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      我國工業母機行業的發展趨勢與挑戰

      http://www.bt586.com 2023-11-29 09:25 來源:中國工業和信息化

      工業母機是指制造機器的機器,又稱工具機,習慣上簡稱機床,一般分為金屬切削機床、鍛壓機床和木工機床等。廣泛應用于傳統機械工業、模具行業、汽車工業、電力設備、鐵路機車、船舶制造、航空航天工業等領域,在國民經濟現代化的建設中起著重大作用。

      我國機床行業經過長期發展,形成了完備的機床產業體系,實現了由機床的世界第一消費大國向第一生產大國的跨越。

      根據加工方式的差異,機床工具行業可分為四大子行業,即金屬切削機床、金屬成形機床、機床附件,及其他機械。其中,金屬切削機床行業在我國機床工具行業中經濟規模最大、地位最顯著。隨著智能化的逐步深入,高精度、高效率的數控金屬切削機床逐漸成為金屬切削機床的主流,相比非數控金屬切削機床具有更廣泛的適應性。

      工業母機的產業鏈結構

      工業母機產業鏈上中下游清晰,包括上游基礎材料和零部件生產商、中游機床本體制造商和下游終端用戶。

      產業鏈上游為機床產業提供基礎材料和零部件,包括機械結構件、功能部件、電氣元件和數控系統等。中游為本體制造,包括金屬切削機床、金屬成形機床、特種加工機床、加工中心等。下游應用領域廣泛,包括汽車制造、航空航天、軍工、模具制造、工程機械、3C電子、電力設備、船舶等。

      上游:基礎材料及零部件

      從上游來看,對機床行業影響較大的主要有鋼鐵、數控系統和功能部件三大類。根據中國機床工具工業協會發布的數據,在機床生產過程中,原材料成本占比最高,為73.9%。而在原材料成本的進一步拆分中,由鑄件加工而成的底座床身等結構件占比最大,為30%~40%,價格受鋼材影響較大;其次是數控系統占比22%;由絲杠、導軌等傳動機械以及輔助動力系統等組成的傳動系統占比20%;高速主軸和電機等組成的驅動系統占比13%;刀庫、刀塔等占比5%;光柵尺占比2%。

      1.鑄件

      機床底座、床身等基礎大件使用鑄件,屬于中間加工成品,產品價格主要是在原材料生鐵和廢鋼的基礎上加上一定的加工費。

      國內鑄造行業整體呈現大而不強的局面,行業集中度較低,尚處于充分競爭階段。大部分國內機床公司選擇將鑄件及毛坯件的粗加工、半精加工等非核心工序進行外協加工,應用于中高端機床部件的多種特鋼材料仍需進口,基礎材料的熱處理技術仍有待提升。

      2.數控系統

      數控系統是數控機床的“大腦”,是數控機床中技術含量極高的核心部件。數控系統既可直接用于數控機床,也可用于原有機床的系統升級和改造,主要包括控制裝置、驅動裝置和檢測裝置。目前,我國大型機床生產商主要從日本、德國等技術成熟的國家和地區采購數控系統。

      數控系統行業專業化分工細化,市場集中度高,我國中高端數控系統市場被國外企業占據。全球市場主要由日本發那科、三菱及德國西門子、海德漢等少數企業壟斷,國內中高端機床終端客戶在產品配套的數控系統選擇上也偏好國外數控系統的機床產品。目前,國內70%以上的數控機床的數控系統使用進口產品,而華中數控、廣州數控憑借中低端車床數控系統躋身國內市場前列,尤其華中數控所占的市場份額大,研發投入多,具備極強的發展潛力,受到業內的廣泛關注。

      3.精密件和功能部件

      精密件主要包括主軸單元和絲杠、導軌、軸承等傳動部件等,功能部件主要包括數控回轉臺、刀庫、機械手、齒輪箱、銑頭、刀架等。目前,國產中高端機床精密件和功能部件主要來自日本、德國等國家和地區,部分采購自國內企業或自制。

      上游市場較為成熟,供應穩定,但功能部件行業的發展相對緩慢,部分零部件雖已形成一定的生產規模,但大多用于滿足中低檔機床的配套需要,國產中高檔數控機床采用的功能部件依賴進口較為嚴重,高檔數控系統基本被日本發那科、德國西門子、日本三菱、德國海德漢等企業壟斷。而光機、鈑金等機床部件國產已經較為成熟,主要從國內采購。整體來看,數控機床產業鏈配套仍需進一步完善。

      中游:本體制造商

      作為典型的機電一體化產品,機床是機械技術與數控智能化的結合。從產品分布來看,機床主要以金屬切削機床為主,其次為金屬成形機床、特種加工機床。

      金屬切削機床用于切削、磨削等加工方法對金屬工件進行加工,應用范圍最廣泛,在數控機床細分產品中占比最高,是機床最重要的細分子行業,約占國內金屬加工機床消費份額的2/3。根據中國海關數據,2023年1—6月,金屬切削機床進口額26.2億美元,同比下降7.8%;金屬切削機床出口額26.4億美元,同比增長36.2%;在貿易差額上,金屬切削機床首次呈現順差,順差金額為0.2億美元。

      工業母機市場規模及產值

      全球市場規模及產值

      根據德國機床制造商協會(VDW)公布的官方數據,從供給的角度看,2022年全球機床行業總產值約803億歐元,中國以總產值257億歐元位居全球第一,在全球市場中占據32%的份額,其次是日本和德國,產值分別為99億歐元和97億歐元,在全球市場中的占比均為12%。

      從需求的角度看,2022年全球機床行業消費額為808億歐元,中國以260億歐元的規模穩居全球第一,同樣在全球市場中占據32%的份額,其次是美國、德國,消費額分別為97億歐元和52億歐元,在全球需求市場中所占份額分別為12%和7%,從供給和需求兩個角度來看,前三個國家的總規模在全球市場規模中的占比均超過50%。

      中國市場規模及產值

      中國自加入WTO后,機床產業迅速增長,根據中國機床工具工業協會發布的數據,2001—2011年中國金屬加工機床生產消費額從39.7億美元增長至高點390.9億美元,年復合增長率為25.70%。此后,隨著國內經濟結構的升級、供給側改革去產能,國內機床消費經歷了10年的下行。2020年受到疫情影響,金屬加工機床消費額達到2011年以來低點213億美元。

      根據中國機床工具工業協會測算,2022年我國金屬加工機床生產額271.1億美元,同比增長5.1%,其中,金屬切削機床生產額172.2億美元,同比增長3.3%;2022年我國金屬加工機床消費額274.1億美元,同比降低1.9%,其中,金屬切削機床消費額184.4億美元,同比降低4.3%。

      根據機床設備以往“3年一更新”的周期特點來看,2023年國內工業母機市場將下行。

      工業母機行業競爭格局

      行業總體競爭格局

      全球高端數控機床龍頭企業主要集中在德國、日本和美國。海外機床企業產品品類更多,且發展較早,已有豐富的技術積累,無論是在加工性能、加工精度,還是產業鏈完整度上,相較于國內廠商都具備明顯優勢。

      國產數控機床的品牌知名度、產品技術水平較國際領先機床廠商仍有一定差距,導致國產數控機床廠商在中低端領域競爭較為激烈。近年來,我國部分民企逐漸在中低端領域取得了一定進展,部分優秀民企已進入行業第二梯隊,并不斷縮小與國外廠商的各項差距,成為國產機床的中堅力量。在高端數控機床領域,存在較大的本地化發展空間。

      細分市場競爭格局

      由于現在市場化競爭及對品質要求的提升,倒逼機床企業加大研發投入并優勝劣汰,企業參與市場競爭的活力得到調動。部分公司因具有較強市場適應性,聚焦產品和市場,成為行業某一細分品類的生力軍,并有望在精耕深度后拓展廣度,成為行業領軍力量。

      在國內市場,國盛智科、海天精工、浙海德曼、秦川機床、邁興途、東部數控主營通用型加工中心,北平機床則主攻磨床,華中數控、廣州數控主營數控系統,甬嶺數控、恒鋒刀具主營刀具類零部件。

      通用型加工中心、普通機床:市場空間大,競爭幾乎白熱化,毛利率一般不超過20%,大量中小企業采用薄利多銷的戰略搶占市場。

      數控系統:受下游需求拉動影響較大,主要根據航空航天、汽車、3C通信等行業對數控機床的需求變化而變化。根據MIR睿工業數據,在數控系統方面,2022年發那科、西門子、三菱占據我國銷售金額的前三,廣州數控、蘇州新代(臺企)分別位居第4名、第5名,CR5合計近90%。中高端數控系統由于技術難度大,功能、性能和可靠性要求高,國內生產企業相對較少。

      刀具類零部件:根據QY Research分析報告,2022年全國切削刀具消費額390億美元,年復合增長率約2.7%。國內刀具企業不斷引進和吸收國外先進技術,大幅提升研究成果和開發生產能力,部分企業已經能夠為下游用戶提供個性化的切削加工解決方案。國產刀具向高端市場延伸,憑借產品性價比優勢,加速數控刀具的國產化。

      主要國家工業母機應用情況

      美國。美國的機床下游企業包括大型汽車公司(福特、通用、戴姆勒)、航空航天公司(波音、洛克希德)、模具制造業等一系列制造業企業,強大的下游需求推動美國機床行業向電子化、高速化、精密化發展。

      德國。在德國,機床與汽車一直都相輔相成,蓬勃發展的汽車行業帶動機床行業不斷更新變革,高端機床的推出也提高了汽車制造質量與效率。目前為止,機床行業是德國機械工業五大分支之一,是德國工業的驕傲。

      瑞士。瑞士機床以精密著稱,售價高、質量好,有150余個國家和地區是瑞士機床的長期用戶。瑞士機床的高精密度與其下游鐘表制造業、醫療器械密切相關。鐘表元件包括各種極小型齒輪軸、螺帽、鐘腳,微米級乃至納米級尺寸的加工難度不言自明;瑞士將精密制造與骨科植入融合起來,使瑞士成為歐洲最主要的醫療科技創新中心。

      中國。我國金屬加工機床行業市場容量接近2000億元,主要下游為汽車、航空航天、工程機械等行業。進口機床的價格普遍較高,如山東濟南二機床公司主營大型汽車零部件的一體化壓鑄,其應用于工程油罐的機床,進口價格為180萬~200萬/臺。伴隨著自主品牌新能源汽車的崛起,汽車零部件自主化率提升,將顯著拉動國產中高端機床的需求,但在航空航天領域亟需的高端五軸聯動機床進口受限制,將進一步推動關鍵技術自主化和本地化發展步伐。

      行業發展趨勢

      工業母機行業發展趨勢

      1.高端機床本地化發展加速

      高端領域國產滲透率較低,進口依賴性高,但高端機床需求持續旺盛。據日本工作機械工業會統計,2022年第四季度各月,來自中國大陸的訂單額分別為311億日元、295億日元、297億日元,同比分別增長28.8%、11.3%、1.3%。

      在新時代安全發展觀的要求下,高端工業機床發展至關重要,隨著我國工業母機的自主開發能力和產業技術水平顯著提升,國內部分企業逐步專注于對高端機床的本地化發展。

      根據中國海關數據,2022年機床工具進出口總額333.6億美元,同比增長0.9%,其中,進口124億美元,同比下降10.2%;出口209.5億美元,同比增長9%。受俄烏沖突的影響,俄羅斯在我國出口總額中占比最高。大多主機廠通過代理公司出口俄羅斯、伊朗等國家和地區,但目前只能售賣三軸、四軸機床及其配套系統,同時,可提供OEM生產并貼牌。

      2.國家加大對工業母機行業的政策支持力度

      國家將針對工業母機行業產業鏈中的關鍵性和突破性環節持續加碼。數控系統由于其軟硬件一體,技術壁壘極高,本地化發展必要性強,潛在的“卡脖子”風險會嚴重影響國防建設安全。絲杠、導軌、軸承等關鍵零部件則由于制造工藝難、產品的穩定性和可靠性驗證周期較長,單一企業難以短時間實現全面突破,需要較大的外力支持聯合攻關。

      3.工業母機的數字化和智能化升級

      大型化、智能化和復合化是工業母機的未來發展趨勢,也是先進企業進行技術革新、差異化競爭的重要方向。隨著新一代信息技術的發展,工業母機將實現遠程監控、精準控制、預測診斷、智能維護等功能,大大提高系統的自動化水平和運行效率。

      4.工業母機更高效、環保

      工業母機將追求更高的能源效率和更低的環境影響,實施電機高效及節能改造,開發清潔生產技術等。這有利于企業實現綠色發展和社會可持續發展。

      5.工業母機和新技術融合

      新技術如人工智能、增材制造、工業互聯網等將與工業母機深度融合,推動其技術跨越式發展。這需要加大新技術在工業母機領域的研究與創新。

      行業發展面臨的主要矛盾與問題

      核心技術層面存在“卡脖子”問題

      全球市場主要由少數海外企業壟斷,目前國內70%以上數控機床的數控系統使用進口產品,若數控系統被關停或五軸聯動未開通,會嚴重影響數控機床的使用。而數控機床行業屬于技術密集型行業,是多學科相互交叉、滲透而形成的,需要進行深入研究和創新,并通過創新的技術管理和實施方法,進行長期的技術積累,才能形成自有核心技術。

      長期以來,我國高端五軸聯動數控機床大量依賴進口,主要原因是其研制需要具備一流的精密機床設計和制造技術,并與尖端的數控技術密切配合方可實現,核心技術的研發和產業化能力的形成難度極大。國內的華中數控與廣州數控目前雖已具備生產五軸五聯動的能力,且已能夠投入使用,而西門子、發那科的五聯動系統關閉后,只能生產四聯動。在曲面等技術上仍與德國西門子、日本發那科等存在較大差距。

      受國際局勢動蕩的影響,海外某些國家加強了對我國的技術控制,增強了系統的安保,存在系統隨時會被鎖定的風險,如進口設備內部裝有定位系統,若企業在未備案的情況下改變設備位置或生產其他產品,設備隨時可能被鎖定。國內尤其航天系統等涉及國家安全的行業,不能采用國外企業的設備,故在企業技術問題的突破上仍任重道遠。

      關鍵硬件及高端數控機床仍需進口

      在硬件方面,轉臺、刀庫、刀塔和齒輪箱等核心功能部件及導軌、絲杠、軸承等傳動部件以進口或境外品牌為主,其中,機械主軸精密軸承主要來自德國舍弗勒旗下集團旗下的FAG/INA和日本NSK等品牌,進口產品供應的穩定性會對企業的經營發展產生較大影響。

      由于國內外技術水平存在一定差距,若企業將核心部件全部采用國內品牌產品,對于企業而言,其高端數控車床的精度水平、精度的穩定性、精度的保持性會有一定的影響,進而影響高端數控車床的銷售情況。

      機床消費市場有向高端化發展的趨勢,低端機床市場需求萎縮,低端數控機床的產能過剩和中高端數控機床的供應不足導致供給側結構性失衡。全球高端數控機床龍頭企業主要集中在德國、日本和美國,其產品品類更多且發展較早,無論是在加工性能、加工精度還是產業鏈完整度上相較于國內中高端數控機床廠商都具備明顯優勢,形成產品定制、配套服務、經營規模等壁壘。我國中高端數控機床無法全面滿足下游客戶的應用需求,本地化發展的空間仍然較大。

      行業人才匱乏

      機床行業的人才需同時具備軟件知識和了解硬件結構,對人員的要求高,目前國內通過與西北工業大學、北京航空航天大學、華中科技大學等高校合作等方式,培養了大量的工程師,但機床行業的薪資水平與互聯網等行業相比差距較大,且辦公地點多為三、四線城市,環境相對較差,對工程師的吸引力不足。行業人才的匱乏會影響先進技術的引入和高端設備的使用,并嚴重影響行業的研發創新及發展能力。公司需要廣泛建立完善培訓、薪酬、績效和激勵機制,增強對人才的吸引力,大力引進具備技術創新能力的技術人才、具備管理工作經驗的管理人才、富有項目營銷經驗的市場開發人才等優秀人才。

      國內企業留存利潤較低

      工業母機企業技術和產品的迭代升級需要大量的研發投入,新產品的市場接受也需要一定周期,因此,研發成果的產業化和市場化受市場需求、客戶認可等因素的影響,存在不確定性。同時,對于國內大多數的工業母機企業而言,凈利潤能達到10%已經實屬不易,沒有多余的留存收益用于支持大規模的研發投入和售后服務,進而會影響公司發展的可持續性,民營企業只能通過抱團的方式來承接國家的重大研發項目。

      國內數控機床行業集中度及市占率低

      2022年前十大上市公司市場占有率合計僅8.8%。其中國內機床收入體量最大的創世紀2022年數控機床業務收入為44.22億元,市場占有率僅2.40%,按照2022年金屬切削機床消費額1240.3億元測算,其市占率也僅為3.57%。由于企業普遍規模偏小,單個企業無法大量投入資本進行研發創新,也無力承接國家工業領域重大科研項目,導致國產機床在高端領域與國外龍頭差距拉大,品牌競爭力不足。

      中國穩坐世界制造國龍頭地位,既為工業母機的快速發展奠定了深厚基礎,又為工業母機的高質量發展提出了更高的要求。目前看,中國機床整體行業的長期貿易逆差正逐步縮減,標志著國產機床正一步步走向自主可控、本地化發展。出口機床產品的價值量不斷提升,國產機床正不斷向智能化、高端化前進。

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