第1章 緒論

制造業是國之重器、經濟發展的基石，然而與世界先進水平相比，我國制造業仍然大而不強，尤其是高端制造業落后，如光刻機和高端數控機床等核心設備領域。為了攻克“卡脖子”關鍵技術，2015年國務院出臺《中國制造2025》行動綱領，并宣布實施制造強國戰略，其中明確闡明要加快發展智能制造裝備和產品，主要包括研發高檔數控機床、工業機器人、生產制造裝備等智能制造裝備以及智能化生產線，突破新型傳感器、工業控制系統、伺服電機及驅動器和減速器等智能核心裝置[1]。鑒于此，國務院《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020）》在確立的16個科技重大專項中安排“極大規模集成電路制造技術及成套工藝”專項（02專項）和“高檔數控機床與基礎制造裝備”專項（04專項）來解決大規模集成電路等產品核心制造技術[2]。02專項明確基于精密直線電機系統的工件臺技術是極大規模集成電路制造裝備——光刻機系統的四大核心關鍵技術之一，對工件臺中直線電機系統提出了高速度、高加速度和高精度的嚴苛性能指標要求，如要求最大速度為2m/s、位置精度為5nm、加速度為60m/s2。04專項分年度設置了伺服電機、力矩電機、精密直線電機、高速主軸電機以及電機系統測試平臺等研發任務，目的也是解決在高檔數控機床及相關制造裝備中電機系統關鍵技術瓶頸問題，該專項要求直線電機運動系統位置控制精度達到微米量級。另外，國家重大科研儀器設備研制專項和國家重大科學儀器設備開發專項也對精密直線電機系統提出了高定位精度的需求，如要求原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）中直線電機系統的定位精度高達0.1nm。直線電機在光刻機、高端數控機床及AFM中的應用舉例如圖1-1所示。

圖1-1 直線電機應用舉例

因此，國家相關科技專項和科學基金等對精密直線電機系統提出了迫切需求，開展精密直線電機系統基礎理論及關鍵技術的研究，是形成自主知識產權、打破他國技術封鎖的有效途徑，具有滿足國家重大需求的重大意義。