1.工業(yè)母機的內(nèi)涵
“工業(yè)母機”又稱機床,是制造機器的機器,機床將金屬或其它材料毛坯加工成各類機器設(shè)備,廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)機械工業(yè)、模具行業(yè)、汽車工業(yè)、電力設(shè)備、鐵路機車、船舶制造、航空航天工業(yè)等領(lǐng)域,是一國制造業(yè)精度、效率和品質(zhì)的起點。
機床主要分為金屬切削機床和金屬成形機床兩大類[0]。其中,金屬切削機床最有代表性,2023年1-5月,占全國機床產(chǎn)量76%[1]。金切機床按加工性質(zhì)和所用刀具可分為車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床等眾多品類,通過切削、磨削或特種加工方法加工各種金屬工件。金屬成形機床包括剪板機、沖床、鍛壓機床等,通過配套模具對金屬施加作用力使其發(fā)生物理形變從而得到想要的幾何形狀。
數(shù)控機床是機床高端化趨勢。數(shù)控機床通過數(shù)字控制系統(tǒng)實現(xiàn)精度補償和優(yōu)化控制,具有高精度、高效率的特點。聯(lián)動軸數(shù)量通常是衡量機床先進程度的重要標準,高端數(shù)控機床通常具有四軸或四軸以上聯(lián)動控制功能,用于加工表面形狀復(fù)雜且精度要求較高的加工件,如汽輪機、燃氣輪機、航空發(fā)動機特殊型面的零件。
2.工業(yè)母機的重要性
機床在制造業(yè)中具有基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性作用,是國家基礎(chǔ)制造能力的綜合體現(xiàn),對涉及國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域起重要支撐。
從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度看,我國雖是世界最大工業(yè)國,但長期處于全球產(chǎn)業(yè)鏈中低端,需加快推進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。近年來,隨著新能源汽車、航空航天等高端制造業(yè)逐步興起,我國對精密零部件加工的要求日益提升,高端數(shù)控機床至關(guān)重要。
從國家安全角度看,高端數(shù)控機床是高端制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié),在航空裝備、燃氣輪機等關(guān)乎國家安全的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。面對日益復(fù)雜的國際環(huán)境,必須確保核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)自主可控,推動高端數(shù)控機床的國產(chǎn)替代將提升我國產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和安全水平。
3.工業(yè)母機在中國的發(fā)展現(xiàn)狀
當前,我國機床行業(yè)規(guī)模居全球第一,中低端基本實現(xiàn)國產(chǎn)替代,但高端基本依賴進口。隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的逐步推進,國內(nèi)市場對高端機床的需求日益增長,為機床行業(yè)帶來了發(fā)展契機。
我國機床行業(yè)市場份額遠超其他國家。在生產(chǎn)端,2022年全球機床行業(yè)總產(chǎn)值達803億歐元,中國以257億歐元穩(wěn)居第一,占全球32%,分別比第二和第三的日本、德國高出19.7和19.9個百分點。在消費端,2022年全球機床消費額為808億歐元,中國同樣以260億歐元居第一位,占比32%,分別比第二和第三的美國、德國高出20.2和25.6個百分點[2]。
近二十年我國金屬加工機床市場發(fā)展走勢呈倒V型,當前將迎來周期性回暖。頭十年,我國機床消費額快速增長,在2011年達到頂峰,2001至2011年消費額從39.7億美元上漲至390.9億美元,年均復(fù)合增長25.7%;此后十年,機床行業(yè)受國內(nèi)產(chǎn)能調(diào)整影響迎來下行周期,2021年消費額僅為279億美元[3]。從設(shè)備使用周期來看,機床產(chǎn)品的最佳壽命通常在十年左右,上一輪機床消費高點是2011年,意味著我國即將開始新一輪的存量替換。從宏觀環(huán)境看,我國正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級的關(guān)鍵階段,高端制造業(yè)比重不斷上升,對高精度、高效率的數(shù)控機床有巨大需求。
圖 2 中國金屬加工機床消費額(億美元)
資料來源:中國機床工具工業(yè)協(xié)會,國海證券研究所,中大咨詢
我國基本實現(xiàn)中低端機床國產(chǎn)化,但高端機床依賴進口。根據(jù)《機械工業(yè)“十四五”發(fā)展綱要》,我國高端數(shù)控機床自給率不足10%。目前,技術(shù)含量最高的五軸聯(lián)動數(shù)控機床主要被德國、日本和美國占據(jù)??频聰?shù)控在2022年年度報告中提到,目前能夠?qū)崿F(xiàn)自主研制和生產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控機床的國內(nèi)企業(yè)較少,國產(chǎn)機床難以滿足國內(nèi)市場需求。2021年,我國對德國機床進口額達13.89億歐元,同比增長24.26%,對德國機床出口額達1.57億歐元,逆差比2020年擴大2.35億歐元。
國內(nèi)機床企業(yè)規(guī)模相對較小。2022年,國內(nèi)龍頭企業(yè)營收普遍在30至50億元之間,如創(chuàng)世紀、秦川機床和海天精工,營收分別為45.27億元、41.01億元和31.77億元;而全球前五機床企業(yè)平均營收為269.04億元,其中山崎馬扎克營業(yè)收入355.14億元,位居全球第一位。
國內(nèi)機床企業(yè)綜合技術(shù)水平有所提高,但在數(shù)控化水平、數(shù)控系統(tǒng)、功能部件等方面與國外仍存差距。數(shù)控化率方面,我國機床產(chǎn)量數(shù)控化率快速提升,2015-2022年從31.6%上升至48%[4],但日本機床的數(shù)控化率基本穩(wěn)定在98%左右,國產(chǎn)機床仍有較大提升空間。數(shù)控系統(tǒng)方面,國產(chǎn)系統(tǒng)的功能完備性不足,可靠性仍待提升,完備性上,國外高檔數(shù)控系統(tǒng)具備高速程序預(yù)處理、多種樣條曲線插補、空間刀補、RTCP等技術(shù),國內(nèi)企業(yè)如華中數(shù)控、廣州數(shù)控已擁有部分功能,但尚不完善;在可靠性上,國內(nèi)一流企業(yè)的MTBF為10000h,而世界一流企業(yè)為30000h[5]。功能部件方面,電主軸是數(shù)控機床的核心元件,我國只有少數(shù)企業(yè)可研發(fā)生產(chǎn)部分產(chǎn)品,如洛陽軸承、廣州昊志電機,但依然難以應(yīng)用于高端機床生產(chǎn)。我國的電主軸在主軸電機、軸承技術(shù)、潤滑技術(shù)和冷卻技術(shù)方面與瑞士、德國等國外廠商存在差距。
圖 3 中國金屬加工機床數(shù)控化率
數(shù)據(jù)來源:觀研天下,秦川機床2022年年度報告,中大咨詢
4.頂層導(dǎo)向與政策部署
為滿足國內(nèi)產(chǎn)業(yè)升級需求,應(yīng)對國外技術(shù)封鎖挑戰(zhàn),國家從頂層設(shè)計到具體的推廣應(yīng)用目錄均做了全面部署,支持機床行業(yè)健康發(fā)展及高端機床國產(chǎn)替代。
黨的二十大把“安全”放在重要位置,要求“著力提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和安全水平”,“實施產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造工程和重大技術(shù)裝備攻關(guān)工程”,“在關(guān)系安全發(fā)展的領(lǐng)域加快補齊短板”。頂層導(dǎo)向表明,我國將圍繞產(chǎn)業(yè)鏈安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié),著力補齊發(fā)展短板,其中高端機床的自主可控對保障我國經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)安全至關(guān)重要。
多部委多部門聯(lián)合協(xié)同推進,為機床行業(yè)營造良好政策環(huán)境。2019年,工信部、發(fā)改委等十三部門印發(fā)《制造業(yè)設(shè)計能力提升專項行動計劃,推動高檔數(shù)控機床、工業(yè)機器人等制造業(yè)短板領(lǐng)域,以及節(jié)能環(huán)保、人工智能等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)原創(chuàng)設(shè)計突破。同年發(fā)布《首臺(套)重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄》,鼓勵企業(yè)實現(xiàn)重大技術(shù)突破,對數(shù)控機床、加工中心等做了參數(shù)規(guī)定。
2021年,國家“十四五”規(guī)劃要求,要培育先進制造業(yè)集群,推動高端數(shù)控機床等產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。此后,多省市針對當?shù)厍闆r出臺數(shù)控機床發(fā)展政策。如上海出臺《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》,推動高端機床等成套裝備與系統(tǒng)的工程應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化;江蘇出臺條例,支持裝備制造業(yè)研制數(shù)控機床、工業(yè)機器人等數(shù)字化設(shè)備。同年,工信部等八部門出臺《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》,要求“十四五”末,突破一批包括智能數(shù)控系統(tǒng)、高精度數(shù)控磨床等工業(yè)母機、智能工作母機。
2022年7月,由國家產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)專家委員會編制的《產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)創(chuàng)新發(fā)展目錄》為各級政府部門確定支持重點起到?jīng)Q策支撐作用,也為各類金融機構(gòu)服務(wù)于實體產(chǎn)業(yè)提供指引。目錄中與數(shù)控機床相關(guān)的內(nèi)容有汽車用自動換刀無極變速電主軸、高檔數(shù)控機床CAM軟件、數(shù)控機床性能監(jiān)測系統(tǒng)等。
2023年6月,工信部等五部門發(fā)布《制造業(yè)可靠性提升實施意見》,要求重點提升工業(yè)母機用導(dǎo)軌、主軸、數(shù)控系統(tǒng)等關(guān)鍵專用基礎(chǔ)零部件和高端軸承、精密齒輪等通用基礎(chǔ)零部件可靠性水平,提升五軸聯(lián)動加工中心、重型數(shù)控機床等整機裝備的可靠性水平。
隨著我國數(shù)控機床的進步,與2019年相比,近兩年新推出的政策更加聚焦補強弱點,將功能部件、數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)軟件等作為重點突破領(lǐng)域。