资源描述
机械设备/行业深 度分析 报 告/2023.04.14 请阅读 最后 一页 的重 要声 明！数控系统深度研究报告 证券研究报告 投 资评 级:看好(维持)最近 12 月市场表现 分 析师 佘炜超 SAC 证书编号：S0160522080002 联 系人 刘俊奇 相关报 告 1.叉车行业专 题报告 2023-03-23 高 端 市场 亟 需替 代，下 游 需求 有 望触 底 回升 核 心观 点 数控系统是数控机床 最核心的部件之一，高 档数控系统为国家战略 级资源：从机床 结构 上 看，数 控机 床 由 机床 主 体、传动 系 统和 数 控 系统 构 成，数控系统 是数控 机床的“大 脑”，数控系 统性能 的优劣 直接影响 高端数 控机床的加工精 度及效 率，是最核 心的部件 之一。根据 数控系 统的功能 水平的 不同，可以把数 控系统 分为经 济型、标准型和 高档型 数控系 统。高档数控 系统是 国家战略级资 源，西方 发达国 家 目前正严 格管控 甚至禁 止对 外出售高 档数控 系统，或者对高 档数控 系统的 部分 功能进行 限制。行 业空 间有 望接近 千亿，外 资占 据高 档数控 系统 90%以 上市 场：2021年我国数 控金属 切削机 床和 数控金属 成形机 床的产 量分 别为 27 万台和 2.4 万台，我 们测算 2021 年国内 数控系统 市场规 模约为 280 亿元，机床数 控化率 持续提升背 景下，数 控系统 行 业将保持 稳步增 长，考虑 到 机床行业 的增长 和数控化率的持 续提升，数控系 统 市场规模 有望向 千亿规 模迈 进。国内高 端数控 系统主要被以 西门子、海德汉 为 代表的德 国企业 和以发 那科、三菱为代 表的日 本企业占据，同时以 新代、亿 图、宝元为代 表的中 国台湾 企业 占据着国 内中端 市场，内资企业 竞争力 相对较 弱，在低档数 控系统 市场上 实现 了替代。前 三大外 资企业占据国 内数控 系统 64%的 份额，而 高档数 控系统 国产 化率不足 10%。下游需求有望触底回升，新兴行业发展与出口提供发展新动力：2022 年机床行业 出现下 滑，2022 年下半年 机床产 量降幅 开始 收窄，随 着疫情 影响的减弱，机 床行业 有望恢 复增 长，也将 带动数 控系统 行业 持续增长。国内 新能源、半导体、5G 等 行业发 展迅 速，新兴 行业直 接促进 了机 床需求的 增长，同时新兴 行 业 发 展 也 通 常 会 有 更 多 的 定 制 化 需 求，国 产 数 控 系 统 通 常 在 本 地 化 服 务上更具备 优势，有望实 现更 好的成长。2020 和 2021 年 俄罗斯外 贸额中 欧盟分别占到 33.8%和 35.9%，然而 2022 年 2 月 24 日俄乌冲突正式爆 发后，欧盟已经对俄罗 斯进行 了 八轮 制裁，中国机床 出口有 望受益。根据中国 机床工 具协会数据，2022 年我国机床 工 具进出口 总额 333.6 亿美元，同比增 长 0.9%，其中出口金额 为 209.5 亿美元，同比增长 9.0%，金切 机床、数控装置 出口增 速更是超过 20%，机床 和数控 装置 出口数据 突出，数控系 统有 望逐步走 出国门。投资建议：国内机床数控 化率将持 续提升，数控系 统 有望长期 保持较 好的增长。中高端 数控系 统是国 家 重点关注 的机械 细分市 场，中高端数 控系统 的国产化 替 代 将 是 确 定 性 的 方 向，具 备 核 心 竞 争 力 的 公 司 未 来 将 具 备 极 好 的 发 展 环境。建议关 注国内 中高端 数 控系统龙 头华中 数控，国 内 五轴联动 数控系 统和机床核心制 造商科 德数控 等。风险提示：下游需求发展 不及预期，市场 竞争加 剧，国产替代 进程不 及预期-17%-10%-3%5%12%19%机械设备 沪深300 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 2 行业深度分析报告/证券研究报告 表 1：重点公司投资评级:代码 公司 总市值（亿元）收盘价（04.14）EPS（元）PE 投资评级 2021A 2022E 2023E 2021A 2022E 2023E 300161 华中数 控 85.44 43.00 0.17-0.02 0.52 181.35-2,150.00 82.69 增持 688305 科德数 控 89.48 96.03 0.94 1.31 1.88 113.79 62.20 43.26 未评级 数据来源：wind 数据，财通证 券研究所（未评级公司预测数据来自 wind 一致预期）0YDWuNmRsRqRoQtQmRoRpO9PcM6MmOmMpNsReRoOsOkPpOsNaQpPvNMYmQzQuOqRmR 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 3 行业深度分析报告/证券研究报告 1 数控系统是数控机床 最核 心的部件之一，高档 数控 系统为国家战略级资 源.6 1.1 数控系统是数控机床 的大 脑.6 1.2 国内外数控系统发展 历程.13 2 行业持续增长，外资 占据 中高端主要市场.17 2.1 低档市场实现替代，中高 档数控系统对外依赖 度高.17 2.2 海外龙头简析.25 3 行业发展向好，国内 数控 系统成长可期.29 3.1 数控化率提升与机床 国产 化替代赋予行业成长 基础.29 3.2 数控机床有望恢复上 行周 期，新兴行业与出口 需求 提供新动力.32 4 相关标的.34 4.1 华中数控：国内中高 端数 控系统龙头，“一核三军”战略布局.34 4.2 科德数控：数控系统 等机 床核心部件实现自制，五 轴联动机床国内领航 者.38 5 投资建议.40 6 风险提示.40 图 1.传统手动机床.6 图 2.立式加工中心（数控 机床）.6 图 3.数控机床主要组成部 分.7 图 4.机床成本构成（海天 精工 2016 年 H1）.7 图 5.数控机床工作流程.8 图 6.数控系统工作原理.8 图 7.开环控制数控系统示 意图.10 图 8.半闭环控制数控系统 示意图.11 图 9.闭环控制数控系统示 意图.11 图 10.数控系统上下游分 析.12 图 11.数控系统发展历程.13 图 12.纳米平滑加工技术 表面加工效果.14 图 13.SIEMENS 840D 系统、FANVC 30i 系统、三 菱 M70V 系统.15 内容目录 图表目录 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 4 行业深度分析报告/证券研究报告 图 14.哈斯自研数控系统 及机床.15 图 15.数控系统技术发展 趋势.17 图 16.数控系统市场规模 测算.18 图 17.2020 年中国数控系 统竞争格局.19 图 18.三级别数控系统竞 争格局.19 图 19.数控系统外资市场 占有率（高档占有率 90%以上）.20 图 20.我国中档数控系统 市场格局.21 图 21.科德数控 GNC62 数控系统.22 图 22.华中数控 HNC-848Di 五轴数控系统.22 图 23.我国高档数控系统 国产化率.24 图 24.我国数控系统技术 成熟度仍有较大差距.25 图 25.发那科 Series 30i/31i/32i-MODEL B Plus 产品.26 图 26.发那科 Series 0i-MODEL F Plus 产品.26 图 27.发那科数控系统累 计出货量超 470 万套.26 图 28.发那科净销售收入 变化.27 图 29.2021 年发那科不同 产品销售额占比.27 图 30.西门子 808、828、840 及 MC 数控系统.27 图 31.海德汉 TNC 640 数控系统.28 图 32.海德汉 TNC 7 数控系统.28 图 33.三菱电机 M800V/M80V 数控系统.28 图 34.M800V/M80V 系列 具备更高效控制功能.29 图 35.M800V/M80V 系列 图像输入界面灵活定 制.29 图 36.三菱电机营收变化.29 图 37.2021 财年三菱电机 产品营收占比.29 图 38.中国金属切削机床 数控化率与发达国家 差距 较大.30 图 39.中国数控金属切削 机床产量与金切机床 数控 化率.30 图 40.中国不同数控机床 产品国产化率水平.30 图 41.中国金属切削机床 进出口金额（亿美元）.30 图 42.中国金属切削机床 月产量（万台）及增 速.31 图 43.日本金属切削机床 机械订单（百万日元）.31 图 44.企（事）业单位中 长期新增人民币贷款 同比 增速.33 图 45.中国金属切削机床 历年产量（万台）及 增速.33 图 46.华中数控数控系统 产品.34 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 5 行业深度分析报告/证券研究报告 图 47.华中数控工业机器 人产品.34 图 48.华中数控“一核三军”战略.35 图 49.华中数控机床数控 系统相关产品及应用.35 图 50.华中数控工业机器 人相关产品及应用.36 图 51.华中数控 HY-2005B 型“红外智能体温检测系 统”.36 图 52.华中数控 HNC-KZJ175A 高速智能平面口罩 机.36 图 53.华中数控各业务营 收占比.37 图 54.卓尔智能完成公司 控股.38 图 55.科德数控收入结构.38 图 56.科德数控各业务发 展情况（亿元）.38 图 57.科德数控机床数控 系统相关产品及应用.39 图 58.行业公司数控机床 数控系统产品毛利率.39 图 59.科德数控营收变化.39 表 1.普通机床与数控机床 生产效率对比.7 表 2.采用数控机床和普通 机床加工时间及工序 对比（30CrMnSiA）.7 表 3.数控系统的功能介绍.9 表 4.闭环数控系统拥有更 稳定性能.10 表 5.三级别数控系统项目 对比.12 表 6.2015 年两大阵营数控 系统领先技术.14 表 7.我国数控系统发展历 程.16 表 8.国内外数控系统市场 参与者对比.18 表 9.数控系统海外主要参 与者介绍.20 表 10.数控系统国内主要 参与者介绍.21 表 11.科德数控 GNC60 与西门子 840D 数控系统 对比.22 表 12.数控系统技术及产 品国内外比较.23 表 13.高档数控系统的核 心零部件自研配套.24 表 14.数控机床行业相关 政策文件.31 表 15.俄罗斯机床主要进 口来源（百万美元）.33 表 16.2023 年公司募集资 金扩充机床与核心部 件产 能.40 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 6 行业深度分析报告/证券研究报告 1 数 控 系 统 是 数 控机 床 最 核 心 的 部件 之 一，高 档 数 控系 统 为 国 家 战 略级 资 源 1.1 数 控系 统是数 控机 床的大 脑 机床是制造机器的机器，又被称为工业母机。机 床 是现代 制造 业最 为重要 的 工具之一，也是国 家基础制 造 能力的综合体 现。机床 产 品的性能决定 着制造的 质 量，特别是高档的 数控机床，其技术水平更 是一个国 家 先进工业化的 体现。数 控 机床加工全能，其 可以把车、铣、螺纹加工 等集中到 一 台机床上，使 其具有多 种 工艺手法，数控 机床 可以 很好 地解决 精度 高、复杂、小 批 量、多 品种 的零 件加 工问 题，提高产 品质 量，保证 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，由于数控机床 具有良好 的 柔性、高加工 精度和稳 定 性、可加工复 杂零件等 一 系列优点，目前 在机 械制 造业 中有着 十分 广泛 的应 用。图1.传统手 动机 床 图2.立式加 工中 心（数控 机床）数据来 源：淘宝 网，财通 证券 研究 所 数据来 源：马扎 克官 网，财通 证券 研 究所 数控机床相对传统机 床具 有明显的加工优势，正逐 步替代传统机床产品。高 档数控机床是能够 实现高精 度、高复杂性、高效高动 态 加工的数控机 床，具备 明 显的技术优 势。1）高精度：在 同等机 床档 次条 件下，具 备更高 精度 加工 能力，主 要应用于精 密模 具等 零件 加工；2）高复杂性：五轴 联动 加工下 才能 够完 成具 备形 状复杂、多线 型、异形 曲面 等 特点的 零件；3）高效高动 态：主 要服 务于 航空 航天、汽车、军工等重 点领域，满 足零件加工对 高动态特 性、高速高节拍 等特点的 需 求，常见于航空航 天发动机 叶 轮、叶盘、叶 片及飞机 结 构件等。由于 数控机床 可 以明显提升加工效 率和 加工 质 量，在现代生 产之中，数 控机床正逐步 替代传统 的 手动机床产 品。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 7 行业深度分析报告/证券研究报告 表1.普通机 床与 数控 机床 生产 效率对 比 设备 每人操 作数 量/台 每台日 生产 件数/件 每人日 生产 件数/件 加工时 间/d 普通机 床 1 87 87 58 数控机 床 3 160 480 11 数据来 源：数 控机 床与 普通 机床 性 能比较 分析（辛晓 叶，罗春 红），财通证 券研 究所 表2.采用数 控机 床和 普通 机床 加工时 间及 工序 对比（30CrMnSiA）设备 每件工 件加 工时 间/min 完成工 序 未完工 序 普通机 床 5.5 车 磨、制 螺纹 数控机 床 3 车、制 螺纹 无 数据来 源：数 控机 床与 普通 机床 性 能比较 分析（辛晓 叶，罗春 红），财通证 券研 究所 数控系统是机床的重要部件。从 机床 结构上 看，数 控机床 由机床 主体、传动 系统和数控系统构 成，机床 主 体是机床的框 架，包括 床 身及底座铸件、主轴及 变 速箱等，传 动系 统包 括传 动机 械、辅助 动力 系统等，机 床主体 和传 动系 统构 成工 件加工的基 础，其 刚度、抗 震 性等要 求比 较高。从成 本 占比上 看，2016H1 海 天精 工 数控机床 主要成 本 构成为 结 构件、控制系 统、传动 系 统、驱动系统、刀库及 其 他，其中结 构件 占 35%，控制 系统 占 22%，传 动系 统占 20%，驱动 系统 占 13%，总计达到 90%。数控 系统 是数 控机床 的“大脑”，数 控系 统性能 的优 劣直 接影 响高 端数控机床 的加 工精 度及 效率，是最 核心 的部 件之一。图3.数控机 床主 要组 成部 分 图4.机床成 本构 成（海天 精 工 2016 年 H1）数据来 源：直驱 与传 动公 众号，财 通 证券研 究所 数据来 源：海天 精工 招股 说明 书，财 通证券 研究 所 35%22%20%13%5%2%3%结构件 控制系统 传动系统驱动系统 刀库、刀塔及组件 光栅尺其他 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 8 行业深度分析报告/证券研究报告 图5.数控机 床工 作流 程 数据来 源：中国 数控 机床 网，财通 证 券研究 所 数控系统是数字控制 系统 的简称，也被称为计算 机数 控（Computerized Numerical Control，CNC）。数 控系 统是根 据计 算机 存储 器中 存储的 控制 程序，执 行部 分或者全部数值控 制功能，并 且配有接口电 路和伺服 驱 动装置的专用 计算机系 统，因此数控系统包 括控制系 统、驱动系统和 检测系统 三 大部分。数控 系统中的 核 心模块为计 算机 数字 控制 器，即 CNC 控 制器。操作 者将 编程信 息传 输 至 CNC 控 制 器，随后 CNC 控制 器将命 令 进行控 制执行，操作 者可 以在改 变计算 机数控 系统 软件的同时对数控 机床的主 轴、电器、电机 等单元进 行 操作与控 制。数控系统 根 据程序内容发出指 令，一方 面 由伺服系统中 的电动机 通 过传动装置控 制机床执 行 件的运动，另一 方面 控制 机床 的其它 辅助 运动，如主 轴 转速、转向 选择，冷 却泵 的开停等。检测系 统可以检 测 机床部件的 运 动位置、速 度，并反馈到 控制系统 和 伺服系统，用于 修正 控制 指令。图6.数控系 统工 作原 理 数据来 源：现 代机 械设 计手 册（秦大同，谢 里阳），财通 证券 研究 所 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 9 行业深度分析报告/证券研究报告 数控系统通常包括基本功 能和选择功能。基 本功 能 是数控 系统 必备的 功能，包括数控加工程序 解释、数 据 处理、进给轴 控制和开 关 量控制功能。选择功能 是 供用户根据机床特 点和用途 进 行选择的功能，不仅提 高 了数控加工过 程和操作 的 方便性和舒适性，而且拓宽 了 数控系统的适 用范围，使 制造系统中制 造单元的 集 成成为可能。选择 功能 包括 主 要包含 以下 功能：编程 功 能、图形 模拟 功能 和通 信 功能。表3.数控系 统的 功能 介绍 基本功能 控制功 能 数控装置控制各运动 轴的 能力，功能的强弱取 决于 能控制和能同时控制（联 动）的坐标轴数。一 般数 控车 床只 需二 轴控制、二 轴联 动;一般 数 控铣床 需要 三轴 控制、三 轴联动 或二 轴半轴联 动;一 般加 工中 心为 多轴控 制。控制轴数越多，特别是联 动控制的轴数越多，要求 CNC 系统的功能就 越强，同时 CNC 系统也就越复杂，编制 程序 也越困难。准备功 能 准备功能 是指令 机床动 作 方式的功 能，包 括 基本移动、平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环等 指令。一个 CNC 装置的准备功能丰富 与否是其功能强弱的 主要 标志之一。插补功 能 数控系 统 实现零件轮廓(平面或空间)加工轨迹运算 的 功能。一般 CNC 系统 仅具 有直线 和圆弧插补，而现在 较为高 档 的数控系 统还具 有 抛物线、椭圆、极坐标、正弦、螺旋线及样条曲线插补等 功能。进给功 能 进给功能是 数控机床 进给 速度的控制 功能。有 三种 形式：切削进给速度：控制刀具相对工件的运动速度；同步 进给速度：实现切削 速度 和进给速度的同步；进 给倍率：操作面板上设置 了进给倍率。使用倍率开 关不用修 改程 序就可以改 变进给速 度，并可以在试 切零件时 随时 改变 进给 速度 或在发 生意 外时 随时 停止 进给。选择功能 编程功 能 数控系统 可提供 各种数控 加工程序 的编程 工具，分为手工编程系统、自动编程系统及面向车间的编程 WOP(workshop oriented programming)系统。自 动编程 系统 用计 算机代 替手 工编程系统，编程人员 根据 被加工零件的几何图 形和 工艺要求，用自动编 程语 言写出源程序并输入 计算 机，由 计算 机 自动生 成数 控加 工程 序；WOP 利 用图 形编 程，操作 简单，编 程人员不需 使用 抽象 的语 言，只要以 图形 交 互 方式 进行 零件描 述，利用 WOP 系 统推荐 的工 艺数据，根据 自己 的生 产经 验进行 选择 和优 化修 正，WOP 系 统就 能自 动生 成数 控加工 程序。图形模 拟功能 数控系 统 在不启动机床的 情况下，可在显示器上进 行各种加工过程的图形模 拟，特别是对难以观察的内部加工及被 切削液、防护罩等挡住的 加工部分的检查，编 程者 可利用 图形 模拟功能 检查 和优 化所 编写 的数控 加工 程序，减 少机 床的准 备时 间。通信功 能 CNC 与外界进行信 息和 数据交换的功能。通常 CNC 系 统都 是具 有 RS232C 等串行 接口，可与外 部计 算机 进行 通信，传送零 件加 工程 序，有 的 还备 有 DNC 接 口，以 利于 实现直 接 数控，更 高档 的系 统还 可与 MAP(制造 自动 化协 议)相 连，以 适应 FMS、CIMS 等大制 造系 统集成的 要求。现在一般新 生产的数控系统多支 持基 于 TCP/IP 协议的通用网 卡。数据来 源：现 代机 械设 计手 册（秦大同，谢 里阳），财通 证券 研究 所 根据伺服系统控制方 式的 不同，可以把数控 系统分 为开环、半闭环、闭环控 制数控系统，高档数控系 统通 常为闭环控制数控系 统。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 10 行业深度分析报告/证券研究报告 表4.闭环数 控系 统拥 有更 稳定 性能 项目 开环数控系统 半闭环数控系统 全闭环数控系统 位置反 馈器 无 通过采 样伺 服电 机或 丝杆旋转 角度 检测 有位置 检测 装置 精度 较低，取决 于伺 服驱动系统 及机 械传 动结构的性 能和 精度 介于开 环和 闭环 之间 较高精 度 电机 步进电 机 伺服电 机 伺服电 机 优点 结构简 单、工作 稳定、价 格低、维 修简单 结构简 单、工作 稳定、精度较 高 精度高 其他 单项信 号流、无 反馈纠正机 制 综合性 价比 高、应用 广泛 系统相 对不 稳定，设 计、安装、调 试存 在困 难，一般 用于精度 要求 高的 机床 数据来 源：数 控技 术（马 宏伟），财通 证券 研究 所 1）开环控制数控系统：不 带检测装置，无反馈电 路，以步进电动机为驱动 元 件。原理是 CNC 装 置输出 的 指令进 给脉冲 经驱动 电路 进行功 率放大，转换 为控 制步进电动 机各 定子 绕组 依次 通电/断 电的 电流 脉冲 信号，驱动 步进 电动 机转 动，再经机床传 动机 构(齿 轮箱、丝 杠等)带 动工 作台 移动。这 种方式控制简单，价格比 较低廉，被广泛应用于经 济型 数控系统中。图7.开环控 制数 控系 统示 意图 数据来 源：现 代机 械设 计手 册（秦大同，谢 里阳），财通 证券 研究 所 2）半闭环控制数控系统：位置检测元件被安装 在电 动机轴端或丝杠轴端，通 过角位移的 测量 间接 计算 出机 床工作 台的 实际 运行 位置(直线位 移)，并将 其 与 CNC 装置计算 出的 指令 位置(或位 移)相比 较，用差 值进 行控 制。由 于闭 环的 环路 内不 包括丝杠、螺母副 及机床工 作 台这些大惯性 环节，由 这 些环节造成的 误差不能 由 环路所矫正，其控制精度不如 闭环控制数控系统，但其 调试方便，成本适中可以 获得比较稳定的控制特性，因 此在实际应用中，这 种方 式被广泛采用。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 11 行业深度分析报告/证券研究报告 图8.半闭环 控制 数控 系统 示意 图 数据来 源：现 代机 械设 计手 册（秦大同，谢 里阳），财通 证券 研究 所 3）闭环控制数控系统：位 置检测装置安装在机 床工 作台上，用以 检测 机床 工 作台的实际 运行 位置(直线 位移)，并将 其 与 CNC 装 置计 算出的 指令 位置(或位 移)相比较，用差 值进 行控 制。这类控制方式的位置控 制精 度很高，通常在高端 数控 机床领域使用。由于闭环控制 数控系统将丝杠、螺母副 及机床工作台这些大 惯性 环节放在闭环内，整个系 统连 接的刚性变差，调试 时其 系统稳定状态很难达 到。图9.闭环控 制数 控系 统示 意图 数据来 源：现 代机 械设 计手 册（秦大同，谢 里阳），财通 证券 研究 所 根据数控系统的功能 水平 的不同，可以把数控系统 分为经济型、标准型和高 档型数控系统，高档数控系统 是国家战略级资源。高 档 型数控 系统 的控 制类型、加工速度、加工精 度等方面 会 有明显的提升，并且西 方 发达国家目前 正严格管 控 甚至禁止对外出售 高档数控 系 统，或者对高 档数控系 统 的部分功能进 行限制。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 企业会 对用户进 行 定时核查，掌握 其设 备使 用情 况。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 12 行业深度分析报告/证券研究报告 表5.三级别 数控 系统 项目 对比 项目 经济型 标准型 高档型 电机类 型 步进电 机，开环 控制 伺服电 机，半闭 环或 全闭 环控制 伺服电 机，具备 多通 道控 制能力，全 闭环 控制 多轴联 动 两轴或 三轴 联动 三轴或 四轴 联动 五轴或 五轴 以上 联动 系统分 辨率 大于 1 m 1 m 亚微米 或纳 米级 主轴转 速 最高可 达 6000r/min 最高可 达 10000r/min 可达 10000r/min 以上 快移速 度 最高可 达 810m/min 最高可 达 2440m/min 可达 40m/min 以上，进 给 加速度可达 1g 以上 定位精 度 0.03mm 0.03mm0.005mm 0.01mm0.001mm 开发程 度 通常不 具备 用户 可编 程 的 PLC功能 支持用 户开 发 PLC 功能 完备 的 PLC 控制 功能 应用场 景 主要与 价格 相对 较低 的数 控车床、数 控铣 床配 套的 数控 系统产品 主要与 数控 铣床、全 功能车、车 削中 心立/卧式 加工中心配 套的 数控 系统 产品 主要与 多轴、多 通道、高 速、高精、柔 性、复合 加工 的高 档、大/重型数 控机 床和 数控 成套 设备配套的 数控 系统，主 要满 足航空航天、军工、通 信、汽车、船舶等重要 关键 零件 的加 工 其他 具有人 机对 话、通信、联网、监 控等 功能 除具有 人机 对话、通 信、联网、监控等 功能 外，还具 有专 用高级编程软 件 数据来 源：华经 产业 研究 院，财通 证 券研究 所 数控系统 产业链正逐步实 现国产化。数控 系统 产业 上游包 括制 造所 需的 工控机、显示屏、计算芯片、功率 模块、伺服电机 和其 他部 件，这 些上 游产品 一同 构 成了数控系统的控 制系统、测 量系统和伺服 驱动系统。国内数控机床 的计算芯 片 和功率模块以进口 为主，不 过 国内数控系统 制造商已 经 逐步采用国内 芯片产品。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。数控系统下游 是数控机 床 制造商，后者 广泛应用 于 汽车船舶、航 空航天、国 防军工、机 械制 造和 石油 化工 等工业 领域。图10.数控系 统上 下游 分析 数据来 源：华中 数控 招股 说明 书，前 瞻产业 研究 院，财通 证券 研究 所 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 13 行业深度分析报告/证券研究报告 1.2 国 内外 数控系 统发 展历程 1952 年，美国麻省 理工学 院研制出第一台试验 性数 控系统，开创 了世界数控 系统技术发展的先河。20 世纪 80 年 代中 期，数控 系 统技术 进入 高速 发展 阶段。1986年，三 菱(MITSUBISHI)推 出了采 用 Motorola 32 位 68020 CPU 的数 控系 统，掀 起了 32 位 数控 系统 的热 潮。1987 年，发 那科(FANUC)公司 32 位多 CPU 系统 ES-15 的问 世，使 系统 内部 各部分 之间 的数 据交 换速 度较原 来 的 16 位数 控系 统 显著提高。图11.数控系 统发 展历 程 数据来 源：国 内外 数控 系统 技术 研 究现状 与发 展趋 势（蔡 锐龙），财 通证券 研究 所 90 年 代以 来，受计 算机 技 术高速 发展 的影 响：利用 PC 丰富的软硬件资 源，数 控系统朝着开放式体系结构 方向发展。德、美、日等 各国争 相开发 新一 代的高 速数控 机 床，加 工 中 心 的 主 轴 转 速、工 作 台 移 动 速 度、换 刀 时 间 分 别 从 80 年 代 的30004000r/min、10m/min 和 510 s 提高到 90 年代的 15000 50000r/min、80120m/min 和 13s。进入 21 世纪，数控系统 技术在控制精度上取 得了 突破性进展。2010 年 国际 制造技 术 展 览 会 上，专 业 的 数 控 系 统 制 造 商 纷 纷 推 出 了 提 高 控 制 精 度 的 新 举 措。FANUC 展 出的Series30i/31i/32i/35i-MODEL B 数 控系 统推出 了AI 纳 米轮 廓控 制、AI 纳 米高 精度 控制、纳米 平滑加 工 NURBS 插补 等 先进功 能，能够提供以纳 米为单位的插补指令，大大提 高了工件加工表面的 平滑 性和光洁度。SIEMENS 展 出的SINUMERIK 828D 数控 系 统所独 有的 80 位 浮点 计算 精度，可充 分保 证插 补中 轮廓控制 的精 确性，从而 获 得更高 的加 工精 度。此 外，MITSUBISHI 公司 的 M700V 系列数 控系 统也 可实 现 纳米级插补。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 14 行业深度分析报告/证券研究报告 图12.纳米平 滑加 工技 术表 面加 工效果 数据来 源：国 内外 数控 系统 技术 研 究现状 与发 展趋 势（蔡 锐龙），财 通证券 研究 所 经过持久研发和创新，德、美、日等国已基本 掌握 了数控系统的领先技 术。目前，在 数控 技术 研究 应用 领域主 要有 两大阵营：一 个是以 发那 科(FANUC)、西门子(SIEMENS)为 代表 的专 业数控 系统 厂商；另 一个 是以山 崎马 扎克(MAZAK)、德玛吉(DMG)为 代表，自 主开发 数控 系统 的大 型机 床制造 商。表6.2015 年两 大阵 营数 控系 统 领先技 术 主要公司 数控系统 特点 其他 发那科 Series oi-MODEL F 推进了 与高 档机 型 30i 系 列的“无缝 化”接轨，具备 满足 自动 化需 求的工 件装 卸控制新功 能和 最新 的提 高运 转率技 术，强化了循环 时间 缩短 功能 支持最 新 的 I/0 网络 I/0 Link 西门子 SINUMERIK 840 西门子 的数 控装 置采 用模 块化结 构，在一种标准 硬件 上，配置 多种 软件，使它 具有多种工 艺类 型，满足 各种 机床的 需要，并成为系 列产 品，西门 子的 高档型 数控 装置主要指 SINUMERIK 840 系列 SINUMERIK 840D sl 具有 模块化、开放、灵活 而又 统一 的结 构，为 使用者提 供了 最佳 的可 视化 界面和 操作编程 体验，以 及最 优的 网络集 成功能；SINUMERIK 840Di sl 可以在数控 核心 部分，使 用标 准的开 发工具对 用户 指定 的系 统循 环和功 能宏进行 调整 山崎马 扎克 MAZATROL SmoothX 全新制 造理 念SmoothTechnology，以基于 Smooth 技术 的第 七 代数控 系统MAZATROL SmoothX 为 枢纽，可提 供高品质、高性 能的 智能 化产 品和生 产管 理服务 SmoothX 数 控系 统搭 配先 进软硬件，在 高进 给速 度下 可进 行多面 高精度加 工；图解 界面 和触 屏操作 使用户体 验更 佳，即使 是复 杂的五 轴加工程 序，通过 简单 的操 作即可 修改；内 置的 应用 软件 可以 根据实 际加工材 料和 加工 要求 快速 地为操 作者匹配 设备 参数 德玛吉 CELOS CELOS 系统 简化 和加 快了 从构思 到成 品的进程，其 应用 程序(CELOS APP)使用户能够 对机 床数 据、工艺 流程以 及合 同订CELOS 系统 可以 将车 间与 公司高层组织 整合 在一 起，为持 续数字 化 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 15 行业深度分析报告/证券研究报告 单等进 行操 作显 示、数字 化管理 和文 档化，如 同操 作智 能手 机一 样简便 直观 和无纸 化生 产奠 定基 础，实现数 控系统的 网络 化、智能 化 数据来 源：国 内外 数控 系统 技术 研 究现状 与发 展趋 势（蔡 锐龙），财 通证券 研究 所 两种阵 营下 的数 控系 统公 司发展 模式 又分 为了 西门 子模式、哈斯模式和 马扎 克模式，每 种模 式各 有其 优缺 点。1）西门子模式：数 控系 统 厂专业 生产 各种 规格 的数 控系统，提 供各 种标 准型 的功能模 块，为全 世界 的主 机厂批 量配 套。2）哈斯模式：主 机 厂独 立 开发数 控系 统，并与 其自 产的数 控机 床配 套销 售。如美国的 哈斯(Haas)公 司、意大利 的菲 迪亚 公司 等，这些公 司创 立之 初是 从数 控系统研 发起 步的，为 了销 售数控 系统，开 始了 数控 机床的 生产 销售。我 国的 科德数控也 是这 种发 展模 式。3）马扎克模式：主 机 厂在 数控系 统厂 提供 的开 发平 台上，研发 自主 品牌 的数 控系统，并与 其所 生产 的数 控机床 配套 销售。如 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，共 同 研 发形 成马 扎克、森精 机的 数控 系统 品牌。图13.SIEMENS 840D 系统、FANVC 30i 系 统、三 菱 M70V 系统 图14.哈斯自 研数 控系 统及 机床 数据来 源：中国 战略 性新 兴产 业研 究与发 展 数控 系统（向华），财 通证券研究 所 数据来 源：中国 战略 性新 兴产 业研 究与发 展 数控 系统（向华），财 通证券研究 所 我国数控系统起步阶 段以 政府为主导。1958 年我 国 出现第 一台 数控 机床，1981年我国 开始 引进 发那 科数 控技术，随 后开 始引 进 GE、西门 子等 数控 系统。1996年我国 领先 数控 系统 制造 商开始 模型 学习，自 助创 新。2006 年以 后，我国 开 始研发高 端数 控系 统。经过 多年的 发展，国 内涌 现处 华中数 控、广州 数控、北 京凯恩帝等 具备 一定 市场 竞争 力的企 业。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 16 行业深度分析报告/证券研究报告 表7.我国数 控系 统发 展历 程 时间 重要事件 1981-1985 北京集 装研 究所 引进 发那 科 4 个系 列数 控技 术；辽宁精 密仪 器厂 引进 美 国 bandix 样机；引进 GE 的 数控 系统。1989-1990 发那 科 6 系列 数控 系统 国 产化率 达 到 60%；BS-04 型 号数 控系 统国 产 化率超 过 80%；问题：片面 追求 国产 化率 使电子 元件 质量 无法 保证。1991-1995 航天数 控、珠峰 数控 和东 方西门 子研 发普 及型 数控 系统；南京大 方合 作研 发经 济型 数控系 统。1996-2005 广州数 控、大连 大森、华 中数控、大 连光 阳等 企业 通过模 仿学 习、自主 创新、产学 研结合等 模式 在中 低端 数控 系统中 占据 一席 之地。2006-2010 在“九 五”、“十五”数 控系统 产业 化后，开 始研 发高端 数控 系统 并取 得突 破；主机厂、系 统厂、用 户厂 联盟初 步形 成。2011-2015 国内数 控系 统在 中端 市场 占据 1/3 份 额，高端 市场 也开始 有产 品进 入；华中数 控、埃斯 顿、北京 凯恩帝、南 京泽 荣等 企业 初具规 模。数据来 源：前瞻 产业 研究 院，财通 证 券研究 所 传统数控系统不满足 现代 制造业的生产需求，数控 系统应当朝着智能化、网 络化和开放化方向发展，在发 展过程中，还需要 解决网 络制造接口问题、跨平台 运行通讯机制以及先进控 制算 法问题，以此促进数控系 统的全新发展，从根本上 提升现代制造业的发展水平。虽然国产 高端 数控系 统与 国外相比 在功 能性能 和可 靠性方面仍存在一 定差距，但 近年来在多轴 联动控制、功能复合化、网络化、智 能化和开放 性等 领域 也取 得了 一定成 绩。1）高速、
展开阅读全文