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中国数控机床行业研究报告

来源:国泰君安 2015-11-27 09:50:00打印

作者:雷湘晨

随着我国航天航空以及国防制造业的发展、以及传统机械制造业对于工艺提高的基本要求,大型、精密、多轴、高效数控机床需求不断提升,且不同行业对机床的要求不尽相同,因此,对机床行业的技术储备提出了较高的要求。

然而我国机床行业所面临的现状是高档机床仍严重依赖进口,同时主要的零部件如高端数控系统等也需要从国外购买。这表明我国机床行业的核心技术仍与日德等传统制造业强国的技术落后较多,中国数控机床尤其是高端数控机床还需要在政策扶持下长期发展,方能在技术上逐渐所缩小与日德等国的差距。

机床是先进制造技术的基础载体,机床工具行业的整体发展水平直接决定着一国的装备制造业的技术水平,进而影响国家整体的工业竞争力和综合国力。我国机床工具行业主要包括金属切削机床、金属成形机床、铸造机械、木工机械、机床附件、工量具及仪器、磨料磨具和其他金属加工机械八个子行业,其中金属切削机床行业是我国机床工具行业的重要组成部分。随着集成技术的不断发展,金属切削机床正朝着数控化方向发展,2014 年全年生产数控金属切削机床26.09 万台,同比增长14.78%,相较于整体金属切削机床行业13.21%的增长率相比,发展速度更快,金属切削机床数控化率呈逐年上升趋势。

鉴于机床行业在国民经济中的重要地位,世界各国都非常重视机床行业的发展,并出台了各种政策措施予以扶持。我国政府对机床行业的发展历来高度重视,也出台了一系列确定了长、中、短期如何促进行业健康、快速发展的产业政策,给行业的发展提供强有力的推动力。国家对机床行业的产业政策主要体现在:一是把机床行业发展提高到国家战略高度;二是政府通过产业规划和法规进行扶持,在财政、税收和金融等方面出台了一系列的扶持政策;三是鼓励大力发展数控机床。各项产业政策均将数控机床制造列入国家中长期科学和技术发展的重点领域及其优先主题,支持发展大型精密、高速的数控装备和数控系统。目标是基本实现高档数控机床、重大成套技术装备等的自主设计制造,改变大部分依赖进口的局面。国家针对机床行业的产业政策目标是,到2020年,我国将形成高档数控机床与基础制造装备主要产品的自主研发能力,航空航天、船舶、汽车、发电设备制造所需要的高档数控机床80%左右立足国内生产。

 (1)世界机床工具行业发展现状

根据中国机床工具工业协会和Gardner Research 公司的数据,2003 年至2008 年,世界机床整体产销量均一直以较高速度增长,2009 年曾大幅下跌,2010年由于主要机床生产国家和地区经济复苏,其产值又大幅度提高。2013 较2012年稍有回落后2014 年再度企稳回升。

图2-12 1974 年-2014 年世界机床产销情况

目前世界机床产值的前两位仍然被世界机床生产传统强国日本和德国所占据,中国在2008 年的金融危机后,机床设备产量大幅攀升,目前稳定居于世界第三的位置。

图2-13 1974 年-2014 年机床产量前五大国产量图

2013 年全年世界27 个主要机床生产国家和地区的机床生产总值达到686.51 亿美元;德国、日本、中国、意大利及韩国5 个国家的机床产值占世界27 个主要机床生产国家和地区的68.13%。其中,中国机床产值达到87.43 亿元,占世界28 个主要机床生产国家和地区总产值的12.74%。

图2-14 2013 年度前五大机床生产国产量情况

从世界机床消费角度分析,中国自1999 年开始机床消费量逐步攀升,超越韩国、日本、美国、德国,在2010 年开始处于世界机床消费量第一的位置。

图2-15 1974 年-2014 年机床销量前五大国产量图

2014 年全年世界27 个主要机床消费国家和地区的机床消费总量预计达到580.95 亿美元;中国、美国、德国、韩国、日本5 个国家的机床消费量占世界27 个主要机床生产国家和地区的65.80%。其中,中国机床消费量达到114.25亿元,占世界27 个主要机床生产国家和地区总产值的19.66%。

图2-16 2013 年度前五大机床需求国销量情况

(2)我国机床工具行业发展现状

建国前我国机床工具行业基础十分薄弱,经过60 年的建设和发展,尤其是实行改革开放以来的30 多年,我国机床工具行业经历了从修配到制造,从制造一般产品到制造大型精密数控机床,从测绘仿制、引进技术到消化吸收再创新、部分产品自主创新,从仅仅面向国内市场到走向国际市场,从出口产品、与国外进行经济技术合作到收购国外一些技术先进的企业,开展国际化经营的一系列转变,逐步形成了具有较大规模、较强实力和较高技术水平的机床工具制造体系。正是因为正确的认识到机床工具在整个制造业中的举足轻重的地位,我国机床工具行业才能取得如此巨大进步。

近年来,我国机床工具行业的发展依然保持增长趋势,特别是在“四万亿投资计划”的带动下,机床工具行业在2010 年和2011 年获得快速发展。然而“四万亿投资计划”带来经济繁荣,同样也带来了产能过剩并透支了未来需求。根据中国机床工具行业协会的统计数据,2012 年我国机床工具行业销售收入和利润增幅分别为8.98%和10.22%,分别较上年下降9.25 和43.35 个百分点;而2013 年的销售收入和利润增幅分别为14.63%和10.99%,较2012 年略有增长;2014 年机床产品销售收入和利润增幅分别为0.7%和8.1%,机床工具行业在经历了高速成长后,进入了产业的调整时期。

虽然我国已经形成了庞大的机床消费需求及生产市场,并在世界机床市场中占有重要地位,但是高端数控机床领域依然是我国机床工具产业的薄弱一环,进口依赖性较强。国内高端数控机床的供给不足,包括五轴机床、高速给进机床等高端产品扔不成熟。“中国制造2025”对于高端制造业的需求,将从数量逐渐转变为质量,将对我国机床产业的发展提出了新的要求,在未来一段时间内,依托于我国振兴装备制造业的发展规划,在产业结构升级的宏观背景下,机床工具行业特别是高端数控机床工具行业,将迎来更加广阔的发展空间。

(3)金属切削机床制造行业发展概况

金属切削机床是机床工具行业的子行业,是机床工具行业的重要组成部分。根据2014 年的统计数据,金属切削机床行业实现产品销售收入1710.07 亿元,占整个机床工具行业的29.86%。2001 年至2011 年,我国金属切削机床的产量获得了巨大的增长幅度。2011 年,我国金属切削机床总产量达到88.68 万台,相比2001 增长了4.48 倍,年复合增长率为16.17%,其中数控金属切削机床产量达到25.71 万台,是2001 年的14.69 倍,年复合增长率为30.83%。经历了10年的高速增长阶段,金属切削机床行业在2012 年和2013 年进入了调整期,由于受到宏观经济波动和产品需求下降的影响,2012 年金属切削机床的产量为88.23 万台,同比下降0.51%,其中数控金属切削机床产量为20.57 万台,同比下降19.9%。2013 年金属切削机床产量为72.3 万台,同比下降18.06%,其中数控金属切削机床产量达到20.93 万台,比同期增长1.75%。2014 年金属切削机床产量为85.93 万台,同比增长18.85%,其中数控金属切削机床26.09 万台,同比增长14.78%。

图2-17 近5 年金属切削机床产量情况;单位:万台

图2-18 近5年数控金属切削机床产量情况;单位:万台

(4)我国金属切削机床行业的发展前景

我国金属切削机床行业经过2001 到2011 年快速发展,现已进入行业调整时期,金属切削机床行业正朝着“高速化、高精度化、功能复合化、控制智能化、体系开放化、信息交互网络化”方向转型。尽管2011 年至2014 年金切机床行业总产量出现下降,但每年总产量环比下降幅度呈逐年递减趋势,数控金属切削机床2013 年总产量增长率首次出现拐点,2014 年产量较2013 年度稍微回升,预示着金属切削行业将朝着提高数控化率方向快速发展。根据机床行业协会统计,我国机床数控化率为28.83%,显著低于日本、美国、德国等发达国家60%-70%的数控化率,未来随着下游行业的产品和产能升级,金属切削机床的需求结构将进一步优化,数控机床必将逐渐替代普通机床,占据主导地位。通过优化供给结构,数控金属切削机床将拥有更大规模的市场需求。

(5)装备制造的发展趋势

a.智能制造、绿色制造和服务型制造是未来装备制造业的发展方向

智能制造是指制造业的生产制造过程及所生产的产品朝着自动化、数字化和智能化的方向发展,成为具有感知、优化、自适应、自调节等功能的产品和制造系统。对于装备制造业而言,推行智能制造,要发展智能化产品,即在产品中融入信息技术和其他高新技术;要发展工业自动控制技术和产品,如传感元件、自动化仪表、可编程序控制器(PLC)、分散型控制系统(DCS)、现场控制系统(FCS)、现场总线、数控系统等;要实现设计的数字化、智能化、协同化;生产过程则要实现自动化、智能化,达到高效率、高质量、低消耗;同时,应用网络技术实现远程监控、检测、诊断;进而,企业管理实现数字化、网络化,建设数字企业。

绿色制造贯穿于产品全生命周期,从设计、制造、包装、回收、再制造等环节。推行绿色制造,要发展节能产品、节能技术、节能工艺;要发展少污染、无污染、低排放的产品和工艺;要大力发展低碳经济、循环经济,调整能源结构,提供新能源装备;发展资源消耗少的产业和产品,从而实现节约资源、保护生态。

智能制造和绿色制造所需的装备,目前在装备制造业中所占的比重还较低,而这两方面的发展又是无止境的,市场需求巨大、发展前景广阔,如果没有及时抓住发展的机遇,我国装备制造业未来的发展空间将受到多方面的挤压。服务型制造的发展虽不涉及很多新型装备,但对装备制造业的发展模式、生产方式将发生重大影响。

b.复合磨削技术的应用

开展复合磨削研究工作。复合磨削具有合并加工工序减少装夹次数、提高加工精度的优点,因此,国外不少磨床都具有合并加工工序的功能,为赶上国际水平,必须开展这方面研制工作。

c.单机自动化,自动化生产线

对轴承磨床,进一步实现单机自动化,确保实现高速磨削、自动测量,使其能直接进入自动线并可靠工作。

磨加工生产要有步骤、有组织地发展自动化生产线。目前,世界主要轴承公司磨加工自动化程度很高,大批量产品均采用自动线组织生产,而采用自动化生产线,投资少、见效快,易于稳定生产。

d.高速化、高精度化、高可靠性、复合化、智能化、柔性化、集成化和开放性是数控机床行业的主要发展方向

要提高加工效率,首先必须提高切削和进给速度,同时,还要缩短加工时间;要确保加工质量,必须提高机床部件运动轨迹的精度,而可靠性则是上述目标的基本保证。复合磨削具有合并加工工序减少装夹次数、提高加工精度的优点。

智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程,智能化的人机界面等;智能诊断、智能监控方面的内容,方便系统的诊断及维修等。

e.柔性化和集成化

数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是:从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展,另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段,是各国制造业发展的主流趋势,是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提,以易于联网和集成为目标;注重加强单元技术的开拓、完善;CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展;数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结,向信息集成方向发展;网络系统向开放、集成和智能化方向发展。

f.开放性

为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求,最重要的发展趋势是体系结构的开放性,设计生产开放式的数控系统,例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。

经过60 余年的发展,我国数控金属切削机床行业已经成为一个完全竞争的行业。随着国民经济的快速发展,数控金属切削机床行业的产业规模和企业数量都获得了显著地增长,然而,我国数控金属切削机床企业的特点是数量多、规模偏小,大型企业少,导致产业集中度较低。

虽然行业内企业数量众多,但是数控金属切削机床行业的竞争激烈程度却相对缓和。这是因为:第一,不同规模企业的市场定位不同,跨国公司和外资企业凭借强大的技术实力占领高端市场,具有一定核心技术和规模的国有企业和民营企业在中高端市场展开竞争,而小规模的民营企业则在低端市场进行竞争,不同市场定位的企业之间不具有直接竞争关系;第二,由于数控金属切削机床的应用十分广泛,几乎涉及各行各业,而不同行业间对机床性能的要求不同,这决定了机床产品在规模、技术和设计要求具有很大差异,大多数数控金属切削机床制造企业只专注于生产几个行业或者是几种零部件所需要的机床,不同应用领域的数控金属切削机床制造企业同样没有形成直接竞争关系。


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