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技术前沿:中国智能制造装备行业技术水平

jh18616091022 来源:AIOT大数据 2023-12-05 15:25 次阅读

技术前沿:中国智能制造装备行业技术水平

智能制造装备行业的发展概况

智能制造装备是先进工艺、信息技术与装备制造的深度融合,整合了软件技术、机器视觉光学、传感与测试、运动控制和机械设计等多种通用共性技术,技术综合性强,且在进行新产品、新技术的研发时,需要对下游应用领域的产品研发动态、技术趋势、应用场景等有较为深刻的理解,方可较好的满足客户的需求。智能制造装备企业通常需要长时间的技术研发创新和项目经验积累才能逐步形成自身的核心技术体系,构建核心竞争力。

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智能制造装备是先进制造技术、信息技术和智能技术在装备产品上的集成和融合,体现了制造业的智能化发展要求,具有实时感知、优化决策、动态执行等特征。

(1)政策驱动改革,智能制造装备行业快速发展

政策环境是智能制造装备行业发展强大的内驱力及支撑,智能制造装备作为推进智能制造的重要环节受到各国政府重视,2011年美国提出“先进制造伙伴计划”,2012年我国提出《智能制造装备产业“十二五”发展规划》,2013年德国提出“工业4.0”计划等,各国先后出台各类政策推动新兴技术与装备制造业的融合,推动制造业的高端化、智能化进程。在国家政策的引导下,制造业的生产方式正逐步实现智能化,不断催生对生产设备智能化的需求,智能制造装备行业实现快速发展。据统计,2016至2022年,我国工业自动化市场规模由1,421亿元增长至2,816亿元,复合年均增长率约12%。

(2)我国智能制造装备行业产业规模已形成,发展形势良好

我国智能制造装备行业起步相比工业发达国家较晚,近年来,以工业互联网、物联网为代表的信息技术快速发展,自动化、智能化技术在国内制造业企业中不断普及,我国智能制造装备行业的规模日益增长。据根据中国产业信息网发布的数据显示,2020年国内智能制造装备市场规模为2.09万亿元,2022年达到2.68万亿元,预计2023年将超2.97万亿元。

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在信息技术与先进制造技术高速发展的背景下,国内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逐步形成。行业内已涌现一批以博众精工、长川科技、先导智能、杰锐思等为代表的知名企业,凭借持续的研发投入,这些企业不断实现智能制造装备相关技术突破,在不同的细分领域具备一定的市场竞争力。

(3)下游应用领域广泛,技术更新迭代迅速

智能制造装备是工业生产体系的基础,可用于制造、检测、仓储等多个生产环节,广泛应用于3C、锂电池半导体、汽车、工程机械、光伏生产等产业。

随着终端消费者对产品质量、功能要求的不断提升,不同产业生产厂商对其生产装备的精度、稳定性等性能指标均提出了更高的要求,促使智能制造装备企业不断进行技术革新以满足客户的生产、检测需求。同时,随着传感技术5G、物联网、人工智能等先进技术的不断突破与应用,智能制造装备企业亦在不断推动其产品设计、产品制造等方面的技术革新,促进信息技术、智能技术与装备制造技术的深度融合与集成。

2、智能制造装备行业的发展趋势

(1)智能制造装备的自动化、集成化、信息化发展趋势明显

目前,我国智能制造装备的复杂程度不断提升,未来仍将朝自动化、集成化、信息化方向发展,具体表现为:智能制造装备将实现生产过程的高度自动化,对生产对象和生产环境具有一定的适应性,从而实现生产过程优化;硬件、软件与应用技术将实现深度集成,生产设备与智能网络实现高度互联,并通过人工智能技术赋能,使智能制造装备性能不断升级;信息技术与先进制造技术实现深度融合,提升装备功能复杂度,增强装备信息交互、自我学习的能力,使智能制造装备胜任大型、复杂生产场景的操作和信息整合。

(2)与5G、物联网、人工智能等新兴技术融合逐步成为新业态

当前,5G、物联网、人工智能等新兴技术正逐渐渗透到企业生产经营的各个方面。智能制造装备在未来发展中,将充分整合新兴技术到各个功能模块,以适应企业复杂的生产和管理需求,提高生产效率,提升产品质量,保证生产活动的可靠性。

(3)智能制造解决方案将成为实现智能制造的重要方式

智能制造具有复杂性及系统性等特点,实现智能制造的转型升级是长期持续的过程,下游客户对智能制造的需求亦呈现多样化、差异性等特征,不仅需要智能制造装备企业持续保持技术创新,也对智能制造装备企业的产品供给能力提出更高要求。因此,具备智能制造装备解决方案而非单一产品的企业将更具竞争力。

3、所属细分行业发展概况及发展趋势

(1)3C设备行业发展概况及发展趋势

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近年来,以智能手机、笔记本电脑、平板电脑等为代表的3C产品普及率逐步提高,需求逐渐趋于稳定;在5G技术快速发展等因素的影响下,于2021年呈现上涨趋势,受整体经济环境影响,2022年开始消费电子市场规模出现一定回落。据统计,2021年全球智能手机出货量为13.5亿部,同比增长6.30%,2022年全球智能手机出货量为12.05亿部,同比下降11.07%;2021年全球笔记本电脑出货量达到2.4亿台,同比增长19.40%;据Tendforce统计,2022年全球笔记本电脑出货量为1.85亿台,同比下降22.92%;2021年平板电脑出货量为1.69亿台,同比增长约3.05%,据IDC统计,2022年平板电脑出货量为1.63亿台,同比下降3.3%。

随着5G、物联网、人工智能等技术的不断发展,在全球应用及体验式消费的驱动下,智能可穿戴设备等新兴3C产品取得了较快发展,成为3C行业重要的增长力。据IDC统计,2021年全球智能可穿戴设备出货量达到5.34亿部,同比增长20%,2022年全球智能可穿戴设备出货量为4.92亿台,较2021年有所回落。随着AR/VR等新型智能可穿戴设备应用场景不断增加,智能可穿戴设备出货量预计2024年将达6.371亿部,仍具有较大的市场发展空间。

未来,随着5G、物联网、人工智能等新兴技术与3C产品的进一步融合,3C产品的更新换代会不断加速,同时催生新的产品形态,创造新的需求,使3C行业有望复苏增长。

②3C设备行业发展概况及发展趋势

3C产品种类繁多,不同产品对于组装、检测设备在功能、性能等等方面均存在一定差异;同时3C产品的生产制造流程复杂、涉及工序良多,因此3C制造行业所需智能制造设备种类繁多,3C设备行业具有广阔的市场空间。

我国是全球3C制造中心,产能居于全球首位。近年来,随着3C产品终端需求变化加快、我国人口红利逐步消失,为更好响应市场需求、实现更高效的生产制造及更高品质的质量管理,3C产品加工制造商对相关智能制造设备的需求逐步上升。此外,随着3C产品功能复杂度、生产过程精密度的逐步提高,3C制造厂商对于生产环节中高精密、高稳定性的组装及检测设备的使用渗透率不断提升。

据统计,2021年我国电子信息制造业固定资产投资额达到24,197.06亿元,较上年增长22.3%;2022年,我国电子信息制造业固定资产投资额达到28,746.10亿元,同比增长18.8%。

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我国3C制造行业不同生产工序的智能化水平呈现不同的发展特征,前端零部件及中端模组组装工序的智能化水平较高。近年来3C产品制造厂商对生产流程中产品质量保证要求的逐渐提高,使得检测作为品质管理的重要环节日益受到重视,智能检测设备的重要性日益凸显,市场规模随着智能组装设备的广泛使用而不断提高。

3C产品日益丰富的功能,将不断催生对相应功能模块进行组装或检测等的需求,成为3C设备持续发展的动力;新兴3C产品将不断涌现与发展,为3C设备提供了新的发展空间。(2)锂电生产设备行业发展概况及发展趋势

①锂电行业发展概况及发展趋势

在全球各国加大重视可再生资源的发展背景之下,全球锂电池市场需求高速增长,根据EVTank统计,2021年全球锂电池出货量为562.4GWh,同比大幅增长91%,其中动力电池占总市场规模的65.97%,新能源汽车市场快速发展成为全球锂电行业发展的主要推动因素之一。2022年,全球锂电池出货量达到957.7GWh,同比增长70.3%,其中动力电池出货量为684.2GWh,同比增长84.4%。

我国锂电产业高速发展,已成为全球最大的锂电池制造国。我国锂电产业门类齐全,产品质量持续提升,已广泛应用于新能源汽车、3C、储能等领域。在新能源汽车领域,随着新能源汽车的高速发展,动力类电池呈现快速发展趋势,已成为锂电池市场的主要增长动力;在3C领域,3C行业的不断发展促使数码电池的应用环境不断丰富、渗透程度逐步提升,数码电池发展整体向好;在储能领域,储能电池作为支持可再生能源发展的关键技术,大量储能项目落地,市场需求旺盛。据统计,2021年我国锂电池出货量为327GWh,同比增长130%;2022年,我国锂电池出货量达到655GWh,同比增速达100.31%。

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在政策及市场需求等因素的引导下,锂电制造企业将继续加大研发投入,围绕高能量密度、高循环次数、安全、环保等方面进行技术创新、迭代,锂电池产品制造技术将不断发展。从下游应用领域来看,新能源汽车市场的发展将逐渐由政策驱动转变为市场驱动,渗透率进一步提升,从而提升对动力电池的需求,动力电池企业将不断通过扩大产能,提高规模效应,以提升市场竞争力;在双碳目标逐步推进的背景下储能电池的应用将更加广泛,储能电池将迎来高速增长。

此外,随着下游应用领域的快速发展,终端消费产品更新换代频率不断提高,对锂电池制造厂商在产品品质、生产效率等方面均提出了更高的要求,制造厂商对高精度、高速度、高稳定性的锂电生产设备的需求日趋增长。

②锂电生产设备行业发展概况及发展趋势

锂电池的制造工艺较为复杂,主要环节有前段极片制造、中段电芯制造以及后段电芯激活检测环节,锂电生产设备按照电池生产制造流程可划分为前段设备、中段设备、后段设备。近年来,我国锂电生产设备市场规模呈现爆发式增长,国产设备的性能和稳定性的逐步提升,国产化率不断提升,据统计2021年我国锂电生产设备市场规模为575亿元,同比增长100.3%,国产化率达90%。2022年中国锂电生产设备市场规模达1,000亿元。

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随着锂电技术的不断更新、迭代,锂电生产设备各环节均在进行技术升级,以更好的满足制造厂商对产品高一致性、高稳定性等方面的要求,推动制造厂商对锂电生产设备的更新换代需求。在全球各国新能源汽车发展目标明确的背景下,为应对新能源汽车市场的高速增长趋势,全球主流锂电池制造企业扩产意愿明确,对锂电生产设备的需求量将进一步增加。

(3)半导体封装测试设备行业发展概况及发展趋势

①半导体行业发展概况及发展趋势

半导体是一种导电性可受控制、范围可从绝缘体至导体之间的材料,是计算机、通信设备、电子产品的核心组成部分,广泛应用于生产和消费的各个领域,是基础性、战略性产业。近年来,5G、物联网、人工智能新兴应用领域的蓬勃发展,对海量数据的有效处理提出更高的要求,使半导体产品的使用场景不断丰富,为半导体行业的发展注入了新的增长动力。

受半导体产业转移的影响,我国已成为全球最大的半导体产品制造基地,并初步形成了包括芯片设计、晶圆制造封装测试三个主要环节相关的产业链格局。在政策支持、市场拉动等因素的作用下,我国半导体行业在推进国产化的进程中继续保持快速增长态势。

据统计,2021年我国集成电路产业销售额为10,458.30亿元,同比增长18.20%,其中设计、制造、封装测试业占比分别为43.21%、30.37%和26.42%。2022年中国集成电路产业销售额为12,006.1亿元,同比增长14.8%。其中,设计业销售额5,156.2亿元,同比增长14.1%;制造业销售额为3,854.8亿元,同比增长21.4%;封装测试业销售额2,995.1亿元,同比增长8.4%。

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封装测试位于半导体产业链的后段,包括封装和测试两个环节,是半导体产业链尤为重要的环节。其中,封装是对制造完成的晶圆进行划片、贴片、键合等一系列工艺,使电路与外部器件实现连接,并为晶圆上的芯片提供保护,使其免受物理、化学等环境因素造成损伤的工艺;测试主要是对半导体性能进行测试,是保障成品质量稳定、控制系统损失的关键工艺。

当前,全球封装测试市场规模与日俱增,据统计,全球封装测试市场规模从2011年的455亿美元增长至2020年的594亿美元,其间年均复合增长率约为3.00%;据IDC统计,2022年全球封测市场规模达445亿美元,同比增长5.1%。

凭借巨大的消费电子市场、庞大的电子制造业基础,我国吸引了众多半导体公司在国内投资,半导体产业转移正不断深入,我国的封装测试行业,将受益于半导体产业转移带来的需求传导。

据中国半导体行业协会统计,2021年我国半导体封装测试行业销售规模为2,763亿元,同比增长10.10%,2022年我国半导体封装测试行业销售规模为2,995.1亿元,同比增长8.40%。封装测试是我国半导体产业链中国产化水平较高的环节,已形成较强的国际竞争力。

②半导体封装测试设备行业发展概况及发展趋势封装测试设备包括封装设备及后道测试设备。封装设备包括划片机、贴片机、键合设备等,封装测试环节的后道测试设备主要包括测试机、分选机及探针台等。从现阶段看,封装测试设备国产化率较低,市场主要由海外公司占据,国产设备的替代空间较大。

测试设备的国产化进程相对较快,已实现部分国产化替代,随着国内企业不断加大研发投入,自主核心技术水平不断增强,国产化渗透率将逐步提升。在国内封装测试行业强劲的发展下,各类封装测试设备的市场规模均有高速增长,据统计,2022年我国半导体后道测试设备规模151.36亿元,其中分选机规模12.99亿元,测试机规模107.63亿元,探针台规模11.78亿元。

目前我国封装测试行业发展迅速,封装测试厂商积极投入新产线以实现扩产,未来,封装测试市场尤其是先进封装测试市场的扩产需求将持续带动对封装测试设备的需求。

行业技术水平及特点

智能制造装备是能够实现智能制造自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的先进装备,为制造业实现智能制造提供设备载体。21世纪以来,以美国、德国、日本为代表的工业发达国家大力发展智能制造装备,依托多年的技术积累,相关产业已具备产品品类齐全、产业结构稳固、产业集群效应显著等特点,技术水平亦处于行业领先地位。

我国智能制造装备行业起步相比工业发达国家较晚,与发达国家相比,智能装备制造业技术水平仍存在一定差距,尤其在部分关键部件如精密马达、伺服电机、工业相机等方面的核心技术积累和自主生产能力仍然较弱。近年来,随着国家对智能制造装备行业的重视程度和支持力度的持续增加,我国智能制造装备行业技术水平不断提高,部分设备的技术水平已达到行业领先水平,加之国产设备在产品性价比、售后服务等方面的优势逐渐显现,国产智能制造装备的市场竞争力不断提升。

智能装备制造行业在产业链中的地位和作用

公司所处智能制造装备行业的上游包括各类电子元器件,电气、机械类零部件厂商以及定制化加工件等,下游为智能制造装备的应用领域,包括3C、锂电、半导体、汽车制造、工程机械等制造业。

智能制造装备为下游制造企业实现智能制造提供设备支撑,其核心价值体现在降低生产成本、提高生产效率等方面,智能制造装备行业是实现制造业转型升级和高质量发展的战略性基础产业。

智能制造装备行业的上游主要为其零部件行业,其与智能制造装备行业存在一定的关联性。通常来说上游零部件行业的价格、供给等均会对智能制造装备企业产生一定的影响,整体来看,智能制造装备产业发展多年,其零部件行业已经较为成熟,市场供应较为充足。

近年来,国内智能制造装备相关零部件行业快速发展,各类传感器、驱动器控制器等零部件市场不断成熟,技术水平与国际先进水平的差距不断缩小,国产化率不断上升,一方面帮助智能制造装备企业控制成本,另一方面有效提升了智能制造装备行业的零部件供给的稳定性。同时,上游零部件是智能制造装备的直接组成,对于如精密马达、伺服电机、工业相机等关键部件,其技术水平的提升亦会对智能制造装备产品性能的提升产生积极作用。

智能制造装备行业与下游应用领域的发展高度相关,智能制造装备作为制造业实现生产自动化、智能化的重要载体,其发展水平会对下游各应用领域的制造业水平有直接引领及推动作用。

下游制造业的产业转型升级趋势是智能制造装备行业发展的长期驱动力,为智能制造装备提供了广阔的应用市场。若下游应用领域发展向好,会加大对于设备等固定资产的投资,从而带来对智能制造装备的需求。同时,下游应用领域对智能制造装备不断提高的要求,亦会推动智能制造装备行业加强研发创新,从而使得智能制造装备技术水平不断提升,在效率、稳定性等技术指标方面不断升级。

核心技术

围绕智能制造设备的感知、思考和执行等环节,行业形成了涵盖3C检测及组装、锂电制造、半导体封装测试等领域的核心技术。

在感知层面上,行业掌握力学测试、光学感知、2D视觉、3D抗反射测量等自研技术,通过设计高精密力学、光学传感器,结合高性能的分析算法,使设备具备高精度的力学和2D、3D图像信息获取能力。

在思考层面上,行业研发了深度学习软件平台等人工智能技术,并嵌入各类产品中,使设备具备智能化的数据分析、图像识别、认知决策和自我学习能力。

在执行层面上,行业掌握精密运动控制和精密机械设计等相关技术,并融合感知及思考层面的核心技术,使设备具备完成3C检测及组装、锂电池电芯制造、半导体封装测试等多个领域的自动化执行能力。

①3C力学检测

行业3C力学检测设备检测速度可达50mm/s、重复测试精度≤0.1%、力值采集频率可达160KHZ,在行业内处于先进水平,已经广泛应用于电脑键盘、AppleWatch、iPad、触摸屏(板)、手机、无线蓝牙耳机等众多3C产品的力学检测工序,得到了市场普遍认可。

②锂电池制造

行业自主研发了业内首创的直驱卷绕技术以及卷针对拔技术,自主开发了料带智能纠偏控制技术、张力控制技术,该等技术已达到业内先进水平。应用该等技术的锂电池卷绕设备在张力波动、卷绕速度等核心指标方面表现出色,已获得知名客户认可。目前行业的数码锂电池卷绕机卷绕速度可达600mm/s;方型动力锂电池卷绕机单机产能可达6.5PPM(11米长极片)。

③半导体封装测试

行业研发的线性力矩精确运控技术、高速编带热封装置控制技术等已达到国内先进水平,公司自主研发的IC测试编带分选一体机检测精度±10μm,误判率<0.01%,UPH可达50,000,兼具高速度和高稳定性,已实现批量应用。

④3D测量

行业研发的3D成像传感部件采用先进的抗反射光学技术和结构光三维成像算法,有效降低了三维成像过程中反射造成的干扰对成像结果的不良影响,可靠还原被测物的三维形貌,大幅提高了3D光学检测的精度。

目前,行业采用这一技术研发的3D测量设备可用于3C产品的平面度、垂直度、断差、厚度、间隙、位置等的3D测量;目前产品Z轴重复检测精度3μm;测试CT≤0.4s/FOV;误判率≤0.05%,各项指标性能良好。

主要技术要点:

高速力学检测技术:该技术对实时采集的力学信号进行动态处理,形成可视化、可操作的数据集,根据实际应用场景,输出检测数据。该技术实现了高频运行下数据的动态采集和实时分析,同时保证输出数据的准确性及稳定性。应用该技术开发的多种高速力学测试设备,支持高低速敲击测试(测试速度:0.1mm/s—50mm/s),重复力学测试精度≤0.1%,力值采集频率可达160KHZ,并且具有智能化快速软件编辑模块,支持各种类型力学测试,已用于电脑键盘、iPad、AppleWatch、触摸屏(板)、手机、无线蓝牙耳机等众多3C产品的力学测试。

精密运控技术

该技术是通用技术平台,包括自主搭建的运动控制软件框架、自研运动控制算法及UI平台软件等部分,是通过对设备中各种运动部件进行精确、快速运动控制,实现设备指令动作精准执行的技术。该技术的软件框架封装了电机手动控制、电机参数设置、自动运动、报警处理、通信处理等程序模块,可以快速搭建从单轴至最高256轴的运动控制程序;结合公司开发的反谐振振动抑制、中断式电子凸轮等自研算法,能够实现特殊运动控制需求,解决了现有控制算法应用灵活性差、实时性差等缺点;同时UI平台,在快速实现通用HMI功能的同时集成了数据跟踪显示、图片显示等特殊功能。

该技术广泛应用于公司各类产品,显著减少了设备开发中的编程和调试时间,提升产品的品质及交付效率。

直驱卷绕技术

该技术包括卷针直驱技术及转塔直驱技术,卷针直驱技术是通过将自研的直驱马达与卷针直接连接传动,实现卷针自转的技术;转塔直驱技术是将驱动马达集成于转塔内部,直接驱动转塔公转的技术。该技术是行业首创,通过卷针直驱的创新设计去除传统转塔模块中用于驱动卷针自转的皮带、花键轴、同步轮等传动机构,提高卷针响应速度及定位精度;通过转塔直驱的创新设计,去除传统转塔模块中用于驱动转塔公转及定位的减速机、齿轮及闭锁装置,缩短了转塔翻转后的闭锁时间,降低设备复杂度,缩小设备体积,减轻设备重量,提高设备维护便利性,降低噪声,提高生产效率。

应用该技术开发的方形数码锂电池卷绕机卷绕速度可达600mm/s,设备良率≥99.5%,故障率<2%。

卷针对拔技术

该技术是采用双侧对称卷针独立模块设计,实现双侧卷针独立旋转及插拔运动的技术。该技术为行业首创,通过卷针双侧对称的结构,提升卷针运动及响应速度,避免了传统设计中卷针单侧运动导致的受力不平衡问题,改善了电芯因卷针单向抽拔导致的电芯内圈隔膜移位的情况,提高电芯内层结构的稳定性。应用该技术开发的锂电池卷绕机,设备良率≥99.5%。

料带智能纠偏控制技术

该技术主要由纠偏机构及纠偏算法组成,是实现极片、隔膜在运行过程中保持边缘稳定的技术。

该技术通过综合运用自主研发的过程纠偏、蛇形纠偏、夹持纠偏等多种纠偏机构,结合模糊自学习纠偏算法,可以根据料带的运行速度、材料或型号变化情况,自动调节PID参数;同时运用多级联动纠偏控制算法,当前级纠偏效果发生波动时,后级纠偏可根据料带的距离、速度、误差实现自动补偿,有效提高料带纠偏的控制精度,改善传统纠偏技术纠偏精度低、人工干预多的缺点。

应用该技术开发的锂电池卷绕机,极片和隔膜的运行速度可达2,500mm/s,并保证极片和隔膜的对齐精度达到±0.25mm。

张力控制技术

该技术主要由张力驱动机构及张力控制算法组成,是实现极片、隔膜运行过程中张力均衡控制的技术。该技术通过自主研发的音圈模组张力驱动机构,具有输出力矩均衡、输出响应快的特性,解决了传统电机由于齿槽效应引起的张力波动问题;同时结合张力闭环控制算法,补偿运行过程中摩擦力和惯量对张力的扰动,实现整机张力的协调控制。同时针对方形卷针卷绕过程中线速不稳定的问题,开发了变转速控制算法,实现了极片、隔膜的恒线速控制,减少了方形卷针卷绕过程中的张力波动。应用该技术开发的动力锂电池卷绕机,张力波动控制稳定在±5%。

显示面板视觉检测技术

该技术是通过自主研发的MURA缺陷自动光学检测算法以及高精度模组定位、点亮系统,对屏幕的光学参数进行分析、比较、判断的技术。该技术有效克服了屏幕上灰尘、保护膜等导致的MURA缺陷检出准确率低的缺陷,有效提高了检测效果和效率。应用该技术开发的背光模组光学检测设备,可实现多产品自动组合检测,具有高点亮率(≥99.5%)、低漏检率(<0.2%)、低过检率(<1%)等特征,已用于手机、电脑等显示面板的光学及视觉检测;LCM模组视觉检测设备漏检率<0.5%,过检率<5%。

高精密装配技术

该技术是通过机器视觉定位引导,实时进行图像采集、图像处理,结合亚像素算法实现视觉定位、位置和角度的动态补偿,同时结合高速精密运控、力学辅助控制完成精密装配作业的技术。该技术克服了来料差异性、高速运动过程中的抖动和振动对装配精度的影响,提升装配一致性,实现了在同等硬件条件下更高精度的装配。应用该技术开发的镜头模组组装线、激光雷达精密组装线具有高精度及高一致性的特性,重复定位精度达到±5um,CPK≥1.67。

超长尺寸软材精密贴装技术

该技术是通过自研的卷料剥料系统、来料吸附系统以及机器视觉定位等实现超长超窄尺寸软材自动化贴装的技术。该技术可通过超长卷状来料的自动纠偏以及张力控制实现软材的稳定出料,解决软材的易变形问题,同时控制取料后软材的自身形变误差。应用该技术开发的设备是3C领域内较早实现间隔条(软材)自动化贴装的产品,在间隔条尺寸最长达820mm情形下,满足贴装误差≤0.15mm的高精度要求,组装精度达到±0.1mm,生产效率CT<8s,组装产品整体良率达≥99.5%。

多用途高速智能化MNT&TV膜片组装

该技术是通过机器视觉定位引导及运动控制系统完成MNT&TV膜片上料、撕膜、清洁、组装的技术。同具有一键换线功能,实现多尺寸(21.5寸—34寸)的平面与曲面膜片组装。该技术解决传统MNT&TV膜片组装工序耗用人力多、效率低、良率低等缺点,基本实现无人值守作业,同时通过自研的一键换线系统,快速完成机种切换,解决显示屏型号、种类多导致换线效率低、生产成本高的问题,目前该技术已经升级到第四代。应用该技术开发的MNT&TV自动组装线,导光板撕膜成功率≥99.9%,OC撕膜成功率≥99.8%,OC组装成功率≥99.9%,最快换线时间小于15min。

3D抗反射光学检测技术

该技术是通过自主研发的抗反射光学技术及结构光三维成像算法实现3D光学检测的技术。该技术有效降低了三维成像过程中反射造成的干扰对成像结果的不良影响,可靠还原被测物的三维形貌,大幅提高了3D光学检测的精度。

应用该技术并结合高速运控算法开发的3D测量设备,XY轴重复检测精度5μm,Z轴重复检测精度3μm,误判率≤0.05%,测试CT≤0.4s/FOV,显著提高了测试效率。

线性力矩精确运控技术

该技术是通过线性力矩对运动部件进行精确控制的技术。该技术解决了传统伺服在下压力的精准控制以及驱动器层级信息反馈及时性等方面的不足,通过加载在负载末段的力矩检测方式提高检测精度,并通过双向检测回路的设计控制扰动力检测阈值,同时利用自适应的高速高精度插补算法,实现高速运动中的下压力精确控制。应用该技术开发的线性压力部件,有效实现了高速高精度的多轴连续运动控制,目前压力控制在4—40N(误差率<10%),检测时间<16ms。

高速编带热封装置控制技术

该技术应用于IC器件封装过程中的载带输送、盖带主动放置、热封及热封后拉力测试、器件状态反馈与控制等工序,是保证IC器件封装输出准确性的关键技术。该技术整合了自主开发的伺服电机与热电偶相结合的热封部件、高精度谐波减速机与真空轨道相结合的输送载带、盖带主动放带装置,以保证封装材料的载带与盖带输送的一致性和可靠性;通过高速、高精度检测元件,解决传统热封方式速度慢与封痕不良多的缺点;通过自研高速点阵运动控制算法,实现了高速编带热封的精确控制,综合提高了设备运行效率。应用该技术开发的IC器件高速编带热封装置拉力可稳定在30—80g内,运行效率UPH可达50,000,达到行业领先水平。

转塔式旋转真空仓体技术

该技术是通过对分立器件排列输送器件装置精确定位、输送、分料提供动态真空供给,实现多工位IC器件取放自由切换的技术。该技术采用自主研发的圆周式点阵分布结构,突破了单通道真空控制技术切换单一、反应不灵敏的技术难点,结合自研高速点阵运动控制算法、流体控制电磁阀,实现了IC器件在设备运行时的精确定位和准确快速工位切换。应用该技术开发的设备可同时输送20路真空,动态真空切换准确率达100%,工位切换频率可达50K/小时。

外观瑕疵AI检测技术

该技术是通过深度学习算法对外观进行瑕疵检测的技术。该技术具备闭环、高效的自学习能力,在日益复杂的外观品质检测场景下,结合缺陷检测软件,实现检测的流程化、模块化。应用该技术开发的设备能够有效降低复杂纹理及干扰背景的影响,准确识别和定位缺陷,提高检测精度,降低误检率和漏检率,并实时监控生产状态、完成产品分类评级、自动上传检测数据。目前已用于半导体分立器件的外观瑕疵检测,主要产品检测误判率<0.6%、漏检率为0。应用于锂电制造行业的外观瑕疵检测设备已处于客户验证阶段。

机床控制、调度及数据采集技术

该技术是通过3D视觉引导,机加工自动装夹、刀具自动补偿、虚拟仿真及机床上料调度,实现机床自动化上料、加工、检测及反馈补偿的技术。该技术可以适应各种型号料件的自动上下料,在保证产品质量同时,有效降低生产人员的劳动强度和危险程度,实现了无人化、智能化的高效生产。公司应用该技术成功开发多条智能化产线,客户UPH提升60%以上,产品切换效率提升70%以上。

精密温控热压技术

该技术通过自主研发的温控平台,实现高速、精准、稳定的温度控制,达到特种固态粘合剂最佳粘合效果,并提升了应用该技术的设备集成度,缩短工艺流程,优化生产工艺。该技术能够使加热体在5秒内达到0—300℃范围内的任意设定温度,实际温差波动<3℃,如遇外界因素干扰,可在0.2秒内恢复至设定温度。

激光控制技术

该技术基于自研的RT-Linux+intelx64架构,实现对激光频率、能量、振镜的控制,可应用于锂电池极片的极耳切割、极片清洗,极片刻线、集流盘焊接等工艺设备。该技术与传统的激光控制卡模式相比,具有运算能力更强,实时控制更快,开放性更好等优势。基于该技术开发的激光制片卷绕一体机,极片运行速度最高可达到120米/分钟,溶珠小于10微米,热影响区小于100微米,切割精度误差小于±0.1mm。

工艺流程图

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行业内主要企业情况

1、英斯特朗

英斯特朗,成立于1946年,是一家国际性材料试验仪器生产公司;公司总部位于美国,全球员工近1,700名,在24个国家和地区设有超过150个分支机构。英斯特朗主要产品包括各类测试设备及其附件,主要用于质量控制和寿命试验上,能进行包括拉伸、压缩、弯曲、疲劳、冲击、动力学、扭转和多轴加载等在内的力学性能和结构测试。英斯特朗未在公开渠道披露其财务数据。

2、博众精工

博众精工科技股份有限公司主要从事自动化设备、自动化柔性生产线、自动化关键零部件以及工装夹(治)具等产品的研发、设计、生产、销售及技术服务,亦可为客户提供数字化工厂的整体解决方案,业务涵盖消费电子、新能源、半导体等行业领域。博众精工是上海证券交易所科创板上市公司(股票代码:688097)。2022年营业收入为48.12亿元;归属于母公司股东的净利润为3.31亿元。

博众精工主要客户:苹果、华为、格力、蔚来汽车、富士康、和硕联合、广达、纬创公司现已成为国内智能化生产解决方案领域行业领军企业之一,已成为国家认定企业技术中心、国家级工业设计中心、国家制造业单项冠军产品(3C电子产品整机装配生产设备)、国家知识产权优势企业、国家两化融合管理体系贯标试点企业、国家服务型制造示范平台。博众精工凭借专注、务实的企业精神,以开放者的姿态开拓创新,助力“中国制造2025”不断发展。

3、赛腾股份

苏州赛腾精密电子股份有限公司主要从事智能制造装备的研发、设计、生产、销售及技术服务,产品和服务包括自动化设备、夹治具和技术服务,主要用于消费电子、汽车零部件、半导体、光伏等行业,适用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备、新能源汽车零部件、锂电池、8寸/12寸晶圆等产品。赛腾股份是上海证券交易所主板上市公司(股票代码:603283)。2022年,赛腾股份营业收入为29.30亿元,归属于母公司股东的净利润为3.07亿元。

赛腾股份主要客户为苹果、JOT、广达、和硕、三星,公司自成立以来即专注于自动化组装设备、自动化检测设备及治具类产品的研发、设计、生产、销售及技术服务,经过多年发展,已成为国内智能化生产解决方案领域的知名企业之一,获得了市场的认可与客户的信任,在业内具有一定的知名度和美誉度。

4、科瑞技术

深圳科瑞技术股份有限公司主要从事工业自动化设备的研发、设计、生产、销售和技术服务,以及精密零部件制造业务,产品主要包括自动化检测设备和自动化装配设备、自动化设备配件、精密零部件,主要应用于移动终端、新能源、电子烟、汽车、硬盘、医疗、食品与物流等行业。科瑞技术是深圳证券交易所主板上市公司(股票代码:002957)。2022年,科瑞技术营业收入为32.46亿元,归属于母公司股东的净利润为3.13亿元。

科瑞技术主要客户为苹果、TDK、宁德时代、富士康、广达,公司自2001年成立以来,专注于自动化设备在先进制造领域的跨行业应用。目前为止,公司自动化设备在移动终端、新能源、汽车、硬盘、医疗健康和物流等领域均有较深入的应用。特别是公司一直深耕移动终端领域的智能检测与装配设备,现已成为该领域优秀的自动化设备供应商。自2008年公司进入新能源自动化应用行业以来,随着最近几年新能源行业的高速发展,该业务也成长为公司重要业务之一。

5、先导智能

无锡先导智能装备股份有限公司主要从事非标智能装备的研发设计、生产和销售,业务涵盖锂电池智能装备、光伏智能装备、3C智能装备、智能物流系统、汽车智能产线、氢能装备、激光精密加工装备等领域。先导智能是深圳证券交易所创业板上市公司(股票代码:300450)。2022年,先导智能营业收入为139.32亿元,归属于母公司股东的净利润为23.18亿元。

先导智能主要客户为宁德时代、宁德新能源、比亚迪、特斯拉松下,其市场地位如下:1、薄膜电容器设备制造行业:与境外竞争对手相比,公司所产设备的技术水平已经达到或接近国际先进水平,但综合成本相比境外厂商有很大优势。2、锂电池设备制造行业:公司掌握了以卷绕技术、高速分切技术、自动焊接技术、自动贴胶技术和真空注液技术为主的锂电池设备行业核心技术。公司与多家锂电池企业保持着良好的合作关系,在锂电池设备行业积累了丰富的经验。3、光伏自动化生产配套设备制造行业:公司是国内较早致力于光伏自动化生产配套设备的研发与生产的厂商之一,掌握了以全自动上下料技术和串焊技术为主的行业核心技术。公司与多家光伏龙头企业保持着良好的合作关系,在光伏自动化生产配套设备行业积累了丰富的经验。

6、长川科技

杭州长川科技股份有限公司主要从事集成电路专用设备的研发、生产和销售,主要为集成电路封装测试企业、晶圆制造企业、芯片设计企业等提供测试设备,主要销售产品为测试机、分选机、自动化设备及AOI光学检测设备等长川科技是深圳证券交易所创业板上市公司(股票代码:300604)。2022年,长川科技营业收入为25.77亿元,归属于母公司股东的净利润为4.61亿元。

长川科技主要客户为:华天科技、长电科技、士兰微、通富微电、华润微电子,公司掌握了集成电路测试设备的相关核心技术,成为国内为数不多的可以自主研发、生产集成电路测试设备的企业。公司先后被认定为软件企业、国家级高新技术企业、杭州市企业高新技术研究开发中心、浙江省重点企业研究院和省级高新技术企业研究开发中心。2013年以来,公司承担了国家科技重大02专项“通讯与多媒体芯片封装测试设备与材料应用工程”中“高压大电流测试系统”和“SiP吸放式全自动测试分选机”两项课题的研发工作,其中“高压大电流测试系统”项目已通过长电科技、通富微电的认证,“SiP吸放式全自动测试分选机”项目适用于QFP、QFN、BGA等中高端封装外型芯片的测试分选,已通过长电科技的验证,并实现批量销售。目前,公司生产的集成电路测试机和分选机产品已获得长电科技、华天科技、通富微电、士兰微、华润微电子、日月光等多个一流集成电路企业的使用和认可。随着公司持续深入的研发和产品的不断升级,产品性能将进一步提升,产品类型和客户群体将进一步扩充,公司市场占有率将继续提升。

7、杰锐思智能

主要从事智能检测设备和智能生产组装设备(线)的研发、设计、生产及销售,产品覆盖3C、锂电制造、半导体等应用领域。

杰锐思智能主要客户为苹果、比亚迪、立讯精密、捷普、富士康、欣旺达、珠海冠宇、东莞维科、赣锋锂业、瑞浦、比亚迪、松下集团、正力新能、威世、长电科技,在3C业务领域,凭借先进的力学检测、视觉检测及智能生产组装等技术,公司已具备核心竞争力,积累了包括苹果、微软等品牌商及其主要供应商比亚迪、立讯精密、捷普、富士康等优质、稳定的客户资源。自2018年以来,公司以锂电制造、半导体封装测试等业务为重点拓展方向,已成功开发出卷绕机、二封机等锂电池电芯制造设备以及分选机等半导体测试分选设备,开拓了包括欣旺达、珠海冠宇、东莞维科、威世、长电科技、赣锋锂业、瑞浦等在内的优质客户群体。

行业面临的挑战

(1)国际厂商仍有先发优势,国内企业仍需追赶

我国智能制造装备行业起步较晚,国际厂商基于其先发优势,占据了较高的市场份额,我国市场仍有较大的进口需求。相较于国际知名企业,我国智能制造装备行业公司总体规模偏小,品牌知名度仍有待进一步提升。

近年,随着国家政策支持以及国内企业的技术创新,国内已涌现出一批优秀的智能制造装备厂商,凭借持续的研发投入,获得了技术上的突破,抢占了一定的市场份额,在部分细分领域已达到领先地位。总体上,国内厂商全面达到甚至赶超国际先进水平仍有较大挑战。

(2)专业技术人才紧缺

智能制造装备行业多为定制化生产,产品在研发设计、生产、调试维护等过程中,需要大量运用机械、电气、力学、光学、信息技术等专业知识。专业知识的形成、积累及运用需要大量的学习和实务经验,我国智能制造装备行业起步相对较晚,人才积累有待提升,专业技术人员的紧缺对行业发展造成了一定挑战。

(3)关键设备部件对国外依赖度较高

智能制造装备涉及的零部件众多,部分关键部件如精密马达、伺服电机、工业相机等核心制造技术仍由国外知名厂商掌握。客户为保证产品性能,在采购时会指定部分核心部件,因而国内智能制造装备厂商需按要求进口相关核心部件,一方面增加了国内厂商的成本压力;另一方面限制了我国对部分核心技术的自主可控。因此,对部分关键设备部件的进口依赖,仍是国内智能制造装备行业面临的重要挑战。

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原文标题:技术前沿:中国智能制造装备行业技术水平

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