机床十年周期:德、日、美占据前十,国企逐步退出,民营企业能否突破重围

Home / 机床十年周期:德、日、美占据前十,国企逐步退出,民营企业能否突破重围 - 2022年6月8日 , by

1 工业明珠,国产机床整装待发 ‍

1.1 机床:品类多样,金石可镂

从十五世纪机床雏形诞生以来,机床在经历了两次工业革命后,逐步发展为精密化、自动化的机械,我们通常将制造机器的机器称为工作母机或工具机,简称机床,从学术意义上看,机床被定义为将金属或者其他材料以物理或化学的方法加工的动力装置。

现实生活中我们所说的机床一般是指加工材料以金属工件为主的机床,加工方式主要以切削或轮磨等机型方式将工件制成所需的形状、尺寸及表面精度。

在现代机械制造中,机床的精度、效率等技术指标都直接影响制造业产品的质量与水平,因此,机床行业的技术水平是衡量一个国家工业发展水平的重要标志,其对于国民经济现代化建设有重要作用。

按照材料成型的分类方式,机床产品可以分为金属加工机床、木工加工机床、铸造机械、机床附件、工具及量具量仪、磨料磨具和其他金属加工机械。

此外,按照选择/移动控制方式,又可以分为传统机床和数控机床。

金属加工机床与木工加工机床主要是加工材料的不同;铸造机械是利用金属热加工工艺将金属熔炼成液体并浇进铸型里,经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的设备;

工具及量具量仪包括量具、量仪、刀具等,其中量具和量仪包括卡尺、量表、辅助测量器具、通用长度量仪、齿轮量仪等常用测量工具,而刀具可以分为硬质合金刀片、陶瓷刀片、金刚石刀片、车削工具、铣刀、螺纹刀具等;

磨料磨具素有工业牙齿的美称,其包括磨料产品和磨具产品,在磨削时常用磨料或磨具作为磨削工具对需加工的零件进行机械加工,常用的磨料产品主要为刚玉和碳化硅两大类。

在所有机床产品中,金属加工机床是所有机床产品种类中最重要的组成部分,按照加工方式,金属加工机床又可以分为金属切削机床和金属成形机床。

从加工方式上看,金属切削机床是机床上的刀具和工件按照一定规律做相对运动,通过刀具对工件毛坯的切削作用,切除毛坯上多余的金属,从而得到所要求的零件形状。

金属成型机床也称为锻压设备,是通过对金属施加强大作用力使金属产生塑性变型,从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的机床,而由于各类钢和有色金属及其合金都有一定的塑性,引起它们可以在热态或冷态下进行压力加工。

金属切削机床是金属加工机床中最重要的组成部分,在整个机床工具行业中也是地位最显著,最具代表性的产品。

根据中国机床工具工业协会及国家统计局的统计数据,2020 年中国金属加工机床总消费额213.1亿美元,其中金属切削机床消费额为138.7亿美元,金属成型机床消费额74.4亿美元,金属切削机床占金属加工机床消费总额比例为65.08%,长期来看,金属切削机床消费额占金属加工机床消费总额比例长期维持在 2/3 的水平。

值得注意的是,考虑到本文主要讨论对象为金属切削机床,所以,如无特殊说明,后文所提及的“机床”均指代金属切削机床。

金属切削机可以分为车床、钻床、镗床、铣床、加工中心、磨床等种类。

从最底层的切削加工方式看,“车铣刨磨镗”是最基础的机床产品,而现实生产环境下,刨床的工作大部分由铣床代替完成,因此车床、铣床、磨床、镗床是对应最基础的切削方式的底层产品。

1)车床:

车床是机械制造业中使用最广泛的一类机床,车床表面成形运动有:主轴带动工件的旋转运动、刀具的进给运动。

其适用于零件频繁更换的场合,适合单件、小批量生产及新产品的开发。

2)铣床:

铣床以多齿刀具的旋转为主运动,由于铣床上使用多齿刀具,加工过程中通常有几个刀齿同时参与切削,因此可获得较高生产率。

铣床工艺范围广泛,可以加工平面(水平面、垂直面)、沟槽(T 形槽、键槽)、螺旋表面、多齿零件及各种曲面,此外还可以加工回转体表面、内孔以及进行切断工作等。

3)镗床:

与铣床相比,两者工作原理相似,但由于镗床的刀盘和镗杆刚性较高,其多用于镗孔加工,而铣床虽可以进行镗孔加工,但加工范围较小,精度也较低,故多用于平面、槽等加工。

4)磨床:

磨床是是金属切削最后一道工序,可以加工各种表面,如内外圆柱面和圆锥面、阶梯轴的轴肩和端平面、螺旋面及各种成形面等,加工工艺上,磨床以磨料磨具为工具对工件表面进行切削加工,种类包括外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床等。

除了上述四类基础机床产品外,随着加工需求的多样化和加工要求的精密化,具备多种加工方式的加工中心成为当前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床之一。

加工中心是具有两种或两种以上加工方式的机床产品,由数控铣床发展而来,将铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上,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。

对应不同应用场景,加工中心分为立式加工中心、卧式加工中心和龙门加工中心。

从机床产品的主要供应商看,海外厂商中,山崎马扎克在龙门、立式、卧式等多种类型加工中心都有生产,国产厂商中海天精工、创世纪、日发精机产品布局也较为齐全;

数控车床上,海外企业以马扎克、德马吉森、通快为代表,国内企业以浙海德曼、海天精工、大连机床等企业为代表;

磨床领域内,日本天河、三菱品类丰富,国内厂商中,华辰装备、秦川机床、华东数控等占据一定市场份额。

1.2 机械结构精密,机床下游应用领域广泛

机床作为装备制造业的工作母机,为装备制造业提供生产设备,其行业上游是相关零部件和基础原材料,如钢铁、铸件、数控系统等,下游则涵盖传统机械、汽车、电力 设备、铁路机车、船舶、国防、航空航天、工程机械、电子信息技术工业等。

从结构上看,数控机床主要由传动系统、机床主体、数控系统三大部分构成。

机床主体是机床的硬件,包括机床的重要机械附件部分,主要为铸件(床身、底座等)、主轴及变速箱、导轨及滑台、油冷机、排屑机及润滑系统等部分;

数控系统分为驱动系统和控制及检测系统两部分,驱动系统包括高速主轴和各类型电机,控制及检测装置则包括CNC系统及一系列控制和检测模块;传动系统方面,包括刀具、传统机械(蜗杆副、直线导轨、滚珠丝杆等)以及辅助动力系统。

从各部分成本看,参考国盛智科、海天精工、浙海德曼等多家上市公司成本构成,其中包括铸件、钣金件在内的机床主体成本约占总成本 45%,数控系统中驱动装置和控制检测装置分别占比 10%、20%,传动系统成本占比约20%,刀具成本约为5%。

主要机床厂商的关键零部件较大程度上仍然依赖进口。

外购零部件包括数控系统,传动系统中的丝杠、线轨、刀具等,机床的主轴、光栅尺、解码器等,根据国盛智科招股说明书披露的相关信息显示,公司主要外购的零件品类,如数控系统、传动系统中的部分零件,占该品类总量比例的80%-90%,且购买方均来自于日本、德国和中国台湾。

全球数控机床行业中,德国、日本、美国等先进国家企业在技术水平、品牌价值等方面占据明显优势地位,而我国台湾和大陆地区近数十年来亦产生了一批发展迅速的优秀企业,虽然国内厂商正加快追赶进度并不断提升自身部分机床零部件生产自制率,但在技术上,尤其是就高端数控机床而言,国内先进企业与国际先进企业相比与国外主要厂商存在较大差距。

机床是工业制造的基础设备,拥有极为广泛的下游应用领域。

机床下游应用领域包括航空、铁路机车制造、模具制造、电子信息设备制造、汽车制造、工程机械设备制造等领域,其中,汽车制造业、电子信息设备制造业以及通用设备制造业的机床消费额占比最高。

根据 MIR 睿工业发布的《2020年中国数控金属切削机床市场年度报告》中的统计数据,2019年仅汽车行业对数控机床需求占比就超30%,此外通用机械、3C电子、模具、航空航天分别占据27%、17%、7%、5%。

更进一步,对不同应用领域的机床需求进行拆分,由于不同领域中所需加工零件差异巨大,且同一领域中不同种类零件需要不同类型机床进行生产加工,例如,在汽车制造业中,汽车发动机就需要专用高效数控机床进行生产加工,而汽车零配件则需要数控车床、数控高效磨床、立卧式加工中心等进行加工;

在航空工业中,飞机机身、机翼由于材料90%以上为铝合金,故主要依靠龙门移动式高速加工中心、高速五轴加工中心加工,飞机发动机零件则需要精密数控车床等进行加工。

因此,不同应用领域所需的机型类别也存在较大差异,具体而言,不同应用领域的所需加工的核心零部件及对应的需求机型,如下表所示。

1.3 加工中心占比提升显著,进出口结构反映国内机床发展状况

1.3.1 全球机床行业波动运行,中国是最大生产和消费国

根据 Gardner Intelligence 的数据,2009-2019年全球金属加工机床消费总额由663亿美元增长为821亿美元,十年复合增速2.6%。

2009年全球机床消费额在受到金融危机影响后大幅下降,之后逐步走出低谷并迅速回升,2011年消费额达到历史峰值,为1054亿美元。

2011年后,受中国机床消费市场逐渐萎缩以及全球贸易关系复杂化等因素影响,全球机床市场处于震荡下降过程。

从机床产值看,2019年中国、美国、德国、日本、意大利位列前五,分别占比23.06%、16.63%、15.43%、7.73%、1.13%,中、美、德三国产值占比超过全球产值的一半;

从机床消费额看,2019年中国机床消费额达223亿美元,占全球总消费额比例27.19%,位列全球第一,此外德国、日本、意大利、美国机床消费额紧随其后,分别占比11.81%、 9.62%、8.40%、5.36%。

整体上看,中国机床生产和消费额均位居世界第一。

根据国家统计局数据,2007-2011年中国金属切削机床消费额从113亿美元增长至290亿美元,5年复合增速19.5%,2012-2019年金属切削机床消费额回落,7年复合增长率-7.5%,2020年中国金属切削机床消费额为138.7亿美元,同比下降2.05%,降幅较上一年度明显收窄。

长期来看,受益于新能源汽车销量提高,5G手机渗透加速以及国防军工、航天航空、工程机械等行业的快速发展,中国机床行业将迎来新发展契机,前瞻研究院等主流咨询机构认为中国数控机床产业规模2021年有望超过3700亿元,三年复合增速超过 4%。

主营业务收入增速回暖,金属切削机床产量触底回升。

根据机床工具工业协会的数据,从营收上看,2007-2011年国内金属切削机床主营收入以两位数的增速保持快速增长,4年复合增速23.8%,2011年后,国内金属切削机床行业主营业务收入震荡回落,2019年金属切削机床行业主营收入降至1084亿元;

从产量上看,2009年国内金属切削机床产量出现负增长,之后迅速反弹,2011年达到86万台的高点,2011年后机床产量呈现逐步下降的趋势,2011-2019金属切削机床产量复合增速为7.88%。

从原因上看变化趋势,2011年以前,主营收入和产量整体保持较快增长主要是21世纪后,中国开始承接全球制造业转移,导致中国机床产量迎来爆发式增长,2011年后,国内经济转型加速推进,同时中美贸易摩擦等一系列宏观环境发生变化,全球制造业布局发生重大调整,导致中国金属切削机床主营收入及产量均出现下降趋势。

2020年,国内金属切削机床行业主营收入为1086.66亿元,同比增长0.25%,金属切削机床产量也触底回升,同比增长5.94%,营业收入与产量增速均由负转正,主要原因系疫情结束后,制造业持续复苏,下游行业保持较高需求推动机床行业持续向上。

加工中心比例提升明显,车床占比逐步下降。

根据机床工具工业协会相关统计,2007年机床协会重点企业生产产品主要为车床、加工中心、铣床、磨床及钻床五种,其中车床和加工中心占比之和达到50%。

2007年至2013年,机床协会重点企业生产加工中心的营收占金属切削机床总营收比例由13.0%增长为19.0%,市场规模由83.6亿元增长为285.5亿元;车床营收占比由37.0%下降至28.3%,市场规模由 238 亿元增长为425亿元。

我们认为,加工中心占比提升同时车床占比下降主要是由于机床下游需求的结构性调整,具备多种加工方式的加工中心更适应下游行业的复杂化、多样化的加工需求。

以汽车制造业、航天航空业为例,随着汽车制造业朝着大规模、集成化方向推进,其对于生产整线的设计制造能力,系统控制方式的优化能力以及控制的精度的要求愈发严格;对于飞机零件而言,以铝合金为代表的新材料渗透率不断提高,其中铝合金在飞机零部件的使用率超过90%,而加工铝合金件需要大功率高速加工中心。

考虑到前期各机床的占比变化趋势,我们预计,2020年加工中心比例将提升至30.24%,市场规模将达328亿元,车床营收占比将下降为17.80%,市场规模为193亿元。

立式加工中心仍是占比最高产品,龙门加工中心比重有所提升。

加工中心可以分为立式、卧式、龙门加工中心三大类产品,其中立式加工中心营收及营收占比在加工中心市场中占据绝对优势。

根据机床工具工业协会数据,2007-2013年立式加工中心营收规模由42.5亿元提升为146.27 亿元,占比50.81%变化为51.23%;卧式加工中心同期营收规模虽保持上升趋势,但营收占比由28.17%下降为20.98%;龙门加工中心营收比重保持稳定增长,由2007年的20.58%增长为23.65%。

我们认为,龙门营收占比呈现上升趋势主要有两方面原因:

1)龙门较一般立式加工中心而言,单价更高,且随着技术升级,单价不断上升;

2)龙门加工适用于大型工件和复杂工件,而汽车制造、航天航空等行业的快速发展催生出更多的设备需求。

另外,由于模具、盘类以及小型复杂零件在下游各行业的加工需求依然较高,立式有着体积小、单价低等优势,因此立式加工中心仍将维持主导地位。

我们预测2020年龙门加工中市场规模占比将达到30.32%,市场规模达99.65亿元,立式加工、卧式加工中心市场规模占比将达到25.50%、44.05%,市场规模预计将分别达到144.74亿、83.78亿元。

1.3.2 机床进出口结构反映国内机床发展状况,加工中心仍是主要进口产品

金属切削机床出口金额波动上升,进出口剪刀差有望收窄。

根据机床工具工业协会数据显示,2010-2020年中国金属切削机床出口金额由12.8亿美元上升至27.5亿美元,复合增长率为7.94%,进口金额由75.1亿美元下降至49.0亿美元,复合增长率为-4.18%。

2020年金属切削机床出口额与进口额分别为27.5 亿、49.0亿美元,虽然仍存在21.5亿美元的逆差,但较上年28.8亿美元的逆差值明显下降。

从时间维度看,金属切削机床出口金额呈现波动上升趋势,进口金额则受国内经济结构转型及海外机床厂商在国内设厂等因素影响,需求逐步减少,展现为波动下降的趋势,进出口剪刀差有望持续收窄。

加工中心是主要进口产品,出口产品中特种加工机床占比较高。

进口产品中加工 中心是主要进口产品,2018-2020年加工中心进口占金属切削机床进口产品比例分别为43.0%、36.9%、37.8%。

而我国出口的机床产品中特种加工机床、车床占比合计接近60%,其中特种加工机床占比最高,2018-2020年特种加工机床占出口产品比例的37.1%、38.9%和45.4%,出口的特种加工机床中,主要是以制造和使用成本较低的电火花加工机床为主,而同时,2018-2020年加工中心出口金额仅占出口产品比例的7.1%、8.7%、7.6%。

加工中心和数控车床进出口价差长期存在,侧面反映了进出口产品的档次差异。

根据机床工具工业协会数据,加工中心进口均价由2003年12.35万美元/台下降为2018年11.97万美元/台,出口均价由3.68万美元/台上涨至4.49万美元/台。

加工中心进出口价差显著,但近年有所收窄。

数控车床进口均价从2003年每台5.20万美元涨至2018年的14.5万美元/台,出口均价从0.91万美元/台提升至3.6万美元/台,数控车床进出口价差同样显著,但近年价差则持续走扩。

加工中心和数控车床进出口价差长期存在,我们认为,一方面,可能是由于进出口产品的档次存在一定差异;另一方面,受国外对中国高端产品出口限制的影响,进口高端机床存在一定的难度,因此,助推进口均价的同时,也进一步拉开了进出口产品的价差。

出口机床流向相对分散,以越南、印度、美国以及俄罗斯为主。

从机床出口地域流向上看,我国机床出口格局较为分散和稳定,美国、印度、越南近三年保持在出口额前三名,2020年金属加工机床出口越南金额占总额比为11%,位居第一,美国和印度位列2、3位,分别占比7.7%、6.2%。

2020年,出口CR5份额仅为33.8%,且近年来呈现不断下降趋势。进口机床主要来自来德国、日本,进口来源集中。

从机床进口来源国看,德国、日本、中国台湾稳居进口金额前三,2018-2020年三者合计占比分别达到 70.7%、69.5%、72.0%,其中德国由2018年的25.40%上升为2020年的36.40%,位列第一,日本由 2018 年的 33.60%下降至2020年的23.10%,位列第二。

1.4 德日美全球领先,国内竞争格局极度分散

德日美厂商占据全球主导地位。当前全球机床市场仍以德国、日本、美国的机床厂商为主,根据赛迪顾问发布的《2019年数控机床产业数据》,营业收入前十名的公司全部被德日美三国的公司包揽,其中前十名中有3家来自德国,日本厂商数量最多,为4家,美国2家,德日合资企业1家。

榜单中,山崎马扎克以52.8亿美元位列第一,德国通快营收达42.4亿美元,位居全球第二,德马吉森精机位居第三。

整体看,德国和日本的机床制造商在全球机床行业竞争中占据较大优势。

当前国内主要机床制造商的收入体量与全球巨头仍存在一定差距,但从国内市场看, 部分制造商已经形成一定规模,并且在特定机床产品中形成了自身优势。

其中创世纪以钻攻中心和立式加工为优势产品,秦川机床在车床市场具备优势,海天精工则立足于生产各类加工中心,亚威股份在成形机床市场中占据较强的优势。

我们对2020年国内主要机床上市公司的数据进行比较,从产品营收上看,创世纪、秦川机床、海天精工、亚威股份和纽威数控位列前五,其中,创世纪以30.93亿元营收位居第一,远超其他机床厂商,秦川机床位列第二,2020年营收17.03亿元;

从机床销量上看,机床销量前五的公司分别为创世纪、秦川机床、沈阳机床、亚威股份和浙海德曼,其中,创世纪以1.57万台的销量位居第一,秦川机床以1.06万台的销量位居第二。

国内厂商市占率较低,未形成较为明显的份额优势,竞争格局极度分散。

我们参考各上市公司机床类产品营收以及金属加工机床产品的市场规模,来计算国内主要机床制造商市占率。从全市场看,创世纪、秦川机床、海天精工、纽威数控和亚威股份市占率位居前五,分别为2.85%、1.57%、1.47%、1.06%和0.98%,上市公司CR5预测市占率仅为 7.81%,不足10%,行业集中度极度分散。

加工中心产品竞争格局分散,创世纪和海天精工份额领先。

根据我们的测算,2020年加工中心市场上市公司口径下CR5的预测市占率为14.58%,行业集中度极低。

创世纪和海天精工在加工中心市场上占据一定优势,其中创世纪主要加工中心产品为适用于 3C 设备的高速钻铣攻牙加工中心和通用型的立式加工中心,2020年加工中心产品营收约为 25.9 亿元,预测市占率为7.42%;

海天精工主要产品包括立式加工中心、龙门加工中心、卧式加工中心等,2020年加工中心营收14.8亿元,预测市占率为4.24%;

此外,国盛智科和纽威数控在加工中心市场中也具备一定实力,2020年加工中心产品营收分别为4.7、4.48亿元,对应的预测市占率为1.35%、1.26%。

车床市场中,沈阳机床、秦川机床占据一定份额优势。

其中,秦川机床主要为高性能的数控立式车床、数控卧式车床为主,沈阳机床的主要车床产品为卧式车床等,但考虑到秦川与沈机两家公司并未对车床产品的具体营收进行披露,我们以公司2020年机床类产品收入17.03/8.03亿元进行测算,则秦川机床与沈阳机床车床市占率预估上限为7.95%、3.75%;

此外,纽威数控的主要车床产品为数控立式、卧式车床,而浙海德曼的主要车床产品为高端数控车床、自动化生产线及普及型数控车床,2020年两家上市公司的车床市营收规模分别为6.91/3.44亿元因此,车床市场的预测占有率分别为3.23/1.61%。

磨床市场中,华辰装备、宇环数控、宇晶股份份额领先。

宇环数控主要产品为数控磨床和数控研磨抛光机,2020年磨床类产品营收规模为2.94亿元,对应的预测市占率为 8.42%;

宇晶股份的主要产品为研磨抛光机和多线切削机,2020年磨床类产品营收规模为2.24亿元,对应预测市占率为6.42%;

华辰装备主要产品为数控轧辊磨床、数控内外圆复合磨床,2020年磨床类产品营收规模为1.90亿元,对应磨床市场的预测占有率 5.44%。

2 制造业景气度驱动行业需求,机床更新周期拐点将至 ‍

2.1. 制造业景气度回暖推动机床需求释放

PMI 整体/生产/新订单指数持续高于临界值,揭示国内制造业的高景气度。

根据国家统计局的数据显示,21年6月,国内PMI指数为50.9%,环比下滑0.1%,其中,6月国内PMI生产/新订单指数分别为51.9/51.5%。

自20年3月以来,PMI整体/生产/新订单指数,已经连续16个月处于荣枯线以上。

三大指数持续高于临界值,揭示国内制造业的高景气度。

未来,随着制造业终端订单的持续释放,下游需求的回暖,工业企业利润表有望迎来持续的修复。

景气回暖推动企业盈利状况改善及产能利用率回升,工业企业资本开支有望进一步回升。

受疫新冠疫情影响,20年3月,国内工业企业利润总额同比下滑34.9%,创下近四年来的增速新低。

但随着国内疫情逐步得到控制,下游工业企业复工复产工作有序开展,国内工业企业利润增速也重回快速增长区间。

截至21年5月,国内工业企业利润总额同比增长36.4%,两年复合增速20.2%;1-5月,国内工业企业利润总额累计同比增长83.4%,两年复合增速21.66。

制造业需求回暖,传导至报表上,最终导致企业利润回升。

伴随盈利状况改善以及产能利用率回升,工业企业资本开支有望进一步回升,以缓解产能的紧张。

制造业固定资产投资完成额回升迅速。

根据国家统计局的数据,20年8月,国内制造业的固定资产投资同比增速为5.03%,成功实现由负转正。

21年1-6月,国内制造业固定资产投资累计同比为19.2%,累计两年的复合增速达2.59%。

在工业企业盈利持续改善、产能利用率逐步提升的背景下,制造业固定资产投资完成额有望加速回升,由此将与之相关的通用设备需求也有望得以快速释放。

制造业固定资产投资持续回暖,国内机床产量明显反弹。

根据国家统计局的数据,金属切削机床产量同比增速自20年4月转正以来,一直保持在两位数的水平;21年6月,金属切削机床实现产量6万台,同比增长29.50%,1-6 月累计实现产量30万台,同比增速高达45.6%;

与之相类似,金属成形机床的产量同比增速自20年4月见底反弹以后,便呈现波动上涨态势,21年5月,金属切削机床实现产量1.9万台,同比增长5.6%,1-5月累计实现产量8.5万台,同比增速达19.7%。

受益于制造业固定资产投资持续回暖,国内机床产量明显反弹。

日本对中国大陆新增机床订单金额创下近三年新高,进一步验证国内旺盛的设备需求。

我国作为日本机床设备主要出口国,日本对中国大陆新增机床订单金额也是国内机床需求重要的风向标。

根据日本机床工业协会的数据,21年4月,日本机床中国大陆新增订单额为378亿日元,同比大幅增长234.64%,订单金额创下近三年来的新高。

1-4月,累计实现订单金额1311亿日元,同比大幅增长227.75%。新增机床订单金额的大幅增长,从另一个角度,也进一步验证国内旺盛的设备需求。

2.2. 十年更新周期将至,下游产业升级加速机床设备升级换代

机床十年更新周期将至,当前或将成为新一轮更新周期的起点。根据我们对机床下游客户的调研与反馈,金属切削机床的更新替换主要由于以下几点原因:

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。

我国金属切削机床产量自新千年后快速增长,并于 2011 年达到顶峰,86 万台; 2012-2014 年,我国金属切削机床产量为 79.8/72.6/85.8 万台,整体在 70-90 万台的区间 内波动,但此后,我国金属切削机床产量便开始逐步回落。

根据海天精工招股说明书,机床属于机械制造业中的耐用消费品,一般其使用寿命约为 10 年,重型机床使用寿命可能会更短,约 7-8 年。

我们按照 10 年的机床使用寿命进行计算,在不考虑机床进出口数量的情况下,假设 T 年的更新量等于 T-11 到 T-9 年产量均值,由此,我们可以得出自 2010 年以来各年份金属切削机床的理论更新量。

而根据这一的测算,我们认为:

1)2022-2024年,国内金属切削机床理论量更新有望达到79.5/79.4/78.0万台,年 均更新量约为78.9万台。

事实上,2020年国内金属切削机床产量仅为44.6万台,相较于以上的年均更新水平,预计仍有长足的增长空间。

2)2018年,国内金属切削机床的产量48.9万台,低于理论更新量60.15万台,这一更新需求缺口在随后的19-20年仍在进一步的扩大。

但随着下游制造业企业盈利状况的改善以及资本开支的逐步回升,新一轮机床更新周期即将启动,前期被抑制的更新需求有望得以释放。

而伴随这一行业需求缺口逐步实现回补,预计本轮机床行业的景气周期将有望进一步地延长。

因此,综合考虑当前机床设备的产量水平以及未来潜在的需求空间,我们认为,当前我们或将站在机床行业新一轮更新周期的起点上。

而对于未来的行业景气,我们或许可以抱有更为积极乐观的态度。

技术变革悄然而至,加速金属切削机床升级换代。

正如前文所述,金属切削机床被广泛应用于汽车、通用设备、电子信息设备以及航天航空等高端制造领域。

近年来,随着下游应用端新型工艺技术渗透率的不断提升,金属切削机床的升级换代将有望迎来加速。

1)汽车:电动化与轻量化乃大势所趋,推动存量设备加速更新。

根据中国汽车工业协会统计,2020年,我国新能源汽车产量为136.61万辆,同比增长17.3%;2014-2020年,我国新能源汽车产量CARG高达60.98%。

2020年11月,国务院印发《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,规划指出,到 2025年,国内新能源汽车新车销量占全国新车销量的 20%。

假定未来五年,国内汽车新车销量水平较为稳定,维持在2500万辆的水平,则2025年,国内新能源汽车有望实现500万辆的销量,年均复合增速高达29.63%。

新能源汽车动力总成发生改变后,除去传统的车桥、传动轴、制动器等零部件的加工需求基本不变外,发动机缸体、缸盖、凸轮轴等零部件需求会相应减少,而衍生出的 各类机床、刀具也将失去原有的作用,同时新能源汽车的车身材质、电池系统、电机和电控系统,需要能够适应更复杂、更多样的生产要求的机床进行加工。

譬如,在新能源汽车驱动电机的制造中需要对电机轴、电机壳体等进行金属切削加工;新能源车的纯电齿轮要求每分钟达1.5万-2万转,远高于传统燃油车的6千-8千转,从而其对于齿轮精度和齿部啮合品质会有更高要求,由此需要更高精度的加工设备;

对于新能源车变速器而言,由于电机本身就自带变速箱属性,故变速器的主要作用是优化电机维持在最佳效率点运转,其通常采用同轴设计,与电机紧密连接,因此,不论是在精度上还是体积上都对加工设备提出了极高要求。所以,汽车电动化趋势将推动机床设备的产品升级。

一方面,根据中汽协公布的相关数据显示,汽车重量每降低1%,油耗可降低0.7%。 为了应对日益提升的油耗考核要求,传统燃油车力求通过减轻重量,以实现这一目标;

另一方面,在同样的带电量水平下,为了增加续航里程,新能源汽车对于轻量化也有着强烈诉求。相较于钢材,铝合金材料具备更好的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率,同时,密度更小、重量更轻,能够在确保安全性的同时,充分满足汽车对于轻量化的需求。

因此,近年来,铝合金在汽车核心零部件上的渗透率明显提升。

而根据 Ducker Worldwide预测,铝制引擎盖渗透率有望从2015年的48%,提升至 2025年的85%;铝制车门渗透率有望从2015年的6%,提升至2025年的46%。

由于铝合金的对机床的加工工艺提出了更高要求:以传统燃油车发动机为例,铝合金缸体缸盖的薄壁结构在加工时,容易震动及发生形变,进而影响零件表面质量及尺寸精度;

而包括电机、减速机、电控、OBC以及大总成件在内的各种新能源汽车铝合金件,也需要特定机床进行加工,因此,随着铝合金在汽车核心零部件上持续进行导入,与之适配的加工机床也有望迎来新一轮的更新升级。

2)3C 电子:5G 技术升级带动机床设备更新。

随着 5G 技术的全面下沉及终端产品进 一步丰富,5G 渗透率有望加速提升,2020 年,我国 5G 手机出货量已经达到 1.63 亿部, 占全部手机出货量的 52.9%,根据 IDC 预测,2020 年全球 5G 手机出货量约为 2.74 亿 部,而 2023 年有望达到 8.5 亿部,2021-2023 年复合增速高达 45.84%。

与此同时,5G 网络建设也在稳步推进。2020 年,国内新建 5G 基站超 60 万个,根据前瞻产业研究院预测,2023 年新增 5G 基站数量有望达 85 万个,2021-2023 年复合增速 15.62%。

5G 手机与基站渗透率的提升,将加速以 CNC 加工中心为代表加工设备实现更新换代。

从产品需求上看,5G技术的下沉将加速5G手机等智能设备对于原有3G、4G手机的替代,机床设备厂商将随着5G手机渗透率的不断加快而获得更多的设备订单。

从 加工工艺上看,5G毫米波通信、5G天线设计,对手机机壳材料有着较为严格的要求,机身材质一般使用如树脂、陶瓷、玻璃等不易干扰信号的非金属材料。

新材料的应用对于原有CNC加工机床在加工精度、加工技术等方面都提出了新要求,如玻璃精雕技术、陶瓷加工技术、复合材料加工技术等,相关企业也设计出适应新加工要求的CNC机床,如创世纪的玻璃精雕机、雕铣机等。

而对于5G基站而言,其体积比4G更小,内部结构更为复杂,每个5G基站内部的腔体数量过百,所需要的生产工艺也更为复杂,以基站通信滤波器为例,要经过打孔、攻牙、铣削等工序,常规的立式加工中心需要装夹六次,这就需要在现有机床设备上进行升级,以提高加工效率和精度。

因此,在5G技术升级的行业背景下,5G手机渗透率的提升以及新型基站的放量将推动机床设备更新换代。

3)航空:新材料应用与结构件复杂化加快机床更新需求。

为减轻机身重量,增加机动性和有效载荷、航程,近年来,飞机越来越多地采用铝合金、钛合金、耐高温合金等新型轻质材料。

由于飞机机身结构件多为薄壁结构,形状复杂,以扁平件、细长件、多腔件和超薄壁隔框结构件为主,加工过程中,原材料去除量大,整体材料利用率仅为5%-10%。复合材料用量的增加及整体结构的复杂化,对于机床提出更高要求。

此外,近年来民航运输周转率的加快,也有力推动了民用客机需求量的提升。

根据中国民用航空局《民航行业发展统计公报》,2010-2018年,中国市场民航飞机数量复合增长率为10.84%,高于全球5.30%的增长率,而根据中国商飞发布《中国商飞公司2019-2038年民用飞机市场预测年报》,2019-2038年中国将交付约9205架新机,占全球总预测交付量的约23%,市场价值约1.4万亿美元,随着客运量的增加,民用航空市场将逐步壮大,有力带动客机制造业需求,由此加快与之匹配的机床设备更新。

因此,中国航空市场总量的需求叠加飞机制造技术升级与新材料应用,将有力推动机床行业产品的技术迭代与需求释放。

3 报告总结‍

短期来看,制造业景气度回升,机床作为工业母机,将显著受益于下游行业的需求回暖;

长期来看,下游产业升级叠加十年更新周期将至,机床行业需求有望迎来新一轮爆发。

考虑到具备品牌效应和技术优势的机床企业将有望在新一轮周期中深度受益,行业公司有国内领先的机床企业海天精工、国盛智科、创世纪、浙海德曼等。

4 风险提示 ‍

下游行业固定资产投资不及预期;市场竞争加剧;机床行业需求低于预期

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作者:民生证券 关启亮 徐昊 欧阳蕤

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