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机械类行业发展报告(机械行业报告)

时间:2022-11-20

(报告出品方/作者:东方证券,杨震)

一、从进出口角度分析,看机械行业对外依赖度

1.1 从进出口角度分析,机械制造对外依赖度

机械制造是经济发展的支柱:各个行业的发展须以机械制造业的支持及其提供的装备为基础,在 我国社会经济的发展过程中,机械制造发挥了基础支撑的作用,后续在进一步促进经济发展中仍 然具有重要作用。在国民经济生产力构成中,制造技术的作用超过 60%。《中国制造 2025》的 提出,标志着振兴机械工业成为我国经济增长方式转型的关键。2020 年,全国机械工业实现营业 收入 22.85 万亿元,机械工业主要涉及的国民经济大类可分为金属制品;通用设备;专用设备; 铁路、船舶、航空航天和其他运输设备;电气机械及器材和仪器仪表制造业 6 类。

海外市场是机械制造业的重要市场:机械进出口比例与宏观经济相近。2020 年,我国 GDP 总量 约 101.60 万亿元,总进口约 14.22 万亿元,占 GDP 总量约 14.00%;总出口约 17.93 亿元,占 GDP 总量约 17.65%。而机械制造业进出口总额 51318.33 亿元,其中进口 20774.72 亿元,占行 业总收入约 9.1%;出口 30543.61 亿元,占行业总收入约 13.4%。

从细分领域角度分析对外依赖度。机械行业产品细分品类较多,以下选择通用机械、农业机械、 工程机械、机械基础件、机床、专用设备细分领域进行分析。2020 年,我国通用机械营业收入达 到 8454 亿元,农业机械营业收入达到 2533 亿元、工程机械营业收入达到 6392 亿元、机械基础 件营业收入达到14813亿元、机床营业收入达到8622亿元、专用设备营业收入达到32726亿元。 我们从进口金额/总收入、进口金额/出口金额、进口价格/出口价格等三个维度来分析细分行业的 对外依赖程度。

通过分析,我们认为:专用设备进出口价格差异巨大,通用设备进口比例较大。机械设备中,我 国在通用机械和专用设备领域进口额度较高,进口占营业收入比分别达到 15.9%和 13.1%,高于 其他行业,但同时存在进口数量低于出口数量的现象,一些细分行业中进口单价与出口单价之间 差距较大。通用机械中,压缩机进口单价接近出口单价 5 倍,阀门及类似装备进口单价接近出口 单价 3 倍,推力球滚珠轴承进口单价接近出口单价的 7 倍。

专用设备中,特种工业专用设备占据 进口额比例达到 90%以上,机床进口额约出口额的 3 倍,其他类型的专用设备进口额均低于出口 额。专用设备中拖拉机、食品加工机械、包装机械、机床进口单价均远高于出口单价,分别达到 23 倍、23 倍、52 倍和 200 倍以上,可能与进出口机械设备的吨位和档次有关。机床进口价格较 高,反映出我国高端数控机床仍与国外存在差距,进口金额占行业营收比约 6.3%,处于较低比例, 可能与我国高端机床渗透率较低有关。

1.2 通用机械进口依赖度相对较高

通用机械的进口依赖度相对较高:通用机械一般包括泵、风机、压缩机、阀门、气体分离设备、 真空设备、分离机械、减变速机、干燥设备、气体净化设备、机床等。2020年我国通用机械行业 全年实现营业收入 8454.18 亿元。其中,压缩机行业营业收入 1924.14 亿元;阀门行业营业收入 1918.72 亿元;泵及真空设备行业营业收入 1781.04 亿元;气体分离及液化设备行业营业收入 1015.45 亿元;风机行业营业收入 739.38 亿元;其他通用机械行业营业收入 1075.45 亿元。

通用 机械进口金额低于出口金额,出口增长迅速,近两年出口金额达到进口金额 2 倍以上。通用机械 中,压缩机 2020 年进口额 115.37 亿元,出口额 375.69 亿元,压缩机进口单价接近出口单价 5 倍;阀门及类似装置 2020 年进口额 327.29 亿元,出口额 815.85 亿元,进口单价约接近出口单价 3 倍;轴承 2020 年进口额 345.14 亿元,出口额 411.88 亿元,进口金额 / 出口金额值相对较高。

以轴承为例,进口均价是出口均价的 1.6 倍。对轴承不同种类进出口额进行统计,滚动轴承和滚 珠轴承进口额较大,达到 100亿元以上,滚针轴承进口额较小,仅在 10 亿元上下波动。滚动轴承 / 滚珠轴承 2020 年进口额分别达到约 236.55 亿元 / 101.84 亿元,出口额分别达到 237.27 亿元 / 163.94 亿元,进口均价分别达到出口均价 2.3 倍 / 1.66 倍。对滚珠轴承的细分种类深沟球、角接 触、推力球和其他类进行统计,推力球滚珠轴承 / 角接触滚珠轴承 / 深沟球滚珠轴承进口平均单价 分别接近出口平均单价的 7 倍 / 2 倍 / 1.25 倍。我们认为轴承进出口价格差距可能与轴承产品的档 次有关。

我国是机床制造和消费大国:我国是机床制造大国,也是机床消费大国。2020 年我国机床行业实 现营业收入 8622 亿元,其中数控机床 3473 亿元。数控机床关系到国家战略地位和国家综合国力, 数控机床的制造水平高低和拥有数量是衡量国家工业现代化程度的重要指标。2020 年,我国出口 数控机床 109539 台,出口金额约 72 亿元。2018 年-2020 年,出口数量及金额总体保持稳定。 2020 年,我国共进口数控机床 20699 台,进口金额约 219 亿元,占营业收入比约 6.3%。

机床进口均价远高于出口均价:机床行业 2020 年进口均价高达出口均价的 200 倍以上,反映出 我国机床行业企业主要定位中低端市场,出口仍然以中低端机床为主,高端数控机床国产化率仍 然有较大缺口。2018 年到 2020 年,数控机床进口数量呈波动下降趋势,进口金额逐年下降,数 控机床进口依赖逐步降低。发达国家数控机床已经发展到成熟阶段,我国数控机床经历改革开放 后的奋力追赶,目前在关键技术方面基本不存在障碍。在机床用刀具以及数控装置等零部件领域, 进口金额均高于出口金额,其中切削刀具进口金额约为出口金额的 5.5 倍。

1.3 工程机械对外依赖度较低

工程机械出口金额大,主要机型对外依赖度较低:工程机械领域,我国是出口大国,出口金额约 为进口金额的 5 倍,但出口单价大多低于进口单价。其中,挖掘机、平地机、压路机、装载机进 出口单价相差较小,电梯、叉车、推土机、摊铺机、铲运机和起重机进出口单价差距较大,起重 机进口单价接近出口单价的 12 倍,铲运机进口单价接近出口单价的 6 倍,摊铺机和推土机进口单 价接近出口单价的 4 倍。我们认为工程机械的挖掘机/装载机等主要机型的进出口价差不大,反映 国内品牌的竞争力较强,部分机型的进口价格与出口价格差距较大可能与吨位等结构性因素有关。

1.4 专用设备进口额较高

专用设备一般用于采矿、冶金、化工、食品等行业,2020 年我国专用机械行业全年实现营业收入 32726 亿元。专用设备进口额度最大的是特种工业专用机械,进口额达到 3393.94 亿元,占据专 用设备进口额 90%以上金额;出口额达到 3529.85 亿元,略低于进口额。其他细分行业中,包装 机械 2020 年进口额 108.41 亿元,出口额 204.99 亿元;食品加工机械进口额 38.77 亿元,出口额 83.32 亿;拖拉机进口额 3.32 亿,出口额 33.00 亿元;纺织机械、缝纫机械我国基本实现自主供 应,基本不存在进口,2020 年出口金额分别达到 317 亿元和 120 亿元。专用设备中拖拉机、食品 加工机械、包装机械进口单价均远高于出口单价,分别达到 23 倍、23 倍、52 倍,可能与进出口 机械设备的吨位和档次有关。(报告来源:未来智库)

二、高端装备保障制造安全

2.1 工业母机:高端机床潜力巨大,进入了重要机遇期

工业母机是制造业重中之重:机床,又被称为工业之母,制造机器的机器。机床行业的上游包括 钢铁、铸造行业,而下游则影响着汽车、铁路、风电、核电、船舶制造、航空运输以及关乎到国 防的军工行业。机床深深影响着我国的各个行业,是制造业的重中之重。

高档数控机床是先进机床典型代表。数控机床可按加工工艺、运动方式、伺服控制方式、机床性 能等进行分类。从加工对象(零件)表面形成工艺特点,传统上通常将数控机床分为数控金属切 削机床、数控金属成形机床两大类。近年来,由于复杂产品(如飞机、汽车、航空发动机等)中 新型材料应用日益增加,数控机床被加工零件的材料不再限于金属材料,已扩展到复合材料、陶 瓷材料等非金属材料,而且加工工艺也包括了特种加工方法。此外,从功能和性能角度,又可将 数控机床划分为经济型、中档(或普及型)和高档三类。根据《中国机械工程》观点,高档数控 机床是具有高性能、智能化和高价值特征并达到相应功能及性能技术指标的数控机床。高档数控 机床是数控机床产业技术水平和装备制造业竞争能力的典型代表。

机床技术在持续发展。18 世纪的工业革命后,机床随着不同的工业时代发展而进化并呈现出各个 时代的技术特点。对应于工业 1.0-工业 4.0 时代,机床从机械驱动/手工操作(机床 1.0)、电力驱 动/数字控制(机床 2.0)发展到计算机数字控制(机床 3.0),并正在向赛博物理机床(Cyberphysical machine)/云解决方案(机床 4.0)演化发展。

数控机床结构不断演进。机床结构主要包括两大部分:机床的各固定部分(如底座、床身、立柱、 头架等)、携带工件和刀具的运动部分,这两部分现在通称为机床基础件和功能部件。而数控机 床的结构也在不断演进,以车削和铣削为例,数控车削机床结构从早期的2轴进给平床身等经典 结构,发展到4轴进给和双刀架、多刀架等用于回转体类零件高效率车削的加工中心结构,进一 步发展为可适应复杂零件“一次装夹、全部完工”的多功能车铣复合加工中心结构。

数控铣削加 工机床结构从早期主要实现坐标轴联动和主轴运动功能的经典立/卧式铣床结构,发展到带刀库和 自动换刀机构的3轴联动立/卧式铣削加工中心结构,为满足复杂结构件高效率加工需求,又出现 了4轴联动和5轴联动的铣削加工中心结构,随后多功能铣车复合加工中心结构得到快速发展和应用。当前,在同一台数控机床上实现“增材加工+切削加工”功能的增减材混合加工新型结构 机床已经进入实用化发展阶段。

我国数控机床在发展中实现国产化。(1)产业奠基阶段。1949 年新中国成立后,中国机床工业 快速发展,“一五”时期(1953-1957),在苏联专家指导下,第一机械工业部(简称“一机 部”)按专业分工规划布局了被称为“十八罗汉”的一批骨干机床企业。(2)初始发展阶段。 中国数控机床的研制工作虽然起步较早,但初期发展基本上处于一种封闭状态,关键技术研究开 发及产业发展缓慢,相对于美、日和欧洲先进工业国家在 70 年代末和 80 年代初就已实现了机床 产品的数控化升级换代,我国的机床数控化进程到 70 年代末才刚刚开始。

(3)持续攻关和产业 化发展阶段。随着国家的改革开放,我国数控机床进入一个新的发展时期。“六五”期间,对数控机床采用直接从国外“引进技术”的方式,引进数控机床及相关技术并开发出数控机床新品种。 “八五”期间,以“自主开发”为重点支持国产数控系统的技术攻关和产品开发,成功开发出了 具有当时国际先进技术水平的高档数控系统。

(4)高速发展和转型升级阶段。“十五”期间, 随着 2002 年中国正式加入 WTO,国产数控机床产量以超过 30%的幅度逐年增长。“十一五”期 间,我国机床工业保持持续稳定高速发展,一方面,一批机床企业“走出去”,到发达国家进行 技术并购,另一方面,国内市场对中高档数控机床需求急增,机床企业加大产品研发力度。“十 二五”以来,一批高档数控机床实现从无到有,并成功应用于重点领域和重点工程的实际生产。 到 2016 年,我国机床工业的产出数控化率和机床市场的消费数控化率均接近 80%的水平,基本实现了机床产品的数控化升级。

高端市场外资比例仍高。根据科德数控招股说明书,由于我国高端数控机床行业发展起步较晚, 总体来看大型外资企业的市场占有率仍高于内资企业;但大型外资企业与国产数控机床企业拥有 各自的优势产品领域,且国产数控机床企业正逐步向外资企业传统优势领域扩张,国产数控机床 市场份额持续提升。

国产品牌的在产业链环节仍存在劣势。行业内大型外资企业大多是集上游功能部件和数控系统生 产、整机生产制造、产品销售一体化的大型企业,在产品质量和产业规模上均具有较大优势。由 于起步较晚,与大型外资企业相比,国内五轴数控机床生产企业在生产规模和产业链布局上不具 备优势,数控系统和部分关键功能部件仍主要依赖进口。(1)数控系统方面,我国高端机床的 数控系统大部分来自于日本 FANUC、德国西门子、德国海德汉等企业,国产数控系统的实用性、 可靠性、兼容性以及稳定性等方面始终有所差距。(2)在基础材料科学、工艺、设计上的差距, 则使国产机床的丝杠、导轨、伺服电机、力矩电机、电主轴、编码器,这些主要功能部件对外依 赖度较高。

国产高端机床潜力巨大,进入了重要机遇期。根据前瞻研究院数据, 2018 年,我国低档数控机 床国产化率约 82%,中档数控机床国产化率约 65%,高档数控机床国产化率仅约 6%。根据科德 数控招股说明书,在高端数控机床领域,国际数控机床品牌虽然占据主要份额,但并未形成垄断, 以科德数控为代表的国内高端数控机床企业正在逐渐对国际数控机床品牌形成替代。我们认为, 我国数控机床企业有望在核心技术取得突破,高端数控机床的国产替代前景广阔。

2.2 加工耗材:高端刀具国产替代前景可期

刀具行业是机械制造行业和重大技术领域的基础行业。切削加工约占整个机械加工工作量的 90%, 刀具技术在汽车行业、模具行业、通用机械、工程机械、能源装备、轨道交通和航空航天等现代 机械制造领域发挥着越来越重要的作用。根据华锐精密招股说明书,高效先进刀具可明显提高加 工效率,使生产成本降低 10%-15%。刀具的质量直接决定了机械制造行业的生产水平,更是制造 业提高生产效率和产品质量的最重要因素。

刀具性能与刀具材料密切相关。目前主要的刀具材料包括硬质合金、高速钢、陶瓷和超硬材料 (PCD、CBN)。硬质合金与高速钢相比,具有较高的硬度、耐磨性和红硬性,与陶瓷和超硬材 料相比,硬质合金具有较高的韧性。由于硬质合金具有良好的综合性能,因此广泛应用于钢 (P)、不锈钢(M)、铸铁(K)、有色金属(N)、耐热钢(S)和淬硬钢(H)材料的加工。

我国切削刀具市场稳定增长。受国内投资增速放缓和需求结构调整影响,2011 年至 2016 年刀具 市场规模主要集中在 312 亿元至 345 亿元的区间。随着“十三五”规划的落地,国内供给侧结构 性改革的不断深化,我国制造业朝着自动化和智能化方向快速前进,制造业转型升级推动刀具消 费市场恢复性增长,2018 年切削刀具行业市场规模达到 421 亿元,达到历史最高水平,相对于 2016 年增长 30.95%。

提质升级将持续推动刀具市场增长。刀具的性能很大程度上决定了机械加工质量与生产效率,德 国、美国和日本等制造业强国注重现代数控机床和高效刀具互相协调、平衡发展, 每年的刀具消 费规模为机床消费的 50% 左右。 2012 年以来,我国刀具消费占机床消费比例呈现向上增长趋势, 2019 年达到 25.26%,表明我国刀具消费在提质升级,但还远低于发达国家水平。随着国内终端 用户生产观念逐渐转变为提质增效, 以及机床市场的转型升级, 我国刀具消费规模有望持续提升。

数控刀具需求受益机床数控化率提升。随着加工产品的结构复杂化、加工精度要求的不断提高以 及生产效率的提升,我国机床设备正逐步从传统普通机床向数控机床过渡。我国新增机床数控化 率近年来整体保持着稳定增长,主要与产业转型升级有关。相对于国际上制造业强国机床数控化 率 60%以上水平,我国金属切削机床的数控化程度的提升空间很大。我们认为数控刀具作为数控 金属切削机床的易耗部件,将受益存量机床配备和新增机床增量需求提升。

国产刀具向高端市场延伸,进口替代速度加快。近年来,国内刀具企业在不断引进消化吸收国外 先进技术的基础上,研究成果和开发生产能力得到了大幅提升,把控刀具性能的能力不断增强, 国产刀具向高端市场延伸,凭借产品性价比优势,已逐步实现对高端进口刀具产品的进口替代, 加速了数控刀具的国产化。根据中国机床工具工业协会数据,2019 年我国刀具市场总消费规模约为 393 亿元,进口刀具规模为 136 亿元,其中绝大部分是现代制造业所需的高端刀具。2016- 2020 年进口刀具占总消费的比重从 37.17%下降至 31.12%,反映我国数控刀具的自给能力在逐步 增强,进口替代速度加快。

我国刀具行业生态有待优化。根据《新形势下国内数控刀具行业面临的机遇与挑战》,目前我国 工具行业同质竞争的中低端产品较多,价格竞争比较激烈,产业链协同不够稳固,经销体系不够 顺畅。行业企业及相关方盈利能力不足,难以进行创新投入并提供很好的服务,产业生态较差。 同时,国内高端刀具消费市场长期被欧美刀具企业和日韩刀具企业占据。 国产刀具产品目前正处 于从低端向中高端过渡的过程中,其中一些在研发和技术持续投入的企业,已开始实现对部分进 口产品的替代。

国内企业在核心技术领域存在竞争劣势。国产刀具产品目前正处于从低端向中高端过渡的过程中, 尽管已开始实现对部分进口产品的替代,但大部分高端刀具市场人仍被欧美和日韩刀具企业占据。 根据华锐精密调研公告,目前国内刀具与进口高端刀具的主要差距体现在产品的稳定性、一致性 以及提供整体切削解决方案的能力上。随着高速、高效、高精度的现代切削加工需求不断升级, 开发与现代切削加工相适应的刀具成为未来发展方向,这对于刀具基体材料、涂层材料、刀具结 构都提出更高的要求。国内企业需要在基体材料、槽型结构、精密成型、表面涂层四大核心技术 领域持续加大研发投入,以缩小和外企的差距。

高端刀具国产替代前景可期。根据《新形势下国内数控刀具行业面临的机遇与挑战》,我国目前 刀具市场消费总额在 400 亿元人民币左右,高端刀具市场超过 200 亿元人民币。我国刀具进口额 (包含在中国生产并销售的国外品牌)中主要为高端数控刀具,销售额占高端刀具市场的2/3,未 来国产替代份额空间较大。

2.3 零部件:高端轴承市场空间广阔

轴承广泛应用于现代机械设备。作为机械基础零部件,轴承的主要功能是支承旋转轴或其它运动 体,引导转动或移动运动并承受由轴或轴上零件传递而来的载荷,被称为“机械的关节”、“机 械工业的润滑剂”。轴承的精度、性能、寿命和可靠性对机械设备主机的使用性能和可靠性起着 决定性的作用。按主机配套类型分可分为汽车轴承、铁路轴承、冶金矿山机械轴承、工程机械轴 承、机床轴承、风电轴承等;根据轴承工作时运转的轴与轴承座之间的摩擦性质,可分为滑动轴 承和滚动轴承两大类,其中滚动轴承是轴承工业的主要产品,通常所说的轴承一般指的便是滚动 轴承。

高端轴承是机械设备中的核心零部件。与普通轴承相比,高端轴承具有高运转、高载荷能力、长 寿命、高可靠、低震动噪音和低摩擦力性能,是大飞机、高档汽车、高铁、重载型武器、电梯、 高档数控机床、风电以及其他机械设备中的关键核心器件,主要功能是支撑机械旋转体,降低摩 擦系数并保证回转精度。

外资品牌垄断大部分市场。轴承行业经过多年产业竞争后,形成集中在瑞典、德国、日本、美国 四个国家的八家大型轴承企业垄断竞争的态势。世界八大轴承企业包括瑞典 SKF(斯凯孚)、德 国 Schaeffler(舍弗勒)、日本 NSK(恩斯克)、日本 JTEKT(捷太格特)、日本 NTN(恩梯 恩)、美国 TIMKEN(铁姆肯)、日本 NMB(美蓓亚)、日本 NACHI(不二越)。根据五洲新 春 2021 年中报,这八家轴承企业在国际轴承市场的市场占有率合计达到 60%以上。近年来,八 家大型跨国轴承企业纷纷向海外特别是向新兴工业国家扩张,企业规模日益扩大,生产结构日趋 合理;另一方面,八家大型跨国轴承企业不断扩大经营范围,拓展技术领域,高新技术产品不断 问世。

我国轴承行业快速发展。新中国成立以前,我国轴承制造业几乎是一片空白,机械设备制造和维 修需要的轴承基本依赖进口。新中国成立以来,轴承工业飞速发展,在国民经济建设中发挥了重 要作用;轴承行业也与机械制造业一起快速发展,为我国经济增长做出了重要贡献,已经形成了 产品门类基本齐全、生产布局较为合理的专业体系。从2005年起,我国在销售收入和产品产量上 都已经成为世界第三大轴承制造国,同时也是世界轴承使用大国,但产品整体偏低端。

我国轴承出口额波动上升,贸易顺差不断提升。2009 年以前,我国轴承进口金额和出口金额基本 持平。2009 年,我国轴承出口金额 28.3 亿美元,首次超过进口金额;2012-2018 年,我国轴承 贸易顺差持续扩大,2018 年轴承贸易顺差较 2012 年增长了 119.57%。2020 年,我国轴承进出 口总额为 92 亿美元,其中,出口总额 48.34 亿美元,同比下降 9.14%;进口总额 43.66 亿美元, 同比增长 19.78%。

国产轴承仍面临诸多挑战和考验。一方面,轴承产业集中度较低,低端轴承产能过剩,不利于产 业升级。另一方面,近年来跨国轴承企业大力推行本土化生产,与国内企业成本差距缩小,国内 企业将直面跨国企业的强大竞争压力。

多因素造成我国轴承行业供需结构性失衡。我们认为我国目前存在低端和高端轴承结构性失衡的 情况,其一,我国轴承行业研发能力弱,检测试验水平低,行业基础理论和共性技术缺失的问题 不易解决。其二,高端轴承自主化难度大。国产高端轴承精度保持性、性能稳定性、寿命、可靠 性与国际先进水平仍然存在差距。其三,低端轴承进入门槛低,导致同质化竞争,行业利润率偏低。其四,轴承钢标准水平、实物质量、品种满足与国际先进水平、行业发展需求存在差距,高 端轴承用滚子等精密部件长期依赖国外进口。

国家持续支持重大技术装备及配套轴承发展。近年来国家持续出台支持中大技术装备发展的政策 文件,航空航天装备、先进轨道交通装备、高端机床装备、先进工程机械装备、海洋工程装备、 清洁能源装备、先进农业设备、高端医疗装备等重大技术装备都需要大量的高端轴承进行配套, 配套轴承的自主安全可控同样备受关注。“十三五”期间,我国轴承行业进行了大力度的重大技 术装备配套轴承和其他高端轴承的研发、工程化、产业化工作,为重大技术装备配套的能力得到 提高。

我国高端轴承的开发进程持续推进。我国战略性新兴产业和制造强国战略重点发展领域需要大量 的高端轴承为重大技术装备配套,“十四五”期间,轴承行业应着力进行多领域多类型的高端轴 承的研发、工程化及产业化。其中,部分重大技术装备高端轴承产品需组织研发、工程化、产业 化联合攻关。

高端轴承市场国产替代空间广阔。我国战略性新兴产业和制造强国战略重点发展领域需要大量的 高端轴承为重大技术装备配套,根据《论我国重大技术装备轴承的自主安全可控-何加群》,我国 重点发展领域中需要配套的高端轴承市场空间达到数百亿元,其中大部分轴承产品仍依赖进口, 国产替代的空间较大。根据五洲新春2021半年报,近年来中国头部轴承企业的赶超速度非常快, 软硬件投入和研发投入都大幅增长,在汽车和机械领域通用轴承方面可以实现进口替代,高端精 密轴承工艺技术也逐步突破,产业集中度逐步提高。全球八大跨国轴承集团实际占据的 500 亿美 元左右全球市场和 400 亿人民币左右国内中高端市场,将是未来国内轴承企业出口替代和进口替 代的历史性机遇。我们认为在十四五期间,在国家政策及联合攻关课题的推动下,我国高端轴承 将取得更大的进步。

2.4 零部件:精密减速器国产替代势在必行

精密减速器是减速器中的高端产品。减速器是连接动力源和执行机构的中间机构,具有匹配转速 和传递转矩的作用。按照控制精度划分,减速器可分为一般传动减速器和精密减速器。一般传动 减速器控制精度低,可满足机械设备基本的动力传动需求。精密减速器回程间隙小、精度较高、 使用寿命长,更加可靠稳定,应用于机器人、数控机床等高端领域。精密减速器种类较多,包括 谐波减速器、 RV 减速器、摆线针轮行星减速器、精密行星减速器等。

谐波减速器与 RV 减速器的应用较广泛。近年来,随着工业机器人、高端数控机床等智能制造和 高端装备领域的快速发展,谐波减速器与 RV 减速器已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速 器。由于传动原理和结构等技术特点差异,使二者在下游产品及应用领域方面各有所侧重、相辅 相成,应用于不同场景和终端行业。

(1)谐波减速器:谐波减速器具有单级传动比大、体积小、质量小、运动精度高并能在密闭空 间和介质辐射的工况下正常工作的优点,在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。此外, 谐波减速器在除机器人以外的精密传动领域亦可广泛适用,应用行业有不断拓宽的趋势。

(2)RV 减速器:RV 减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高,并具有更高的刚性 和扭矩承载能力,在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。谐波减速器的负载轻,因此限制 了其向重负载部位拓展的可能,而 RV 减速器容许负载高、重量重、外形尺寸大,无法向轻便、 灵活的轻负载领域发展。但 RV 减速器零部件数量多,制造和装配难度大。

精密减速器在时代潮流的推动下蓬勃发展。近年来,全球范围内劳动力成本提高和制造业转型升 级持续加速,智能制造及自动化生产快速发展。而工业机器人、高端数控机床等设备作为智能制 造载体,有力地支持了智能、数字工厂的需求。以美国、日本、德国为代表的国家和地区重视推 动机器人产业的发展,凭借技术先发优势,取得了较高的行业集中度和市场份额。我们认为精密 减速机作为工业机器人的核心零部件,将继续保持高速发展。

目前全球精密减速器市场由外企主导。哈默纳科(Harmonic Drive System)与纳博特斯克 (Nabtesco)分别在谐波减速器和 RV 减速器领域取得了市场主导地位,依靠长期的研发技术积 累、规模化的生产能力、稳定的产品质量和性能,二者与 ABB、发那科、库卡、安川等国际工业 机器人生产商合作历史悠久,在行业内的市场地位较为突出。

我国精密减速器发展较晚,市场份额有待提高。谐波传动技术于 20 世纪 60 年代初引入我国,最 初主要应用于军事和航天领域,后来逐渐广泛应用于工业机器人、服务机器人、数控机床、医疗 器械和核电等行业。根据 GGII 数据,2018 年国产减速器出货量市场份额不足 30%,剩余市场份 额则由外资品牌占据。同时,外企产品售价较高、交货周期较长,成为制约我国工业机器人产业 发展的重要瓶颈之一,国产替代的需求也日益强烈。

国产减速器行业及配套产业技术水平制约产品发展。以 RV 减速器为例,RV 减速器的难度较大: (1)RV 减速器在工作过程中需要传递很大的扭矩、承受较大的交变过载冲击,同时要保证运动 的精准与灵活,并降低噪音,对产品本身的要求较为苛刻。(2)内企以往对产品仿制和功能实 现的投入较多,对设计理论、分析方法、技术创新等方面的研究不足。(3)RV 减速器涉及到的 领域众多,包括高性能材料、热处理、高端制造与检测设备、产品设计与优化等。特别是偏心轴、 摆线轮、行星轮、输入轴等关键零件的设计与制造,对配套产业的工艺、技术等提出了较高的要 求。目前我国 RV 减速器的输入转速、扭转刚度、传动精度、传动效率、工作噪声和发热量等方 面与国外产品还存在较大的差距。此外,精度保持性、稳定性、可靠性以及使用寿命等方面也需 要改善。

减速器实现国产替代势在必行。近年来,谐波减速器行业受益于政策和主要下游行业的驱动,迎 来快速发展时期,国内从事谐波减速器的研发和生产的厂商有所增加,技术水平有所提高,产品 系列逐渐丰富,并已成功突破了国际品牌在国内市场的垄断。国产自主品牌通过与国内机器人生 产商达成合作,其在国内市场已经占据了一定的市场份额。目前国内已有绿的谐波、 中技克美等 谐波减速器厂商实现量产。(报告来源:未来智库)

三、油气设备推动能源安全

3.1 油气能源对外依赖度高

国家大力支持能源转型大方向:根据《2030 年前碳达峰行动方案》,规划十四五期间内,到 2025 年,非化石能源消费比重达到 20%左右,单位国内生产总值能源消耗比 2020 年下降 13.5%, 单位国内生产总值二氧化碳排放比 2020 年下降 18%。十五五期间内,到 2030 年,非化石能源消 费比重达到 25%左右,单位国内生产总值二氧化碳排放比 2005 年下降 65%以上,顺利实现 2030 年前碳达峰目标。根据《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》,“十四五” 时期,构建以能耗“双控”和非化石能源目标制度为引领的能源绿色低碳转型推进机制;到 2030 年形成非化石能源既基本满足能源需求增量又规模化替代化石能源存量、能源安全保障能力得到 全面增强的能源生产消费格局。

2021 年我国清洁能源取得良好发展成果:随着清洁能源发展,我国能源结构持续优化,2021 年 清洁能源占能源消费总量的比重达到 25.5%,提高 1.2pct,非化石能源发电装机首次超过煤电, 装机容量达到 11.2 亿千瓦,水电、风电、光伏装机均超过 3 亿千瓦。

2022 年能源安全与绿色低碳并举:2022 全国能源工作会议将全力保障能源安全和能源绿色低碳 发展作为重点任务。其中能源安全方面提出要继续发挥煤炭“压舱石”作用,有效发挥煤电基础 性调节性作用,扎实提升电力安全保供能力,持续提升油气勘探开发力度。在能源绿色低碳发展 方面,提出加快实施可再生能源替代行动、积极稳妥发展水电、积极安全有序发展核电、提升电 力系统调节能力。

工业和交通运输是我国石油重要消费领域。过去十余年来我国石油消费量持续上升,其中工业和 交通运输、仓储和邮政业、生活消费的增长较大,而工业和交运是最主要的消费领域,2019 年分 别达 39%和 34%。我们认为石油作为重要的生产资料,将较长期的在国民经济中保持重要地位。

我国油气对外依赖度仍高,自主产量重返增长通道。我国的油气能源对外依赖度较高,且近年来 仍处于高位。2015-2020 年我国原油对外依赖度出现上升,20 年达 73.6%,2021 年底我国原油 对外依赖度达 72%。从原油产量看,2016-2018 原油产量出现下降,而 19-21 年原油产量重新返 回增长。我们认为较高的对外依赖度存在本身也是一种风险,在依赖度触及高点后,国内原油开 发产量增长,逐渐将对外依赖度拉低。但从占比来看,目前对外依赖度较 2010 年高近 20pct,存 在较大的自主替代空间。

我国原油和天然气进口相对分散:我国原油进口来源较为分散,其中俄罗斯、沙特阿拉伯、伊拉 克等是主要进口国,距离相对较远,依赖远距离运输。我国天然气进口可以分为液化天然气和管 道天然气,进口国数量较少且距离相对较近,其中液化天然气对澳大利亚的依赖度较高。

3.2 能源装备助力能源安全

油气储采比年限较低:近年来我国原油产量保持稳定、天然气产量上升,但从储量的角度看,我 国油气储量依然处于较低水平。2020 年我国原油储采比在 5 年左右,天然气储采比在 7-18 年, 处于全球较为低的水平。我们认为我国油气进口依赖度高的深层次原因在于地质储量较低、或勘 探开发程度仍然较低。

非常规油气有望成为开发重点:根据国家能源局统计,2020 年我国页岩气和页岩油的储量相对丰 富,煤层气和页岩气分别 3.3、4.0 千亿方,油页岩矿石 20 亿吨。2018 年全国天然气地质资源量 90 万亿立方米,埋深 4500 米以浅页岩气地质资源量 122 万亿立 方米,埋深 2000 米以浅煤层气地质资源量 30 万亿立方米。近年来我国页岩油气开发逐渐取得成 果,2020年我国页岩气产量已经居全球第二,2021年我国页岩油产量240万吨、页岩气产量230 亿方、煤层气利用量 77 亿方,取得较大进步成果,但与美国相比仍有较大差距。

近年来国家持续保持资本开支:在能源安全自主的要求下,近年来我国油气开发支出保持稳定上 升的状态,自 2016 年触底以来,石油公司的勘探开发投资持续上升,但 2020 年受疫情影响,资 本开支出现下降。我们认为随着疫情得到缓解,资本开支将逐渐回升。

油服行业与油气行业紧密相关:石油行业主要包括勘探、开发、生产、储运、炼化和销售等行业, 其中勘探、开发是石油行业的基础。在油田公司的资本性支出中,勘探与开发投资通常能够占到 50%-70%。油田工程技术服务行业是以油田为主要业务开展场所,为石油、天然气勘探、开发与 生产提供工程技术解决方案的服务性行业,大致可以分为物探、钻井、测录井、固井、完井、压 裂酸化、生产收集等板块。其中,钻井工程是油气资源勘探、开发中最重要的环节和手段,一般 包括钻井、完井、固井、钻井液等工序。

页岩油气开发对技术要求较高。页岩油气的技术和投资结构与常规油田有区别。以压裂为例,压 裂是油气开采过程中的主要增产方式,通过压裂作用生成或拓展底层的裂缝,从而改善地下油气 的流动环境和状态,从而提高油气流入生产管柱的流动性,提高产出率。但因为页岩储层存在着 基质渗透率低的问题,所以压裂技术在页岩气的开发中有着十分重要的作用。从 CAPEX 的构成 来看,钻井及完井压裂的占比较高,其中水力压裂及相关的占比达 25%。我国的页岩气压裂技术 通过几十年的发展,有了很大的突破与发展,也进一步带来页岩油气产量的释放。我们认为随着 我国页岩油气压裂技术持续进步,我国页岩油气革命有望进一步发展。

新技术有望助力国内页岩气发展。随着我国页岩油气技术水平的进步,设备的技术要求也出现提 升。过去从事压裂的主要设备是常规柴油压裂车,但是存在受制于新的工况、施工井场面积、噪 声、成本等问题。目前龙头设备厂商纷纷推出更大水马力、更清洁的设备:涡轮压裂及电驱压裂, 通过天然气或电网提供动力,实现设备高效运转,取消了传统压裂车组柴油机发电、液力变矩器 和变速箱等机构,相比于压裂车,新型压裂设备具有(1)在高压力施工状态下,实现排量稳定 输出;(2)可实现单台泵单层段成本降低;(3)具有更低的噪声,符合环保要求。在设备新技 术、开发新工艺的推动下,我们认为我国页岩油气开发有望再上层楼。

储运产业链共同受益:页岩气产业具有较长的产业链,包括页岩气勘探开发、管道建设、车船应 用、化工产业、装备制造等。从运输角度看,全球页岩气通过管道和液化两条路径实现运输,从 储运来看还需要 LNG 接收站、管道、储气库等多种设施设备。截至 2020 年底,我国建成 LNG 接 收站 22 座,LNG 接收能力 9310 万吨/年,我国 LNG 接收站将长期受益于 LNG 进口。

管道里程持续增长。截至 2020 年底,中国油气管道总里程已达到 14.5 万公里,其中天然气管道 约 8.54 万公里,原油管道约 3.05 万公里,成品油管道约 2.91 万公里。根据国家《中长期油气管 网规划》,预计到 2025 年,中国油气管网总里程将达到 24 万公里,相比于美国、俄罗斯,我国 管道里程的发展空间较大。

油气储藏将持续增长。中国天然气消费潜力巨大、安全供应要求高,未来有望建立天然气供应保 障系统。,由于天然气易燃易爆,难以储存,地下储气库成为最主要的天然气储气设施。从目前 世界情况看,地下储气库占总消费量的 12%,欧美等发达国家的地下储气库占消费量的 20-25%。 中国国家发改委为加快储气设施建设,于2018年出台了《关于加快储气设施建设和完善储气调峰 辅助服务市场机制的意见》,对储气能力建设提出更大要求。截至 2020 年底,中国共建成地下 储气库 27 座,已投产储气库加上在建的地下储气库,预计总调峰能力超过 520 亿方。考虑到我国 天然气需求仍处于上升状态,我们预计未来 10 年我国仍有较多地下储气库投入建设。

四、投资分析

多次在批示和讲话中强调维护科技安全的术与道。多次提出中国高度重视科 技创新工作,坚持把创新作为引领发展的第一动力,在关键领域、卡脖子的地方要下大功夫。 《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》中也明确提 出,坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。

党的十九届五中全会提出,坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为 国家发展的战略支撑。两会的代表委员表示,科技创新对国家发展具有重要意义。“十四五”期 间,要从强化国家战略科技力量、提升企业技术创新能力、激发人才创新活力等方面来提升我国 科技创新水平,引领经济高质量发展。

机械制造是经济发展的支柱。《中国制造 2025》的提出,标志着振兴机械工业成为我国经济增长 方式转型的关键。我国是机械制造大国,但在部分领域依旧存在短板,我们从进口金额/总收入、 进口金额/出口金额、进口价格/出口价格等三个维度来分析机械设备细分行业的对外依赖程度。 我们认为:通用机械/专用设备进口额占行业营收比例分别达到 15.9% /13.1%,在高端装备领域 对外依赖度较高。专用设备中部分细分领域进口价格达到出口价格的数十倍,可能与进出口机械 设备的吨位和档次有关;通用设备中机床进口价格达到出口价格的 200 倍,我国高端机床渗透率 较低,和发达国家存在较大差距,目前在数控机床关键技术方面基本不存在障碍,后续有望通过 技术创新进一步缩小差距,国产高端装备空间广阔。

高端装备保障制造安全。随着科技的进步,国家越来越重视高端科技及自主创新、关键领域卡脖 子难题。数控机床、刀具、轴承、精密减速器都是我国制造业的重要要素,我们发现国产品牌已 经基本掌握中低端市场,但在高端领域依然比较依赖国际品牌,部分关键技术和核心零部件仍未 完全自主可控,比如数控机床的数控系统、导轨丝杠、伺服电机等,刀具的基础材料、结构,轴 承的理论基础、工艺水平和轴承钢材料、减速器的设计、工艺和检测技术等。但近年来我国高端 装备仍处于高端进口替代的大趋势中,随着技术的积累、品牌的认知度提升,我们高端装备的前 景广阔。

油气设备推动能源安全。近年来国家持续支持能源转型,清洁能源取得快速发展,但是考虑到油 气煤等能源的压舱石作用和对国民经济的重要作用,我们认为我国油气能源的开发仍将继续保持。 目前我国油气对外依赖度较高,原油对外依赖度较高,且进口多来自较远的国家,但目前我国油 气的储采比处于历史较低水平,放眼全球也低于各大洲平均水平。近年来我国页岩油气迅速发展, 储量也相对丰富,我们认为有望成为国内油气资源的重要补充。而页岩油气的开发对技术有更高 的要求,近年来我国压裂设备等油气开发设备快速进步,将推动页岩油气产量上升。在勘探开发 以外,LNG 接收站、管道、储气库等也将同步受益。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库】。未来智库 - 官方网站

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