数控系统行业深度：“自主可控”背景下，看好国产数控系统加速突围

数控系统行业深度“自主可控”背景下，看好国产数控系统加速突围首席证券分析师：周尔双执业证书编号：S0600515110002zhouersh@dwzq.com.cn证券分析师：罗悦执业证书编号：S0600522090004luoyue@dwzq.com.cn2023年5月22日证券研究报告·行业研究·通用设备1 2投资要点：“自主可控”背景下，看好国产数控系统加速突围⚫推荐逻辑•数控系统系机床“大脑”，全球超500亿市场空间：数控系统系机床“大脑”，其性能优劣直接影响到机床的稳定性和精度水平。根据我们测算，全球数控系统市场空间超500亿元，其中国内数控系统市场空间在90-160亿元左右波动。高端数控系统技术壁垒较高，其难点主要体现在两大方面：1）功能完备性要求高：需要具备适配性高的CAM等工业软件，高速高精度插补功能，五轴RTCP功能等；2）可靠性时长要求高：高端数控系统可靠性时长通常超过3万小时（国产系统水平1万小时左右）•外资龙头占据高端市场，国产企业逐步向上渗透：目前国产高端数控系统市场仍主要被外资垄断，根据MIRDATA统计，2022年发那科、三菱和西门子合计国内市场销量市占率为45%，而销售额市占率高达67%。外资龙头技术积累深厚，各有优势：其中发那科和三菱产品通用性较强，销售额市占率较高；而西门子和海德汉在高端领域市占率更高。未来随着国产数控系统性能提升，将逐步向中高端领域渗透。•三大逻辑坚定看好国产数控系统龙头加速突围：1）逻辑一（国产数控系统性能加速提升）：以华中数控为例，一方面其校企背景能够为其提供大量的研发资源，“04”专项等国家项目也能够帮助其加速技术迭代，近年来其技术水平提升明显。2）逻辑二（外资品牌封锁逐步加强）：西方国家通过实行高端封锁、低端倾销战略打压国内数控系统行业，自主可控紧迫性强。3）逻辑三（自主可控需求下，国产系统渗透率提升）：目前以华中数控为首的国产厂商逐步进入到航天军工领域国企的供应链，此外在民用领域，凭借越来越优异的产品性能也逐步与国产机床龙头达成联合攻关合作，共同进行产品试制和开发。据我们测算，考虑机床行业市场的扩大、数控化率提升和国产化率提升，预计在悲观/中性/乐观的情况下，国内数控系统市场空间将从2022年的135亿元提升至2025年的153/174/196亿元，CAGR分别为4.3%/8.9%/13.3%，其中2025年国产品牌实际可替代外资的市场空间为50/57/71亿元。投资建议：推荐即将腾飞的高端国产数控系统龙头【华中数控】【科德数控】风险提示：数控机床行业景气度不及预期，低端市场竞争加剧，国产数控系统产品迭代不及预期。数据来源：Wind，东吴证券研究所（华中数控及科德数控盈利预测均为东吴机械组）表：可比公司估值表（截至2023/5/22，下图市值&归母净利润单位均为亿元）688305.SH科德数控96.089.01.221.792.47735036300161.SZ华中数控41.983.01.071.802.987846282024归母净利润2025归母净利润2023PE2024PE2025PE证券代码公司收盘价（元）市值2023归母净利润 一、数控系统系机床“大脑”，全球超500亿市场空间三、三大逻辑坚定看好国产数控系统龙头加速突围四、投资建议与风险提示目录二、外资龙头占据高端市场，国产企业逐步向上渗透3 41.1 数控系统系机床“大脑”，直接影响机床稳定性和精度水平数控系统为机床“大脑”，其性能优劣直接影响机床稳定性和精度水平，是最核心的零部件。数控系统是指能按照零件加工程序的数值信息指令进行控制，使机床完成工作运动的控制系统，通常由控制系统、伺服系统和位置测量系统三部分组成。控制系统按零件加工程序进行插补运算，发出控制指令到伺服系统；伺服系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；位置测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈给控制系统以修正控制指令。从机床成本构成上看，数控系统是成本占比第二大的核心零部件。根据海天精工招股书，2016H1海天精工数控机床主要成本构成为结构件、数控系统、传动系统、驱动系统、刀库及其他，其中数控系统占比高达22%，是成本占比第二大的核心零部件。图：机床成本构成，其中数控系统占比高达22%资料来源：海天精工招股书，东吴证券研究所图：数控系统工作原理资料来源：发那科官网，东吴证券研究所35%22%20%13%5%5%结构件数控系统传动系统驱动系统刀库、刀塔及组件其他 图：数控技术由硬线控制向计算机数控发展资料来源：《先进技术与机床》，东吴证券研究所51.2 数控系统发展历史：基于PC机平台的开放式数控系统成为主流20世纪50年代以来，数控技术经历了2大发展阶段和6个迭代历程，实现从硬线控制到计算机数控（CNC）的进步。1952年，世界上第一台数控机床在美国诞生，标志着数字计算机技术开始应用于机床行业。自此，数控技术的发展同电子技术和计算机技术的发展紧密相关。自20世纪90年代开始，数控系统已经实现在PC机平台上进行开发，即所谓的开放式数控系统。随着数控系统的发展，其功能不断增多，可靠性和精度不断提高，价格不断下降。第二代数控系统：主要采用晶体管控制的加工中心得到广泛应用1952年1970年第三代数控系统：开始出现采用集成电路控制的加工中心，数控技术进入发展的第二个阶段,即CNC阶段第一代数控系统：世界第一台由电子管元件实现三坐标连续控制的数控铣床诞生于美国，随后世界各国数控机床技术迅速发展起来第四代数控系统：小型计算机出现后很快用于数控系统，开始采用大规模集成电路及小型通用计算机作为控制单元，数控系统真正成为CNC系统，可靠性进一步加强第五代数控系统:微处理器开始用于数控系统，数控机床逐渐大量应用于工业生产制造，生产效率和质量大大提高20世纪90年代1974年第六代数控系统：随着个人计算机的发展，在美国首先出现了在PC机平台上开发的数控系统，即开放式数控系统数控系统第一个发展阶段：硬线数控阶段1959年1965年数控系统第二个发展阶段：计算机数控（CNC）阶段 61.3 数控系统市场空间：全球超500亿元，国内在90-160亿元区间波动根据我们测算，全球数控系统市场空间超500亿元：根据德国机床制造商协会数据，2021年全球主要机床生产规模为709.4亿欧元。假设按照全球机床综合数控化率为60%，数控系统占机床成本比例20%，欧元兑人民币汇率1:7.5测算，全球数控系统市场空间约为638.5亿人民币。国内数控系统市场空间在90-160亿元区间波动：根据MIRDATA数据，2017-2022年间国内数控系统实际销售额在90-160亿区间内波动。其中2019年国内数控系统销售额最低为87.2亿元；2021年国内数控系统销售额最高达159.4亿元，主要系通用制造业复苏，机床行业进入新一轮景气周期。图：国内数控系统市场空间在90-160亿元波动资料来源：MIRDATA，东吴证券研究所图：根据我们测算，2021年全球数控系统市场空间为638.5亿元资料来源：德国机床制造商协会，东吴证券研究所2020年2021年全球机床生产规模（亿欧元）(1)578.6709.4假设全球机床综合数控化率 (2)60%60%全球数控机床生产规模（亿欧元）(3)=(1)*(2)347.2425.6假设数控系统占数控机床生产成本的比例 (4)20%20%全球数控系统市场空间（亿欧元）(5)=(3)*(4)69.485.1假设欧元兑人民币汇率1:7.5（6）7.57.5全球数控系统市场空间（亿元）(7)=(5)*(6)520.7638.5 71.4 2023Q1国内数控系统需求持续下滑，中高端高速高精产品需求提升2023Q1国内数控系统需求持续下滑：1）按销售金额看：2023Q1国内数控系统销售额为30.4亿元，同比-22%，环比+24%。2）按销售台套数看：2023Q1国内数控系统销售台套数为8.7万套，同比-20%，环比+25%。我们判断需求下滑主要系通用制造业复苏不及预期，机床行业景气度较低所致。分产品类型看，2023Q1通用型数控系统需求在萎缩，高速高精复合型系统需求在增长。通用型系统市场需求萎缩主要系通用机床行业整体复苏不及预期，下游终端需求低迷。此外，中国处在由低端制造转向先进制造的关键节点，高速高精复合机型及五轴系统更加匹配高端制造业目前的需求。图：2023Q1中国数控系统市场规模（按台套数）资料来源：MIRDATA，东吴证券研究所图：2023Q1中国数控系统市场规模（按金额）资料来源：MIRDATA，东吴证券研究所 81.5 高档数控系统的先进性体现在功能完备&可靠时间长数控系统技术壁垒高，国产数控系统厂商仍在努力向中高端转型。国外企业起步早，数控系统产品经过市场长期的反馈和不断迭代，其技术成熟度和市场竞争力优势明显。相比国外企业，国产数控厂商起步较晚，高端数控技术经验积累不足，仍需大量场景应用和验证。从性能指标来看，国产数控系统仅有华中数控、广州数控等少数企业能够满足中高档数控系统的标准。高档数控系统的技术难点在于两大方面：1）功能的完备性不足：例如缺少CAM等研发设计类工业软件；无法实现高速高精度插补功能；高端五轴RTCP功能不齐全；2）可靠性的时长不足。图：国内外各档次代表性数控系统功能及性能表资料来源：《中外高端数控系统差距分析及对策》郭远东，东吴证券研究所分类类别代表品牌功能完备性性能及适用范围可靠性(MTBF)国外顶尖西门子、海德汉 CAD、CAM、多种样条曲线插补、RTCP、空间刀补、智能误差补偿、3D 仿真、后置处理、智能诊断MES、ERP；1000M 工业总线通讯 三环全数字驱控一体、纳米级高速高精曲线插补、智能化自适应机床参数配置、通过参数选择可以满足几乎所有设备控制应用30000h国外一流发那科、三菱、NUM CAD、简易 CAM、多种样条曲线插补、RTCP、空间刀补、综合误差补偿、3D 仿真、后置处理、智能诊断；1000M 工业总线通讯 三环全数字驱控一体、纳米级高速高精曲线插补、通过参数数据可满足车、铣、加工中心及各类专用设备控制15000h台湾系统新代、亿图、宝元 简易CAM、NURBS样条插补、RTCP、侧刃加工、动态误差补偿、2D 仿真、在线诊断；100M 工业总线通讯 位置环闭环控制、微米级高速高精插补、通过参数选择可满足车、铣加工中心及部分专用设备控制10000h国内高端华中、光洋、广数、凯恩帝 NURBS 样条插补、RTCP、侧刃加工、动态误差补偿、2D 仿真、在线诊断；100M 工业总线通讯 位置环闭环控制、微米级高速高精插补、具有车、铣、加工中心及部分专用设备控制系统；加工效率一般10000h国内普适华兴、开通、达丰、广泰 通用插补功能、刀具直线及半径补偿功能、静态误差补偿、2D 仿真、在线诊断；100M 工业总线通讯 脉冲或总线闭环控制、小线段前瞻插补控制、具有车、铣、加工中心及个别专用设备控制系统；加工效率较低3000h 91.5 高档数控系统具备强大的CAM软件和高精度插补功能图：数控系统中工业软件自动编程流程资料来源：《中外高端数控系统差距分析及对策》郭远东，东吴证券研究所加工具有复杂轮廓曲线的工件需要借助计算机自动编程，而自动编程过程中紧密集成多个工业软件（CAD、CAE和CAM）。复杂零部件的轮廓线手工编程提取较为困难，需要使用工业软件执行自动编程提取，通常步骤为首先使用CAD（计算机辅助设计软件）制作零部件的轮廓描述信息，接着用CAE(计算机辅助工程软件)进行仿真分析，最后借助CAM（离线编程系统）将生成的轮廓信息转换为数控系统能识别的G代码。数控系统识别G代码后，基于插补功能生成刀具加工轨迹。数控系统中的插补功能是指数控系统根据前序自动编程获得的零件轮廓曲线的特征参数（G代码），按照一定的数学方法不断计算出刀具运行轨迹上的一些中间点，从而控制刀具对工件进行切削。一次加工程序通常分为多个插补周期，在连续的实时插补计算中，数控