机床专题：制造业根基，国产化大幕开启

关键字：工业母机 , 数控机床 , 国产化 , 零部件

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2021-09-24

邹刚

兴业研究公司高端装备行业高级研究员

制造行业部

机床是制造业基础，战略地位高、市场空间大。 机床的核心功能是将材料加工成零部件，是机械设备行业以及制造业的底层支撑。机床广泛应用于汽车、航空航天、模具、工程机械等行业，需求来源广、市场空间大，全球市场规模超过800亿美元。我国机床产业大而不强，市场规模超过220亿美元，但国产机床以中低端为主，高端机床依赖进口，年均进口额超过70亿美元。

数控化和国产化是我国机床企业的重要发展机遇。 机床需求主要来自制造业的产能扩张和存量设备更新。在经历了高速增长阶段、回落阶段之后，预计我国机床总体需求进入稳定增长阶段。总量之外，需求结构上的数控化和国产化成为国内机床企业的主要发展机遇。数控化方面，相对传统机床，数控机床具有加工精度高、速度快等优势；随着下游制造业的升级，我国数控机床销售占比有望逐步提升，从当前40%提升至发达国家70%-80%的水平，年销售额增长至1680亿元。国产化方面，我国高端机床依赖进口，国产化率不到10%，但随着国产品牌的实力提升和细分市场的重点突破，进口替代逐步开启。

市场扩容和份额提升，核心零部件环节成长性突出。 数控机床企业典型的商业模式是“两头在外”，对于技术壁垒较高、品牌属性较强的零部件大部分以外购为主，包括数控系统、电主轴等。数控系统是机床大脑，成本占比超过20%，国内市场约为170亿元；数控系统集硬件性能要求、工艺算法、质量可靠性于一体；当前发那科、西门子等外资品牌占据大部分市场份额，国产数控系统则从中低端市场起步，逐步向高端市场拓展。电主轴方面，当前国内市场规模约为42亿元；电主轴相对于机械主轴具有精度高、转速快等优势，数控化和电动化趋势下，电主轴市场规模有望超过100亿元。刀具属于消耗性产品，当前国内年需求约为400亿元；一方面，随着数控机床占比提升，年均消耗量有望大幅增长。市场规模达到机床年产值的50%；另一方面，随着产品的进步和品类的完善，国产刀具份额也将实现提升。

风险提示： 1）需求的波动性。我国制造业已经迈过高速增长期，结构升级将是主旋律，机床需求也将面临一定的波动性；2）竞争加剧风险。总量增长有限的情况下，外资品牌可能通过降低价格等方面维持市场份额，加剧市场的竞争。3）技术风险。机床和零部件环节具有较高的技术壁垒，技术突破存在不确定性。

一、机床是制造业基础，我国需求大生产弱

1、机床是制造业基础

机床的主要功能是将材料加工成零部件，是制造业的基础装备。 机床主要用于对金属或其他材料的坯料或工件进行加工，使之获得所需形状、尺寸和表面质量。几乎所有金属零部件的加工都需要借助机床，且机床的加工能力、加工精度直接决定了零部件的生产水平和生产效率，进而决定整个装备产业的制造水平。

机床种类多样，切削机床、成形机床、铸造机床占比较高。 根据具体加工对象和加工方式，机床可以分别金属切削机床和金属成形机床、铸造机械等类别。金属切削机床通过车、铣、钻、磨等方式切除多余的金属，将材料加工成零部件，是应用最为广泛的机床。金属成形机床则是通过压力或者剪切成形对板材进行加工，最典型的应用是汽车外板的冲压成型。

按照自动化程度机床可以分为普通机床和数控机床。 相对以人工控制和操作为主的普通机床，数控机床拥有自动化系统，可以根据指令实现自动化加工，并且在稳定性、加工精度和加工速度方面具有显著优势。

五轴联动数控机床是最高端数控机床。 运动轴是机床的活动关节，轴越多加工越灵活。五轴联动数控机床可以同时在线性运动的三个方向和旋转运动的两个方向实现联动，使得刀具在材料加工中可以任意调整姿势和位置，具有极高的灵活性。在复杂的曲面结构件的加工中，五轴联动数控机床几乎是唯一可行的加工方式。

2、市场规模大，国内超千亿

机床应用广泛，全球市场规模接近千亿美金。 作为工业母机，机床广泛应用于汽车、模具、机械等制造业，其市场规模也随着全球制造业规模的增长而增长，2019年，全球机床消费额达到821亿美元。

我国是产销大国，但高端产品依赖进口。 作为制造业大国，我国机床的产量和消费量全球占比分别达到30%和36%，2019年我国机床消费额和产值分别为223亿美元和194亿美元。产销规模均大的同时，消费量和使用量的差异也显示我国对于进口机床仍有较高依赖，尤其是在高端数控机床方面。

二、需求：短期随经济波动，长期结构升级

1、需求来自制造业投资，短期跟随经济周期波动

机床代表产能，需求主要来自制造业投资。 机床作为生产机器的设备，其需求主要来自制造业企业的产能扩张和老旧设备的更新。从总体趋势来看，我国机床产业在经历了高速增长期和产能消化期后，逐步进入稳定发展阶段。2002年至2008年是我国机床需求的高速增长阶段，伴随着“世界工厂”地位的确立，制造业固定资产投资高速增长，金属切削机床增速中枢也达到10%左右。2012年至2019年是调整消化阶段，金融危机后，在大规模经济刺激之下，机床产业又迎来了一轮新的高速增长期，但随着刺激的退出和经济增长中枢的下行，机床行业开始进入下行周期，产量持续下滑。

当前迎来景气回升，预计后续以稳定为主。 受疫情后经济复苏以及中国出口份额上升影响，2020年下半年开始，机床行业景气上行，需求出现明显上涨。2021年上半年，国内金属切削机床产量为29.70万台，同比增长45.60%。展望未来，疫情间断性影响以及产业结构调整的背景下，预计经济增长以“稳”为主，机床需求在存量市场的支撑下，也将维持相对稳定的状态。

2、伴随高端制造业发展，数控机床渗透率将持续提升

当前我国机床需求仍以传统机床为主，数控机床占比偏低。 从产量结构上看，我国机床仍以低端的传统机床为主，高端数控机床占比明显偏低。2020年我国数控切削机床产量为19.26万台，占全部切削机床的比例为43.19%。

背后是制造业产业结构影响，数控机床的应用领域主要在高端制造业。 对于制造业企业而言，数控机床虽然优势明显，但较高的单价和初始投资成本，也对企业的规模和盈利能力提出了更高的要求。以3C、航空航天、汽车、模具等为代表的高端制造业，是数控机床的主要应用领域。

当前我国制造业结构升级，高端制造业快速增长。 从产业竞争力角度，汽车方面，借助新能源的大趋势，我国在汽车产业链的话语权大幅提升，并且自主品牌的市场份额也持续增长；航空航天方面，随着新型装备的陆续服役，我国已经达到世界先进水平；工程机械方面，国产品牌占据主要市场份额的同时，还开启了海外市场的拓展。从工业企业收入结构角度，以通用装备、专用装备、电气设备为代表的高端制造业占比持续提升，2019年已经超过30%。

数控机床占比将随着高端制造业的发展而提升，有望逐步接近发达国家水平，金属切削数控机床年需求量有望达到48万台、销售规模达到1680亿元。 高端制造业快速发展之下，产能扩张的速度更快，对于数控机床的需求也进一步增长。长期来看，我国数控机床的渗透率将随着制造业的产业升级而持续提升，有望逐步接近发达国家70-80%的水平。假设未来十年实现，以及机床折旧，则未来金属数控切削机床年需求量有望达到48万台、销售规模达到1680亿元。

三、竞争格局：外资主导高端，国产化替代开启

1、数控机床技术壁垒高，核心零部件是关键

数控机床主要由控制介质、数控系统、伺服系统、传动装置、刀塔刀具、机械机构等组成。 控制介质的功能是作为加工指令的输入端口，读取机器语言下的具体加工步骤；数控系统和伺服系统相当于机床的“大脑和肌肉”，将输入的加工指令转化为电机、主轴等驱动部件的具体动作，并根据运动反馈进行纠偏和补偿；刀具则是加工动作的具体执行机构，对材料进行车、铣、钻等具体加工；机械结构则相当于骨骼，作为机床各部件的载体。成本组成上，机械结构占比约为35%；其次为数控系统和伺服系统，占比分别为22%和13%。

数控系统是机床的核心，多数企业外购，仅少数企业具备自研能力。 数控系统则相当于机床的“大脑”，其计算能力、算法的包容性和准确性，直觉决定机床的加工精度、加工速度以及加工稳定性。当前，大多数机床企业以外购数控系统为主，把经营重点放在控制算法的二次开发和针对具体应用场景的系统设计。

2、外资占据高端市场

国际巨头起步早，技术积累深厚，占据高端市场。 机床市场竞争格局大致可以分为三个梯队，第一梯队为外资龙头，如山崎马扎克、德玛吉森精机、马格等；第二梯队为国内头部机床企业，包括以沈阳机床、秦川机床、济南机床为代表的老牌国企，和国盛智库、创世纪、海天精工等大型民企；第三梯队则为规模较小的民营企业。

3、重点突破，国产机床逐步迈向高端

机床国产化已在逐步提升，中低端较快，高端较慢。 动态发展角度，随着国内机床企业实力的逐步提升，国产机床已经逐步开始进口替代。在低档和中档数控机床方面，国产化率已经分别达到82%和65%。机床进出口方面，机床进口金额总体呈现下降趋势，机床出口金额则不断增长，2019年已经达到43.96亿美元。

国产化的典型路径：聚焦细分应用市场，以对加工工艺的理解和个性化解决方案赢得客户。 机床虽然属于通用机械，但在不同的制造业，具体的加工需求也存在明显差异，例如，航空领域复杂曲面加工需求大，对高端数控机床需求大；3C领域，则需要实现高效率的加工，以满足大批量生产要求。国内机床企业虽然在综合实力方面与国际巨头有较大差距，但通过聚焦细分市场，发挥差异化竞争优势，也逐步获得下游客户认可。

四、机床产业链

1、上游零部件，下游制造业

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