机床行业研究：从“04专项”复盘展望AI时代的机床产业政策

投资逻辑： 复盘：“04专项”政策目标为核心技术国产化突破，奠定国产替代基础 什么是“04专项”：《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》确定了16个国家科技重大专项，其中 “高档数控机床与基础制造装备”是第四项，一般简称为“04专项”，通过“产、学、研、用”结合的方式以课题的形式加速机床核心技术国产化突破。同时推出了六项配套政策和措施，包括“应用示范工程”资金补贴、产品加入《政府采购自主创新产品目录》并与财政性资金支持挂钩、设备添置费部分抵扣所得税或加速折旧等鼓励措施，助力专项顺利落地。 “04专项”为机床行业的国产替代奠定基础：在“04专项”支持下，国内高档机床、高档数控系统、功能部件等多 个领域实现突破，根据新华财经信息，“04专项”实施让高档数控机床平均无故障时间间隔（MTBF）实现了从600小时到2000小时的跨越，精度指标提升20%；国产高档数控系统在国产机床中市场占有率由专项实施前的不足1%提高到31.9%；五轴摆角铣头等功能部件的市场占有率由不足10%提升至30%以上。机床行业有较多上市公司参与了“04专项”课题，加速技术实力进步。 “04专项”与时俱进，已经出现了较多智能化相关内容：“04专项”2009年的第一批课题主要围绕机床与核心零部 件相关产品开发展开，到了2018年的课题可以看到一方面课题的内容不再仅限于单个产品，而是围绕前期研制的机床、数控系统在专项重点领域（比如汽车行业）的实际应用场景展开；一方面数字化、智能化、大数据词频明显提高，开始要求在智能化相关技术上也实现突破。 展望：AI时代的机床产业政策目标有望过渡为在新技术领域实现突破，数控系统重点关注 机床行业AI技术怎么落地？数控系统有望成为AI技术落地核心场景：数控系统的运行涉及大量数据的获取和处理， 我们看到目前遗传算法、人工神经网络、数字孪生等技术已经在数控系统插补、热误差补偿、路径规划等领域不断推进研发，目标是打造一个具有自主感知、自主学习、自主决策、自主执行能力的智能化数控系统。 国内外数控系统厂商加码布局，AI技术或成新的核心竞争点：目前西门子、发那科、海德汉等海外头部数控系统厂 商均积极加大AI技术应用，例如西门子推出了以数字孪生技术为基础搭建的工业云平台，发那科推出了采用机器学习技术的AI伺服调整、AI热误差补偿。国内数控系统领军企业华中数控推出的华中9型数控系统，集成了AI芯片，融合了AI算法，将人工智能、物联网等新一代智能技术与先进制造技术深度融合，在自主感知、自主学习、自主决策、自主执行等方面实现了较大突破，AI技术目前快速发展或带来行业新一轮洗牌机会。 AI时代的机床产业政策目标有望过渡为在新技术领域实现突破：在CNC技术逐步走向成熟导致行业洗牌背景下，日 本机床产业政策主要目标从实现核心技术国产化转换至在新方向关键核心技术实现突破，加速了日本数控技术发展，助力日本机床产业实现对欧美的追赶和反超。在当前AI技术快速发展背景下，我们认为国内政策支持也有望逐步向在新方向实现关键核心技术突破过渡，加速AI技术在机床行业的产业化落地。 投资建议与估值 在当前AI技术快速发展背景下，国内机床产业政策支持目标有望从核心技术国产化过渡至新方向关键核心技术突破，数控系统有望成为AI技术落地核心场景，建议重点关注数控系统领军企业华中数控，同时建议关注有望受益机床产业政策支持的科德数控、海天精工、纽威数控、豪迈科技。 风险提示 新技术推广应用不及预期、政策支持力度不及预期 内容目录 1.复盘：“04专项”政策支持目标为核心技术国产化突破5 1.1“04专项”属于国家科技重大专项，向机床“自主可控”发力5 1.2“04专项”支持下，高档机床、高档数控系统、功能部件等多个领域实现突破8 1.3“04专项”课题与时俱进，已经出现了较多智能化相关内容9 2.展望：AI时代的政策导向有望过渡为新技术领域实现突破，数控系统重点关注10 2.1从数控技术出现后，机床的技术升级就与电子、信息技术密切相关10 2.2机床行业AI技术怎么落地？数控系统有望成为AI技术落地核心场景12 2.3遗传算法、人工神经网络等技术已在数控系统插补、热误差补偿、加工路径优化等领域持续推进研发 ...........................................................................................15 2.3.1人工神经网络与遗传算法：强化数控系统插补、热误差补偿能力15 2.3.2视觉模型：在工件尺寸测量与定位、机床回转轴误差检测等领域有较好应用前景18 2.3.3数字孪生模型：在可靠性分析、加工路径优化等领域进一步强化19 2.4全球数控系统厂商积极加码布局，华中数控推出“大模型”数控系统，AI技术应用将成为新的竞争点.22 2.5结合日本机床产业政策复盘看，在技术重大变革时期的产业政策核心目标为在新技术领域实现突破.273.投资建议28 4.风险提示28 图表目录 图表1：“高端数控机床与基础制造装备”是重大科技专项第4项简称“04专项”5 图表2：“04专项”指导原则围绕“产学研用”展开6 图表3：总体发展目标主要关注产品开发/创新能力，实现高国产化率满足下游需求6 图表4：同步推出六条政策和措施助力专项实施7 图表5：“04专项”课题采用申报的形式由企业自筹+地方配套资金+中央财政投入经费支持完成7 图表6：“04专项”支持下，高档机床、高档数控系统、功能部件等多个领域实现突破8 图表7：科德数控参与多个“04专项”项目8 图表8：2009年第一批课题申报指南较少出现智能化、数字化、大数据等词9 图表9：到2018年度课题申报指南，数字化、智能化、大数据词频已经较高10 图表10：机床跟随工业革命技术迭代升级11 图表11：机床技术升级体现在机床结构、主轴、驱动、控制等方面11 图表12：数控技术的出现是带来了机床行业最大的技术迭代12 图表13：机床加工效率大幅提升12 图表14：机床加工精度大幅提升12 图表15：CNC系统组成13 图表16：数控系统软件构成13 图表17：数控系统控制原理14 图表18：数控系统在运行过程中实际上涉及大量数据的获取和处理14 图表19：数控系统在AI技术加持下实现机床智能化15 图表20：智能化数控系统软件架构15 图表21：BP神经网络模型15 图表22：BP神经网络算法流程15 图表23：遗传算法流程16 图表24：直线插补、圆弧插补为数控系统最常见的插补功能16 图表25：基于神经网络的曲线插补加工流程17 图表26：采用神经网络插补可降低误差17 图表27：分段式丝杠热误差补偿技术路线17 图表28：神经网络热误差建模流程图18 图表29：加入视觉系统后的五轴机床关键部件固联坐标系18 图表30：坐标系之间的转换关系18 图表31：基于视觉模型实现机床自主感知和自动更新轨迹加工系统工作流程19 图表32：数字孪生机床体系架构20 图表33：基于数字孪生的数控机床可靠性分析信息物理融合系统框架21 图表34：数字孪生模型可实现加工路径优化22 图表35：具有自适应、自感知、自学习、自交互、自执行的数控系统为未来发展趋势22 图表36：西门子基于数字孪生技术搭建的工业云平台23 图表37：发那科采用机器学习的AI伺服调整功能23 图表38：发那科采用机器学习的AI热误差补偿功能23 图表39：海德汉TNC7可实现图形化编程24 图表40：海德汉TNC7位置自适应控制技术24 图表41：华中数控数控基于华中9型数控系统打造的智能体系架构24 图表42：华中数控“指令域”大数据分析方法25 图表43：华中数控基于融合建模的轮廓误差补偿技术25 图表44：华中数控基于数字孪生虚拟加工预测结果实现自主决策26 图表45：华中数控双码联控技术实现了“G-代码”和“i-代码”联动控制26 图表46：华中9型数控系统包含了基于大模型技术的故障诊断功能27 图表47：华中9型数控系统有望继续走进更多机床厂商27 图表48：日本借助CNC技术实现了和欧美国家技术差距快速缩小27 图表49：数控时代来临后日本的数控化率快速提升，后持续全球领先27 图表50：在新技术出现导致行业洗牌背景下，日本机床产业支持政策导向也发生了变化28 图表51：重点关注公司盈利预测28 1.复盘：“04专项”政策支持目标为核心技术国产化突破 1.1“04专项”属于国家科技重大专项，向机床“自主可控”发力 《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》提出“围绕国家目标，进一步突出重点，筛选出若干重大战略产品、关键共性技术或重大工程作为重大专项，充分发挥社会主义制度集中力量办大事的优势和市场机制的作用，力争取得突破，努力实现以科技发展的局部跃升带动生产力的跨越发展，并填补国家战略空白”。 《规划纲要》确定了16个国家科技重大专项，其中“高档数控机床与基础制造装备”是第四项，一般简称为“04专项”。 图表1：“高端数控机床与基础制造装备”是重大科技专项第4项简称“04专项” 序号项目 1核心电子器件、高端通用芯片及基础软件 2极大规模集成电路制造技术及成套工艺 3新一代宽带无线移动通信 4高档数控机床与基础制造技术 5大型油气田及煤层气开发 6大型先进压水堆及高温气冷堆核电站 7水体污染控制与治理 8转基因生物新品种培育 9重大新药创制 10艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治 11大型飞机 12高分辨率对地观测系统 13载人航天与探月工程等16个重大专项 14涉及信息、生物等战略产业领域 15能源资源环境和人民健康等重大紧迫问题 16军民两用技术和国防技术 来源：中国政府网，国金证券研究所 根据《高档数控机床与基础制造装备重大专项——编写组专家对重大专项的解读》信息，“04专项”采用了更加创新的支持方式，以满足需求为前提拉动自主创新可持续发展，在“产、学、研”的基础上增加了“用”，强化了产业链上下游合作加速研发落地，同时有六项围绕补贴、融资、招标等核心问题的政策和措施落地以促进专项成功实施： 1）在“产学研”基础增加了“用”：围绕实际产业需求，以企业为主体，采用“产、学、研、用”结合方式统筹安排重点突破，实现自主创新，促进产业升级。 图表2：“04专项”指导原则围绕“产学研用”展开 来源：《高档数控机床与基础制造装备重大专项——编写组专家对重大专项的解读》，国金证券研究所 2）建立了围绕国产化率等的清晰目标：以2010/2015/2020三个时间点规划了清晰的发展目标，总体发展目标主要关注产品开发/创新能力，实现高国产化率满足下游需求。 图表3：总体发展目标主要关注产品开发/创新能力，实现高国产化率满足下游需求 来源：《高档数控机床与基础制造装备重大专项——编写组专家对重大专项的解读》，国金证券研究所 3）推出促进重大专项的实施措施与政策：以“应用示范工程”支持、产品加入《政府采购自主创新产品目录》、税收补贴等六项政策和措施促进专项成功实施。 图表4：同步推出六条政策和措施助力专项实施 来源：《高档数控机床与基础制造装备重大专项——编写组专家对重大专项的解读》，国金证券研究所 “04专项”课题采用申报的形式由企业自筹+地方配套资金+中央财政投入经费支持完成。 图表5：“04专项”课题采用申报的形式由企业自筹+地方配套资金+中央财政投入经费支持完成 来源：《“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项2009年度第一批课题申报指南》，国金证券研究所注：其中提到的课题1-课题5主要是各类加工中心等 1.2“04专项”支持下，高档机床、高档数控系统、功能部件等多个领域实现突破 根据新华财经信息，在22年9月6日工业和信息化部举行的“新时代工业和信息化发展”系列新闻发布会第五场，工业和信息化部装备工业一司司长王卫明表示，以“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项为抓手，高档数控