金属加工行业智能设计与自动化（金属加工科技创新）

金属智能加工技术就业前景 智能金属加工装备产业研究（一）

1、总体市场情况

金属加工设备包含了金属切削机床、金属成形机床、金属铸造机械、金属切割及焊接设备、机床功能部件及附件、其他金属加工设备等，也与工业激光加工设备以及工业机器人产业有所交叉。本部分仅对金属加工涉及的机床产业链进行分析。

机床被称为工业母机，即生产机器的机器。机床通过铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等方式，对精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件进行加工，从而生产设备。按照选择/移动控制 ，可将机床分为传统机床和数控机床。数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，是机电一体化的典型产品。相较传统机床，数控机床具有精度高、柔性好、工作高效化、功能复合化、控制智能化等优点，已经成为现代机床的主流发展方向。我国机床产品类别如下图所示。

▲图1 中国机床工具行业分类

资料来源中信证券《储能行业专题报告系列（一）储能产业序幕开启，全球竞争力可期》。

我国机床市场结构如下图所示。

▲图2 我国机床市场产品结构

资料来源东吴证券《机床行业专题十年周期拐点已至，民企崛起进行时-210226》

金属切削机床是最主要的一类机床，占比约2/3。金属切削机床包括含车床、磨床、铣床、镗床、加工中心、钻床等众多细分品类。金属成形机床是通过对金属 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，主要包括折弯机、剪板机、冲床及锻压机床等产品。

机床行业上游主要由构成机床的基础材料和零部件组成，按功能主要包括机械结构与系统控制两部分，机械结构包括钣铸件、焊件、精密件和功能部件；系统控制包括数控系统、电气元件，二者协同运作共同决定了数控机床的性能。上游原材料市场整体供需较为平衡，但中高端零部件依赖进口。铸件用于床身底座、鞍座工作台等；钣焊件以多重程序的冷加工工艺对钢板、铝板等金属板材进行加工，用于内外防护；精密件主要包括主轴单元和丝杠、线轨、轴承等传动部件等；功能部件主要包括数控回转工作台、刀库、机械手、齿轮箱、铣头、刀架等；数控系统用于显示器、传感器、伺服电机等；电子元器件用于断路器、继电器、变压器等。机床的主要结构如下表所示。

表1 机床结构及部件功能

资料来源中国钢铁工业协会，招商证券。

在机床生产成本中，原材料占比更高，为73.9%，是人工、折旧与其他制造费用，分别占比11.9%、7.9%和6.4%。在原材料成本中，结构件占比更高，达40%，价格受钢材影响较大；是控制系统、传动系统、驱动系统，分别占比21%、18%、13%。机床成本结构如下图所示。

▲图3 机床成本结构（2019年）

资料来源头豹研究院，招商证券。

2、总体市场规模

2021年全球机床产业复苏。根据美国Gardner《2021年世界机床行业统计调查报告》，全球机床总消费额从2020年的700亿美元增加到2021年的800亿美元，而机床产值则从730亿美元增加到850亿美元。

全球机床市场相对集中。一个国家工业化进程和速度决定了一个国家机床的消费，当今世界完成工业化或者正在快速工业化的国家相对集中，这就决定了机床行业在全球范围内是一个相对集中的行业，全球机床行业生产量排名前六的国家分别是中国、日本、德国、美国、意大利、韩国，消费量排名则是中国、美国、德国、意大利、日本、韩国，总计占据全球机床市场68%的消费额。其中更大的市场是中国，2020年占据31.9%的消费市场份额，如下图所示。

▲图4 2020年全球机床主要消费国消费占比

资料来源美国加德纳商业媒体（Gardner Intelligence）。

▲图5 世界六大机床消费国消费量变化

资料来源Garnder《2021年世界机床行业统计调查报告（2021 World Machine Tool Survey, WMTS）》

2021年我国机床行业呈现较快复苏态势。2018-2019年我国机床产量增速逐渐下降，2020年初受疫情影响出现较大跌幅，但随着疫情得到控制，我国工业经济逐渐复苏，机床的产量也随之恢复增长。根据国家统计局数据，2021年我国规模以上企业金属切削机床产量60.2万台，同比增长29.2%；金属成形机床产量21万台，同比增长0.7%，反映下 业需求总体改善；中国机床工具工业协会重点联系企业2021年1－12月累计完成营业收入同比增长26.2%，增幅比上年扩大23.2个百分点。根据中国海关数据，2021年机床工具进出口总体呈现快速增长的态势，进出口总额331.3亿美元，同比增长29.6%，与2019年相比，增长20.3%。其中，进口138.4亿美元，同比增长20.4%，与2019年相比，增长4.1%；出口192.9亿美元，同比增长37.2%，与2019年相比，增长35.5%。2021年机床工具进出口保持了自2019年6月以来的顺差态势，2021年呈现贸易顺差的有磨具磨料（34.5亿美元）、切削刀具（21.6亿美元）、木工机床（23.9亿美元）、金属成形机床（4.5亿美元）、铸造机（0.4亿美元）六个商品领域。

我国机床行业总体上处于景气周期。根据中国机床工具工业协会数据，中国机床主机产值在2011年更高峰时期为2200亿元，在国民经济中的占比较小，2020年中国机械制造业产值达到了22万亿元，而机械制造业零部件中有三分之一由机床加工完成。，整个机床产业所支撑的工业规模达5-7万亿元。我国上一轮机床消费高峰出现在2011年，金属切削机床、成形机床产量分别为88.7万台、23.6万台，机床消费达390.9亿美元，这批机床到2021年已满10年的设计使用寿命，预计2021年机床将进入更新高峰期，招商证券预计2021-2023年机床行业总体上处于景气周期。根据Garnder数据，2021年中国机床产值增加了50亿美元，是10年来更大的单年增幅。

国内机床数控化率仍存在巨大提升空间。据国家统计局，2020年我国机床工具规模以上企业总营收超7000亿元，其中金属切削机床营收超1000亿元，整体规模可观，但我国2020年新生产金属切削机床的数控化率仅为43%。我国目前的数控化率大约相当于日本上世纪90年代中期水平（1996年日本机床数控化率为44%），相比日本目前超过90%、德国75%、美国超过80%的数控化率仍有相当大的差距。《中国制造2025》明确指出，到2025年，关键工序数控化率要达到64%，高档数控机床与基础制造装备国内市场占有率超过80%，提升空间巨大。

高档数控机床国产替代空间大。2001-2012年我国机床进口额持续上升，2012年达到高点后波动下降，2020年为59.7亿美元。出口额不断上升，2020年达40.2亿美元，净进口额回落至2001年水平，说明我国整体机床产业对进口的依赖程度正在减小。，2020年机床平均进口价格为7.7万美元，平均出口价格仅为416美元，近60%的机床来自日本和德国两个技术先进的国家，目前我国中高端数控机床产业在技术水平、产品定制、配套产业链、经营规模等方面都存在不足，相比国外先进水平还有较大差距。高档数控机床“卡脖子”，进口替代提速势在必行。从“巴统协议”到“瓦森纳协定”再到中美贸易摩擦，美国等发达国家始终对向中国出口尖端技术产品有所限制，尤其是以五轴联动数控机床为代表的高档数控机床。高档数控机床已经成为中国制造提质增效的“卡脖子”问题。近年来，国内中高档数控机床市场上，一批具备一定的核心技术的民营企业如科德数控等崛起，民族品牌逐渐形成进口替代趋势。

制造业投资需求+更新需求+数控化率提升+进口替代，我国数控机床市场规模有望达千亿元。高端数控机床主要应用于航空、航天、核、电子、船舶、兵器、能源、汽车、模具、刀具等重点领域，特别是航空航天等军工领域，国产化需求强烈、存量市场规模巨大、市场增长可期。预计我国数控机床市场规模未来将稳定较快增长，到2022年有望达到千亿元级别，其中数控金属切削机床、数控金属成形机床、数控特种加工机床将分别占到53%、28.5%、17%。

金属加工科技创新 金属加工在机器制造产业中的作用