作為制造機(jī)器的機(jī)器，機(jī)床在制造業(yè)中扮演著重要角色。機(jī)床能夠?qū)饘佟⑵渌牧系呐髁匣蚬ぜM(jìn)行加工，使之獲得所要求的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量，又被稱為“工業(yè)母機(jī)”。

       數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床，是高效率、高精度、高柔性和高自動(dòng)化的現(xiàn)代機(jī)電一體化設(shè)備。

       整體來看，一方面，我國機(jī)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(jī)床基本達(dá)到自給自足，中端數(shù)控機(jī)床基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，但高端數(shù)控機(jī)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(jī)床市場(chǎng)探索。

       中國是最大的機(jī)床制造國與消費(fèi)國，數(shù)控化率有待提升

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

       機(jī)床主要包括金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)床和特種加工機(jī)床。

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

       金屬切削機(jī)床周期性變動(dòng)特征極為顯著，通常表現(xiàn)為每10年一個(gè)大周期，3-4年一個(gè)小周期，2023、2024年處于大周期換機(jī)潮的末尾，波動(dòng)周期的起點(diǎn)。從機(jī)床的使用年限來看，MIR預(yù)計(jì)未來十年國內(nèi)市場(chǎng)將進(jìn)入一個(gè)新的上行周期。2024-2028年復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將達(dá)到2%左右。

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

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

       國務(wù)院在2024年初印發(fā)的《推動(dòng)大規(guī)模設(shè)備更新和消費(fèi)品以舊換新的行動(dòng)方案》提出，要深入推進(jìn)機(jī)床等傳統(tǒng)設(shè)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(shè)計(jì)工具普及率、關(guān)鍵工序數(shù)控化率分別超過90%、75%。

       國內(nèi)高檔數(shù)控機(jī)床爬坡邁坎

       數(shù)控機(jī)床可分為低檔、中檔和高檔數(shù)控機(jī)床，“國內(nèi)低檔數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)能比較過剩，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力較大，大家都在拼成本和效率；但對(duì)加工質(zhì)量和精度較高的高檔數(shù)控機(jī)床，國內(nèi)整體差距在不斷縮小，例如超快激光微加工等部分細(xì)分領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)趕超。”聚焦超快激光加工數(shù)控機(jī)床的中科微精創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)王自告訴第一財(cái)經(jīng)，“尤其是在復(fù)雜曲面上加工的數(shù)控機(jī)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(jī)床2023年國產(chǎn)化率約為6%。

       我國數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)大致可以分為三個(gè)梯隊(duì)：一是以DMG、山崎馬扎克、牧野等為代表國際性機(jī)床企業(yè)占據(jù)了高端市場(chǎng)大部分份額；二是以濟(jì)南二機(jī)床、上海機(jī)床、秦川機(jī)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(jìng)爭(zhēng)力的民營(yíng)企業(yè)，主要占據(jù)中端市場(chǎng)；三是由眾多中小企業(yè)組成的低端市場(chǎng)。

       據(jù)悉，目前五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)代表機(jī)床領(lǐng)域的最高技術(shù)水平，是進(jìn)行復(fù)雜曲面加工的理想機(jī)器。

       五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床相比于傳統(tǒng)的三軸、四軸數(shù)控機(jī)床，最顯著的特點(diǎn)就是多軸聯(lián)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)五個(gè)軸同時(shí)聯(lián)動(dòng)，包括X、Y、Z軸以及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。這種多軸聯(lián)動(dòng)的結(jié)構(gòu)使五軸數(shù)控機(jī)床能夠在更多的方向上進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的加工任務(wù)，是解決航天、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪、葉盤、葉片、船用螺旋槳等關(guān)鍵工業(yè)產(chǎn)品切削加工的唯一手段。

       中國五軸機(jī)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(nèi)需求持續(xù)增長(zhǎng)，MIR預(yù)計(jì)，2024年中國五軸加工中心市場(chǎng)規(guī)模將超過百億元，在2028年之后或?qū)⑦~向200億元，進(jìn)入新一輪增長(zhǎng)階段，未來五年內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)增長(zhǎng)。

       隨著北京精雕、科德數(shù)控、上海拓璞、埃弗米等企業(yè)技術(shù)能力的不斷提升，帶動(dòng)國產(chǎn)廠商逐步打開五軸市場(chǎng)。其中，科德數(shù)控五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床早期進(jìn)入航空航天領(lǐng)域，近幾年拓展民用領(lǐng)域，其投資者交流紀(jì)要顯示，國內(nèi)新增訂單中，民用領(lǐng)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(jī)床邁進(jìn)

       實(shí)現(xiàn)高端數(shù)控機(jī)床的更多突破，提升精度是關(guān)鍵，而上游核心零部件的精度及可靠性對(duì)機(jī)床性能影響較大。數(shù)控機(jī)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(dǎo)軌、轉(zhuǎn)臺(tái)等。

       在軟件方面，開源證券認(rèn)為，國產(chǎn)主要瓶頸在于數(shù)控系統(tǒng)誤差補(bǔ)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(jī)床要求。

       據(jù)主營(yíng)數(shù)控系統(tǒng)的華中數(shù)控相關(guān)人士介紹，作為數(shù)控機(jī)床的“大腦”，數(shù)控系統(tǒng)約占據(jù)數(shù)控機(jī)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(dòng)技術(shù)的國產(chǎn)高端數(shù)控系統(tǒng)，在多通道、多種聯(lián)動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上能夠與國外高端數(shù)控系統(tǒng)同臺(tái)競(jìng)技。

       據(jù)悉，2017年左右，第三方機(jī)構(gòu)對(duì)華中數(shù)控華中8型高性能數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，全面對(duì)標(biāo)德國、日本等國家的高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品功能，標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品600余項(xiàng)功能對(duì)標(biāo)匹配度達(dá)到100%，高檔型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品1900余項(xiàng)功能對(duì)標(biāo)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(dǎo)軌、軸承、刀具等零部件及機(jī)身材料的熱變形、剛性、應(yīng)力、精度等問題。國內(nèi)奧普光電（002338.SZ）、昊志機(jī)電（300503.SZ）等廠商正在發(fā)力追趕。工信部發(fā)布的《重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》明確了高檔數(shù)控機(jī)床的發(fā)展目標(biāo)，2025年，我國高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備，主軸、絲桿、線軌等中高檔功能部件國內(nèi)市場(chǎng)占有率將達(dá)到80%。

       “事實(shí)上，越往高端走，數(shù)控機(jī)床的通用化程度越低。高端數(shù)控機(jī)床往往是針對(duì)某一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域定制化開發(fā)的產(chǎn)品，所需要的不僅僅是數(shù)控機(jī)床本身，而是一些行業(yè)的加工解決方案。從這點(diǎn)來看，數(shù)控系統(tǒng)等零部件，以及我們激光加工領(lǐng)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(jī)床的重點(diǎn)技術(shù)發(fā)力點(diǎn)和持續(xù)的研發(fā)對(duì)象。”王自表示。

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

       “我認(rèn)為國內(nèi)外機(jī)床精度本身相差不大，更主要的是我們精度的保持性，機(jī)床的穩(wěn)定性。在穩(wěn)定性方面，其實(shí)我們和國外還有很大差距。”王自告訴第一財(cái)經(jīng)，“而機(jī)床穩(wěn)定性是一個(gè)復(fù)雜的工程化問題，涉及到原材料、設(shè)計(jì)、裝配、維護(hù)、保養(yǎng)等整條鏈的工程化技術(shù)。”

       為提升穩(wěn)定性，王自介紹稱，技術(shù)層面上，中科微精布局了機(jī)床補(bǔ)償技術(shù)、環(huán)境穩(wěn)定控制技術(shù)等適應(yīng)性技術(shù)；管理層面上，我們?cè)跈C(jī)床的維護(hù)保養(yǎng)方面形成了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，以保證機(jī)床在使用過程中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

       華中數(shù)控相關(guān)人士表示，產(chǎn)品的成熟度、穩(wěn)定度與應(yīng)用端的測(cè)試驗(yàn)證息息相關(guān)。“國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在各種應(yīng)用場(chǎng)景下的測(cè)試驗(yàn)證還不夠充分。軟件類產(chǎn)品本身需要不斷地進(jìn)行用戶反饋、迭代更新，以實(shí)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(jī)床將逐漸向智能機(jī)床轉(zhuǎn)型，數(shù)控機(jī)床的智能化水平將不斷提升，以降低數(shù)控機(jī)床的使用門檻。”

       王自也有類似的觀點(diǎn)。“目前很多數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)，都需要經(jīng)驗(yàn)豐富的大國工匠才能操作好、加工出更高精度的產(chǎn)品，對(duì)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(yàn)變成設(shè)備自身的能力，并且具備像人一樣的自學(xué)習(xí)能力，通過機(jī)床的生產(chǎn)結(jié)果再反饋到控制系統(tǒng)和決策層，設(shè)備的大腦又通過不斷學(xué)習(xí)進(jìn)行自我迭代，以持續(xù)提升設(shè)備生產(chǎn)能力。”

       據(jù)華中數(shù)控相關(guān)人士介紹，華中數(shù)控的9型數(shù)控系統(tǒng)是世界首臺(tái)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(qiáng)算力，形成了真正的智能化數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)，具備基于大模型的數(shù)控系統(tǒng)AI會(huì)診、加工代碼生成功能，實(shí)現(xiàn)全球數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)的重大突破。

       “AI故障診斷是學(xué)習(xí)過去積累的知識(shí)判斷機(jī)床發(fā)生故障的可能原因，能夠找出問題點(diǎn)并給出解決方案。目前系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)擁有兩年經(jīng)驗(yàn)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(gè)什么樣的零部件，提出加工要求，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成參考代碼并下發(fā)給機(jī)床。隨著知識(shí)不斷地積累和學(xué)習(xí)，數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)也會(huì)愈加豐富，高效使用數(shù)控機(jī)床的門檻會(huì)越來越低。”華中數(shù)控相關(guān)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(yīng)用端持續(xù)不斷的驗(yàn)證過程，當(dāng)前我國機(jī)床的數(shù)控化率仍有較大的上升空間，因此智能機(jī)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(jí)與迭代革新。