“工业母机”一夜成名天下知

工业母机概念早盘飙涨，板块内个股掀起涨停潮，创世纪、科德数控、春晖智控、华辰装备、浙海德曼等近10股20%涨停，另有华东数控、德恩精工、力星股份 、海天精工逾20股涨停或涨超10%，主营业务为轴承及机床的研产销的ST天马也出现涨停，近期股价表现出色。
“工业母机”为什么突然就火了？消息面上，近日国资委党委召开会议指出，要把科技创新摆在更加突出的位置，推动中央企业主动融入国家基础研究、应用基础研究创新体系，针对工业母机、高端芯片、新材料、新能源汽车等加强关键核心技术攻关，努力打造原创技术“策源地”，肩负起产业链“链主”责任，开展补链强链专项行动，加强上下游产业协同，积极带动中小微企业发展。
所以国内“工业母机”发展近况如何？其产业链重要性体现在哪？国内外竞争格局情况是怎样的？带着问题，我们来看看“工业母机”。
机床被称为“工业母机”，是工业生产最重要的工具之一。机床行业的上游主要是基础材料及零部件，其中包括结构件、铸铁、钢铁、数控系统、驱动系统、传动系统等。
图表：机床上下游产业链

机床种类众多，金属切削机床使用最广泛。根据材料成形方式，机床主要可以分为金属切削机床、金属成形机床、铸造机械、木工机械、机床附件、工量具及量仪、磨料磨具和其他金属加工机械八个子行业。其中，金属切削机床是使用最广泛、数量最多的机床类别。一般而言，狭义上的机床便是指金属切削机床。金属切削机床是指用切削、磨削或特种加工方法加工各种金属工件，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机床。 
根据机床控制系统分类，机床主要可以分为传统机床及数控精密机床两类。数控机床是指装有程序控制系统的自动化机床。
数控机床按加工方式又可以分为普通数控机床和加工中心两类，普通数控机床一般指在加工工艺过程中的一个工序上实现数字控制的自动化机床，如数控铣床、数控车床、数控钻床、数控磨床与数控齿轮加工机床等。普通数控机床在自动化程度上还不够完善，刀具的更换与零件的装夹仍需人工来完成。
加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，它将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能组合在一起，零件在一次装夹后，可以将其大部分加工面进行铣、镗、钻、扩、铰及攻螺纹等多工序加工。由于加工中心能有效地避免由于多次安装造成的定位误差，所以它适用于产品更换频繁、零件形状复杂、精度要求高、生产批量不大而生产周期短的产品。
图表：机床分类
数控机床核心零部件介绍 
数控机床主要由结构件（铸件、钣金件）、数控系统、驱动系统（主轴驱动单元、 进给单元、主轴电机）、传动系统（主轴、丝杠、导轨）、刀库、刀塔及组件等构 成。
结构件经过加工后形成床体和防护系统等，是数控机床的框架；数控系统是控制核心，通过编程实现金属切削的命令产生和传达；驱动系统执行数控系统的命令，实现机床部件的运动；传动系统主要包括主轴、丝杠、导轨等部件，主轴和丝杠都是数控机床的运动传递部件，主轴把旋转转化为刀具的切削，丝杠将电机旋转转化为工件的直线运动或旋转运动，导轨起到支撑作用；刀库、刀塔及组件实现自动更换刀具的功能。
根据海天精工招股书，结构件、数控系统、驱控系统、传动系统、刀库、刀塔及组件的成本占数控机床总成本的比例分别为35%、22%、13%、 20%、5%。
随着世界智能制造装备技术的快速发展，高精、高速、高效、高稳定性成为数控机 床的主要衡量指标，构成行业现阶段的技术研发的焦点。精度决定了加工产品的质 量，速度和加工效率决定了加工生产能力，稳定性则决定了装备性能的无故障保持 能力。主轴、刀库、刀塔、刀具、数控系统、导轨、丝杠对数控机床的精度、速度、 效率、稳定性有着决定性影响，是数控机床的核心零部件。
图表：核心零部件对数控机床的影响

机床核心零部件国内外发展现状 
数控系统：目前高端数控系统大部分来源于进口，如西门子、发那科、海德汉、三 菱等品牌。根据《2019-2025年中国数控系统行业市场研究及发展前景预测报告》，目前国际市场上，中、高档数控系统专业生产已逐渐集中到日本发那科和德国西门子两家企业，这两家企业在中、高档数控系统产业的市场占有率高达80%，它们拥有控制高速、高精加工的关键技术，其产品能与机床进行较好的匹配。我国数控系统技术的发展还无法完全满足高端机床的应用。尽管五轴联动系统已有华中数控、科德数控实现国产化，部分核心参数与国外数控系统接近，但由于可靠性还需时间验证，短期内仍需要进口，国内企业往往不得不接受高昂的价格。 
然而，我们不能否认近年来国内企业在数控系统方面取得了长足进步，行业也涌现 出了一批较具竞争力的龙头企业。根据国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造 装备”专项成果发布会的数据显示，2016年,数控机床专项支持研发的高档数控系统 已累计销售1000余套,国内市场占有率由专项启动前的不足1%提高到了5%左右。中档数控系统实现了批量生产，国内市场占有率从10%提高到25%。 
以科德数控的GNC60数控系统为例，在基本功能上，核心参数和系统功能与外资产 品基本相当；在硬件构架上，GNC60资源及开放性优于外资产品；在价格上，GNC60 同等功能配置售价更低。但高档数控机床方面，五轴联动数控机床其他关键部件存在“卡脖子”情况，部分核心关键部件的加工精度、可靠性不足，数控系统功能也相对落后。 
主轴：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。近几年来， 日本的马扎克、德国的德玛吉等高端机床制造企业，产品全部标配电主轴，可见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。主轴是机床实现高 速化的重要保障，是传递动力实现切削的核心部件。 
目前，全球主轴行业领先企业主要集中在欧洲、日本等地，其中欧洲的领先电主轴制造商凭借强大的研发实力、优异的产品性能、悠久的生产历史和较好的业绩口碑， 在电主轴的不同应用领域均占据了重要市场份额，代表了各自领域的世界最高水平， 其中比较著名的有瑞士FISCHER公司、德国Kessler公司、英国西风等。国内目前能生产高品质的主轴的公司不断增加，涌现出了国机精工、昊志机电等民营企业，国产主轴可以部分替代进口主轴。我国企业未来还应该加强主轴速度、功率和扭矩等方面的研发。
丝杠和导轨：在机床领域，丝杠和导轨部件所占比例较小，因此行业规模偏小，核 心技术少，设计制造基础薄弱，研发和技改投入能力不足。另外，随着国内机床市 场的开放，进口产品依靠先进成熟技术、规模化生产和质量稳定等优势，对国产滚 动功能部件行业造成了较大的冲击，比如日本THK公司产品。
但近几年，国产品牌也取得了一定的突破，产业规模不断扩大，品种规格不断丰富，新产品开发和进入市场的速度明显加快，产品的技术参数和指标越来越接近或达到国际先进水平。根据第三届滚动功能部件用户调查结果发布会暨行业发展圆桌论坛的数据显示，到2020年末，国产滚动功能部件技术突飞猛进，批量产品达到国际中高端产品水平，其中高速性能可达60m/min以上，可靠性指标MTBF＞15000h，精度保持性指标T＞ 4000h，能够满足国产高端机床性能指标要求。 
刀库、刀塔：数控车床尤其是高端数控车床的刀库、刀塔没有形成成熟和完整的商 业化产业链。以日本马扎克为代表的国外绝大部分数控机床制造商刀库、刀塔部件 均为自主生产。以配套或者外购以上核心部件实现车床精度和可靠性在行业竞争中 无法获得显著优势，一方面技术受限于核心部件生产方，另一方面产品成本难于控 制。我国数控车床企业经过多年发展，在换刀时间、刀库容量等核心参数方面与国 外产品大致相当。
刀具：在刀具行业中，按照发展阶段、技术水平、市场策略等差异，可以将刀具企 业分为三类：欧美企业、日韩企业和中国本土企业。 
以山特维克集团、肯纳金属集团等为代表的具有全球领导地位的欧美刀具制造商技 术实力雄厚，产品系列丰富，以开展切削加工整体解决方案为主。在高端应用市场， 尤其是航空航天、军工领域，欧美企业与其他竞争对手拉开差距。但是这类企业存 在价格昂贵、交货周期长的问题，国内用户以大中型企业、外资企业为主。近年来 我国引进欧美先进机床数量增多，欧美刀具在华销售额在增长。 
以日本三菱、日本泰珂洛、韩国特固克等为代表的日韩刀具企业，尤其是日系刀具， 在我国进口刀具中的占比最大。日韩企业的市场策略以批发为主，在国内五金批发 市场非常普遍，产品价格略贵于国产刀具。 
国内刀具企业数量众多，竞争实力差距大，大部分以生产传统刀具为主。近年来， 随着我国制造业升级，我国刀具企业正在进行产品结构调整，部分优秀企业的研发 成果在市场竞争中得到检验，比如华锐精密、欧科亿、株洲钻石等。国内企业主要 通过差异化的产品策略和价格优势来挖掘细分市场的份额，并逐步积累自身技术实 力，对头部企业形成追赶之势。整个切削刀具市场形成了欧美、日韩刀具企业在中高端刀具领域垄断竞争、国内刀具企业在细分领域逐步追赶的竞争格局。但是我国 企业面临的实际挑战短期内不会改变，即“我国制造业转型升级急需的现代高效刀具 供应服务能力严重不足，低端标准工量具产能过剩”。
图表：机床核心零部件供应商

机床的一般产品寿命约为10年，在2011年全球机床消费量和产值达到顶峰后回落，此后进入长达十年的下行周期。根据NTMA统计，2019年全球机床消费821亿美元，同比下降13.8%，目前全球行业仍然处于周期底部。根据Gardner Intelligence统计，2019年全球机床消费821亿美元，同比下降13.8%，目前全球行业仍然处于周期底部。但是根据国内情况，PMI已经连续12个月位于荣枯线之上，金属切削机床2020年产量也相比上一年回升。考虑到机床行业以10年为周期，而上一轮在2011年达到顶峰，2020年或成为新一轮周期的起点。
国内机床行业兼并重组序幕已然拉开，竞争格局有望持续优化。2019年4月和12月，中国通用技术集团相继对大连机床集团和沈阳机床集团实施重组，标志着国内机床行业加速整合的大幕已然拉开。更新换代迎来高峰。在需求最旺盛的2010-2012三年中，金属切削机床共生产238万台，金属成形机床共生产72万台，这部分都是潜在的更新需求。在10年后的今天，国内机床行业迎来存量替换高峰。
全球机床千亿美元市场，中国是最大生产和消费国 
根据Gardner公司数据，2019年全球机床消费为821亿美元，减少131亿美元，同比下降13.8%，是2010年以来最低点。与消费类似，2019年全球机床产量为842亿美元，减少129亿美元，同比下降13.3%，也是2010年以来的最低水平，目前全球机床行业仍处于周期底部。根据NTMA发布的《世界机床报告显示制造业向北美转移》，全球机床市场2011年以来的萎缩大部分归因于中国。2019年中国机床消费额为223亿美元，减少了64亿美元，占全球减少总额的近一半；2019年中国机床产量为194亿美元，减少了46亿美元，过去8年中，中国机床有6年产量下降。

我国自2009年以来一直稳居世界第一大机床生产国、消费国和进口国。2019年我国机床生产总额为194.2亿美元，全球占比23.10%，机床消费总额为223亿美元，全球占比27.16%。
“大而不强”，高端领域缺乏核心竞争力 
日德美占据龙头地位，我国机床行业“大而不强”。从企业盈利方面来看，机床企业巨头多聚集在日德美三国。日本机床龙头企业山崎马扎克2019年营业收入359.04亿元，而我国营业收入最高的10家机床企业2019年营业收入之和仅为112.54亿元，为山崎马扎克一家营业收入的31.34%，我国机床企业盈利能力远远低于海外巨头。 
图表：2019年国内机床企业与和海外机床企业对比
从进出口结构方面来说，我国虽然已成为世界最大的机床进口国以及最大的出口国之一，但进出口产品结构存在较大差异。2018年我国数控机床进口中数控锻造或冲压机床、立式加工中心占据了84%，而出口产品中数控卧式机床、数控弯曲折叠或矫平机占据了55%，体现出我国出口产品技术含量仍较低。

从产品价格角度来看，进口机床产品均价远远高于出口产品均价。2019年12月我国金属加工机床进口均价为12.39万美元，数控机床进口均价为28.38万美元，而我国出口的金属加工机床均价则只有326.45美元，两者差距巨大。
对于中低档数控机床而言，机械电气部件以及数控系统现已基本能够实现国产化，各类部件均有多个供应商配套供应，基本不存在“卡脖子”问题，国内数控机床先进企业实现国产化产品性能、质量与国际先进企业相比无明显差异。 
对于高档数控机床而言，从国内高端数控机床以及配套供应链发育程度来看，除五轴联动数控机床部分部件存在“卡脖子”以外，其他高端数控机床部件以及数控系统基本能够实现国产化，但部分核心关键部件的加工精度、可靠性不足以及数控系统功能相对落后，国产化数控机床的性能、质量暂无法达到国外先进企业水平。 
我们应该看到，数控机床核心零部件国产化是一个动态过程，不可能一蹴而就，只能逐步实现。我们不应该忽视国内制造商近些年做出的努力与取得的成就。以科德数控为例，数控系统、伺服驱动器、电机、主轴、双轴转台、刀库实现全部自制，只有导轨、丝杠和传感器部分自制或外购，这表明数控机床零件国产化在加速。
国内企业竞争力逐步增强。选取国内科德数控公司和国外哈默、米克朗、德玛吉和大隈类似产品进行对比，可以发现科德数控主轴转速达到18000ppm，超过选取样本德平均值15000ppm，达到国际先进水平；X行程达到800mm，与国外差异不大；XYZ定位精度/重复定位精度达到0.005mm/0.003mm，AC定位精度/重复定位精度达到5”/3”，是样本中精度最高的机床。
中国数控机床行业自上世纪90年代末快速发展至今，已经由过去的开发增量发展到现在的优化存量阶段，比如近年来对数控机床需求占比最大的汽车、航空航天和模具等领域都向着轻质化、多构型化及低成本制造等方面发展，新材料的运用越来越广泛，对数控机床的加工能力也提出越来越高的要求。但是，我国机床行业已经形成了以中、低档机床为主的生产体系，由于低档数控机床行业门槛低，进入企业众多，而近几年低档数控机床市场有效需求不足，该领域已经出现产能过剩的现象。 
另一方面，中国制造业正处于“两化”融合发展、推动产业结构调整升级的关键时期，以中高档数控机床为核心的智能制造装备产业在中国产业结构调整、工业两化融合发展中发挥重要作用。随着国民经济的发展以及产业结构的升级，中高档数控机床的应用愈发普及，产品需求越来越大，供给却难以满足需求。 
低端产品贸易增加值低，向高端转型刻不容缓。我国机床行业的供给仍以低端产品为主，低端产品供应能力明显过剩，而高端产品供应明显不足。根据前瞻产业研究院发布的《2019年中国数控机床行业竞争格局及发展前景分析》，2018年我国低档数控机床国产化率为82%，基本实现了国产化；中档数控机床国产化率为65%，处于比较低的水平；高档数控机床国产化率仅为6%，主要依靠进口。
图表：我国不同数控机床产品国产化率（%）
我国新增机床数控化率近年来整体保持着稳定增长，主要与产业转型升级有关。随着加工产品的结构复杂化、加工精度要求的不断提高以及生产效率的提升，我国机床设备正逐步从传统普通机床向数控机床过度。我国新增金属切削机床数控化率从 2012年的26%提升到2020年的43%。根据《中国制造2025》规划，预计我国关键工序数控化率在十四五期间达到50%，而目前发达国家机床数控化率一般为80%以上，相对而言，我国金属切削机床的数控化程度的提升空间很大。

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