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我国工业母机行业的发展趋势与挑战

作者:www.cechina.cn2023.11.30阅读 7116

  工业母机是指制造机器的机器,又称工具机,习惯上简称机床,一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。广泛应用于传统机械工业、模具行业、汽车工业、电力设备、铁路机车、船舶制造、航空航天工业等领域,在国民经济现代化的建设中起着重大作用。
  我国机床行业经过长期发展,形成了完备的机床产业体系,实现了由机床的世界第一消费大国向第一生产大国的跨越。
  根据加工方式的差异,机床工具行业可分为四大子行业,即金属切削机床、金属成形机床、机床附件,及其他机械。其中CONTROL ENGINEERING China版权所有,金属切削机床行业在我国机床工具行业中经济规模最大、地位最显著。随着智能化的逐步深入,高精度、高效率的数控金属切削机床逐渐成为金属切削机床的主流,相比非数控金属切削机床具有更广泛的适应性。
  工业母机的产业链结构
  工业母机产业链上中下游清晰,包括上游基础材料和零部件生产商、中游机床本体制造商和下游终端用户。 
  产业链上游为机床产业提供基础材料和零部件,包括机械结构件、功能部件、电气元件和数控系统等。中游为本体制造,包括金属切削机床、金属成形机床、特种加工机床、加工中心等。下游应用领域广泛,包括汽车制造、航空航天、军工、模具制造、工程机械、3C电子、电力设备、船舶等。
  上游:基础材料及零部件
  从上游来看,对机床行业影响较大的主要有钢铁、数控系统和功能部件三大类。根据中国机床工具工业协会发布的数据,在机床生产过程中,原材料成本占比最高,为73.9%。而在原材料成本的进一步拆分中,由铸件加工而成的底座床身等结构件占比最大,为30%~40%,价格受钢材影响较大;其次是数控系统占比22%;由丝杠、导轨等传动机械以及辅助动力系统等组成的传动系统占比20%;高速主轴和电机等组成的驱动系统占比13%;刀库、刀塔等占比5%;光栅尺占比2%。
  1.铸件
  机床底座、床身等基础大件使用铸件,属于中间加工成品,产品价格主要是在原材料生铁和废钢的基础上加上一定的加工费。 
  国内铸造行业整体呈现大而不强的局面,行业集中度较低,尚处于充分竞争阶段。大部分国内机床公司选择将铸件及毛坯件的粗加工、半精加工等非核心工序进行外协加工,应用于中高端机床部件的多种特钢材料仍需进口,基础材料的热处理技术仍有待提升。
  2.数控系统
  数控系统是数控机床的“大脑”,是数控机床中技术含量极高的核心部件。数控系统既可直接用于数控机床,也可用于原有机床的系统升级和改造,主要包括控制装置、驱动装置和检测装置。目前,我国大型机床生产商主要从日本、德国等技术成熟的国家和地区采购数控系统。
  数控系统行业专业化分工细化,市场集中度高,我国中高端数控系统市场被国外企业占据。全球市场主要由日本发那科、三菱及德国西门子、海德汉等少数企业垄断,国内中高端机床终端客户在产品配套的数控系统选择上也偏好国外数控系统的机床产品。目前,国内70%以上的数控机床的数控系统使用进口产品,而华中数控、广州数控凭借中低端车床数控系统跻身国内市场前列,尤其华中数控所占的市场份额大,研发投入多,具备极强的发展潜力CONTROL ENGINEERING China版权所有,受到业内的广泛关注。
  3.精密件和功能部件
  精密件主要包括主轴单元和丝杠、导轨、轴承等传动部件等,功能部件主要包括数控回转台、刀库、机械手、齿轮箱、铣头、刀架等。目前,国产中高端机床精密件和功能部件主要来自日本、德国等国家和地区,部分采购自国内企业或自制。
  上游市场较为成熟,供应稳定,但功能部件行业的发展相对缓慢,部分零部件虽已形成一定的生产规模,但大多用于满足中低档机床的配套需要,国产中高档数控机床采用的功能部件依赖进口较为严重,高档数控系统基本被日本发那科、德国西门子、日本三菱、德国海德汉等企业垄断。而光机、钣金等机床部件国产已经较为成熟,主要从国内采购。整体来看,数控机床产业链配套仍需进一步完善。
  中游:本体制造商
  作为典型的机电一体化产品,机床是机械技术与数控智能化的结合。从产品分布来看,机床主要以金属切削机床为主,其次为金属成形机床、特种加工机床。
 
  金属切削机床用于切削、磨削等加工方法对金属工件进行加工,应用范围最广泛,在数控机床细分产品中占比最高,是机床最重要的细分子行业,约占国内金属加工机床消费份额的2/3。根据中国海关数据,2023年1—6月,金属切削机床进口额26.2亿美元,同比下降7.8%;金属切削机床出口额26.4亿美元,同比增长36.2%;在贸易差额上,金属切削机床首次呈现顺差,顺差金额为0.2亿美元。
  工业母机市场规模及产值
  全球市场规模及产值
  根据德国机床制造商协会(VDW)公布的官方数据,从供给的角度看,2022年全球机床行业总产值约803亿欧元,中国以总产值257亿欧元位居全球第一,在全球市场中占据32%的份额,其次是日本和德国,产值分别为99亿欧元和97亿欧元,在全球市场中的占比均为12%。
  从需求的角度看,2022年全球机床行业消费额为808亿欧元,中国以260亿欧元的规模稳居全球第一,同样在全球市场中占据32%的份额,其次是美国、德国,消费额分别为97亿欧元和52亿欧元,在全球需求市场中所占份额分别为12%和7%,从供给和需求两个角度来看,前三个国家的总规模在全球市场规模中的占比均超过50%。
  中国市场规模及产值
  中国自加入WTO后,机床产业迅速增长,根据中国机床工具工业协会发布的数据,2001—2011年中国金属加工机床生产消费额从39.7亿美元增长至高点390.9亿美元,年复合增长率为25.70%。此后,随着国内经济结构的升级、供给侧改革去产能,国内机床消费经历了10年的下行。2020年受到疫情影响,金属加工机床消费额达到2011年以来低点213亿美元。 
  根据中国机床工具工业协会测算,2022年我国金属加工机床生产额271.1亿美元,同比增长5.1%,其中CONTROL ENGINEERING China版权所有,金属切削机床生产额172.2亿美元,同比增长3.3%;2022年我国金属加工机床消费额274.1亿美元,同比降低1.9%,其中CONTROL ENGINEERING China版权所有,金属切削机床消费额184.4亿美元,同比降低4.3%。
  根据机床设备以往“3年一更新”的周期特点来看,2023年国内工业母机市场将下行。
  工业母机行业竞争格局
  行业总体竞争格局
  全球高端数控机床龙头企业主要集中在德国、日本和美国。海外机床企业产品品类更多,且发展较早,已有丰富的技术积累,无论是在加工性能、加工精度,还是产业链完整度上,相较于国内厂商都具备明显优势。
  国产数控机床的品牌知名度、产品技术水平较国际领先机床厂商仍有一定差距,导致国产数控机床厂商在中低端领域竞争较为激烈。近年来,我国部分民企逐渐在中低端领域取得了一定进展,部分优秀民企已进入行业第二梯队,并不断缩小与国外厂商的各项差距,成为国产机床的中坚力量。在高端数控机床领域,存在较大的本地化发展空间。
  细分市场竞争格局
  由于现在市场化竞争及对品质要求的提升,倒逼机床企业加大研发投入并优胜劣汰,企业参与市场竞争的活力得到调动。部分公司因具有较强市场适应性,聚焦产品和市场,成为行业某一细分品类的生力军,并有望在精耕深度后拓展广度,成为行业领军力量。
  在国内市场,国盛智科、海天精工、浙海德曼、秦川机床、迈兴途、东部数控主营通用型加工中心,北平机床则主攻磨床,华中数控、广州数控主营数控系统,甬岭数控、恒锋刀具主营刀具类零部件。
  通用型加工中心、普通机床:市场空间大,竞争几乎白热化,毛利率一般不超过20%,大量中小企业采用薄利多销的战略抢占市场。
  数控系统:受下游需求拉动影响较大,主要根据航空航天、汽车、3C通信等行业对数控机床的需求变化而变化。根据MIR睿工业数据,在数控系统方面,2022年发那科、西门子、三菱占据我国销售金额的前三,广州数控、苏州新代(台企)分别位居第4名、第5名,CR5合计近90%。中高端数控系统由于技术难度大,功能、性能和可靠性要求高,国内生产企业相对较少。
  刀具类零部件:根据QY Research分析报告,2022年全国切削刀具消费额390亿美元,年复合增长率约2.7%。国内刀具企业不断引进和吸收国外先进技术,大幅提升研究成果和开发生产能力,部分企业已经能够为下游用户提供个性化的切削加工解决方案。国产刀具向高端市场延伸,凭借产品性价比优势,加速数控刀具的国产化。
  
  主要国家工业母机应用情况
  美国。美国的机床下游企业包括大型汽车公司(福特、通用、戴姆勒)、航空航天公司(波音、洛克希德)、模具制造业等一系列制造业企业,强大的下游需求推动美国机床行业向电子化、高速化、精密化发展。
  德国。在德国,机床与汽车一直都相辅相成,蓬勃发展的汽车行业带动机床行业不断更新变革,高端机床的推出也提高了汽车制造质量与效率。目前为止,机床行业是德国机械工业五大分支之一,是德国工业的骄傲。
  瑞士。瑞士机床以精密著称,售价高、质量好,有150余个国家和地区是瑞士机床的长期用户。瑞士机床的高精密度与其下游钟表制造业、医疗器械密切相关。钟表元件包括各种极小型齿轮轴、螺帽、钟脚,微米级乃至纳米级尺寸的加工难度不言自明;瑞士将精密制造与骨科植入融合起来,使瑞士成为欧洲最主要的医疗科技创新中心。
  中国。我国金属加工机床行业市场容量接近2000亿元,主要下游为汽车、航空航天、工程机械等行业。进口机床的价格普遍较高,如山东济南二机床公司主营大型汽车零部件的一体化压铸,其应用于工程油罐的机床,进口价格为180万~200万/台。伴随着自主品牌新能源汽车的崛起,汽车零部件自主化率提升,将显著拉动国产中高端机床的需求,但在航空航天领域亟需的高端五轴联动机床进口受限制,将进一步推动关键技术自主化和本地化发展步伐。
  行业发展趋势
  工业母机行业发展趋势
  1.高端机床本地化发展加速
  高端领域国产渗透率较低,进口依赖性高,但高端机床需求持续旺盛。据日本工作机械工业会统计,2022年第四季度各月,来自中国大陆的订单额分别为311亿日元、295亿日元、297亿日元,同比分别增长28.8%、11.3%、1.3%。 
  在新时代安全发展观的要求下,高端工业机床发展至关重要,随着我国工业母机的自主开发能力和产业技术水平显著提升,国内部分企业逐步专注于对高端机床的本地化发展。 
  根据中国海关数据,2022年机床工具进出口总额333.6亿美元,同比增长0.9%,其中CONTROL ENGINEERING China版权所有,进口124亿美元,同比下降10.2%;出口209.5亿美元,同比增长9%。受俄乌冲突的影响,俄罗斯在我国出口总额中占比最高。大多主机厂通过代理公司出口俄罗斯、伊朗等国家和地区,但目前只能售卖三轴、四轴机床及其配套系统,同时,可提供OEM生产并贴牌。
  2.国家加大对工业母机行业的政策支持力度
  国家将针对工业母机行业产业链中的关键性和突破性环节持续加码。数控系统由于其软硬件一体,技术壁垒极高,本地化发展必要性强,潜在的“卡脖子”风险会严重影响国防建设安全。丝杠、导轨、轴承等关键零部件则由于制造工艺难、产品的稳定性和可靠性验证周期较长,单一企业难以短时间实现全面突破,需要较大的外力支持联合攻关。
  3.工业母机的数字化和智能化升级
  大型化、智能化和复合化是工业母机的未来发展趋势,也是先进企业进行技术革新、差异化竞争的重要方向。随着新一代信息技术的发展,工业母机将实现远程监控、精准控制、预测诊断、智能维护等功能,大大提高系统的自动化水平和运行效率。
 
  4.工业母机更高效、环保 
  工业母机将追求更高的能源效率和更低的环境影响,实施电机高效及节能改造,开发清洁生产技术等。这有利于企业实现绿色发展和社会可持续发展。
  5.工业母机和新技术融合
  新技术如人工智能、增材制造、工业互联网等将与工业母机深度融合,推动其技术跨越式发展。这需要加大新技术在工业母机领域的研究与创新。
  行业发展面临的主要矛盾与问题
  核心技术层面存在“卡脖子”问题
  全球市场主要由少数海外企业垄断,目前国内70%以上数控机床的数控系统使用进口产品,若数控系统被关停或五轴联动未开通,会严重影响数控机床的使用。而数控机床行业属于技术密集型行业,是多学科相互交叉、渗透而形成的,需要进行深入研究和创新,并通过创新的技术管理和实施方法,进行长期的技术积累,才能形成自有核心技术。
  长期以来,我国高端五轴联动数控机床大量依赖进口,主要原因是其研制需要具备一流的精密机床设计和制造技术,并与尖端的数控技术密切配合方可实现,核心技术的研发和产业化能力的形成难度极大。国内的华中数控与广州数控目前虽已具备生产五轴五联动的能力,且已能够投入使用,而西门子、发那科的五联动系统关闭后,只能生产四联动。在曲面等技术上仍与德国西门子、日本发那科等存在较大差距。
  受国际局势动荡的影响,海外某些国家加强了对我国的技术控制,增强了系统的安保,存在系统随时会被锁定的风险,如进口设备内部装有定位系统,若企业在未备案的情况下改变设备位置或生产其他产品,设备随时可能被锁定。国内尤其航天系统等涉及国家安全的行业,不能采用国外企业的设备,故在企业技术问题的突破上仍任重道远。
  关键硬件及高端数控机床仍需进口
  在硬件方面,转台、刀库、刀塔和齿轮箱等核心功能部件及导轨、丝杠、轴承等传动部件以进口或境外品牌为主,其中CONTROL ENGINEERING China版权所有,机械主轴精密轴承主要来自德国舍弗勒旗下集团旗下的FAG/INA和日本NSK等品牌,进口产品供应的稳定性会对企业的经营发展产生较大影响。
  由于国内外技术水平存在一定差距,若企业将核心部件全部采用国内品牌产品,对于企业而言,其高端数控车床的精度水平、精度的稳定性、精度的保持性会有一定的影响,进而影响高端数控车床的销售情况。
  机床消费市场有向高端化发展的趋势,低端机床市场需求萎缩,低端数控机床的产能过剩和中高端数控机床的供应不足导致供给侧结构性失衡。全球高端数控机床龙头企业主要集中在德国、日本和美国,其产品品类更多且发展较早,无论是在加工性能、加工精度还是产业链完整度上相较于国内中高端数控机床厂商都具备明显优势,形成产品定制、配套服务、经营规模等壁垒。我国中高端数控机床无法全面满足下游客户的应用需求,本地化发展的空间仍然较大。
  行业人才匮乏
  机床行业的人才需同时具备软件知识和了解硬件结构,对人员的要求高,目前国内通过与西北工业大学、北京航空航天大学、华中科技大学等高校合作等方式www.cechina.cn,培养了大量的工程师,但机床行业的薪资水平与互联网等行业相比差距较大,且办公地点多为三、四线城市,环境相对较差,对工程师的吸引力不足。行业人才的匮乏会影响先进技术的引入和高端设备的使用,并严重影响行业的研发创新及发展能力。公司需要广泛建立完善培训、薪酬、绩效和激励机制,增强对人才的吸引力www.cechina.cn,大力引进具备技术创新能力的技术人才、具备管理工作经验的管理人才、富有项目营销经验的市场开发人才等优秀人才。
  国内企业留存利润较低
  工业母机企业技术和产品的迭代升级需要大量的研发投入,新产品的市场接受也需要一定周期,因此,研发成果的产业化和市场化受市场需求、客户认可等因素的影响,存在不确定性。同时,对于国内大多数的工业母机企业而言,净利润能达到10%已经实属不易,没有多余的留存收益用于支持大规模的研发投入和售后服务,进而会影响公司发展的可持续性,民营企业只能通过抱团的方式来承接国家的重大研发项目。
  国内数控机床行业集中度及市占率低
  2022年前十大上市公司市场占有率合计仅8.8%。其中国内机床收入体量最大的创世纪2022年数控机床业务收入为44.22亿元,市场占有率仅2.40%,按照2022年金属切削机床消费额1240.3亿元测算,其市占率也仅为3.57%。由于企业普遍规模偏小,单个企业无法大量投入资本进行研发创新,也无力承接国家工业领域重大科研项目www.cechina.cn,导致国产机床在高端领域与国外龙头差距拉大,品牌竞争力不足。
  中国稳坐世界制造国龙头地位,既为工业母机的快速发展奠定了深厚基础,又为工业母机的高质量发展提出了更高的要求。目前看,中国机床整体行业的长期贸易逆差正逐步缩减,标志着国产机床正一步步走向自主可控、本地化发展。出口机床产品的价值量不断提升,国产机床正不断向智能化、高端化前进。
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