作為制造機器的機器，機床在制造業(yè)中扮演著重要角色。機床能夠對金屬、其他材料的坯料或工件進行加工，使之獲得所要求的幾何形狀、尺寸精度和表面質量，又被稱為“工業(yè)母機”。

       數(shù)控機床是用數(shù)字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制的機床，是高效率、高精度、高柔性和高自動化的現(xiàn)代機電一體化設備。

       整體來看，一方面，我國機床的數(shù)控率仍有較大提升空間；另一方面，目前我國低端數(shù)控機床基本達到自給自足，中端數(shù)控機床基本實現(xiàn)國產(chǎn)替代，但高端數(shù)控機床國產(chǎn)化率仍處于較低水平。以科德數(shù)控（688305.SH）、華中數(shù)控（300161.SZ）、中科微精、海天精工（688182.SH）、紐威數(shù)控（688697.SH）、宇環(huán)數(shù)控（002903.SZ）等為首的企業(yè)正不斷向高端機床市場探索。

       中國是最大的機床制造國與消費國，數(shù)控化率有待提升

       中國是全球最大的機床制造國和機床消費國。根據(jù)德國機床制造商協(xié)會數(shù)據(jù)，2022年我國機床產(chǎn)值約1818億元，世界占比32.0%；機床消費額約1839.2億元，世界占比32.2%；機床產(chǎn)值、銷售額均為世界第一。

       機床主要包括金屬切削機床、金屬成型機床和特種加工機床。

       以金屬切削機床為例（國家統(tǒng)計局只統(tǒng)計了金屬切削機床），根據(jù)MIR睿工業(yè)數(shù)據(jù)，近年來，我國金屬切削機床為800億~1100億元，2023年約808億元。2023年中國金切機床出口額達到119.5億元，且2019年~2023年近五年的復合增長率達30%，預計2024年出口額將達到150億元，2025年數(shù)字還將持續(xù)增高。

       金屬切削機床周期性變動特征極為顯著，通常表現(xiàn)為每10年一個大周期，3-4年一個小周期，2023、2024年處于大周期換機潮的末尾，波動周期的起點。從機床的使用年限來看，MIR預計未來十年國內市場將進入一個新的上行周期。2024-2028年復合增長率預計將達到2%左右。

       自2020年以來，我國機床的國產(chǎn)化率也有顯著的提升，其中2020年增長速度最快，較2019年提升了4個百分點。根據(jù)MIR睿工業(yè)數(shù)據(jù)，截至2023年，中國機床的國產(chǎn)化率已提升至55%。

       不過我國的機床數(shù)控率仍有較大提升空間。據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2023年金屬切削機床數(shù)控化率為45.5%。日本機床數(shù)控化率維持在80%以上，美國和德國機床數(shù)控化率均超過70%。

       國務院在2024年初印發(fā)的《推動大規(guī)模設備更新和消費品以舊換新的行動方案》提出，要深入推進機床等傳統(tǒng)設備再制造，到2027年，規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)數(shù)字化研發(fā)設計工具普及率、關鍵工序數(shù)控化率分別超過90%、75%。

       國內高檔數(shù)控機床爬坡邁坎

       數(shù)控機床可分為低檔、中檔和高檔數(shù)控機床，“國內低檔數(shù)控機床的產(chǎn)能比較過剩，行業(yè)競爭壓力較大，大家都在拼成本和效率；但對加工質量和精度較高的高檔數(shù)控機床，國內整體差距在不斷縮小，例如超快激光微加工等部分細分領域已經(jīng)實現(xiàn)趕超。”聚焦超快激光加工數(shù)控機床的中科微精創(chuàng)新研究院院長王自告訴第一財經(jīng)，“尤其是在復雜曲面上加工的數(shù)控機床產(chǎn)品。”

       據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，我國高端數(shù)控機床2023年國產(chǎn)化率約為6%。

       我國數(shù)控機床市場大致可以分為三個梯隊：一是以DMG、山崎馬扎克、牧野等為代表國際性機床企業(yè)占據(jù)了高端市場大部分份額；二是以濟南二機床、上海機床、秦川機床、海天精工、紐威數(shù)控、科德數(shù)控、宇環(huán)數(shù)控等為代表的大型國有企業(yè)及部分具有核心競爭力的民營企業(yè)，主要占據(jù)中端市場；三是由眾多中小企業(yè)組成的低端市場。

       據(jù)悉，目前五軸聯(lián)動技術代表機床領域的最高技術水平，是進行復雜曲面加工的理想機器。

       五軸聯(lián)動數(shù)控機床相比于傳統(tǒng)的三軸、四軸數(shù)控機床，最顯著的特點就是多軸聯(lián)動，能夠實現(xiàn)五個軸同時聯(lián)動，包括X、Y、Z軸以及兩個旋轉軸。這種多軸聯(lián)動的結構使五軸數(shù)控機床能夠在更多的方向上進行加工，實現(xiàn)更復雜的加工任務，是解決航天、航空發(fā)動機葉輪、葉盤、葉片、船用螺旋槳等關鍵工業(yè)產(chǎn)品切削加工的唯一手段。

       中國五軸機床主要集中在航空航天、軍事、模具、汽車、船舶等行業(yè)，目前國內需求持續(xù)增長，MIR預計，2024年中國五軸加工中心市場規(guī)模將超過百億元，在2028年之后或將邁向200億元，進入新一輪增長階段，未來五年內市場規(guī)模將持續(xù)增長。

       隨著北京精雕、科德數(shù)控、上海拓璞、埃弗米等企業(yè)技術能力的不斷提升，帶動國產(chǎn)廠商逐步打開五軸市場。其中，科德數(shù)控五軸聯(lián)動數(shù)控機床早期進入航空航天領域，近幾年拓展民用領域，其投資者交流紀要顯示，國內新增訂單中，民用領域收入占比約30%-40%，數(shù)量占比超過70%。

       提升精度和穩(wěn)定性，向智能機床邁進

       實現(xiàn)高端數(shù)控機床的更多突破，提升精度是關鍵，而上游核心零部件的精度及可靠性對機床性能影響較大。數(shù)控機床核心零部件主要包括數(shù)控系統(tǒng)、編碼器、光柵尺、滾珠絲杠、主軸、導軌、轉臺等。

       在軟件方面，開源證券認為，國產(chǎn)主要瓶頸在于數(shù)控系統(tǒng)誤差補償能力，以及伺服系統(tǒng)加減速控制精度等不能滿足高端數(shù)控機床要求。

       據(jù)主營數(shù)控系統(tǒng)的華中數(shù)控相關人士介紹，作為數(shù)控機床的“大腦”，數(shù)控系統(tǒng)約占據(jù)數(shù)控機床總成本的20%左右。華中8型數(shù)控系統(tǒng)是具備五軸聯(lián)動技術的國產(chǎn)高端數(shù)控系統(tǒng)，在多通道、多種聯(lián)動等關鍵技術指標上能夠與國外高端數(shù)控系統(tǒng)同臺競技。

       據(jù)悉，2017年左右，第三方機構對華中數(shù)控華中8型高性能數(shù)控系統(tǒng)進行測試，全面對標德國、日本等國家的高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品功能，標準型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品600余項功能對標匹配度達到100%，高檔型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品1900余項功能對標匹配度超過98%。

       硬件方面，開源證券表示國產(chǎn)主要瓶頸為絲杠/導軌、軸承、刀具等零部件及機身材料的熱變形、剛性、應力、精度等問題。國內奧普光電（002338.SZ）、昊志機電（300503.SZ）等廠商正在發(fā)力追趕。工信部發(fā)布的《重點領域技術路線圖》明確了高檔數(shù)控機床的發(fā)展目標，2025年，我國高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備，主軸、絲桿、線軌等中高檔功能部件國內市場占有率將達到80%。

       “事實上，越往高端走，數(shù)控機床的通用化程度越低。高端數(shù)控機床往往是針對某一個細分領域定制化開發(fā)的產(chǎn)品，所需要的不僅僅是數(shù)控機床本身，而是一些行業(yè)的加工解決方案。從這點來看，數(shù)控系統(tǒng)等零部件，以及我們激光加工領域涉及的光源激光器等，甚至上游的CAD軟件等，都是未來高端數(shù)控機床的重點技術發(fā)力點和持續(xù)的研發(fā)對象?！蓖踝员硎?。

       另一方面，我國高端數(shù)控機床的發(fā)展也需要提高穩(wěn)定性。

       “我認為國內外機床精度本身相差不大，更主要的是我們精度的保持性，機床的穩(wěn)定性。在穩(wěn)定性方面，其實我們和國外還有很大差距。”王自告訴第一財經(jīng)，“而機床穩(wěn)定性是一個復雜的工程化問題，涉及到原材料、設計、裝配、維護、保養(yǎng)等整條鏈的工程化技術。”

       為提升穩(wěn)定性，王自介紹稱，技術層面上，中科微精布局了機床補償技術、環(huán)境穩(wěn)定控制技術等適應性技術；管理層面上，我們在機床的維護保養(yǎng)方面形成了標準化規(guī)范，以保證機床在使用過程中的長期穩(wěn)定性。

       華中數(shù)控相關人士表示，產(chǎn)品的成熟度、穩(wěn)定度與應用端的測試驗證息息相關?！皣a(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在各種應用場景下的測試驗證還不夠充分。軟件類產(chǎn)品本身需要不斷地進行用戶反饋、迭代更新，以實現(xiàn)產(chǎn)品成熟度和穩(wěn)定度的螺旋式上升。我們也正在不斷優(yōu)化這一塊。未來，數(shù)控機床將逐漸向智能機床轉型，數(shù)控機床的智能化水平將不斷提升，以降低數(shù)控機床的使用門檻。”

       王自也有類似的觀點。“目前很多數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)，都需要經(jīng)驗豐富的大國工匠才能操作好、加工出更高精度的產(chǎn)品，對于工匠的能力有較高要求。未來通過引入AI，讓工程師的經(jīng)驗變成設備自身的能力，并且具備像人一樣的自學習能力，通過機床的生產(chǎn)結果再反饋到控制系統(tǒng)和決策層，設備的大腦又通過不斷學習進行自我迭代，以持續(xù)提升設備生產(chǎn)能力。”

       據(jù)華中數(shù)控相關人士介紹，華中數(shù)控的9型數(shù)控系統(tǒng)是世界首臺嵌入AI芯片的智能化數(shù)控系統(tǒng)，集成了AI芯片，融合AI算法，匯聚大數(shù)據(jù)，融合大模型，集成強算力，形成了真正的智能化數(shù)控系統(tǒng)平臺，具備基于大模型的數(shù)控系統(tǒng)AI會診、加工代碼生成功能，實現(xiàn)全球數(shù)控系統(tǒng)市場的重大突破。

       “AI故障診斷是學習過去積累的知識判斷機床發(fā)生故障的可能原因，能夠找出問題點并給出解決方案。目前系統(tǒng)相當于一個擁有兩年經(jīng)驗的工程師水平； 加工代碼生成可以讓編程更加便利，即告訴數(shù)控系統(tǒng)需要加工一個什么樣的零部件，提出加工要求，系統(tǒng)會自動生成參考代碼并下發(fā)給機床。隨著知識不斷地積累和學習，數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)驗也會愈加豐富，高效使用數(shù)控機床的門檻會越來越低?！比A中數(shù)控相關人士稱。

       不過，正如前文所述，產(chǎn)品精度、成熟度、穩(wěn)定性方面的提升，離不開應用端持續(xù)不斷的驗證過程，當前我國機床的數(shù)控化率仍有較大的上升空間，因此智能機床產(chǎn)品距離真正的成熟，仍需歷經(jīng)持續(xù)不斷的優(yōu)化升級與迭代革新。