机床行业研究报告：数控、国产化率提高机床行业持续向好

机床行业研究报告：数控、国产化率提高，机床行业持续向好1.机床：现代工业发展的重要基石1.1.机床是制造机器的机器，在制造业中发挥重要作用机床是制造机器的机器。机床是机械加工中的重要工具，一般通过切削、钻孔、磨削、剪切等方式处理或加工金属或其他刚性材料。根据处理材料的不同，机床包括金属加工机床、木工机床、特种机床等。目前与工业生产制造关系更密切的主要是金属加工机床。金属加工机床包括金属切削机床和金属成形机床。金属成形机床包括折弯机、剪板机、冲床、锻压机床、激光加工机等。金属成形机床通过其配套的模具对金属施加强大作用力使其发生物理变形从而得到想要的几何形状。金属切削机床是使用最广泛、数量最多的机床类别。金属切削机床按照加工性质和所用刀具可以分为车床、铣床、刨床、磨床等。随着数字控制系统在机床上的广泛应用，数控机床是目前机床高端化的主要发展方向。数控机床能够根据数控系统，使机床按照系统要求自动加工零件。加工中心是具备多种加工性质的数控机床。加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库上安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现多种加工功能。由于加工中心一次装夹可完成多种工序，因此加工中心相比一般数控机床具有误差小、效率高等优点。加工中心根据结构不同可以分为立式加工中心、卧式加工中心和龙门加工中心等。机床下游应用广泛。机床产业链可分为上游、中游、下游三个环节。上游环节包括原材料及零部件，主要是数控系统、传动系统以及机床主体零部件等。中游包括各类机床，以金属切削机床和金属成形机床为主。下游则广泛应用于汽车制造、航空航天、工程机械、模具制造、3C电子、电力设备、船舶、军工等行业。我们认为中国下游行业中，新能源车、军工、精密模具、半导体、风电、光伏等行业景气度较好，会为中国机床产业带来新的需求。1.2.机床应用广泛，金属切削机床是主要应用机型机床下游应用广泛。机床产业链可分为上游、中游、下游三个环节。上游环节包括原材料及零部件，主要是数控系统、传动系统以及机床主体零部件等。中游包括各类机床，以金属切削机床和金属成形机床为主。下游则广泛应用于汽车制造、航空航天、工程机械、模具制造、3C电子、电力设备、船舶、军工等行业。我们认为中国下游行业中，新能源车、军工、精密模具、半导体、风电、光伏等行业景气度较好，会为中国机床产业带来新的需求。全球机床行业经历了连续下滑，在2021年快速复苏。根据VDW数据，2021年全球金属加工机床产值达到了709亿欧元，同比增长20%。但在此前全球机床行业经历了连续下滑。尤其受2020年疫情影响，全球金属加工机床产值同比下滑接近20%。金属切削机床是使用最广泛、数量最多的机床类别。根据VDW数据，2021年全球金属加工机床产值达到了709亿欧元，同比增长20%，其中，全球金属切削机床产值为501亿欧元，同比增长23%。金属成形机床产值为207亿欧元，同比增长12%。过去几年来，金属切削机床与金属成形机床的产值比例基本维持在7：3的水平。1.3.中国机床行业集中度不断提升，但整体竞争格局仍然较为分散中国机床产业竞争格局分散。过去几年中国机床行业集中度不断提升，但整体竞争格局仍然较为分散。据MIR测算，中国机床行业在2020年CR10仍不足30%，2021年CR10不足40%，单一企业市场占有率不足6%。过去以沈阳机床为代表的国有企业是机床行业的主导者。随着机床技术和市场的不断革新，以创世纪为代表的民营企业后来居上。民营企业逐渐成为中国机床行业的领导者。五轴厂商竞争梯队明显，各有擅长方向。五轴加工中心的参与者主要分三个竞争梯队。第一梯队为欧美系厂商，产品性能强精度高，稳定性强，其中以GROB和DMGMORI为代表。第二梯队为内资厂商，BJJD和KEDE作为代表，在系统软件研发和整机技术上渐渐成熟。第三梯队为中国台湾厂商，如QUICKJET、WELE、KEN等，五轴非其主要业务，出货量小。从主流厂商分析，各厂商擅长方向不同。北京精雕销量大幅领先，单价较低，主销小型五轴精雕机（100-200万左右）。GROB出货产品单价高（国产300万以上，进口500万以上）数量大，总金额排名第一。DMGMORI五轴机在国内航天军工领域知名度较高。五轴市场国产量大价廉，未来市场仍有巨大空间。中国五轴市场国产销量大，进口产品销售额高。中国五轴加工中心出货以立式为主，立式五轴厂商集中度低于卧式厂商。产品结构方面，中国五轴出货以转台结构为主，其次是双摆头和一摆一转。转台和双摆头多为立式，而一摆一转则基本为卧式为主。下游行业以航天军工为主流，汽车行业规模巨大，模具行业应用则逐步增加。数控系统方面，外资企业如西门子、发那科、海德汉和三菱是龙头。1.4.五轴加工中心技术门槛最高，是国产机床主要突破的方向加工中心按联动轴数分类，可分为三轴加工中心、四轴加工中心和五轴加工中心。5轴联动是机床实现任意角度加工所需要的最少轴数，也是实现空间任意曲面加工的必备技术。在5轴加工中心上，刀具在X、Y和Z轴上线性移动，并可绕X和Z轴旋转，以从任何方向接近工件。五轴加工中心可以用来加工任意复杂曲面零件，包括叶轮、叶片、发电机转子、涡轮转子等复杂曲面零件。五轴加工中心具备高精度、高效率等优点，具备不可替代性。五轴加工中心性能优越、稳定性强，单价较贵，是机床中技术难度最高的类别之一。五轴机床加工精度较高，一般在0.05mm以上，部分先进机型加工精度可到纳米级，从而满足高加工精度要求的工艺流程。对于高端制造产业，对于加工难度、精度要求很高，因此五轴加工中心具备不可替代性。主要优点包括：在一次设置中加工复杂形状以提高生产率；减少夹具准备工作，节省时间；提高产量，缩短交付时间；工件不会跨多个机床移动，因此能获得更高的零件精度；能够使用更短的切削刀具以获得更高的切削速度和更少的刀具振动；实现卓越的表面光洁度和更好的零件质量。五轴加工中心下游主要为汽车、航天军工、模具三大部分。汽车和航天军工是五轴机床应用的最大下游，各占30%和25%。汽车上主要应用部件是增压叶轮，缸体缸盖，变速箱等大壳体，其加工精度要求高，高端机床需求量大。航天军工产业的叶轮叶片对五轴的依赖度较大。其次则是精密模具中的复杂模具需要用到五轴机床，占17%。通用机械应用占比10%以及其他下游应用占比18%。汽车行业：主要应用于汽车产线上，其次用于加工带斜孔或复杂曲面的汽车零部件（涡轮增压器叶轮、汽车卡钳、轮向节、ABS阀体）。汽车行业主要考虑加工效率，因此高效率五轴如SW(3+2)和CHIRON（双主轴）五轴均以高效而在汽车行业知名度高。工厂环境一般较差，偏好抗干扰更强的设备。航天军工：用于加工叶片、叶轮和机座，其他还有飞机翼板、翼肋、型框等大型结构零部件，追求精度和质量。精密模具：五轴适用于各行业的复杂精密模具加工，如汽车车身模具、轮胎模具等。模具零件一般形状比较复杂，对表面的加工质量和加工精度要求高。2021年中国五轴市场空间约80亿元人民币，2025年有望达到124.4亿元人民币。根据QYResearch数据，2021年全球五轴数控机床市场规模约为74.8亿美元，其中中国市场占全球比重约为16.7%，对应市场空间12.4亿美元，折合人民币80.3亿元。2.行业前景：中国机床行业发展空间广阔，三大因素驱动中长期增长2.1.长期驱动因素一：数控化率提升报告下载：本报告完整版PDF已分享到报告研究所知识星球，扫描下方二维码进圈即可下载！数控机床大势所趋，市场需求与产业政策加速推进渗透。随着我国制造业的发展和进步，市场上的产品规格不断丰富，市场对于高精度、高效率切削的需求日趋旺盛。《中国制造2025》提出从制造业大国向制造业强国转变，最终实现制造业强国的目标，而机床是工业之母，是实施制造强国战略的有力抓手，因而将高档数控机床列为大力推动突破发展的重点领域之一，国家和有关部门陆续制定了一系列产业政策以支持数控机床的发展。近年来中国机床出口总量持续提升，进口数量有所下降，显示中国机床行业发展较快，在国际上具备一定竞争力。尽管中国机床产值位居世界第一，但是对比中国进出口机床单价发现，中国出口机床单价低，更多是依靠低价格优势抢占市场份额。中国进口机床单价较高，说明中国高端机床仍然依赖进口。尽管过去几年来，中国出口机床的单价不断提升，但平均单价仍然仅为进口机床的1/300。在数控机床方面，中国出口单价有所提升，但与海外高端机床价格差距仍然较为明显。根据海关总署数据，2021年中国数控机床进口数量为13,694台，进口金额为26.77亿美元，进口均价为19.55万美元/台。2021年中国数控机床出口数量为58,231台，出口金额为11.17亿美元，出口均价为1.92万美元/台。中国机床出口集中在中低端市场，高端数控机床进口依赖较大，技术水平差异较大。中国机床数控化率仍然较低，还有较大提升空间。根据MIR统计数据，中国2001-2020年机床产量数控化率从6.85%提升到43.19%，提升明显。但发达国家机床数控化率一般为80%以上，说明中国机床数控化率仍然较低，还有较大的提升空间。根据《中国制造2025》规划，我国关键工序数控化率在十四五期间将达到50%。另外，中国中高端机床国产化率仍有较大的提升空间。2018年统计显示，高中低端机床国产化率分别为10%、65%、80%，以五轴机床为主的高端机床国产化率较低。机床核心零部件国产化率较低。机床的核心零部件包括数控系统、驱动系统、传动系统、刀库以及结构等。数控系统：我国中低档数控系统基本国产化，国内数控系统专业供应商包括华中数控、广州数控等。高档数控系统，尤其是五轴联动数控系统仍被外资垄断，主机厂如科德数控、北京精雕自产五轴联动数控系统配套使用。驱动系统：分为液压驱动（液压泵阀、油缸）和电驱动（例如伺服驱动器和步进电机），全球龙头企业包括日本发那科、安川，德国西门子，博世力士乐等。结构：钣焊件和铸件影响机床稳定性，出于环保考虑，海外机床龙头普遍全球采购钣焊件，结构部件的国产化率较高。传动：作为机床部件运动的载体，直接影响加工精度。国内主机厂主轴自制比例愈发提升，然而在高端丝杆、导轨、轴承等缺乏具备国际竞争力企业。刀库：国产刀具替代作用高于机床本体，主要源于技术门槛相对较低，且消耗巨大。数控机床渗透率将逐年提升。尽管近几年来中国生产金属切削机床数量有所下降，但新增金属切削机床数控化率从2013年的28.83%提升到2020年的42.9%，相对于国际上制造业强国机床数控化率60%以上水平，我国金属切削机床的数控化程度的提升空间很大。随着数控机床渗透率提升，国产厂商除了在整体设备方面取得发展，还可在零部件方面如刀具、数控系统等方面获得较大的市场空间。2.2.长期驱动因素二：国产化率提升在中国大力发展制造业的背景下，高端机床对中国制造业升级至关重要。尽管机床行业的经济规模并不大，但机床在整个工业体系中所处的地位极为重要。2018年以来，我国经济步入新常态阶段，经济由过去粗放式高增长逐步转向高质量发展阶段，制造业转型升级加速。机床作为制造业的重要基础设备，对于中国制造业升级转型至关重要。高端机床在国家战略产业如航空航天、高铁装备、国防军工等领域起到关键性作用。此外，随着中国制造业成本的不断上升，自动化生产的迫切性不断提升，这也进一步增加了中国市场对机床的整体需求。中国高端机床受制于人，国产替代是自主可控的必由之路。2018年，我国高端机床国产化率仅为6%，严重依赖进口。从进口金额来看，2021年我国机床进口主要来自德国和日本，占比分别为26%和25%。国产机床与世界先进水平机床的差距主要体现在精度、稳定性、效率三个方面。中国航空航天、军工国防等关键领域的高端装备非常依赖进口的高端机床。因此出于“自主可控”的角度，高端机床国产替代是中国制造业发展的必由之路。《瓦森纳协定》限制中国获取高端机床的水平。《瓦森纳协定》包括美国、日本、法国、德国等多个制造业强国，对高端技术、高端装备的出口进行严格限制。中国进口高端机床受到一定阻碍。在《瓦森纳协定》的安排下，成员国对出口各类机床如车床、铣床、磨床的精度均做了严格的限制。高端机床的技术壁垒严重制约中国产业转型升级和高端制造业的发展。中国作为全球最大的工业国，丰富的产业应用场景将为国产高端机床创造发展空间。中国在新能源汽车、风电、高铁、航空航天等产业布局深远，发展迅速。这些丰富的高端产业应用场景一方面对中国制造业提出了更高要求，一方面也促进我国制造业转型升级。2015年至今，我国高技术产业工业增加值增速显著高于整体，且高技术制造业企业固定资产投资增速明显高于制造业整体，我国在制造业产业升级的道路上扎实推进。参考德国、日本经验，其强大的汽车产业与机床产业互相成就互相发展。中国作为全球最大的工业国，当前各个重要产业均处于高质量发展的重要时期，为国产高端机床的发展与应用创造了巨大的空间。得益于强大的工业能力，中国是机床生产和消费的第一大市场。根据德国机床工业协会（VDW）的数据，中国是机床生产和消费的第一大国。2021年中国机床总产值为218亿欧元，接近德国、日本、美国三个国家机床产值的总和，同比2020年增长29%。2021年中国机床总产值占全球机床总产值的31%。同时，中国也是机床消费的第一大市场，2021年中国机床总消费额为236亿欧元，同比2020年增长27%。2021年中国机床消费量占全球机床总消费量的34%。中国机床行业经历三年低谷期，2021年增长率首次转正。中国机床行业经历2018年的周期性下滑、2019年的断崖式下跌、2020年的疫情影响，在2021年增长率为近三年来首次转正。2021年中国机床行业同比增长26%，其中受金属切削机床增长拉动幅度最大。根据MIR的预测，中国2022年金属切削机床的占比有望提升至67%。从在手订单情况看，中国金属成形机床表现更为突出，预计2022年中国金属成形机床增长略高于金属切削机床。2021年6月至今，出口需求大于进口需求，贸易差额逐渐拉大。截至2022年7月，中国机床进口金额全年累计283.39亿元，累计同比-8.2%；机床出口金额全年累计53.39亿美元，累计同比12.9%。自21年下半年，出口金额反超进口金额，22Q1节后贸易顺差短暂下行，Q2重新恢复高位。从增速角度看，目前国内机床出口需求大于进口需求。2.3.中期驱动因素：机床行业景气度提升制造业是具有一定周期性的行业。机床行业下游对应包括汽车、新能源、军工、通信、电子等在内的几乎所有制造业，其景气伴随制造业资本开支情况波动。中国金属切削机床产量周期波动较为显著。从中期维度看，2023-2026年有望迎来机床行业更新需求爆发。上一轮销售高峰是在2011-2014年，根据机床使用寿命10年左右，更新需求本应会在2021-2024年爆发，但实际上2021年销量弱于2011年，可能是因为：（1）部分机床使用寿命超过10年；（2）受疫情影响宏观经济景气度较差，制造业企业延迟更新机床。更新需求有望延后爆发，预计在2023-2026年将迎来机床的大量更新需求。国内通用设备完整周期约3.5—4年，行业下行周期拐点已至。通过梳理较长期跨度的订单及产量数据，我们发现国内通用设备景气周期较为显著，一个完整周期约为3.5-4年，时间偏离在6个月内。2022年6月起，机床行业增速触底反弹或表明下行周期拐点已至。行业弱复苏表现之一：企业中长期贷款增速超预期。社融信贷情况看，2022年9-2023年1月份企业信贷同比复苏。企业中长期贷款：2021年2月受基数影响，同比增速达到顶峰后，单月同比增速呈现逐渐下行的趋势。2021年下半年至2022年5月，企业中长期贷款大多呈现负增长；23年1月单月企业中长期贷款3.5万亿元/同比+66.7%/环比+189.0%，相比22年12月单月1.2万亿元/+256.9%，持续上行，企业借贷端表现超市场预期。企业债券融资：2022年企业债券融资规模一直处于历史中值水平，2022年7-8月增速达到近五年来同期的最低点，10月转正为+3%。行业弱复苏表现之二：制造业利润端短期承压。制造业利润端进入底部。2022年1-11月制造业利润总额累计同比-13.4%/环比1-10月持平。工业企业利润增速逼近下行拐点，有望之间回升。21Q1由于基数原因，工业企业利润单月同比增速较高，21Q2至今增速明显下滑，22年开始呈负增长，2022年6月增速回正至0.8%，处于逐渐回升阶段；1-11月工业企业利润总额累计同比-3.6%/-0.6pct，11月工业企业利润7411.4亿元/同比-8.5%。行业弱复苏表现之三：制造业PMI触底。“稳增长”政策持续发力，制造PMI触底到达拐点。22Q2以来PMI始终处于低位，22M11制造业PMI指数为48.0%/-1.2pct.，到达底部拐点。按细分看，22M11新订单PMI46.4%/-1.7pct；新出口订单PMI46.7%/-0.9pct；产成品库存PMI48.1/+0.1pct；在手订单PMI43.4%/-0.5pct.。按企业规模划分，大型企业PMI49.1%/-1.0pct；中型企业PMI48.1%/-0.8pct；小型企业PMI45.6%/-2.6pct，基本均到达底部拐点。行业弱复苏表现之四：中观角度看，通用自动化细分行业降幅持续收窄。中观行业角度看，各细分行业赛道增速也在下行期。选择制造业主要工业通用品的产量及订单情况来进行跟踪，主要包括机床、工业机器人、叉车等。国内工业机器人：2022年10月工业机器人产量同比+0.3%，增速连续三个月转正；国内机床：2022年11月金属切削机床产量同比-13.2%，1-10月同比-12.5%，降幅逐渐缩窄；日本对华出口机床：日本对华机床出口额2022年8月同比+27.3%，同比转正；国内叉车：2022年10月销量同比-3.1%，1-10月销量同比-4.43%，降幅均有缩窄。3.行业重点公司：国产机床向高端化迈进，国产替代步步为营3.1.纽威数控：公司产品线丰富，持续拓展新能源市场苏州纽威数控装备有限公司是一家产品种类丰富的中国数控机床龙头。纽威数控成立于2007年，自设立以来专注于中高档数控机床的研发、生产及销售。公司现有大型加工中心、立式数控机床、卧式数控机床等200多种型号产品，公司产品广泛应用于汽车、工程机械、模具、阀门、自动化装备、电子设备、航空、通用设备等行业，并销往全国和美国、德国、英国、意大利、俄罗斯、巴西等30多个国家和地区。公司是我国能提供丰富的数控机床型号产品的少数供应商之一。经长期技术积累，公司已推出多种机床产品，覆盖从应用于简单机械零件加工的普通数控机床，到适应复杂精密曲面加工的大型五轴联动数控机床，可加工尺寸大小从1厘米到20米，重量从10克到200吨的各类金属工件。因此，公司能为各类客户提供满足其需求的产品，并能为有多种机床采购需求的客户提供一站式产品供应。纽威数控近两年营收波动较大，但净利润显著爆发。纽威数控2021年营收为17.1亿元，同比增长47.0%；归母净利润为1.69亿元，同比增长62.5%。2022年前三季度营收增速减慢，2022年前三季度营收为13.5亿元，同比仅增长5.5%；归母净利润为1.90亿元，同比增长65.1%。公司2022年营收增速显著回落，主要是受疫情影响，但公司净利润仍保持快速增长，表明公司较好的盈利能力。纽威数控净利率持续提升，毛利率保持稳定。公司近五年毛利率较为稳定，2022年前三季度毛利率显著提升至28%，为近年来的最高水平。公司近五年来净利率维持稳步提升，在2022Q3达到14%的历史高位。公司大型加工中心和卧式数控机床的毛利率较高，2021年两者的毛利率均超过了25%。2021年，公司大型加工中心、立式数控机床、卧式数控机床贡献主要收入，收入占比分别为46%、29%和23%。公司管理效率逐渐提升，近年来费用率逐年下降。纽威数控的销售费用率、管理费用率、财务费用率近年来维持下降趋势。公司销售费用率明显下降，从2017年的11%，下降到2021年不足8%。公司财务费用率控制优异，始终维持在低位，且呈逐年下降的趋势。公司注重研发投入，研发实力强大。公司研发费用逐年增加，研发费用率维持在4%左右。公司凭借较强的技术实力参与了国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”研发项目的7个项目，并在一个项目中担任牵头单位。公司在机床精度与保持领域、机床高速运动领域、机床故障分析解决领域、操作便捷领域、复杂零件加工领域和功能部件自主研发领域掌握了一系列核心技术，推出的高性能高速卧式加工中心、车铣复合数控机床、五轴联动立式加工中心、五轴联动龙门加工中心等数控机床产品在部分指标性能方面达到了较先进水平，部分产品与国外竞争对手相比已具备一定的竞争优势，逐步获得国内客户的认可及采购。公司实现核心零部件供应自主可供，提高公司产品竞争力。因技术门槛较高，我国机床采用的高端功能部件基本依赖进口。随着行业发展，机械加工精度、效率要求越来越高，我国机床行业对高端功能部件依赖问题愈发严重。此外，外部采购的功能部件主要为标准产品，与机床整机可能存在匹配度较差从而影响机床性能的问题。为解决这一问题，公司经自主研发，已开发出了大扭矩电主轴、高精度数控转台等部分机床核心功能部件。实现了该等核心功能部件供应自主可控、提高了功能部件与整机的匹配度，并有效降低了产品成本，从而提高了公司产品的市场竞争力。3.2.海天精工：致力于中高端机床发展，业绩维持高速增长宁波海天精工股份有限公司是一家专业制造数控机床的上市企业公司。公司自成立以来致力于高端数控机床的研发、生产和销售，主要产品包括数控龙门加工中心、数控卧式加工中心、数控卧式车床、数控立式加工中心、数控落地镗铣加工中心、数控立式车床。公司产品以金属切削机床为主，并深耕于数控机床领域。公司产品具备较好的性价比，并为客户提供优质的服务。海天精工近两年营收快速增长，净利润显著爆发。海天精工2021年营收为27.3亿元，同比增长67.3%；归母净利润为3.71亿元，同比增长168.