機(jī)床的“大腦”
數(shù)控系統(tǒng)為機(jī)床最核心部件，由數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成。由于數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)品屬性規(guī)?；?yīng)較強(qiáng)，同時(shí)技術(shù)難度高，大部分機(jī)床廠以外采為主。
根據(jù)我們測(cè)算，21年國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)空間216億元，潛在進(jìn)口替代空間137億元，市場(chǎng)空間廣闊。
考慮目前國(guó)產(chǎn)高端機(jī)床仍有較大國(guó)產(chǎn)替代空間，同時(shí)在“自主可控”相關(guān)政策催化下國(guó)產(chǎn)替代有望加速，同時(shí)我們預(yù)計(jì)23年數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)景氣度也有望持續(xù)回暖，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)需求有望實(shí)現(xiàn)高增長(zhǎng)。
1.1 數(shù)控系統(tǒng)為機(jī)床“大腦”，直接影響機(jī)床性能
數(shù)控系統(tǒng)為數(shù)字控制系統(tǒng)(Numerical Control)簡(jiǎn)稱。數(shù)控系統(tǒng)作為機(jī)床“大腦”直接影響機(jī)床精度、動(dòng)態(tài)特性等核心參數(shù)，主要由數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)三大部分組成，包含了數(shù)控裝置、伺服裝置、伺服電機(jī)、光柵尺、編碼器及其他電子元器件。
數(shù)字控制機(jī)床（Numerical Control Machine Tool），簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床，準(zhǔn)確地按照事先安排好的工藝流程實(shí)現(xiàn)加工動(dòng)作的金屬切削機(jī)床。
數(shù)控機(jī)床相比普通機(jī)床區(qū)別主要在控制上，數(shù)控機(jī)床采用數(shù)字信號(hào)，普通機(jī)床一般采用模擬量控制，數(shù)控機(jī)床采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制，因此需要有數(shù)字信號(hào)的發(fā)出裝置（即數(shù)控裝置）；既然有數(shù)字信號(hào)發(fā)出裝置，就必須有數(shù)字信號(hào)的接收裝置，因此有了伺服放大器及伺服電動(dòng)機(jī)（稱為伺服系統(tǒng)）；為了檢測(cè)數(shù)控機(jī)床指令位置和實(shí)際位置的一致性，一般數(shù)控機(jī)床都裝有反饋裝置。
數(shù)控機(jī)床跟隨數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了五代兩階段。從硬線控制系統(tǒng)（NC）到計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）。
數(shù)控系統(tǒng)按照控制系統(tǒng)運(yùn)行方式，分為開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)、全閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)，閉環(huán)的數(shù)控機(jī)床精度更高、速度更快、驅(qū)動(dòng)功率更大，但對(duì)于機(jī)床結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)要求更高，更容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
1.2 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)化空間復(fù)雜特征加工能力，符合制造業(yè)升級(jí)趨勢(shì)
數(shù)控系統(tǒng)控制幾個(gè)坐標(biāo)按照需要的函數(shù)關(guān)系同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)稱為坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，按照聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分為二軸聯(lián)動(dòng)、二軸半聯(lián)動(dòng)、三軸聯(lián)動(dòng)、四軸聯(lián)動(dòng)、五軸聯(lián)動(dòng)等。
以三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床為例，其包含了X/Y/Z三個(gè)直角坐標(biāo)系軸，故刀軸方向固定，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制只能沿著X/Y/Z三個(gè)線性軸進(jìn)行控制。
五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床則增加了兩個(gè)自由旋轉(zhuǎn)軸，讓刀具的運(yùn)動(dòng)可以靈活變化。
五軸聯(lián)動(dòng)加工在效率、精度、加工質(zhì)量等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。
五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的五軸旋轉(zhuǎn)刀具中心（以下簡(jiǎn)稱RTCP）功能，主要指當(dāng)有旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)（一個(gè)或兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸），通過(guò)三個(gè)直線軸的實(shí)時(shí)同步補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，使刀具或工件的某一特定點(diǎn)在空間的位置始終保持不動(dòng)，即刀具或工件繞這一特定點(diǎn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以直接在工件坐標(biāo)系下規(guī)劃刀尖軌跡，機(jī)床軸控制由算法完成，編制程序時(shí)，只需要考慮工件的坐標(biāo)，不需要考慮五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了CAM編程，提高加工精度。
五軸加工通過(guò)更高加工效率、更小占地面積與能耗帶來(lái)經(jīng)濟(jì)性，對(duì)三軸加工具有一定替代性。根據(jù)全球機(jī)床龍頭德馬吉森精機(jī)披露數(shù)據(jù)，其使用10臺(tái)五軸機(jī)床替換50臺(tái)立式五面加工機(jī)床，帶來(lái)了更高加工量、更小占地面積，并且節(jié)約能耗42%。
五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床技術(shù)壁壘最高，對(duì)應(yīng)的毛利率也處于領(lǐng)先水平。以主要銷售五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床的科德數(shù)控為例，其21年五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)毛利率分別高達(dá)43.62%、49.81%。
1.3 數(shù)控系統(tǒng)軟硬件一體銷售，標(biāo)準(zhǔn)品屬性較強(qiáng)
數(shù)控系統(tǒng)的制造包括數(shù)控裝置制造、伺服裝置制造與伺服電機(jī)制造。
數(shù)控裝置（簡(jiǎn)稱CNC裝置）是數(shù)控機(jī)床的控制核心，主要由CPU、存儲(chǔ)器、數(shù)字伺服控制卡、主板（包括I/O LINK、數(shù)字主軸、模擬主軸、通信接口、MDI接口等）、顯示控制卡以及相應(yīng)的控制軟件等組成。
伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由控制單元、測(cè)量反饋單元和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元組成，來(lái)自數(shù)控裝置的位置控制移動(dòng)指令轉(zhuǎn)變成機(jī)床工作部件的運(yùn)動(dòng)，使工作臺(tái)按規(guī)定軌跡移動(dòng)或精確定位，從而加工出符合圖樣要求的工件。
根據(jù)華中數(shù)控招股說(shuō)明書數(shù)據(jù)，數(shù)控系統(tǒng)制造人工成本、制造費(fèi)用占比較低，原材料成本在90%以上。
原材料以液晶屏、主板、功率模塊、伺服電機(jī)為主，大部分屬于電子類產(chǎn)品，采購(gòu)價(jià)格呈逐年下降趨勢(shì)。
相比數(shù)控機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)更具有標(biāo)準(zhǔn)品屬性，一般由數(shù)控系統(tǒng)廠商提供基本模塊清單和價(jià)目表，由下游客戶根據(jù)機(jī)床功能、實(shí)際應(yīng)用要求進(jìn)行組合，同一名稱的數(shù)控系統(tǒng)會(huì)根據(jù)客戶選擇配置不同有較大價(jià)格差異，但整體來(lái)看依舊具有較強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)品屬性。
1.4 目前數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展模式包括西門子、哈斯模式和馬扎克模式
目前國(guó)際上的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展模式有西門子模式、哈斯模式和馬軋克模式三種：
1）西門子模式：
數(shù)控系統(tǒng)廠專業(yè)生產(chǎn)各種規(guī)格的數(shù)控系統(tǒng)，提供各種標(biāo)準(zhǔn)型的功能模塊，為全世界的主機(jī)廠批量配套。
2）哈斯模式：
主機(jī)廠獨(dú)立開(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)，并與其自產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床配套銷售，通常這些企業(yè)創(chuàng)立之初以數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)起步，后來(lái)形成數(shù)控系統(tǒng)+機(jī)床的布局，哈斯通過(guò)一體化的模式實(shí)現(xiàn)了機(jī)床銷量走向全球前列。國(guó)內(nèi)科德數(shù)控也采用這種模式，從數(shù)控系統(tǒng)起步逐步實(shí)現(xiàn)了五軸機(jī)床的一體化布局。
3）馬扎克模式：
主機(jī)廠在數(shù)控系統(tǒng)廠提供的開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，研發(fā)自主品牌的數(shù)控系統(tǒng)，并與其所生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床配套銷售。以如馬扎克、森精機(jī)等公司為例，在三菱、發(fā)那科提供的數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)上，共同研發(fā)形成馬扎克、森精機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)品牌。
整體來(lái)看，數(shù)控系統(tǒng)由于其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化、投入回報(bào)周期長(zhǎng)等特性，國(guó)內(nèi)外機(jī)床廠大部分以外購(gòu)為主。
1.5 國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)空間216億元，潛在進(jìn)口替代空間137億元
數(shù)控系統(tǒng)作為機(jī)床核心部件，成本占比在20%左右。
根據(jù)德國(guó)機(jī)床制造商協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，21年中國(guó)機(jī)床消費(fèi)金額238.9億美元。
按照數(shù)控系統(tǒng)占機(jī)床成本20%，機(jī)床毛利率30%，美元兌人民幣匯率6.45計(jì)算，2021年中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)空間約為215.77億元人民幣。
考慮國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)主要配套國(guó)產(chǎn)機(jī)床，假設(shè)國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)空間中低檔、中檔、高檔占比分別為20%、60%、20%，按照對(duì)應(yīng)檔次機(jī)床國(guó)產(chǎn)化率進(jìn)行測(cè)算，假設(shè)21年低檔、中檔、高檔機(jī)床國(guó)產(chǎn)化率分別為88%、72.5%、12%，對(duì)應(yīng)21年國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)潛在進(jìn)口替代空間約為137億元。
1.6 機(jī)床國(guó)產(chǎn)化加速、景氣度回暖，有望帶動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)需求高增長(zhǎng)
德、日企業(yè)統(tǒng)治全球高端市場(chǎng)，中國(guó)機(jī)床出口以中低端為主，高端機(jī)床國(guó)產(chǎn)化率較低。機(jī)床行業(yè)完全競(jìng)爭(zhēng)，德國(guó)、日本、美國(guó)為主要機(jī)床大國(guó)，海外品牌在技術(shù)、規(guī)模、品牌影響力方面均處于領(lǐng)先地位，從出口體量上來(lái)看，德、日占據(jù)全球約45%市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)機(jī)床高端市場(chǎng)主要由海外企業(yè)壟斷，截至2018年中國(guó)高端機(jī)床國(guó)產(chǎn)化率僅為6%。
目前機(jī)床產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈逐步走向成熟，同時(shí)伴隨“自主可控”相關(guān)政策催化，機(jī)床國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程有望加速，帶動(dòng)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)需求提升。
從機(jī)床產(chǎn)業(yè)景氣度看，日本出口中國(guó)機(jī)床訂單增速?gòu)?2年8月見(jiàn)底回升，23年機(jī)床景氣度有望持續(xù)回暖。2021年日本出口中國(guó)機(jī)床訂單大幅增長(zhǎng)77%至3580.4億日元（按照2021年平均匯率計(jì)算為210.3億元人民幣）。
從數(shù)據(jù)來(lái)看，訂單從今年1月份開(kāi)始走弱，從8月份開(kāi)始出現(xiàn)趨勢(shì)性反彈，8月到11月已經(jīng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)4個(gè)月正增長(zhǎng)，考慮當(dāng)前疫情等不利因素影響逐漸減弱，我們認(rèn)為23年機(jī)床景氣度有望持續(xù)回暖。
