1、工业母机乃工业之母,为国之重器
工业母机乃国之重器,关乎国计民生。工业母机也叫做“机床”,指的是制造机器的机器,为装备制造业提供生产设备,是一切制造业的基础。作为整个工业体系的基石,工业母机处于产业链的核心环节,其技术发展水平直接关系一个国家制造业的工业发展水平和综合竞争力。在物质形态上,工业母机体现为数控机床,包括车床、铣床、刨床、钻床、镗床和磨床等,下游广泛覆盖了半导体、新能源、汽车、电子、船舶、模具等关乎国计民生的重要行业,特别是航空航天等军工领 域,安全性地位相当重要。
机床明显提升了工业加工效率,但其发展要靠长久的技术累积。根据历史上先进制造技术发展与加工时间(效率)的进展情况,机床的使用可以显著提升加工效 率,从 1960 年到 2020 年,制造生产中总的加工时间(包括切削时间、辅助时 间和准备时间)减少到原来加工时间的 16%,大大提高了生产效率。从机械加 工的发展历程来看,机床等加工工艺对加工精度的提高不存在类似于集成电路制 造领域的摩尔定律,其精度的提升要靠长时间技术累积和不断迭代,精密加工提 高一个精度数量级的时间超过 20 年。因此,机床等自动化加工工艺对一个经济 体的发展相当重要,但其发展也要靠缓慢积累、不断迭代。
我国工业母机仍以中低端为重,高端数控机床依赖进口。随着我国工业结构的优 化升级,产业内对工业母机的加工精度、效率、稳定性等精细化指标要求逐步提 升,中高端产品的需求日益增加。然而从产品结构来看,2018 年我国低档数控 机床的国产化率约为 82%,中档数控机床国产化率约 65%,高档数控机床国产 化率仅约 6%。2019 年我国首次实现机床行业贸易顺差,一方面是由于国内部 分机床实现了进口替代,另一方面中美贸易摩擦加大了高端机床的进口限制。在 此背景下,我国工业母机面临的发展瓶颈日益凸显。基于国家安全需要的全方位国产替代要求迫在眉睫。随着国际局势持续演变,西方国家持续加强对华技术封锁。从过去的“巴统协定”到现在的“瓦森纳协定”,西方发达国家始终以军民两用战略物资为理由,对以五轴联动数控机床为代表的高端数控机床实施出口许可证制度,部分高端五轴联动数控机床根本无法从国外进口,导致国内重要企业的战略装备生产出现被“卡脖子”的问题。
另一方面,中美贸易摩擦进一步强化了对我国高端机床的进口限制,我国航空航天、兵器、船舶、核、电子等急需五轴联动数控机床的军工行业面临全面封锁。二十大报告指出“以新安全格局保障新发展格局”,坚持安全与发展并重,被摆 在了更加重要的位置。在二十大报告的第四、第十一部分,分别提到了产业链、供应链安全,自主可控趋势明显。工业母机作为一国发展的国之重器、工业基石,其国产化、高端化成为必然的趋势。
受益于国策驱动,我国工业母机行业发展快速。
我国机床的发展历程悠久,尤其 是 2000 年之后受益于国策进入了高速发展时期。“十五”期间(2001~2005)国家的“863 计划”实施了“高精尖数控机床”重点专项,以此支持航空、汽车 等重点领域急需的高精尖数控装备研制;“十一五”期间(2006~2010)国家出 台《装备制造业调整和振兴规划》,启动实施“04 专项”(即“高档数控机床 与基础制造装备”科技重大专项),“十二五”期间一批高端数控机床(如车铣 复合加工中心、大型龙门式 5 轴联动加工中心等)实现了从“无”到“有”,2015 年国家全面推进实施制造强国战略,将“高端数控机床和机器人”等 10 大领域列为发展重点。国策驱动下,我国数控机床产业规模迅速起量。
面临我国高端工业机床被“卡脖子”的难题,相关产业政策密集出台。
2021 年 初,国家财政部、工信部联合发布《关于支持“专精特新”中小企业高质量发展的通知》,重点支持 1000 余家国家级专精特新“小巨人”企业,为其提供资金补助。
2021 年 7 月,中共中央政治局会议中提出强化科技创新和产业链供应链 韧性,加快“卡脖子”难题解决进度。同年 8 月,国资委将工业母机、高端芯片、新材料、新能源汽车等作为关键领域(将工业母机位列关键核心技术攻关的首 位),开展补链强链专项行动,加强核心技术攻关力度,对于制造业更好更快转 型有了进一步的支持。而工业母机作为“补链强链”+“专精特新”的重点交叉 领域,鼓励高端机床发展势在必行。
2022 年 10 月,中国共产党第二十次全国代表大会报告中提及加快建设制造强国,支持专精特新企业发展,推动制造业高端化、智能化、绿色化发展。将制造业发展、转型提到建设现代化产业体系、发展实体经济的重要位置,突破高端制造技术壁垒,加快建设制造强国进程。安全发展主题下,作为现代工业基石的工业母机,尤其是高端数控机床的国产化率提升更是迫在眉睫。
我国制造业“大而不强”的弊端日益凸显,高端机床供需缺口巨大。
2000 年之 后,我国开始承接全球制造业转移,中国机床消费规模快速增长,年增长率 20%~40%,吸引了大量外资与民间资本进入机床工具行业,相关企业数量急剧增加。根据科德数控招股说明书,2019 年我国数控机床市场规模为 3728 亿元,预测到 2024 年将达到 5728 亿元、CAGR 约为 9%。作为全球第一大机床消费大国,尽管我国数控机床市场规模增速较快,但我国制造业目前处于国际制造业生 产链的低端范围,正面临“大而不强”,生产数量多,低附加值,高能耗,高污 染,缺乏核心竞争力和自主创新能力等关键问题。
全球机床消费持续了近 10 年的下降趋势。21 世纪初,全球机床消费呈现高速增 长趋势,在受到 2008 年金融危机的冲击快速坠落之后,迅速反弹再次高速增长,并于 2011 年达到历史峰值 1080.13 亿美元,之后进入了下降通道,2019 年全 球机床消费 820.58 亿美元。期间曾出现过 1 次持平、2 次正增长,其中 1 次增 长持续 2 年。2019 年再次明显下降,消费总额下降至 2011 年以来的最低点。全球机床消费持续了近 10 年的下降趋势依旧。
全球制造业向中国转移,促进中国机床消费市场的快速增长,从而促进中国机床工具行业的快速发展。2000 年后我国机床产出和机床消费均呈现高速增长。中国机床生产规模快速扩张,2011 年达到历史峰值,2000~2011 年机床产出规模 从 28.55 亿美元增至 315.32 亿美元,CAGR 高达 24.40%;同期,我国机床产出 在全球的占比从 5.84%增至 29.63%,同样达到历史峰值。2000~2011 年机床消 费规模从 49.23 亿美元增长到 436.01 亿美元,CAGR 高达 21.93%;我国机床消 费在全球的占比从 9.90%增至 40.62%。
高端数控机床门槛高,国产化率有待提升
高端数控机床是能够实现高精度、高复杂性、高效高动态加工的数控机床,具备明显的技术优势,通常具有以下特点:
1)高精度,在同等机床档次条件下,具备更高精度加工能力,主要应用于精密模具等零件加工;
2)高复杂性,需要五轴联动加工才能完成的、具备形状复杂、多线型、异形曲面等特点的零件,主要应用于飞机起落架、航空发动机匣零件等典型零件的加 工;
3)高效高动态,主要服务于航空航天、汽车、军工等重点领域,满足零件加 工对高动态特性、高速高节拍等特点的需求,常见于航空航天发动机叶轮、叶盘、叶片及飞机结构件等;
4)重型机床,主要服务于能源、航空航天、船舶、军工等重要领域的重量大/ 规格大的零件。
因此高档数控机床门槛较高,研制高档数控机床需要企业长期坚持研发并积累到极强的科研实力才能够实现。在技术难度较高的五轴联动数控机床、数控系统和关键功能部件领域,我国下游用户在可自由进口的情况下,仍主要选择国外的先 进产品,导致目前大型外资企业的产品仍占据着细分领域主要市场份额。
五轴联动是高端数控机床发展的关键节点,也是目前解决 航空发动机叶轮、叶盘、叶片和船用螺旋桨等关键工业产品的唯一加工手段。五 轴联动是指机床基本的直线轴三轴 X、Y、Z 及附加的旋转轴 A、B、C 中的两轴,五个轴同时运动,任意调整刀具或工件的姿态,联动轴的数量衡量了数控机床的 先进程度,联动轴数量越多技术难度越大且应用范围越广,需要集计算及控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体。在五轴数控机床领域,我国代表性企业 包括华中数控、科德数控、拓斯达等。
高端数控机床领域,国产替代率亟待提升。我国机床市场的转型升级过程中,国产高端机床的市场潜力巨大。目前,我国数控机床企业主要定位于中低端市场,高端产品渗透率虽在逐步提升,但进度较为缓慢,目前仍然处于较低的水平。2018 年,我国高端数控机床的国产化率仍然不足 10%,存在着较大的国产化空 间,随着国家对安全发展、产业链供应链安全的重视,高端数控机床的国产替代 势在必行。
数控机床核心零部件的国产替代势在必行
目前数控机床主要包括三大结构:机床的各固定部分(如底座、床身、立柱、头 架等)、携带工件和刀具的运动部分、数控系统,前两部分统称为机床基础件和 功能部件,在这些构件中较为核心的部件则是电主轴和数控系统(依据《数控机 床可靠性试验中关键功能部件的提取研究》,张根保等,2016 年)。
主轴是机床上带动工件或刀具旋转从而实现机床切削加工的核心部件,分为机械 主轴及电主轴。机械主轴使用较早,特点为转速低、切削能力强、精度低,电主 轴为近些年来新兴技术,特点为转速高、精度高、体积小、适应性强。2018 年,我国电主轴市场规模约占数控机床总体规模的 1.2%,未来电主轴替代传统机械 主轴将是数控机床主轴发展的主要趋势。
高档数控系统具备强大的性能、丰富的功能来实现各类型高端数控机床的复杂运动控制,是最具核心价值的关键部件,是一国发展的重要战略资源。高档数控系 统通常由控制单元、驱动单元、电机单元、传感单元构成完整的闭环控制系统,对应的技术较为复杂,将直接影响高端数控机床的精度、动态特性等。高端数控系统价值约占高端数控机床成本的 20%~40%,目前国内主要依赖进口,尽管受 益于国家政策的支持,国产化率仍然不足 10%。
目前我国数控机床核心部件的对外依存度较高。目前国内数控机床的核心部件技 术水平距离国际先进水平存在一定差距,国内机床厂商为提高机床精度和稳定 性,提高产品竞争力,核心部件仍以国际品牌为主,国产化率较低,对国际品牌 部件依存度较高,特别是高档数控机床配套的数控系统基本为发那科、西门子等 境外厂商所垄断。《(中国制造 2025)重点领域技术路线图》对数控机床核心部件的国产化提出 了明确规划:到 2025 年,数控系统标准型、智能型国内市场占有率分别达到 80%、30%;主轴、丝杆、线轨等中高档功能部件国内市场占有率达到 80%; 高档数控机床与基础制造装备总体进入世界强国行列。
行业核心公司
华中数控:国产数控系统行业首家上市公司
武汉华中数控股份有限公司是国产中高档数控系统的创新型企业,具有自主知识 产权的数控装置、伺服驱动和电机性能指标达到国际先进水平,自主研制的 5 轴联动高档数控系统已有数千台在机床、汽车、能源、3C 等重点领域成功应用。
公司研制的 60 多种专用数控系统,应用于纺织机械、木工机械、玻璃机械、注 塑机械。公司红外热像仪产品已广泛应用于钢铁、能源、化工、医疗等行业。
华中数控采取“一核三军”战略,以数控系统技术为核心,以数控系统、工业机器 人、电动汽车为三个业务主体,拥有数控装置、伺服驱动、伺服电机成套装备研 发生产能力。
公司主营业务包括数控系统配套、工业机器人及智能制造、工程职业教育、新能 源汽车配套、红外人体测温设备等。公司依托自身的研发优势和自主创新能力,凭借先进成熟的工艺技术、优质的产品品质积累了优质的客户资源。
在数控系统与机床业务领域,公司下游客户主要为国内外大型机床厂家及终端用户,包括秦川机床、汇专机床、深圳创世纪、宇环、蓝思科技等;
在新能源动力电池智能装备领域,拥有一大批国内外优质的客户资源,成功跻身戴姆勒、福特、金康汽车、长安汽车、东风汽车、小鹏汽车、零跑汽车、理想汽车等汽车厂商,宁德时代、比亚迪、孚能科技、国轩高科、力神电池、亿纬锂能、远景能源等新能源汽车动力系统厂商的供应商体系。
2022 年前三季度,受疫情及全球供应链紧张的影响,公司实现营业收入 9.72 亿元、同比减少 6.30%,实现归属于上市公司股东的净 利润为-0.54 亿元。
科德数控:五轴联动数控机床龙头企业
科德数控是中国本土专业化高档数控系统和关键功能部件的完整产业制造商。凭借高度专业自主化程度,目前科德已经成长为国内颇具规模的五轴装备产销基 地,产品的功能、控制精度和加工效率等方面达到国际先进水平。公司努力研发 自主可控的核心技术,“进口替代”的战略目标进度显著。
作为国内制造类企业中实现了“机床和控制、反馈装置及电机一体化”的知名应商,公司专注致力于高端数控机床、高档数控系统及关键功能部件的技术突破、设计创新及精密制造,围绕五轴联动技术,形成了具有自主知识产权的九大类核 心技术。
公司产品在功能、控制精度和加工效率方面,比肩国际先进水平,实现了五轴联动核心技术与产品的自主可控和进口替代,是国内极少数具备高档数控 系统及高端数控机床双研发体系的创新型企业,是国家工业和信息化部授予的专 精特新“小巨人”企业。
公司主要产品为高端数控系统类产品、高端数控机床及关键功能部件,能够实现 对航空、航天、兵器及民用领域等高端装备制造中的多种类型产品的批量制造,核心技术自主可控。
公司的五轴联动数控机床产品主要服务于航空、航天、核电、兵器、船舶、汽车等高端制造产业,在民用能源、刀具、模具、汽车零部件制造 领域亦有诸多应用,典型用户包括:航发集团、中航工业、航天科工、航天科技、中船重工、中科院、电科集团、株洲钻石、无锡透平、秦川机床、广西玉柴、科 华控股、济南二机床、恒锋工具、双飞股份、航亚科技等。
2022 年前三季度公 司营收为 2.07 亿元,同比增长 28.50%;归母净利润为 0.33 亿元,同比下降 28.5%,主要系 2021 年三季度公司收到政府的上市补贴增加了非经常性收益所 致,2022 年前三季度公司扣非归母净利润同比增加 155.17%,业绩整体向好。
海天精工:国内数控机床领先企业
海天精工坚持独立自主的品牌路线,以“铸造精品机床,振兴民族工业”为己任,自成立以来致力于高端数控机床的研发、生产和销售,通过技术引进、吸收、不 断创新,不断发展。目前公司已形成以大港精工、堰山精工、大连精工为主体的 三大生产集群;主导产品包括龙门镗铣、卧式加工中心、数控车削中心、大型卧 式镗铣床、数控机床等 5 大系列、200 多个品种,迅速跻身中国数控机床前列。产品广泛服务在汽车、机车、船舶、机械、电力、模具、柴油机等行业。
截至 2022 年上半年,公司在数控机床研发领域已经有二十年的经验积累。作为 创新型企业,截至今年上半年,公司拥有授权专利 225 项,并与国内科研院校 合作开发了多项技术,已经成为国内领先的数控机床研发、生产企业。
2022 年前三季度,公司实现营业收入 23.66 亿元,同比增长 17.81%,实现归 母净利润 3.90 亿元,同比增长 48.29%;实现扣非归母净利润 3.44 亿元,同比 增长 43.02%;业绩表现持续亮眼。
拓斯达:收购埃弗米,加入五轴数控机床赛道
拓斯达主要产品及服务包括工业机器人及自动化应用系统、注塑机、配套设备及自动供料系统业务、数控机床、智能能源及环境管理系统。截至 2022 年 06 月 30 日,公司拥有已获得授权专利 659 项,其中发明专利 63 项,另有处于实审 阶段的发明专利 202 项;各类软件著作权 77 项。公司在国内已累计服务超过 15000 家客户,包括宁德时代、亿纬锂能、比亚迪、新能德、欣旺达、珠海冠宇、蜂巢能源、伯恩光学、立讯精密、富士康、晶澳科技、晶科能源等知名企业。
2022 年前三季度,公司实现营业收入 32.89 亿元,较去年同期增长 43.66%,主要原因系:(1)自动化应用系统业务营业收入较去年同期增长 35.91%;控股 子公司埃弗米的营业收入纳入合并范围,致数控机床业务营业收入同比增长 725.99%;智能能源及环境管理系统业务营业收入同比增长 93.10%。2022 年 前三季度,公司整体毛利率为 20.37%,同比下降 5.80pct,归属于上市公司股 东的净利润 1.40 亿元,同比增长 5.71%。
宇环数控:智能制造方案综合方案解决商
宇环数控是一家专业从事数控磨削设备及智能装备的研发、生产、销售与服务的公司,为客户提供精密磨削与智能制造技术综合解决方案。
公司产品广泛应用于 消费电子、汽车工业、新材料、仪器仪表、粉末冶金等行业领域。公司高度重视 技术创新,拥有湖南省数控精密磨床工程技术研究中心、湖南省企业技术中心及 难加工材料高效精密加工成套装备湖南省工程研究中心三大科研创新平台,具备 行业领先的自主研发能力及核心技术研发优势。
公司通过多年自主创新与技术积 累,在精密高效磨削抛光技术领域及数控装备、智能装备技术领域已形成了自已 的核心竞争优势,拥有专利 207 项,多项产品技术达到国内领先、国际先进水 平。2022 年前三季度,公司研发投入 0.25 亿元。
公司产品主要分为数控磨床、数控研磨抛光机和智能装备系列产品。2022 年前三 季度,公司营收为 3.06 亿元,同比下降 1.72%。2022 年前三季度,公司归属于 上市公司股东的净利润为 0.53 亿元,同比增长 3.66%。
综上所述:
工业母机是重要的战略发展物资,安全发展主题下,推进其国产替代十分重要,尤其是提高高端数控机床的国产化率;
核心产业链公司:华中数控 科德数控 海天精工 拓斯达 宇环数控等公司
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