机床行业深度报告：国产化替代步伐稳步迈进，制造业望恢复上行周期
（报告出品：财通证券）
1 机床是机械加工的基础设备，也是一个千亿级巨大 市场
1.1 机床是制造业的基础生产设备
机床是制造业的基本生产设备，也被称为“工业母机”。在一般的机器制造中，机 床所担负的加工工作量占机器制造工作总量的 40%-60%，因此也被称为“工业母 机”。机床起源于十五世纪的欧洲，起初是用于加工钟表和武器，十八世纪的工业 革命推动了机床的发展。1920 年后液压和电气元件在机床和其他机械上逐渐得到 了应用，机床进入半自动化时期。1950 年后，数控机床开始出现，机床进入数控 机床发展时代。经过数百年的发展，机床已经成为制造业的基本生产设备，也是 体现一个国家制造实力的重要产业。
金属切削机床与金属成型机床是核心机床产品，数控化率正持续提高。根据中国 机床工具工业协会数据，机床工具可以分为金属切削机床、金属成形机床、木工 机械、铸造机械等。2021 年我国金属切削机床产量为 60.2 万台，其中数控金属切 削机床为 27 万台，金属成形机床产量为 21 万台，其中数控金属成形机床产量为 2.4 万台，金属切削机床占据更大的市场，并且增速相对更高。数控金属切削机床 和数控金属成形机床的增速均高于行业增速，表明机床数控化发展趋势正持续进 行。
根据加工方式的不同，金属加工机床可以分为车床、铣床、钻床、镗床、磨床和 镗床等。车、铣、钻、镗、刨、磨是基本的机械加工方式，分别也对应着车床、 铣床、钻床、镗床、刨床、磨床等。车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加 工的机床，镗床是指主要用镗刀对工件已有的预制孔进行镗削的机床，铣床是一 种主要指用铣刀在工件上加工多种表面的机床，磨床是利用磨具对工件表面进行 磨削加工的机床。随着数控机床的技术发展，数控铣床逐渐配备刀库，可以更换 刀具进行加工，加工能力也更强，也被称为加工中心。
1.2 我国是机床消费和生产大国，数控机床成长空间巨大
全球机床市场规模接近 5000 亿元，是一个巨大的市场。根据 VDW（德国机床制 造商协会）统计，全球机床行业产值从 2009 年开始呈现波动增长的态势，2019 及 2020 年由于全球疫情爆发，以及全球贸易环境紧张，导致行业产值有所下滑，2020 年全球金属加工机床行业产值为 4,654.50 亿元。根据 Gardner 数据，2020 年全球 机床消费额约为 698 亿美元（约 4537 亿元），与产值规模相当。
中国是全球最大的机床生产基地与消费市场，2021 年市场规模约 2000 亿元。根 据德国机床制造商协会数据，全球主要机床生产国家中，中国产值占 29%，德国 占 15%、日本占 14%、意大利占 8%，美国占 7%，中国是全球最大的制造基地。从机床消费角度上看，中国机床消费占全球的 32%，表明中国对机械加工的需求 较大，国内制造业正快速发展，我国也成为了全球最大的机床市场。根据中国机 床工具工业协会数据，2020 年我国金属加工机床消费额为 213.1 亿美元，其中金 属切削机床消费额为 138.7 亿美元，金属成形机床消费额为 74.4 亿美元。根据 MIR Databank 数据，2020 年我国数控金属切削机床市场规模约 492 亿元。2021 年机床 工具协会未公布消费额数据，但我国机床产量增长接近 30%，我们以此测算我国 金属加工机床市场规模约 277 亿美元，约 1927 亿元。
数控化率逐步提升，数控机床成长空间广阔。根据国家统计局数据，2021 年我国 数控金属切削机床产量为 27 万台，同比增长 40.2%，金属切削机床的数控化率约 44.9%，相对于 2016 年提升 13pct，数控化率明显提升。但全球发达国家数控化率 在 80%左右，我国与全球发达国家水平差距还较大。政策上，《中国制造 2025》 战略纲领中明确提出：“2025 年中国的关键工序数控化率将从现在的 33%提升到 64%”，我国数控机床的成长空间还非常广阔，并且确定性也比较高。
2020 年我国机床行业实现贸易顺差，但金属切削机床仍需大量进口。我国机床行 业进口依赖度高，2019 年以前进口规模大于出口规模，2020 年才实现贸易顺差。我国每年仍有大量机床依靠进口，根据中国机床工具工业协会数据，2021 年我国 进出口总额 331.3 亿美元，同比增长 29.6%，其中进口 138.4 亿美元，同比增长 20.4%，出口 192.9 亿美元，同比增长 37.2%，行业保持了自 2019 年 6 月以来的 顺差态势。细分来看，磨料磨具、切削刀具、木工机床、金属成形机床和铸造机 械六个细分市场均实现贸易顺差，但金属切削机床进口金额高达 62.4 亿美元，同 比增长 27.3%，大幅高于出口金额的 36.5 亿美元，金属切削机床的进口依赖度仍 然较高。从全球来看，贸易顺差金额靠前的国家/地区主要为日本、德国、中国台 湾、意大利、瑞士等，日本和德国也是全球高端机床的主要生产国家。
日德为我国主要进口来源国，立加是主要进口机床类型。我国机床进口来源主要 包括日本、德国、中国台湾、韩国等，前四大国家/地区进口占我国进口总量的 6.5%。我国机床出口相对分散，出口国家主要包括越南、美国、印度、俄罗斯联邦、韩 国等，占比最高的越南为 8%左右。进口机床以加工中心为主，特种加工机床和磨 床的进口占比也高于 10%，出口机床特种加工机床为主，加工中心占比仅有 5.5%。对于数控机床细分市场来看，2018 年我国进口数控机床中，立式加工中心在数量 和金额上均占据主导地位，而出口机床中以金属成形机床为主。
1.3 机床产业链及下游应用
机床的上游为机械配件和核心功能部件，包括钣焊配件、铸件、数控装置、电气 元件等，中游为机床生产制造商，下游为机车、航空航天、模具、3C 等制造业。
从机床结构上看，数控机床由机床主体、传动系统和数控系统构成，机床主体是 机床的框架，包括床身及底座铸件、主轴及变速箱等，传动系统包括传动机械、 辅助动力系统等，机床主体和传动系统构成工件加工的基础，其刚度、抗震性等 要求比较高。数控系统是数控机床的大脑，包括控制系统、驱动装置、检测装置 等。数控机床成本构成主要包括结构件、控制系统、传动系统、驱动系统、刀库 及其他，其中结构件占 35%，控制系统占 22%，传动系统占 20%，驱动系统占 13%，总计达到 90%，完整的数控系统包括控制系统及驱动系统，占据机床成本 的 35%左右，是最核心的部件。
机床结构件已经实现部分国产化替代。机床结构件主要包括铸铁、钢材等产品， 经过加工后可以形成机床床身、梁柱等，对机床有支撑作用，国内具有完备的生产能力，多数机床结构件可以实现国产化，但高端机床机构件仍然需要进口，包 括床身、工作台等产品。
机床下游应用涉及各行各业，汽车行业应用占比最大。根据中商产业研究院数据， 我国数控机床下游中，汽车行业占 40%，航天航空领域占 17%，模具行业占 13%， 工程机械行业占 10%，其他行业占 20%，汽车行业对机床的需求量最为巨大。
（1） 汽车行业的应用
汽车产业包括汽车整车、零部件设计研发、制造、销售、售后服务以及报废回收 全过程的庞大产业链。整车全部装备价值量 70%左右的零部件均需要用到数控机 床加工，同时汽车整车制造也依赖于机床，因此机床是汽车生产的重要设备，也 直接影响到汽车的制造成本。在国际上，汽车强国一般同时又是机床强国，美、 日、德、意等国机床工业对汽车产业产生重要的影响。
（2） 航空航天的应用
航空航天属于机床应用中比较高端的场景，其高端机床目前以进口为主。航空航 天产品的结构设计、功能、性能、产品质量和可靠性的要求非常高甚至苛刻，并 且会采用很多新材料、新结构，因此对机床的要求也比较高。目前五轴联动加工 中心是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油 机曲轴等加工的唯一手段，因此五轴联动数控机床在航空航天领域具有较大的应 用。
（3） 模具行业的应用
模具是工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法 得到所需产品的各种模子和工具，其主要通过所成型材料物理状态的改变来实现 对物品外形的加工。数控机床精度高，加工质量稳定，对加工对象的适应性较强， 能够有效提升生产效率，能够适应模具生产更为精细、快速的加工需求。
2 我国机床“大而不强”，国产化替代持续推进
2.1 欧美日占据机床高端市场，我国机床产业仍有明显差距
国际龙头企业收入规模超 300 亿，国内机床企业规模偏小。2019 年，全球前五大 机床企业为山崎马扎克、通快、德马吉森精机、马格、天田，其中马扎克 2019 年 收入规模为 52.8 亿美元。德国通快为全球市场规模第二的机床企业，其主要产品 为金属成形机床。全球前十大机床企业中，日本有 5 家（包括合资），德国有 4 家 （包括合资），美国有 2 家，足以体现日本、德国、美国在机床领域的竞争地位， 而中国同期并无企业收入体量能迈入前十之列，同期收入体量最高的国内上市公 司为创世纪，其收入规模为 21.81 亿元。根据机床工业协会数据，我国 2020 年规 模以上（年度营收 2000 万以上）的机床工具制造企业有 5720 家。经过我们测算， 2020 年我国金属切削机床企业共有 833 家，平均营收 1.3 亿，金属成形机床共有 529 家，平均营收 1.19 亿元，行业参与者较多，多数体量不大。
我国仍需进口大量高端机床，出口机床附加值较低。2020 年我国机床工具行业实 现贸易顺差，但是金属切削机床仍然需要大量进口，2021 年金属切削机床进口规 模高达 62.4 亿美元，而以五轴联动机床、高端数控磨床为代表的高端机床产品严 重依赖进口。2010~2017 年我国出口金属切削机床单价在 350 美元左右，而进口 机床单价在 107929 美元左右，是出口机床的 300 倍以上。2021 年我国机床进口 数量为 10.74 万台，进口金额为 82.4 亿美元，进口机床单价为 7.7 万美元，我国 出口数量为 2843.08 万台，出口金额为 86.55 亿美元，出口机床单价为 304 美元， 出口单价是进口单价 253 倍，出口附加值相对水平仍然较低。
我国机床的可靠性、精度等性能相对国外机床仍有一定差距。机床是一个比较复 杂的机械设备，精度、精度保持性、可靠性等是衡量机床优劣的重要参数。行业 内用“平均无故障时间”（MTBF）来衡量机床的可靠性，也就是机床从一次故障 到下一次故障的平均时间，根据《数控机床装配质量建模与诊断技术研究》数据， 国内机床的 MTBF 在 500~1000 小时居多，而国外同类产品的 MTBF 是国内产品 的 2~4 倍。影响精度保持性的因素包括铸件、装配等基础工作，以及核心零部件 的质量、机床设计等。
国内企业产品系列相对较少，应用场景还需不断拓展。国外龙头企业由于长时间 的技术积淀，其产品系列与应用场景更为广泛，以马扎克为例，其官网中立式加 工中心便具有 12 个产品系列，5 轴加工中心有 13 个产品系列，并且还有激光加 工设备，拥有近 300 款金属切削机床产品，产品线十分健全。国内多数企业产品 系列偏少，其产品的应用场景也相对单一一些，产品使用经验还需要沉淀。随着 近些年国内机床行业的快速成长，以创世纪、海天精工、纽威数控、科德数控等 为代表的领先制造商开始不断推出新产品，下游应用也在持续拓展之中。
高档数控系统是重要的战略资源。数控系统根据其电机类型、加工方式、开放程 度、配套平台等可以分为经济型、标准型和高档型。目前各个发达国家严格管控 甚至禁止对外销售高档数控系统，或者对高档数控系统的部分功能进行限制。举 例来讲，日本发那科的五轴联动数控系统并未对国内企业开放；美国机床会对用户进行定时核查，掌握设备使用情况；日本机床设备在移动位置后，其数控系统 可能会自动锁死；德国数控机床必须上网注册后才能使用。
低档数控系统已经实现国产化替代，但中高档数控系统仍以外资品牌为主。根据 立鼎研究院数据，2019 年我国数控系统市场主要参与者为发那科、广州数控、三 菱电机、西门子、新代、华中数控等，其中发那科市占率高达 39.3%，外资品牌市 占率超过 60%。虽然国内低档数控系统已经实现国产化替代，但外资品牌在中档 数控系统和高档数控系统中的市占率分别约为 70%和 90%。德国西门子、海德汉 等品牌在高档数控系统占有较大的市场，而发那科、三菱等日本数控系统在中档 和中高档系统上占据领先地位。
根据前瞻产业研究院数据，华中数控在国内中高档数控系统市场占有领先，其在 国产中档数控系统中市占率约 30%，而北京凯迪恩和大连大森分为 22%和 14%。科德数控依靠自己的机床产品，在高档数控系统市场也占有一定市场份额。
我国目前还缺乏机床高性能丝杠导轨的制造能力。由于滚动导轨具有高速、长寿 命、可加预压、安装方便等方面的优点，随着对机床性能及数控化要求的提高， 丝杠导轨在数控机床领域的应用比例正快速提升。滚珠丝杠是一种对材料和加工要求极高的核心部件，全球范围类主要生产制造商有 NSK、THK、SKF 等，CR5 市占率达到约 46%，日本和欧洲滚珠丝杆企业占据了全球约 70%的市场份额。目 前国内滚珠丝杠有价格较低的国产产品，也有精度较高的日本和欧洲等进口产品。从目前国内主要上市公司的使用情况来看，其机床的丝杠导轨主要采购日本 THK、 台湾上银等品牌。
2.2 国内机床行业格局重塑，国产化进程逐步推进
民营机床企业快速发展，国内机床行业迸发勃勃生机。我国机床早期以国有企业 为主，广为熟知的就是机床“十八罗汉”，2011 年以后我国机床产量开始持续下 滑，直到 2020 年行业开始回暖增长。而在 2011~2020 年之间，国内机床格局发生巨大的变化，2011 年国内机床龙头为沈阳机床，2020 年沈阳机床仅有 13.43 亿收 入体量，并且 2011 年前十大机床企业均为国企，而 2020 年前十大上市公司基本 以民营企业为主，民营企业的市场地位明显提高。民营企业在决策和运营上更加 灵活，产品竞争力逐渐增强，正带动国内机床行业快速发展。
我国机床公司主要位于行业第二梯队，外资企业综合竞争力更强。我国高端数控 机床仍然以进口为主，因此外资企业占据我国的高端市场，也处于行业第一梯队。国内海天精工、创世纪、国盛智科、科德数控、纽威数控、浙海德曼、拓斯达（埃 弗米）等企业具备一定的技术实力、行业口碑和收入规模，处于行业第二梯队。
我国数控机床集中度有所提升，国内竞争格局逐渐成型。我国数控机床主要上市 公司包括创世纪、秦川机床、海天精工、亚威股份、沈阳机床、合锻智能、日发 精机、国盛智科、华东重机、浙海德曼、宇环数控、华辰装备、科德数控、华东 数控等，同时还有北京精雕、上海拓璞等优秀的非上市公司。根据 MIR 数据，2020 年我国数控金属切削机床市场份额前五名为创世纪、北京精雕、马扎克、津上机 床中国和海天精工，市占率分别为 5%、4%、4%、4%、3%，合计市占率约 24%。2020 年 CR10 为 0.4%，同比+1.0pct，市场集中度有所提升。外资品牌除了德玛吉 森精机的市场份额略有提升外，均有不同程度下滑。
高端机床仍依赖外资企业，国产化替代正稳步推进。根据前瞻产业研究院数据， 2017年我国中低档数控机床、中档数控机床、高档数控机床的国产化率分别为80%、 60%和 6%，相对于 2011 年分别增长 20pct、20pct 和 5pct，高档数控机床对外资 依赖度较高。2020 年我国金属切削机床国产化率为 68%，相对于 2019 年的 57% 有明显提升，我国机床国产化替代正稳步进行。
政府政策推动行业发展，高端数控机床是重点发展对象。近年来我国政府十分重 视机床行业的发展，并且不断推出相关政策法规推动行业健康成长。2021 年 8 月， 国资委党委召开会议指出，要把科技创新摆在更加突出的位置，推动中央企业主 动融入国家基础研究、应用基础研究创新体系，针对工业母机、高端芯片、新材 料、新能源汽车等加强关键核心技术攻关，努力打造原创技术“策源地”，将工 业母机的战略地位提到了较高的位置。2021 年 12 月，《“十四五”智能制造发展 规划》指出，到 2025 年，智能制造装备的市场满足率要到达 70%，并且提出需要 研发智能立/卧式五轴加工中心、车铣复合加工中心、高精度数控磨床等高端工作 母机。
3 制造业有望底部回升，新兴行业发展提供新动能
机床作为比较典型的机械设备，也具备比较明显的周期属性。从历史数据上看， 自 1949 年到 2021 年，我国机床行业已经经历过多轮周期，每轮周期时间在 6~12 年不等，并且 2011 年以前行业上行期时间通常会长于行业下行的时间，2012~2019 年行业总体呈现下滑趋势，行业从 2020 年开始恢复增长。
2020 年全球疫情爆发促使国内机床企业快速崛起。2020 年全球疫情爆发，海外企 业产能受限，交付周期延长，使得国内机床国产化替代速度加快。国内机床企业 从 2020 年开始业绩开始明显好转，2020 年秦川机床、海天精工、纽威数控、国盛 智科、浙海德曼、亚威股份营业收入分别增长 29%、40%、20%、11%、7%和 12%。2021 年上半年景气度仍然延续，2021 年重点上市公司全年业绩增长更加明显，创 世纪、秦川机床、海天精工、纽威数控、国盛智科、浙海德曼、亚威股份在 2021 年的营收增速分别达到了 54%、23%、67%、47%、54%、32%、22%。
国内疫情多点反复爆发，制造业景气度下滑影响机床上行趋势。从 2019 年底国内 疫情爆发至今，我国疫情多次反复爆发，国内制造业景气度受到较大影响，机床 原有周期有所影响。我国金属切削机床月产量增速从 2021 年 3 月份开始下滑， 2021 年 9 月份下滑至个位数，2022 年 4 月份以后月产量出现同比下滑，行业景气 度出现明显下滑，但 2021 年机床产量远低于 2011 年水准，预计机床行业还有持 续上行的潜力。
社融数据开始改善，通用自动化有望回暖。从中长期贷款数据上看，企（事）业 单位中长期新增人民币贷款增速连续3个月为正，8、9、10月的增速分别为41.0%、 94.1%、111.1%。金融机构中长期贷款一般滞后半年左右对通用自动化行业起到积 极作用，信贷数据持续好转有望带动通用自动化行业进入新一轮景气周期。
国家政策持续推动自动化行业恢复。9 月 7 日，国务院常务会议提出确定专项再 贷款与财政贴息配套支持高校、医院、中小微企业等九大领域的设备更新改造， 扩市场需求、增发展后劲，贷款总额度高达 1.7 万亿元。9 月 28 日，中国人民银 行宣布设立设备更新改造专项再贷款，专项支持金融机构以不高于 3.2%的利率向 制造业、社会服务领域和中小微企业、个体工商户等设备更新改造提供贷款，额 度为 2000 亿元以上。11 月 28 日，证监会新闻发言人就资本市场支持房地产市场 平稳健康发展答记者问，证监会决定在股权融资方面调整优化 5 项措施，并自即 日起施行。房地产上下游产业链较广，对国民经济的影响至关重要，国家针对地 产领域出台一系列支持政策，对经济稳增长的预期强烈。经济稳增长预期有望带 来制造业投资持续回暖，通用设备等顺周期板块有望充分受益。
俄乌冲突带来海外转单需求。俄罗斯与欧盟外贸体量巨大，2020 和 2021 年俄罗 斯外贸额中欧盟分别占到 33.8%和 35.9%。然而，自 2022 年 2 月 24 日俄乌冲突 正式爆发后，欧盟已经对俄罗斯进行了八轮制裁。2022 年上半年，欧盟对俄罗斯 的商品出口总额从 2021 年的 411 亿欧元降至 284 亿欧元。欧盟限制不能出口到俄 罗斯的产品包括尖端技术、特定机械和运输设备、能源工业设备、航空航天产品 和技术、海上导航产品和无线电通信技术等。俄罗斯作为全球工业大国，对机床 的需求量同样巨大，2014 年俄罗斯机床消费约 20.3 亿美元，位居全球第 7 位，但 是俄罗斯机床以进口为主，本国机床生产仅 2.34 亿美。中国是俄罗斯第二大机床 进口来源国，国内机床企业正迎来出口的历史机遇。
国内新兴行业发展迅速，赋予机床行业增长新动能。锂电、光伏、风电行业需求 增长带来的需求和重点公司布局。随着新能源汽车、光伏、风电、5G 等新兴行业 的快速发展，机床在新兴领域的应用也开始增多。在新能源汽车领域，优化后的 机床产品可以高效加工一体化压铸汽车零部件、电池外壳等。风电行业有较多大 型零部件，以及箱体类产品，重型龙门加工中心、铣镗床等机床产品应用需求较 大。在 5G 领域，5G 基站规模更大，并且有较多散热器壳体、滤波器等部件，同 时 5G 的使用也将带动应用设备的逐步增长，对加工需求也有明显的提升作用。
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