光栅尺（数控系统市场格局梳理）

【摘要】

机床数控化、高端化是长期趋势，我国新增机床数控率持续提升，以金属切削机床为例，2020年我国新增数控金属切削机床占比达到43.2%，相较2019年37.6%的比例有明显提升，但对比日本2019年新增机床数控化率已达89.9%，我国机床数控化程度与海外发达国家仍有较大差距。

机床是现在制造业发展的基础，随着汽车、航天航空、消费电子、工程机械、精密模具等主要下游应用的发展，对机床的效率和精度都提出了更高的要求，一种装有程序控制系统的自动化机床成为主流，即数控机床，可以有效解决复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题。

数控系统是控制机床工作的“大脑”，类似于手机中的操作系统和CPU的作用。我国高端制造行业需要高速、高精、多轴联动的高档数控机床，而数控系统是决定机床性能、可靠性、成本的核心因素。

根据MIRDATA，2021年一季度国内数控系统的销量达13.7万套，同比增加197%，环比增加16%，自2020年二季度以来保持较快增长。从主要的几个品类来看，一季度配套车床的数控系统销量增长最快，并达到历史高点；配套立加的数控系统销量仅次于车床，基本维持高位；配套钻攻中心的数控系统由于季节性因素销量有所回落。

数控系统缘何重要？

数控系统上游主要是计算芯片、功率模块、伺服系统等，下游是数控机床制造商，最下游是汽车、航天航空、模具、工程机械等产业。国内数控机床的计算芯片和功率模块以进口为主，部分伺服驱动和电机市场已经国产化替代，但是产品性能与国外产品还有一些差距。

数控系统则是利用数字化信息并采用数字控制技术对生产过程进行自动控制的系统，即数控系统由输入、决策和输出三个环节构成

一般工作过程如下：

①首先，采用某种编程语言来描述一个生产过程（编写程序），并以数字形式送入数字控制装置；

②其次，通过数据计算和处理，数控装置快速识别出该程序所描述的生产过程，并将程序分解为一系列的实际控制信号；

③最后，数控装置输出实际控制信号，使相应的执行部件产生对应的动作。

从价值量来看数控机床的结构件、数控系统、传动系统是核心零部件

根据机床上市公司招股书披露数据，机床核心零部件成本占比分别为：结构件占35%，控制系统占20%，传动系统占20%，驱动系统占13%，刀库、刀塔及组件占5%、光栅尺占2%。从多家公司披露的成本数据来看，数控系统占成本比重为24%-37%，仅次于结构件，并且比较接近。

数控系统是一个软硬件集合体，核心包括控制系统、驱动系统和检测系统

控制系统包括操作软件和系统硬件（PLC等），是一个具有输入输出功能的专用计算机系统，用于给驱动系统发布指令。

检测系统主要是一些传感器，可以检测机床部件的运动位置和速度，高端数控机床可通过检测系统反馈的信息来修正指令。

驱动系统主要是由伺服电机、主轴电机等构成的伺服系统，根据控制系统和检测系统的信息来执行和修正调节，驱动机床部件按照需要运动。

高档数控系统是重要的战略资源

高端数控系统通常由控制单元、驱动单元、电机单元、传感器单元构成完整闭环控制系统，对应的技术复杂，直接影响数据机床的精度、动态特性等重要参数。在高端数控机床整机价值分配中，控制系统占比约20%-40%。

高档数控系统可以实现全闭环控制、5轴以上联动功能，其加工进度和开放性都明显更具优势，也是重要的战略资源。目前各个发达国家严格管控甚至禁止对外销售高档数控系统，或者对高档数控系统的部分功能进行限制。

举例来讲，日本发那科的五轴联动数控系统并未对国内企业开放；美国机床会对用户进行定时核查，掌握设备使用情况；日本机床设备在移动位置后，其数控系统可能会自动锁死；德国数控机床必须上网注册后才能使用。

数控系统的市场格局

我国数控系统甚至整个机床产业的起步阶段都是以政府为主导，1949年我国机床工业在政府领导下开始建设，1958年我国出现了第一台数控机床。1981年北京集装研究所开始引进发那科数控技术，随后我国又引进GE、西门子等数控系统。

目前格局来看，中高档系统基本还是以国外系统为主，市场占有率高达70%，中低档系统以国产系统为主。而国外数控系统长期以来的技术优势，使得高速加工中心、钻铣中心、复合机床等高档设备几乎很少选用国产数控系统。

具体性能方面，国外高档数控系统，在高速和高精度表现上，以及在五轴加工和智能化方面均比国内产品表现好，其平均无故障时间是国内产品的4倍。

经过国内企业的不断努力，我国高端数控系统逐渐得到突破。

华中数控研制的“华中8型系列高档数控系统”已实现与国际龙头高档产品的对标，并有数千台套系统与用于高档数控机床中；科德数控的GNC60高档数控系统实现了与德国西门子840D型高档数控系统的功能对标。

从产品性能上看我国部分产品已经优于国际水平，对比科德数控与西门子等外资的产品可以看出，我国产品在部分性能指标上优于国外产品，并且还有价格优势，具有开拓市场的能力。

但高端数控系统的国产化替代仍然需要时间，尽管目前国内已经出现少数可以制造高端数控系统的企业，但是数控系统是需要不断迭代优化才能真正大量使用，国内企业起步较晚，系统的稳定性还需要时间来检验。

参考资料：

20210822-天风证券-寻找工业母机的“灵魂”

20210607-东吴证券-国盛智科（688558）：双重周期驱动，数控机床优质企业有望脱颖而出

20210513-信达证券-机床数控系统市场格局

本报告由研究助理协助资料整理，由投资顾问撰写. 投资顾问：黄波（登记编号：A0740620120007）研究助理：于鑫（登记编号：A0740120040019）