第1章 绪论

制造业是国之重器、经济发展的基石，然而与世界先进水平相比，我国制造业仍然大而不强，尤其是高端制造业落后，如光刻机和高端数控机床等核心设备领域。为了攻克“卡脖子”关键技术，2015年国务院出台《中国制造2025》行动纲领，并宣布实施制造强国战略，其中明确阐明要加快发展智能制造装备和产品，主要包括研发高档数控机床、工业机器人、生产制造装备等智能制造装备以及智能化生产线，突破新型传感器、工业控制系统、伺服电机及驱动器和减速器等智能核心装置[1]。鉴于此，国务院《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》在确立的16个科技重大专项中安排“极大规模集成电路制造技术及成套工艺”专项（02专项）和“高档数控机床与基础制造装备”专项（04专项）来解决大规模集成电路等产品核心制造技术[2]。02专项明确基于精密直线电机系统的工件台技术是极大规模集成电路制造装备——光刻机系统的四大核心关键技术之一，对工件台中直线电机系统提出了高速度、高加速度和高精度的严苛性能指标要求，如要求最大速度为2m/s、位置精度为5nm、加速度为60m/s2。04专项分年度设置了伺服电机、力矩电机、精密直线电机、高速主轴电机以及电机系统测试平台等研发任务，目的也是解决在高档数控机床及相关制造装备中电机系统关键技术瓶颈问题，该专项要求直线电机运动系统位置控制精度达到微米量级。另外，国家重大科研仪器设备研制专项和国家重大科学仪器设备开发专项也对精密直线电机系统提出了高定位精度的需求，如要求原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）中直线电机系统的定位精度高达0.1nm。直线电机在光刻机、高端数控机床及AFM中的应用举例如图1-1所示。

图1-1 直线电机应用举例

因此，国家相关科技专项和科学基金等对精密直线电机系统提出了迫切需求，开展精密直线电机系统基础理论及关键技术的研究，是形成自主知识产权、打破他国技术封锁的有效途径，具有满足国家重大需求的重大意义。