安全发展报告之工业母机篇：国之重器，国产替代势在必行

核心观点： 二十大报告中首次出现“以新安全格局保障新发展格局”，安全在发展中的作用愈发重要。一则，当前国际形势加速演变，我国面临多元安全威胁；二则，“十四五”时期，中美进入指标对抗期，为避免“修昔底德陷阱”，我国需要把握战略主动；三则，统筹发展和安全是党中央立足新发展阶段、新发展环境所做的战略选择。坚持安全与发展并重，被摆在更加重要的位置。 兼顾安全与发展，工业母机作为重要的战略发展物资，其自主可控迫在眉睫。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，机床行业始终面临着被“卡脖子”的风险。国际形势加速演变背景下，工业母机的国产替代迫在眉睫。 高端数控机床国产化率不足10%，我国机床行业“大而不强”。作为全球最大的机床消费国家，我国机床行业自2000年以来高速发展，2011年达到峰值1080.13亿美元，随后国际制造业出现新一轮转移以及发达国家实施“再工业化”措施，我国机床消费和产出规模明显回落，但仍然稳居全球第一机床消费大国。但我国机床面临“大而不强”的困境，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%。 坚持看好工业母机国产替代逻辑，自主可控确定性强。五轴联动机床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，五轴联动高端数控机床的国产化率亟待提升。 除整机外，高端数控机床的核心部件——主轴、数控系统（价值量占比约20%~40%）等国产替代同样势在必行，从而保证产业链供应链安全。 投资建议：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。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。 建议关注：高端数控系统龙头公司华中数控、拥有高端五轴数控机床产品的科德数控、国产机床龙头海天精工、拓斯达和宇环数控。 风险分析：国际经济环境风险、技术积累和研发进度不及预期的风险、宏观经济波动和下游行业周期变化风险。 1、兼顾安全与发展，工业母机自主可控迫在眉睫 1.1、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。 图1：2021年我国机床工具企业（上市公司）的行业分布情况 图2：2020年数控机床下游行业消费占比情况 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。 图3：制造技术应用与加工效率发展历程 图4：机床等加工工艺装备与加工精度的发展历程 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。 1.2、国策驱动下，高端数控机床发展颇受重视 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。 图5：我国数控机床发展历程 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。 表1：国家支持工业母机发展政策不完全统计 2、高端数控机床及核心构件的国产化率亟待提升 2.1、作为机床第一消费大国，我国机床行业“大而不强” 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。 图6：近年来我国制造业规模持续增长（亿元） 图7：2019~2024年中国数控机床市场规模预测（亿元） 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。 图8：2000~2019年全球机床产出与消费规模（亿美元） 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%。 图9：2000年以来我国机床生产规模与全球占比快速增长（亿美元，%） 图10：2000年以来我国机床消费规模与全球占比快速增长（亿美元，%） 随着国际制造业新一轮转移和发达国家“再工业化”等措施的实施，我国的机床消费和产出规模从2011年后开始出现明显回落，2019年中国机床消费以及机床产出分别为222.90亿美元和194.20亿美元，与2011年历史高位相比，分别下降了49.0%和38.4%。其全球占比也分别从2010年的历史高位下降到2019年的27.16%和23.07%。 2.2、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。 图11：机床主机结构的演进：五轴联动机床成为向高端化机床发展的必经之路 正是基于高端数控机床的以上特点，从产业和技术上来讲，高端数控机床通常技术高度密集，需要长期的积累和迭代，另外机床工艺划分较细，包括切削加工（车削、铣削、磨削、钻削、镗削、拉削…）、成型加工（锻压、冲压、折弯、剪切…），特种加工（电火花、激光、离子束、电子束…）等不同的类别和工艺，产品类别及型号繁多。以车削和铣削为例，典型数控机床的结构演进如图11所示，数控车削机床的结构从2轴平床身发展到4轴双刀架再到车铣复合，而铣削机床则从2.5轴逐步发展至5轴联动再到可实现“增材加工+切削加工”功能的增减材混合加工机床。其中，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