机床数控系统行业参议：高端市集亟需替代，卑劣需求有望触底回升

【1、数控系统是数控机床最中枢的部件之一，高等数控系统为国度计策级资源】

1.1、数控机床的大脑即是数控系统。

机床是用来制造机器的机器，也被叫作念工业母机。机床是当代制造业里终点紧迫的器用之一，还能抽象体现一个国度的基础制造智商呢。机床产物的性能会决定制造的质料，高等数控机床的工夫水平更是一个国度先进工业化程度的体现。数控机床加工功能很全面，能把车削、铣削、螺纹加工等鸠合到一台机床上，让它具备多种工艺技巧，这样就能很好地科罚那些精度条目高、阵势复杂、小批量、多品种的零件加工问题，提高产物质料，确保加工零件的精度。数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，因为它有柔性好、加工精度高、褂讪性强、能加工复杂零件等一系列优点，是以当今在机械制造业里应用得十分时时。

数控机床跟传统机床比，加工上风很彰着，正安定取代传统机床呢。高等数控机床能高精度、高复杂性、高效高动态地加工，工夫上风很显耀。一是高精度，在机床层次雷同的情况下，它加工精度更高，主要用来加工精密模具之类的零件；二是高复杂性，零件如果阵势复杂、多线型、异形曲面的那种，得五轴联动加工才气完成；三是高效高动态，主要用于航空航天、汽车、军工这些重心鸿沟，能餍足零件加工时对高动态特点、高速高节奏的需求，像航空航天发动机叶轮、叶盘、叶片和飞机结构件加工就常用到。数控机床能大幅提高加工恶果和质料，在当代出产里，它正在逐渐取代传统的手动机床。

机床里，数控系统然则个紧迫部件。从机床结构来讲，数控机床是由机床主体、传动系统和数控系统组成的。机床主体就像机床的框架，这里面有床身、底座铸件、主轴、变速箱这些东西；传动系统包含传动机械、补助能源系统等。机床主体和传动系统是工件加工的基础，对刚度、抗震性等方面条目比较高。从本钱比例看，2016年上半年海天精工数控机床主要本钱包括结构件、抵制系统、传动系统、驱动系统、刀库和其他部分。其中结构件占35%，抵制系统占22%，传动系统占20%，驱动系统占13%，加起来整个能达到90%。数控系统就好比数控机床的“大脑”，它性能好不好凯旋关系到高端数控机床的加工精度和恶果，是最中枢的部件之一。

数控系统是数字抵制系统的简称，也被叫作念计较机数控（Computerized Numerical Control，CNC）。数控系统是一种专用计较机系统，它会按照计较机存储器里存着的抵制模范，去本质一部分或者全部的数值抵制功能，而且还有接口电路和伺服驱动安装。是以，数控系统包含抵制系统、驱动系统和检测系统这三个主要部分。

数控系息争般有基本功能和遴荐功能这两种。基本功能是数控系息争定得有的功能，像数控加工模范阐述、数据处理、进给轴抵制还有开关量抵制功能皆在其中。遴荐功能呢，是让用户按照机床的特点和用途来挑选的功能，它不但让数控加工流程和操作更轻便、更昂扬了，还拓宽了数控系统能用的范围，这样制造系统里制造单元的集成也就有已矣的可能了。遴荐功能主要包含底下这些功能：编程功能、图形模拟功能以及通讯功能。依据伺服系统抵制模样的不一样，数控系统能被分红开环、半闭环、闭环抵制数控系统，高等数控系息争般皆是闭环抵制数控系统。

1）开环抵制数控系统莫得检测安装，也莫得响应电路，驱动元件是步进电动机。其旨趣为，CNC安装输出的请示进给脉冲通过驱动电路已矣功率放大，变成抵制步进电动机各定子绕组治安通电或者断电的电流脉冲信号，从而驱动步进电动天真掸，然后经机床传动机构，像齿轮箱、丝杠这些，带动责任台迁移。这种抵制模样爽气，价钱比较低廉，在经济型数控系统里被时时愚弄。

2）半闭环抵制数控系统是这样的：位置检测元件装在电动机轴端或者丝杠轴端，经过对角位移进行测量，来波折算出机床责任台实质的运行位置，也即是直线位移。然后把这个实质位置和CNC安装算出的请示位置或者位移作比较，用两者的差值来进行抵制。因为在闭环的环路里不包含丝杠、螺母副以及机床责任台这些大惯性的部分，是以这些部分产生的差错没法被环路修正。它的抵制精度比不上闭环抵制数控系统，不外它调试起来轻便，本钱也比较得当，能赢得比较褂讪的抵制特点。是以在实质应用里，这种模样被时时愚弄。

3）闭环抵制数控系统是这样回事儿：机床责任台上装着位置检测安装，这个安装能检测机床责任台实质的运行位置，也即是直线位移。然后把检测到的实质位置和CNC安装算出的请示位置或者说位移作念比较，用两者的差值来进行抵制。这种抵制模样下，位置抵制的精度终点高，高端数控机床鸿沟频繁用。不外呢，闭环抵制数控系统把丝杠、螺母副还有机床责任台这些惯性很大的步伐皆放在闭环里面了，这就使得系数系统相易的刚性变差，调试的时候，系统很难达到褂讪情状。

数控系统功能水平不一样，能分红经济型、圭臬型和高等型这几种数控系统，高等数控系统然则国度计策级的资源呢。高等型数控系统在抵制类型、加工速率、加工精度这些方面皆有很彰着的提高。西方推崇国度当今对高等数控系统管得可严了，要么不容对外卖，要么严格管控，还会限度它的部分功能。日本发那科的五轴联动数控系统就没对国内企业盛开。好意思国的机床企业会定时核查用户，了解建造的使用情况。

数控系统产业链国产化正在逐渐鼓吹。数控系统产业的上游有制造需要用到的工控机、裸露屏、计较芯片、功率模块、伺服电机以过火他部件，这些上游产物共同组成了数控系统的抵制系统、测量系统和伺服驱动系统。国内数控机床的计较芯片和功率模块大多是入口的，不外国内的数控系统制造商依然渐渐运转使用国内的芯片产物了。有一部分伺服驱动和电机市集依然被国产化产物替代了，仅仅产物质能和国外产物比拟还有些差距。数控系统的卑劣是数控机床制造商，数控机床制造商在汽车船舶、航空航天、国防军工、机械制造和石油化工等工业鸿沟应用很时时。

1.2、数控系统在国表里的发展历程

1952年的时候，好意思国麻省理工学院搞出了第一台试验性的数控系统，这然则开了全国数控系统工夫发展的头。20世纪80年代中期，数控系统工夫运转迅速发展。1986年，三菱（MITSUBISHI）推出了用Motorola 32位68020 CPU的数控系统，一下子就带起了32位数控系统的潮水。1987年，发那科（FANUC）公司的32位多CPU系统——ES - 15出来了，这让系统里面各部分之间的数据交换速率比原本的16位数控系统快了好多。从90年代运转，受计较机工夫快速发展的影响，利用PC机丰富的软硬件资源，数控系统朝着盛开式体捆绑构去发展了。德国、好意思国、日本等国度皆争着拓荒新一代的高速数控机床，加工中心的主轴转速、责任台迁移速率、换刀时候分辨从80年代的3000 - 4000r/min、10m/min和5 - 10s提高到90年代的15000 - 50000r/min、80 - 120m/min和1 - 3s。

德、好意思、日等国经过永劫候的研发和改进，基本上掌持了数控系统的最初工夫。当今，在数控工夫的参议和应用方面主要有两大阵营：一个是发那科（FANUC）、西门子（SIEMENS）这类专科的数控系统厂商；另一个是以山崎马扎克（MAZAK）、德玛吉（DMG）为代表的自主拓荒数控系统的大型机床制造商。

数控系统公司在两种阵营下有西门子格局、哈斯格局和马扎克格局这几种发展格局，这些格局皆各有横暴。1）西门子格局：数控系统厂出奇出产多种规格的数控系统，还提供各种圭臬功能模块，给众人的主机厂多数配套。2）哈斯格局：主机厂我方独处拓荒数控系统，然后和我方出产的数控机床通盘配套售卖。像好意思国的哈斯（Haas）公司、意大利的菲迪亚公司等即是这样，这些公司刚运转创立的时候是从研发数控系统运转的，为了把数控系统卖出去，才运转出产销售数控机床。我国的科德数控亦然这种发展格局。3）马扎克格局：主机厂在数控系统厂给出的拓荒平台上，研发我方品牌的数控系统，再和我方出产的数控机床通盘配套售卖。就像日本马扎克、森精机等公司，在三菱·发那科提供的数控系统平台上，通盘研发出马扎克、森精机的数控系统品牌。

我国数控系统在起步的时候是主导的。1958年，我国有了第一台数控机床。1981年起，我国运转引进发那科的数控工夫，接着又引进GE、西门子等的数控系统。1996年，我国主要的数控系统制造商运转搞模子学习、自主改进。2006年之后，我国入辖下手研发高端数控系统。发展了这样多年，国内出现了华中数控、广州数控、北京凯恩帝等有一定市集竞争力的企业。

传统数控系统没法餍足当代制造业的出产需求，数控系统得朝着智能化、辘集化和盛开化去发展。在发展的时候，得科罚辘集制造接口、跨平台运行通讯机制以及先进抵制算法这些问题，这样才气推动数控系统有新的发展，从根源上提高当代制造业的发展水平。国产高端数控系统和国外的比起来，在功能性能和可靠性上还有些差距，不外这几年在多轴联动抵制、功能复合化、辘集化、智能化和盛开性等方面也有了一些得益。1）高速、高精度、高可靠性：机床速率快能大幅升迁加工恶果、减少加工本钱、镌汰出产周期，还能增强市集竞争力；高精度跟产物加工质料凯旋关系；可靠性凯旋体现数控系统抽象性能的横暴，在可靠性上能不可消弱和国外数控系统的差距，是国产数控系统过火装备能不可占领市集的要道所在。

2）多轴联动和复合化方面：多轴联动的数控系统把计较机抵制、高性能伺服驱动以及精密加工工夫和会在通盘。多轴联动加工时，能凭借刀具的最好几何阵势来切削，这样产物的加工恶果、质料和精度皆会大大提高。时时来说，2到3台三轴机床的加工恶果才和1台五轴联动机床的加工恶果差未几。跟着市集上个性化需求变得越来越强烈，交货期也束缚镌汰，金属加工行业更多地使用复合机床对复杂工件作念抽象加工，数控系统在工艺上的复合程度也束缚提高。和只消单一加工功能的数控系统比起来，用户更思要那种能提供车削、铣削、镗削、钻削和磨削等工序的复合型数控系统。

3）智能化、柔性化和辘集化：智能化在好多方面皆有体现。像智能能抵制加工的质料和恶果，举例自稳妥地抵制加工流程、自动生成工艺参数等；智能还能升迁驱动性能，像负载自动识别、电机参数自稳妥运算、前馈抵制这些。智能编程和操作方面呢，有自动编程和智能化的东说念主机界面。数控系统朝着柔性化发展的趋势体当今两个方面：一是从点（数控单机）、线（柔性出产线）朝着面（自动化车间）、体（CIMS）的标的发展；另一个是朝着提神经济性和实用性的标的发展。数控系统的辘集化，主要即是数控系统和外部抵制系统进行辘集相易与抵制。在辘集工夫束缚持重发展的时候，数字制造主意逐渐被提倡来了，这依然成了机械制造企业当代化的象征。

4）盛开式、软数控格局：数控系统制造商能对数控系统功能重新组合、修改、加多或者减少，这样就能快速构建出不同种类和层次的数控系统。而且，针对不同厂家、用户以及行业需求，制造商可以把特殊应用和工夫教会集成到数控系统里，从而作念出定制型数控系统。以后的数控系统呢，用户可以对它重新建树、修改、膨胀、改装，还能模块化地把传感器集成进去，监视加工流程，已矣辘集通讯和良友会诊等功能，毋庸重新商量软硬件。

【2、行业无间增长，外资占据中高端主要市集】

2.1、低档市集能已矣替代，但是中高等数控系统对外依赖程度很高。

机床数控化水平的提高会一直推动行业发展，行业的市集范畴有望接近千亿。机床器用协会的数据裸露，2021年，我国数控金属切削机床产量是27万台，数控金属成形机床产量为2.4万台。如果按照金属切削机床数控系统单价10万元、金属成形机床数控系统单价4.15万元来算的话，2021年国内数控系统的市集范畴好像是280亿元。我国机床数控化率还不到50%，国际推崇国度的数控化率在80%控制，是以我国数控机床和数控系统还有很大的发展空间。议论到机床行业的发展以及数控化率束缚提高，数控系统的市集范畴有望朝着千亿范畴发展。

数控系统参与者按工夫实力能分红国外顶尖、国外一流、中国台湾、中国大陆高端和中国大陆普适这五大类。西门子、海德汉是国外顶尖那类的代表，它们的产物质能很棒，在国内高端五轴联动数控系统里用得比较多。发那科、三菱属于国外一流企业，性能好，性价比还更高。中国台湾有像新一代、亿图、宝元这样的企业，不外这些企业正在安定被国内的优秀企业取代。华中数控、广州数控、光洋等企业属于中国大陆高端企业。

国内主要市集份额被外资占据，中高等数控系统差未几被操纵了。华经产业参议院的统计数据裸露，2020年发那科在我国数控系统市集占了34%的份额，三菱数控占21%，广州数控占15%，西门子占10%，前三大外资企业的市集占有率好像有65%。低端的国产替代比较容易，当今国内企业依然占了主要市集。中端的对褂讪性条目高，刻下市集竞争很强烈，外资企业主如果日本的发那科、三菱，国内的华中数控、科德数控、凯恩帝这些公司依然安定打入市集有所突破了。高端数控系统工夫条目高、附加值也高，国产公司思要替代就比较难。在国度政策解救下，国内出现了一小批研制高等数控系统的企业，也已矣了部分国产化，可市集占有率还不到10%。

前瞻产业参议院2018年的数据裸露，华中数控在中高等数控系统方面有一定上风。在我国，这个公司中档数控系统的占有率差未几是30%，高等数控系统的市集占有率在国内亦然最高的。北京凯迪恩和大连大森在我国中档数控系统的市集占有率，分辨是22%和14%。国内的优秀企业正在高等数控系统研发上束缚竭力追逐。经过国内企业无间束缚地立志，我国高端数控系统渐渐有了突破。华中数控研发的“华中8型系列高等数控系统”，依然能够对标国际上顶尖的高等产物了，而且罕有千台套系统被用在了高等数控机床里。科德数控的GNC60高等数控系统，已矣了和德国西门子840D型高等数控系统功能上的对标。从产物质能方面来说，我国的部分产物依然比国际水平要好了。把科德数控和西门子等外金钱品作念个比较就能发现，我国产物在部分性能主张上比国外产物强，而且还有价钱上风，是有开拓市集的智商的。

自主化智商有了彰着升迁，高端市集也运转有所突破。据科德数控招股书裸露，国内的华中数控、科德数控皆依然掌持了伺服驱动、电机等工夫，从产物自制率方面来说，依然不比国际的龙头企业差了。2017年，“高等数控机床与基础制造装备”这个科技要紧专项罢了后，我国高等数控系统的国产化率从1%提高到了5%，国内高等数控系统的国产化替代运转有了突破。

“十二五”到“十三五”的时候，国产数控系统在功能、性能和可靠性上有了很大的发展。畴前我国航空、航天这些鸿沟的高等数控系统皆被国外操纵，当今这种场面被突破了。不外呢，和国外的产物比起来，国产数控系统如故有差距的，还得赓续提高。差距主要在两个处所：第一，工夫持重度差得比较多，短少永劫候的应用训导。数控系统在工夫上难就难在对可靠性条目很高、波及多学科交叉的工夫，而且配套的机械建造种类好多。我方研制几台高等数控系统，然后在实验室和实质出产里完成各式测试考据并不难，难的是让国产数控系统多数地、永劫候地禁受应用考据。国外的龙头企业经过了永劫候、多数的考据迭代，有好多的应用教会，工夫持重度很高；国产数控系统的公司起步晚，在工夫持重度上比不上东说念主家。

2）市集认同度不高：像日本发那科、德国西门子这类国外企业，在数控系统方面皆发展差未几60年了，掌持了好多先进工夫，在众人构建起工夫壁垒，在市集上占了上风地位。在我们国度市集，这些国外企业也规划了40多年了。由于它们产物工夫和性能上的上风，这些企业有很可以的市集品牌，客户也很认同，大多数客户皆民风用它们的产物，这样就酿成了一个“市集生态圈”。

2.2、简析国际龙头

发那科（FANUC）1956年创建，公司名是富士自动化数控（Fuji Automatic NUmerical Control）的英文缩写。它主要由日本发那科公司、好意思国密歇根州罗切斯特山的好意思国发那科公司和卢森堡的欧洲发那科公司组成。最运转它是富士通拓荒的早期数字抵制（NC）和伺服系统的一部分，是作念机器东说念主、电脑数控机床这类自动化产物做事的公司。1959年发那科率先推出电液步进电动机，之后好些年里安定发展并把以硬件为主的开环数控系统完善了。1976年，发那科研制出选用直流伺服电机的数控系统5；1985年推出数控系统0；1987年研制收效数控系统15，这个数控系统被叫作念划期间的东说念主工智能型数控系统。

三菱电机（Mitsubishi Electric）的数控系统呢，有“加工抵制工夫”、“质料和数目的高可靠性”、“辘集”这三大理念，能给众人用户提供跟全国工艺适配的好产物。当今公司数控系统的主要产物有M800/M80/E80系列，还有最新的M800V/M80V系列。2021财年，公司总营收是41914.33亿日元，在这当中，工业机电一体化（Industrial Mechatronics）业务的营收为12702亿日元。

【3、行业发展向好，国内数控系统成长可期 】

3.1、数控化率提高和机床国产化替代为行业发展奠定了基础。

我国机床的数控化率还比较低，数控系统的发展空间很大。2021年，我国金属切削机床的产量是60.2万台，这里面数控金属切削机床有27万台；金属成形机床产量是21万台，其中数控金属成形机床产量为2.4万台。这样算下来，从产量看，我国金属切削机床和金属成形机床的数控化率分辨是45%和11%，金属加工机床的数控化率整个是36%。虽说这些年我国机床数控化率一直在上涨，可如故比众人水平低不少，众人推崇国度的数控化率皆在80%以上呢。长久来说，我国机床数控化率有但愿升迁一倍还多。再议论到机床卑劣需求一直在增长，数控系统的恒久发展空间特别大。《中国制造2025》依然明确暗示，到2025年要道工序数控化率要提高到64%，“十四五”期间，我国数控机床和数控系统的发展环境皆会比较好。

外资在我国中高等机床鸿沟仍占据多数份额。我国机床行业分三个梯队，第一梯队是外资企业，占据着我国高端市集；第二梯队是国内比较优质的机床企业；第三梯队是国内那些范畴小、竞争力弱的企业。前瞻产业参议院的数据裸露，2018年我国低档、中档、高等数控机床的国产化率分辨为82%、65%和6%。从相差口数据来看，2022年我国金属切削机床入口金额好像是56.1亿好意思元，也即是约385亿元东说念主民币，在我国数控金切机床里占了很大份额，再加上国内还有部分外资企业的产能，总体而言我国中高等数控机床如故很依赖外资的。

众人疫情爆发让国内机床替代加速了速率。2020年新冠疫情在众人出现，国外机床企业的出产和录用皆受影响。国内疫情抵制得好，制造业如故增长得可以，国内需求很旺，内需和外部供应酿成了“剪刀叉”的场面，国内机床企业就有了成长的契机。日本金属切削机床订单从2020年2月起降幅变大，一直到四季度同比才运转转正；国内金属切削机床产量2020年4月运转转正，国内机床企业订单好多，行业出现“供不应求”的情况，机床国产化替代的趋势就加速了。

在机床国产化这个大配景下，数控系统国产化替代加速是很值得看好的。数控系统然则数控机床的要道部件，数控机床的功能和性能皆跟它策动。卑劣那些机床客户在遴荐数控系统的时候通常终点提神，再加上用户使用民风方面的成分，刻下中高端机床如故更倾向于用国外品牌的数控系统。不外当今国内依然有不少上市公司和弥远非上市公司运转用国内的数控系统了，或者和国内最初的企业配合搞研发。以后数控系统在国内机床企业里多数使用是很有但愿的。跟着国内机床国产化的束缚替代，数控系统国产化替代的进度也很可能会加速。

3.2、数控机床有但愿重回上行周期，新兴行业和出口需求会带来新能源。

通用建造行业的景气度有但愿复原，机床的上行周期还会赓续。参议国内机床产量的历史数据能发现，机床行业存在一定的周期性，每轮周期好像在6到12年之间。2011年之前，行业上行的时候通常比下行的时候长，2012 - 2019年行业合座是下滑的，2020年起才运转复原增长。这几年疫情对行业影响很大，2022年底国内疫情防控政策有了变化，国内范畴以上金属加工机床产量好像是75.5万台，跟2021年比出现了两位数的下滑。不外我们以为机床的上行周期还没罢了，疫情影响排斥后，行业的上行周期有望延续。国内企业中恒久贷款从2022年8月运转复原增长，2023年1月企（事）业单元中恒久贷款是35000亿元，增长了66.67%，而且1月份新增东说念主民币贷款4.9万亿元，同比增长23.1%，延续了12月份的增长势头，通用建造行业有但愿复原增长。

机床出口的需求在增长，数控系统有但愿迈向国外。俄乌冲突让国际转单有了一定的需求，在2020年和2021年，俄罗斯外贸额里欧盟分辨占33.8%和35.9%。然则在2022年2月24日俄乌冲突风雅运转后，欧盟依然对俄罗斯进行了八轮制裁。俄罗斯是全国上机床消耗的主要国度之一，2014年俄罗斯机床消耗好像20.3亿好意思元，在众人排第7名。不外俄罗斯的机床主要靠入口，德国和中国事它入口量排前两位的国度。按照中国机床器用协会的数据，2022年我们国度机床器用相差口总和是333.6亿好意思元，和上一年比增长了0.9%，其中出口金额是209.5亿好意思元，同比增长9.0%，金属切削机床、数控安装出口的增长速率更是跳跃20%，机床和数控安装的出口数据很亮眼，数控系统有望安定走向国外。

新兴行业发展得很快，有新的能源冒出来。在国内，新能源、半导体、5G这些行业发展迅猛，像纽威数控、创世纪、国盛智科之类的关系机床企业，很可能一直保持增长。在新能源汽车方面，经过优化的机床产物，能高效加工一体化压铸汽车零部件和电板外壳等东西。风电行业有不少大型零部件，还有箱体类产物，是以对重型龙门加工中心、铣镗床等机床产物的需求比较大。在5G鸿沟，5G基站的范畴更大，散热器壳体、滤波器等部件也比较多，而且5G的使用会让应用建造逐渐增多，对加工的需求也有很彰着的提高。新兴行业凯旋让机床需求增长了，而且新兴行业发展的时候通常有更多定制化的需求，国产数控系统在土产货化做事上时时更有上风，有但愿发展得更好。

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