机械一周解一惑系列：数控机床多重需求刺激下开启复苏周期

本周关注：郑煤机、先导智能、鸣志电器、天宜上佳 本周核心观点：当前人形机器人、新能源行业新技术、新工艺层出不穷，需关注技术变化带来的设备需求。 制造业复苏+国产替代+进口发力，数控机床需求复苏。我们认为，本轮机床行业的复苏不单单是制造业复苏带来的需求，还将有国产替代、出口提升及更新周期的几重需求的叠加。1）我国机床数控化率提升潜力较大：国外发达经济体机床数控化率高，日本机床数控化率维持在80%以上，美国和德国机床数控化率超过70%。2021年中国金属切削机床产量60.2万台，数控金属切削机床产量27万台，金属切削机床数控化率为43.3%；金属成型机床产量21万台，数控金属成型机床2.4万台，金属成型机床数控化率11.4%。2）中国逐年减少对进口机床的依赖，“俄乌冲突”或刺激俄罗斯增加进口中国机床。根据中国机床工具工业协会和德国机床制造商协会统计显示，中国机床进口额自2011年总体呈下降趋势，进口额自2018年82亿欧元下降至2020年52亿欧元。其中中国大陆对前五的供应地区（占进口总额83%）：日本、德国、中国台湾、瑞士及意大利在2020的进口比例均有1%至37%的减少。中国机床行业在过去十年间出口量呈增长趋势，已从2011年18亿欧元出口额增长至2019年近40亿欧元出口额，2020年尽管全球制造业受疫情影响发展滞缓，也使中国机床出口增长率较2019年下降10%，但美国、俄罗斯和韩国进口中国机床的消费额分别有2%、11%和26%的增长。近期，“俄乌冲突”给中国机床产业带来的机遇为俄罗斯境内机床需求可能会加大对我国机床的采购需求。根据World Trade Atlas的资料统计，2017年，俄罗斯机床前十大进口来源依序为德国、中国大陆、意大利、中国台湾、日本、韩国、瑞士、美国、捷克和西班牙。中国为第二大进口来源国，2017年进口额1.90亿美元，比2016年增长68.45%，占进口比重的13.94%，但仍以欧美企业为主，本次“俄乌冲突”或刺激俄罗斯加大进口中国机床。 我国机床企业整体向好，集中度有待进一步提升。数控机床上游原材料及零部件包括机床主体零部件、功能部件、电气元件、数控系统等，下游广泛用于汽车、通用设备、模具、自动化装备、电子设备、船舶、航空等多个行业。我国铸件、轴承手等传统机械产业发展成熟，工艺技术水平较高，给数控机床产业发展提供了良好的支持，但高端领域数控系统等精密部件领域与国外领先经济体有着较大差距，进口依赖度较高。我国机床市场总体集中度较低，竞争相对激烈。根据国家统计局数据，2021年，我国金属切削机床产量为60.2万台（其中数控金属切削机床产量为27万台），主要10家企业市占率约11.36%（占机床口径），数控机床市占率为25.33%，集中度仍偏低。2017-2021年，国内主流公司营收均实现提升，意味着数控机床头部企业整体的发展趋势较好，预计后续随着制造业复苏、国产替代、出口发力，更新周期开启等多重利好刺激，我国机床企业均有良好表现。 投资建议：建议关注产业链企业，包括创世纪、海天精工、秦川机床、纽威数控、国盛智科、华中数控、日发精机、浙海德曼、科德数控。 风险提示：行业需求低于预期风险、核心件进口受限风险。 1制造业复苏+国产替代+进口发力，数控机床需求复苏 1.1中国占全球需求1/3，产值占全球近30% 从机床供给市场来看，2020年全球机床行业产值为578亿欧元，中国产值位居世界第一位，产值为169.5亿欧元，在全球市场中占据份额为29%。德国、日本产值分别为86.6亿欧元和82.2亿欧元，分别位居全球第二和第三，在全球市场中的份额分别为15%和14%。中国、德国和日本三个国家占据了全球58%的份额。 从机床需求市场来看，2020年全球机床行业消费额为573亿欧元，其中中国消费额位居世界第一位，消费额为186.1亿欧元，在全球需求市场中占据份额为32%。美国、德国消费额分别为66.7亿欧元和45.1亿欧元，分别位居全球第二和第三，在全球需求市场中的份额分别为12%和8%。中国、美国和德国三个国家占据了全球52%的份额。 图1：2020年中国机床产值居世界第一 图2：2020年中国机床消费额占全球近三分之一 1.2我国机床数控化率提升潜力较大 机床作为工业母机，是工业生产最重要工具之一。国外发达经济体机床数控化率高，日本机床数控化率维持在80%以上，美国和德国机床数控化率超过70%。 根据日本机床工业数据显示，2021年日本机床产量6.76万台，其中数控机床产量5.63万台，机床数控化率83.3%，2022年1-5月机床产量3.11万台，其中数控机床2.66万台，机床数控化率85.6%。2021年中国金属切削机床产量60.2万台，数控金属切削机床产量27万台，金属切削机床数控化率为43.3%；金属成型机床产量21万台，数控金属成型机床2.4万台，金属成型机床数控化率11.4%。 图3：日本机床数控化率 图4：中国机床数控化率偏低 1.3中国逐年减少对进口机床的依赖 根据中国机床工具工业协会和德国机床制造商协会统计显示，中国机床进口额自2011年总体呈下降趋势，进口额自2018年82亿欧元下降至2020年52亿欧元。其中中国大陆对前五的供应地区（占进口总额83%）：日本、德国、中国台湾、瑞士及意大利在2020的进口比例均有1%至37%的减少。 图5：中国机床行业在过去十年间进口量情况 图6：2020年中国大陆机床进口前五国家或地区及同比变化 1.4“俄乌冲突”或刺激俄罗斯增加进口中国机床 中国机床行业在过去十年间出口量呈增长趋势，已从2011年18亿欧元出口额增长至2019年近40亿欧元出口额。越南、美国、印度、俄罗斯及韩国为中国机床行业2020年全球前五消费市场，占总出口量35.5%，消费金额达12.47亿欧元。2020年尽管全球制造业受疫情影响发展滞缓，也使中国机床出口增长率较2019年下降10%，但美国、俄罗斯和韩国进口中国机床的消费额分别有2%、11%和26%的增长。 图7：中国机床行业在过去十年间出口量情况 图8：2020年中国机床出口前五国家及同比变化 近期，“俄乌冲突”给中国机床产业带来的机遇为俄罗斯境内机床需求可能会加大对我国机床的采购需求。根据World Trade Atlas的资料统计，2017年，俄罗斯机床前十大进口来源依序为德国、中国大陆、意大利、中国台湾、日本、韩国、瑞士、美国、捷克和西班牙。中国为第二大进口来源国，2017年进口额1.90亿美元，比2016年增长68.45%，占进口比重的13.94%，但仍以欧美企业为主，未来我国机床企业的机会较大。 图9：2016-2017年俄罗斯机床主要进口来源（单位：百万美元） 1.5十年更新周期或将开启 机床一般更换周期约为10年，国内机床消费量和产值在2011年达到顶峰后回落，进入长达10年的下行周期。国内制造业复苏深化，机床产业迎更新替换新周期。 机床使用寿命普遍超过设计寿命，行业下行期更新需求小。机床的设计使用寿命即折旧年限一般为8~10年，受机床本身质量、使用期间维护情况、为延长寿命所采取的设备大项修等影响，其实际使用寿命普遍超过10年，但超过10年的机床稳定性和精度均会下降。目前我国大部分机床处于超期服役状态。 更新替换的原因：1）原有机床设备，尤其是数控类机床，在经历多年的高强度使用后，设备加工精度、稳定性明显下，需要及时进行更替换；2）传统机床设备在经历多轮的升级迭代后，无论从效率还是精度上，均无法适应当前材料及工艺的加工需求，因此，需要使用更为先进的切削机床进行升级替代。 图10：2010-2013年机床产量维持高位，目前处在机床替代周期中 我们认为，本轮机床行业的复苏不单单是制造业复苏带来的需求，还将有国产替代、出口提升及更新周期的几重需求的叠加。 2我国机床企业整体偏小，高端机床进口依赖度高 2.1我国机床整体偏小 数控机床结构复杂，具备高精度及精度保持能力的数控机床对厂商的技术积累有极高要求。凭借雄厚的技术积累，目前全球领先的机床厂商主要为日本、欧美企业。2019年，全球机床行业前十名机床厂商均为日本、德国或美国企业，且该等厂商产品均主要为数控机床产品。 表1：2019年全球机床行业前十名机床厂商 表2：我国2011年机床行业前十名企业、2020年机床行业上市公司前十名 2.2高端机床核心部件依赖进口 从我国进口数控机床的金额和数量来看，我国进口的数控机床的平均单价处在10-21万美元/台，显著高于国内金属切削机床的平均单价，主要因为我国高端数控机床对外依赖度高，从进口金额来看，2019-2020年进口金额开始减少，可能与贸易冲突以及疫情影响有关，2021年有所恢复，但整体相比2017-2018年呈现走低趋势。假设进口数控机床均为五轴机床的话，我们计算得出2017-2018年我国五轴机床的自给率不足5%，2020-2021年因为疫情影响进口，国产化率可能会有所提高。 表3：我国最近几年进口数控机床情况 五轴机床关键功能部件包括数控系统、伺服驱动及电机，电主轴，铣头，转台，刀库等，其性能的优劣直接影响高端数控机床的加工精度及效率。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，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，转台及摆头是三轴机床实现向五轴机床升级转型的必要提升条件，要实现五轴联动功能必须要配备转台或者摆头。 表4：数控机床关键零部件供给结构 参考科德数控2020年的原材料采购情况，主要原材料可以分为结构件类（机床防护件、床体等）、电机原材料类（磁钢、线缆等）、控制系统类（主板、FPGA等）、传动类（丝杠、导轨等）、润滑水冷类（水冷机、泵、密封、紧固等）、光栅类（光栅尺、圆光栅等）、传感测量类（传感器等）及其他。 图11：五轴数控机床主要材料 2.2.1数控系统：高端数控系统占成本20%-40%，自给率不到10% 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，对应的技术复杂，将直接影响高端数控机床的精度、动态特性等重要参数。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，是高端数控机床的大脑，是最具核心价值的关键部件，一直是重要的战略资源，被各发达国家严格管控，禁止对外销售或完全开放功能。 科德数控招股书披露，高档数控系统价值约占高端数控机床成本的20%-40%。 目前国内高档数控系统主要依赖于国外进口，但国外高档数控系统的功能通常无法完全开放甚至是禁止对中国出口，从而使我国高端数控机床产业受制于国外。 发那科、西门子、三菱三大龙头2020年合计市场份额达65%，排名第五的苏州新代为中国台湾数控系统供应商新代科技在大陆设立的子公司。仅有国产厂商广州数控凭借在中低端车床数控系统领域的拓展跻身国内市场前列。整体而言，目前国内主流数控系统市场还是被外资龙头垄断，整体国产化率较低导致我国整体机床产品仅为中低端产品，高端五轴数控机床仍主要依赖进口。根据科德数控招股书披露，在国家政策的支持与引导下，国内涌现了一小批研制高档数控系统的企业并实现部分国产化，但市场占有率不足10%，目前国内高档数控系统包括德国西门子840D、日本发那科30i以及科德数控的GNC系列数控系统。 图12：2020年我国数控系统竞争格局占比情况 3我国机床企业整体向好，集中度有待进一步提升 数控机床包括数控金属切削机床、数控金属成型机床、数控特种加工机床、加工中心等，上游原材料及零部件包括机床主体零部件、功能部件、电气元件、数控系统等，下游广泛用于汽车、通用设备、模具、自动化装备、电子设备、船舶、航空等多个行业。我国铸件、轴承手等传统机械产业发展成熟，工艺技术水平较高，给数控机床产业发展提供了良好的支持，但高端领域数控系统等精密部件领域与国外领先经济体有着较大差距，进口依赖度较高。 图13：中国数控机床产