智能制造装备产业“十二五”发展规划》数据统计,2010年我国工业自动化控制系统和仪器仪表、数控机床、工业机器人及其系统等部分智能制造装备产业领域销售收入超过3000亿元。以机床工业为例,自2002年以来,我国机床工业已连续十年实现高速增长,到2011年,我国已连续十年成为世界第一大机床消费国和第一大机床进口国。我国数控机床的发展经历了三十年跌宕起伏,已经由成长期进入成熟期;目前,我国可供市场的1500多种数控机床已覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域。再看工业机器人领域,2011年,我国工业机器人销量为22577台,较2010年增长51%;除了2009年,我国机器人市场在近几年处于急剧增长态势。2006-2011年,我国工业机器人需求量增加了四倍。在工业机器人50多年的发展历史中,只有中国一个国家在这么短的时间内机器人需求出现这样一个急剧增长的态势。

      2、重点产品有所突破

      随着信息技术与先进制造技术的高速发展,我国智能制造装备的发展深度和广度日益提升,以新型传感器、智能控制系统、工业机器人、自动化成套生产线为代表的智能制造装备产业体系初步形成,一批具有知识产权的重大智能制造装备实现突破。依托国家重点工程和重大科技专项的实施,一批国家急需、长期依赖进口、受制于国外的智能制造装备实现突破,如精密、高速加工中心,重型数控镗铣床,3.6万吨黑色金属垂直挤压机;用于百万千瓦超超临界火电机组、年产45万吨合成氨、轨道交通等重大工程项目的国产控制系统,高精度压力/差压变送器、原子荧光光谱仪、油井多相流检测设备;直径为6.34米的土压平衡盾构机、直径为11.22米的泥水平衡盾构机;1600吨级加氢裂化反应器、百万吨级乙烯工程三大离心压缩机组、百万吨级乙烯冷箱等。

      3、已形成一批具有国际竞争力的龙头企业

      目前,我国智能制造装备产业已形成一批具有国际竞争力的龙头企业。如,在机床工业领域,沈阳机床、大连机床两个集团的年销售收入均超过百亿,进入世界机床产业前10强;在智能控制系统领域,涌现出上海新华控制技术集团、浙大中控、北京和利时和山东鲁能控制为代表的具有自主知识产权的DCS 生产厂商;在仪器仪表领域,有重庆川仪、京仪集团、天瑞仪器、聚光科技、威尔泰等一批具有国际竞争力的龙头企业;在工业机器人领域,新松机器人、哈尔滨博实自动化设备、海尔哈工大机器人、安川首钢机器人、上海ABB工程、上海发那科机器人、库卡机器人(上海)等;在工程机械领域,三一重工、中联重科、徐工集团、柳工集团、中国龙工等10家企业位居全球工程机械前50强排名榜单,此外,还有瓦轴集团、沈鼓集团等一批各具特色的智能制造装备企业。

      (二)发展机遇

      根据《智能制造装备产业“十二五”发展规划》确定的目标:到2015年,我国智能制造装备产业销售收入将超过10000亿元,年均增长率超过25%,工业增加值率达到35%,智能制造装备满足国民经济重点领域需求;到2020年,我国将建立完善的智能制造装备产业体系,产业销售收入超过30000亿元,实现装备的智能化及制造过程的自动化。“十二五”期间,我国国民经济重点产业的发展、重大工程建设、传统产业的升级改造、战略性新兴产业的培育壮大和能源资源环境的约束,对智能制造装备产业提出了更高的要求,并提供了巨大的市场空间。未来5-10年,我国智能制造装备产业将迎来发展的重要战略机遇期。

      例如,汽车工业将继续成为高档数控机床第一重要用户,航空、航天、IT 等高新技术产业的发展需要大量高效、精密、智能、多坐标联动和专用数控机床,机械、纺织、冶金、石化、造船、轨道交通等传统产业的技术改造,加大了对高档数控机床、自动化控制系统及仪器仪表的需求。在轨道交通领域,根据北京、上海等15个城市建设规划统计,预计到2015 年,中国运营轨道交通线路将达到60多条,线路总长1700km,建设投资规模将达到6000亿,筹建轨道交通的城市近40个。2008年轨道交通的自动化市场需求为17.6亿元,预计未来几年增长率为35%。此外,国家提出的大力培育和发展节能环保、新能源、新兴信息、生物、新材料、新能源汽车等战略性新兴产业,对智能制造装备提出了自动化、智能化、信息化、精密化、绿色化等方面更高的要求,并提供了新的、巨大的市场空间。

      (三)面临的挑战

      当今,工业发达国家始终致力于以技术创新引领产业升级,更加注重资源节约、环境友好、可持续发展,智能化、绿色化已成为制造业发展的必然趋势,智能制造装备的发展将成为世界各国竞争的焦点。

      后金融危机时代,美国首先提出要重振制造业。美国总统奥巴马在2012年国情咨文中五次提到了中国 ,认为:“现在,中国等地从事经营的成本越来越高,而美国的生产效率也越来越高,因此我们面临把制造业迁回来的大好机会。”美国政府提出要从中国夺回制造业的领导地位,并采取了一系列举措:一是新组建白宫制造业政策办公室,加强政策扶持,实施“美国工作内包”计划,通过降低企业所得税税率鼓励外迁企业回归本土,鼓励企业加大本土投资;二是完善法律框架,制定《重振美国制造业框架》,通过了《制造业促进法案》,并正式启动“先进制造伙伴计划”;三是加强高科技研发,提高效率,降低成本,打败中国在人工劳动力上的传统优势;四是强化经济外交,提出五年内出口翻番的目标,建立横跨23个部委的“选择美国办公室”,首次将招商引资提到“总统令”的高度;五是建立贸易执法机构,负责调查中国等国家的不公平贸易做法;六是支持先进制造业所需高技能人才的培训。随后英国、法国等国家也采取了类似举措。从表面上看,美国等发达国家新一轮产业回归,是为了解决就业,激活经济,但实质是通过以智能制造装备产业为主体的新一轮产业革命,实现对全球制造业的重新布局,再次夺回世界制造业第一的宝座。

      德国政府一直重视发展工业,而发展工业则需要大量制造装备。因此,德国政府一直将制造装备产业放在国家战略高度,形成了以高端机床为核心的产业结构,这也成就了德国成为世界上机床技术最先进、机床工业最发达的国家。近年来,德国机床行业保持较快的发展速度,2013年成为全球最大的机床生产和出口国。

      其他主要竞争对手,亚洲邻国日本竭力保持在智能制造装备领域的优势和垄断地位,韩国也力求跻身世界制造强国之列。这将挤压我国智能制造装备产业的发展空间。因此,今后我国在智能制造装备领域将面临激烈的国际市场竞争。

      四、产业技术发展现状及趋势

      (一)产业关键技术

      围绕感知、决策和执行等智能功能的实现,针对测控装置、部件和重大智能制造成套装备的开发和应用,突破新型传感原理和工艺、高精度运动控制、高可靠智能控制、工业通信网络安全、健康维护诊断等一批共性、基础关键智能技术,为实现制造装备和制造过程的智能化提供技术支撑。

      高传感灵敏度、精度、可靠性和环境适应性的传感技术,采用新原理、新材料、新工艺的传感技术( 如量子测量、纳米聚合物传感、光纤传感等) ,微弱传感信号提取与处理技术。

      不同结构的模块化硬件设计技术,微内核操作系统和开放式系统软件技术、组态语言和人机界面技术,以及实现统一数据格式、统一编程环境的工程软件平台技术。

      工业过程多层次性能评估技术、基于海量数据的建模技术、大规模高性能多目标优化技术,大型复杂装备系统仿真技术,高阶导数连续运动规划、电子传动等精密运动控制技术。

      大型制造工程项目复杂自动化系统整体方案设计技术以及安装调试技术,统一操作界面和工程工具的设计技术,统一事件序列和报警处理技术,一体化资产管理技术。

      在线或远程状态监测与故障诊断、自愈合调控与损伤智能识别以及健康维护技术,重大装备的寿命测试和剩余寿命预测技术,可靠性与寿命评估技术。

      嵌入式互联网技术,高可靠无线通信网络构建技术,工业通信网络信息安全技术和异构通信网络间信息无缝交换技术。

      智能装备硬件、软件的功能安全分析、设计、验证技术及方法,建立功能安全验证的测试平台,研究自动化控制系统整体功能安全评估技术。

      多维精密加工工艺,精密成型工艺,焊接、粘接、烧结等特殊连接工艺,微机电系统( MEMS) 技术,精确可控热处理技术,精密锻造技术等。

      低成本、低功耗RFID 芯片设计制造技术,超高频和微波天线设计技术,低温热压封装技术,超高频RFID 核心模块设计制造技术,基于深度三位图像识别技术,物体缺陷识别技术。

      (二)重点产品

      1、八项核心智能测控装置与部件

      围绕重大智能制造成套装备研发以及智能制造技术的推广应用,开发机器人、感知系统、智能仪表等典型的智能测控装置和部件并实现产业化。在充分利用现有技术和产品的基础上,进一步实现智能化、网络化,形成对智能制造装备产业发展的有力支撑。

      1. 新型传感器及其系统

      新原理、新效应传感器,新材料传感器,微型化、智能化、低功耗传感器,集成化传感器( 如单传感器阵列集成和多传感器集成) 和无线传感器网络。

      2. 智能控制系统

      现场总线分散型控制系统( FCS) 、大规模联合网络控制系统、高端可编程控制系统( PLC) 、面向装备的嵌入式控制系统、功能安全监控系统。

      3. 智能仪表

      智能化温度、压力、流量、物位、热量、工业在线分析仪表、智能变频电动执行机构、智能阀门定位器和高可靠执行器。

      4. 精密仪器

      在线质谱激光气体紫外光谱紫外荧光近红外光谱分析系统、板材加工智能板形仪、高速自动化超声无损探伤检测仪、特种环境下蠕变疲劳性能检测设备等产品。

      5. 工业机器人与专用机器人

      焊接、涂装、搬运、装配等工业机器人及安防、危险作业、救援等专用机器人。

      6. 精密传动装置

      高速精密重载轴承,高速精密齿轮传动装置,高速精密链传动装置,高精度高可靠性制动装置,谐波减速器,大型电液动力换挡变速器,高速、高刚度、大功率电主轴,直线电机、丝杠、导轨。

      7. 伺服控制机构

      高性能变频调速装置、数位伺服控制系统、网络分布式伺服系统等产品,提升重点领域电气传动和执行的自动化水平,提高运行稳定性。

      8. 液气密元件及系统

      高压大流量液压元件和液压系统、高转速大功率液力偶合器调速装置、智能润滑系统、智能化阀岛、智能定位气动执行系统、高性能密封装置。

      2、八类重大智能制造成套装备

      突出制造业所需装备,针对石油化工、冶金、建材、机械加工、食品加工、纺织、造纸印刷等制造业生产过程数字化、柔性化、智能化的需要,发挥产学研用相结合的创新机制,依托有明确需求的用户,组织“产、学、研、用”共同参与的创新团队,推动软硬件在数控/工业控制装备中的应用与推广,通过集成创新,开发一批标志性的重大智能制造成套装备,保障产业转型升级。并结合国家重大工程建设,推进示范应用,加快产业化。

      1. 石油石化智能成套设备

      集成开发具有在线检测、优化控制、功能安全等功能的百万吨级大型乙烯和千万吨级大型炼油装置、多联产煤化工装备、合成橡胶及塑料生产装置。

      2. 冶金智能成套设备

      集成开发具有特种参数在线检测、自适应控制、高精度运动控制等功能的金属冶炼、短流程连铸连轧、精整等成套装备。

      3. 智能化成形和加工成套设备

      集成开发基于机器人的自动化成形、加工、装配生产线及具有加工工艺参数自动检测、控制、优化功能的大型复合材料构件成形加工生产线。

      4. 自动化物流成套设备

      集成开发基于计算智能与生产物流分层递阶设计、具有网络智能监控、动态优化、高效敏捷的智能制造物流设备。

      5. 建材制造成套设备

      集成开发具有物料自动配送、设备状态远程跟踪和能耗优化控制功能的水泥成套设备、高端特种玻璃成套设备。

      6. 智能化食品制造生产线

      集成开发具有在线成分检测、质量溯源、机电光液一体化控制等功能的食品加工成套装备。

      7. 智能化纺织成套装备

      集成开发具有卷绕张力控制、半制品的单位质量、染化料的浓度、色差等物理、化学参数的检测仪器与控制设备,可实现物料自动配送和过程控制的化纤、纺纱、织造、染整、制成品等加工成套装备。

      8. 智能化印刷装备

      集成开发具有墨色预置遥控、自动套准、在线检测、闭环自动跟踪调节等功能的数字化高速多色单张和卷筒料平版、凹版、柔版印刷装备、数字喷墨印刷设备、计算机直接制版设备( CTP) 及高速多功能智能化印后加工装备。

      (三)重点应用示范推广领域

      根据我国智能制造技术和智能测控装置的发展水平,立足制造业,在“十二五”期间重点选择在电力、节能环保、农业、资源开采、国防军工等国民经济重点领域推广应用,分步骤、分层次开展应用示范,形成通用性、标准化、知识产权的应用平台,加快推进产业、技术与应用协同发展。

      1、电力领域

      重点推进在百万千瓦级火电机组中实现燃烧优化、设备预测维护功能,在百万千瓦级核电站实现安全控制和特种测量功能,在重型燃气轮机中实现快速启停和复合控制功能,3 MW 以上风电机组的主控功能,变桨控制功能,太阳能热电站实现追日控制功能,在智能电网中实现用电管理、用户互动、电能质量改进、设备智能维护功能。

      2、节能环保领域

      重点推进在固体废弃物智能化分选装备、智能化除尘装备、污水处理装备上推广应用,实现各种再生原料的高效智能化分选、除尘设备和污水处理装备的自动调节与高效、稳定,在地热发电装备中实现地热高效发电建模与控制功能。

      3、农业装备领域

      重点推进在大型拖拉机及联合整地、精密播种、精密施肥、精准植保等配套机具成套机组,谷物、棉花、油菜、甘蔗等联合收获机械,水稻高速插秧机等种植机械装备上的应用,实现故障及作业性能的实时诊断、检测和控制,实现作业过程的智能控制和管理。

      4、资源开采领域

      重点推进在煤炭综采设备、矿山机械上应用,实现综采工作面设备信息与环境信息的集成监控、安全环境预警、精确人员定位等功能,在天然气长距离集输设备中实现全线数据采集和监控、运行参数优化、管道泄漏检测定位、站场无人操作或无人值守以及中心远程遥控功能,在油田设备中实现井口关键参数检测、数据处理及集中监测功能。

      5、国防军工领域

      重点推进专用机器人、精密仪器仪表、新型传感器、智能工控机在航天、航空、舰船、兵器等国防军工领域的应用。

      6、基础设施建设领域

      重点推进在挖掘机、盾构机、起重机、装载机、叉车、混凝土机械等施工装备上应用,实现远程定位、监测、诊断、管理等智能功能,在机场和码头建设领域推广应用,实现机场行李和货物的自动装卸、输送、分拣、存取全过程的智能控制和管理,集装箱装卸的无人操作与数字化管理。

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