机床是现代工业发展的重要基石。目前，我国机床产业链的不同环节均存在较多“卡脖子”问题，因此成为实现自主可控的典型赛道。数控系统为产业链中更为薄弱的环节，也是制约我国高端数控机床发展的重要瓶颈。从市场规模来看，国内数控系统规模超百亿，但国产化率较低。同时面对日益复杂的国际形势，国产化替代迫在眉睫。近年来，国内企业在核心技术和应用端持续取得突破，并在相关政策的催化下国产替代有望加速，数控系统需求或将实现高增长。
下面我们将以数控机床的概念为起点，探讨数控系统与数控机床之间的关系。同时，分析数控系统的技术发展趋势、市场现状以及国产化率提升逻辑，并研究高端数控系统面临的技术挑战。此外，我们还将梳理数控系统的产业链以及相关公司，并研究新技术如何与数控系统融合。希望这些内容能够启发大家更深入地了解数控系统行业。
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01
行业概述
1、数控机床概念
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。狭义的机床以金属加工机床为主，按照工艺用途可划分为金属切削机床和金属成形机床。 按照是否配备数控系统可划分为数控机床和普通机床。数控机床即为装有数控系统的机床， 可以通过编制程序来实现自动化加工，集微电子技术、计算机技术、测量技术、传感器技术、自动控制技术及人工智能技术等多种先进技术于一体，与普通机床相比，数控机床具有高效率、高精度、高柔性化及高集成化等特点。
从功能和性能角度，可将数控机床划分为低档（经济型）、中档（标准型或普及型）和高档三类。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。
2、数控系统的构成及工作原理
数控系统是数字控制系统的简称，也被称为计算机数控（CNC），其性能优劣直接影响机床稳定性和精度水平，是最核心的零部件。 数控系统是指能按照零件加工程序的数值信息指令进行控制，使机床完成工作运动的控制系统，通常由控制系统、伺服系统和位置测量系统三部分组成。控制系统按零件加工程序进行插补运算，发出控制指令到伺服系统；伺服系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；位置测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈给控制系统以修正控制指令。
从机床成本构成上看，数控系统是成本占比第二大的核心零部件。 根据海天精工招股书，数控机床主要成本构成为结构件、数控系统、传动系统、驱动系统、刀库及其他，其中数控系统占比高达22%，是成本占比第二大的核心零部件。
3、数控系统相关分类
（1）根据功能分类
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，为五轴或五轴以上联动。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。
五轴联动数控系统强化空间复杂特征加工能力，符合制造业升级趋势。 数控系统控制几个坐标按照需要的函数关系同时协调运动称为坐标联动，按照联动轴数分为二轴联动、二轴半联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动等。以三轴联动机床为例，其包含了X/Y/Z三个直角坐标系轴，故刀轴方向固定，机床的运动控制只能沿着X/Y/Z三个线性轴进行控制。五轴联动机床则增加了两个自由旋转轴，让刀具的运动可以灵活变化。
五轴加工通过更高加工效率、更小占地面积与能耗带来经济性，对三轴加工具有一定替代性。 根据全球机床龙头德马吉森精机披露数据，其使用10台五轴机床替换50台立式五面加工机床，带来了更高加工量、更小占地面积，并且节约能耗42%。
五轴联动数控系统和机床技术壁垒最高，对应的毛利率也处于领先水平。 以主要销售五轴联动数控系统与机床的科德数控为例，其21年五轴联动机床、数控系统毛利率分别高达43.62%、49.81%。
（2）根据运行方式分类
数控系统按照控制系统运行方式，分为开环、半闭环、全闭环控制数控系统， 闭环的数控机床精度更高、速度更快、驱动功率更大，但对于机床结构和传动要求更高，更容易造成系统的不稳定。
（3）根据参与者技术实力分类
根据数控系统的技术实力，数控系统参与者可以分为国外顶尖、国外一流、中国台湾、中国大陆高端和中国大陆普适五大类别。 国外顶尖级别主要以 西门子 、 海德汉 为代表，产品性能优越，国内高端五轴联动数控系统应用较多。国外一流企业包括 发那科 、 三菱 等，其性能优越的同时性价比也更高。中国台湾企业包括 新代 、 亿图 、 宝元 等，此类企业正逐步被国内优秀企业替代。中国大陆高端企业包括 华中数控 、 广州数控 、 光洋 等企业。
4、数控系统发展模式
目前国际上的数控系统公司发展模式有 西门子模式 、 哈斯模式 和 马轧克模式 三种，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。
整体来看，数控系统由于其相对标准化、投入回报周期长等特性，国内外机床厂大部分以外购为主。
5、国内外数控系统发展历程
（1）数控系统发展历史：基于PC机平台的开放式数控系统成为主流
20世纪50年代以来，数控技术经历了2大发展阶段和6个迭代历程，实现从硬线控制到计算机数控（CNC）的进步。 1952年，世界上第一台数控机床在美国诞生，标志着数字计算机技术开始应用于机床行业。自此，数控技术的发展同电子技术和计算机技术的发展紧密相关。自20世纪90年*开代**始，数控系统已经实现在PC机平台上进行开发，即所谓的开放式数控系统。随着数控系统的发展，其功能不断增多，可靠性和精度不断提高，价格不断下降。
（2）国内数控系统发展历程：占据中低端市场后逐步向高端进发
国内数控系统发展历程主要可分为缓慢发展期、加速引进期、模仿学习期及国产突破期四个阶段。 在国产化外资数控系统失败后，我国积极调整战略，重点投资数控系统等关键环节。目前广州数控等国产企业已在中低端数控系统市场占据一席之地，华中数控、科德数控等企业逐步向高端数控系统攻关并已经取得一定突破。
02
数控系统技术发展趋势
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。
1、高速、高精度、高可靠性
机床的高速化极大地提高加工效率、降低加工成本、缩短生产周期和提高市场竞争力；高精度直接关系到产品的加工质量；可靠性是数控系统综合性能优劣的直接体现，能否在可靠性方面缩短与国外数控系统的差距是关系到国产数控系统及其装备能否占领市场的关键因素。
2、多轴联动、复合化
多轴联动数控系统集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，多轴联动加工可利用刀具的最佳几何形状进行切削，产品的加工效率、加工质量和加工精度将大幅提升。随着市场对于个性化需求日益强烈，交货日期不断缩短，金属加工行业愈来愈多地采用复合机床对复杂工件进行综合加工，数控系统在工艺上的复合程度不断提升，相较只具备单一加工功能的数控系统，用户更需要能够提供车削铣削、镗削、钻削和磨削等工序的复合型数控系统。
3、智能化、柔性化、网络化
智能化体现在方方面面： 1）智能控制加工质量和效率， 如自适应控制加工过程、自动生成工艺参数等； 2）智能提高驱动性能， 如负载自动识别、电机参数自适应运算、前馈控制等； 3）智能编程和操作， 如自动编程和智能化的人机界面。数控系统向柔性化发展的趋势表现在两个方面：一方面是由点（数控单机）、线（柔性生产线）向面（自动化车间）、体（CIMS）的方向发展；另一方面是向注重经济性和实用性的方向发展。数控系统的网络化主要是数控系统与外部控制系统进行网络连接与控制。在网络技术成熟发展过程中，逐渐提出数字制造概念，已经成为机械制造企业的现代化标志。
4、开放式、软数控模式
开放式数控系统是指数控系统制造商可通过对数控系统功能进行重新组合、修改、添加或删减，快速构建不同品种和档次的数控系统，并且可以针对不同厂家、用户和行业需求，将其特殊应用和技术经验集成到数控系统中，形成定制型数控系统。 未来的数控系统能够被用户重新配置、修改、扩充和改装，并允许模块化地集成传感器、监视加工过程、实现网络通信和远程诊断等，而不必重新设计软硬件。
03
市场现状
1、我国机床数控化率仍处于较低水平，数控系统成长空间巨大
2021年我国金属切削机床产量为60.2万台，其中数控金属切削机床为27万台，金属成形机床产量为21万台，其中数控金属成形机床产量为2.4万台，因此从产量上看，我国金属切削机床和金属成形机床的数控化率为45%/11%，而金属加工机床的数控化率合计为36%。相对发达国家80%以上的数控化率，存在较大差距。远期来看，我国机床数控化率有望有一倍以上的提升空间，考虑机床下游需求的持续增长，数控系统长期成长空间巨大。《中国制造2025》明确提出到2025年关键工序数控化率将提升到64%，十四五期间我国数控机床和数控系统均有较好的发展环境。
2、机床国产化加速，有望带动数控系统需求高增长
机床行业被德、日企业统治全球高端市场，中国出口以中低端为主，高端机床国产化率较低。 机床行业完全竞争，德国、日本、美国为主要机床大国，海外品牌在技术、规模、品牌影响力方面均处于领先地位，从进出口数据上看，我国2022年金属切削机床进口金额约为56.1亿美元，约385亿元人民币，占据我国数控金切机床较大份额，同时国内还有部分外资企业的产能，总体来看我国中高档数控机床对外资的依赖度仍然较高。
全球疫情爆发促使国内机床替代加速，机床产业供应链逐步走向成熟，数控系统国产化进程也有望加速。 目前国内多家上市公司及众多非上市公司已经开始使用国内数控系统或者与国内领先企业开始合作研发，未来数控系统有望在国内机床企业中得到大量应用，随着国内机床的国产化持续替代，数控系统国产化替代进程也有望加速。
3、数控系统全球市场超500亿元，国内在90-160亿元区间波动
根据计算，全球数控系统市场空间超500亿元。 根据德国机床制造商协会数据，2021年全球主要机床生产规模为709.4亿欧元。按照全球机床综合数控化率为60%，数控系统占机床成本比例20%，欧元兑人民币汇率1:7.5计算，全球数控系统市场空间约为638.5亿人民币。
国内数控系统市场空间在90-160亿元区间波动。 根据MIRDATA数据，2017-2022年间国内数控系统实际销售额在90-160亿区间内波动。其中2019年国内数控系统销售额最低为87.2亿元；2021年国内数控系统销售额最高达159.4亿元，主要系通用制造业复苏，机床行业进入新一轮景气周期。
4、外资占据国内数控系统主要市场份额，中高档基本被垄断
目前国内数控系统市场主要可分为三大阵营：1）高端数控系统市场：主要被日德等外资企业所垄断，代表企业包括 发那科 、 西门子 等；2）中端数控系统市场：国内头部企业与外资争夺的主力战场，国内代表企业包括 华中数控 、 广州数控 等；3）低端数控系统市场：已基本被国产企业占据，包括广州数控、 凯恩帝 及大量小规模的民营企业。从市占率来看，2022发那科占我国数控系统市场份额为37%，三菱数控为17%，广州数控为12%，西门子为12%，前三大外资企业市占率为66%。同时高档数控系统国内企业市占率不足10%，中高档数控系统依然被外资垄断。
5、国内高档数控系统国产化替*开代**始突破
中国处在由低端制造转向先进制造的关键节点，高速高精复合机型及五轴系统更加匹配高端制造业目前的需求。而国产数控系统相比进口数控系统，存在的差距主要体现在：1）技术成熟度差距明显，缺乏长期应用验证；2）市场认可度不够。面对这些差距，国家推出了一些系列产业支持政策。在国家政策的支持下，国内涌现了一小批研制高档数控系统的企业并实现了部分国产化，根据科德数控招股书，国内 华中数控 、 科德数控 已经掌握伺服驱动、电机等技术，从产品自制率上看已经不逊于海外龙头企业。“十二五”、“十三五”期间，国产数控系统在功能、性能和可靠性方面取得了巨大进步，打破了我国在航空、航天等领域高档数控系统被国外垄断的局面。国内高档数控系统国产化替*开代**始突破。
04
国产化率提升逻辑
1、国产数控系统性能加速提升
研发投入不足及缺乏高端应用场景，是多年来国产数控系统难以进步的原因。 一方面，数控系统系软件类产品，开发难度大，需投入大量研发费用。而国产数控系统售价较低，导致企业利润微薄，难以支持高额研发投入。根据MIRDATA数据统计，2022年 发那科 等外资龙头数控系统均价在5万元/台以上，而国产厂商如 广州数控 和 华中数控 均价在1-2万元/台间，价格差距较大。另一方面，数控系统需要大量实际应用进行升级迭代，但国产数控系统应用多集中在低端市场，缺乏高端应用场景是阻碍其进步的重要原因。
国家项目扶持及大量投入研发后，国产数控系统产品性能得到提升。 自2009年开始实施的“高档数控机床与基础制造装备”国家重大科技专项（04专项）围绕主机、数控系统、功能部件、共性技术、创新平台及应用示范工程等任务，以及航空航天、船舶、汽车制造、发电设备制造四大领域进行核心技术和重点产品攻关。
在04专项支持下，国产高档数控系统和国产功能部件关键技术指标基本达到国际先进水平，机床可靠性和精度保持性得到提高，华中数控等国产高档数控系统企业市占率逐渐提升。 2022年9月，首个中国主导的机床数控系统系列国际标准ISO23218-2正式发布，表明我国在04专项支持下建立的“高档数控系统关键技术标准体系”成果得到国际认可。2022年9月，工信部表示将会同有关部门继续做好工业母机行业顶层设计，统筹产业、财税、金融等各项政策，积极推进专项接续。
2、外资品牌*锁封**逐步加强
西方国家通过实行高端*锁封**、低端倾销战略*压打**国内数控系统行业，自主可控紧迫性强。 1）对高端数控系统实施出口*锁封**：以高端五轴数控系统为例， 发那科 等日本企业完全禁止出口中国，而 海德汉 等欧系产品交货期也在逐步拉长。2）对低端数控产品出口倾销：试图扩大在中国的市场渗透率，进一步挤压国内数控企业生存空间。3）颁布技术出口禁令：禁止中国企业收购国外高技术企业（美国、日本尤其明显），同时禁止部分在美上市中国企业的美国分支机构转移回国，以防止技术外流。
3、自主可控下国产系统得到大量验证迭代机会
“换脑工程”新增6000套军工企业换脑系统， 华中数控 成为主力。根据军工、机床两协会代表及华中科技大学的军工企业数控机床换脑工程调研报告，6000套军工企业在册数控机床需更换国产数控系统。此外在民用领域，凭借其越来越优异的产品性能，华中数控已经和 埃弗米 、 宇环数控 、 创世纪 、 日发精机 等国产机床龙头达成联合攻关合作，共同进行产品试制和开发。
05
高端数控系统技术难点
目前国内高档数控系统存在的技术难点问题为：缺少CAM等研发设计类工业软件；无法实现高速高精度插补功能；可靠性的时长不足；高端五轴RTCP功能不齐全等。
1、国内CAE、CAM等研发设计类工业软件同国外差距较大
加工具有复杂轮廓曲线的工件需要借助计算机自动编程，而自动编程过程中紧密集成多个工业软件（CAD、CAE和CAM）。 通常步骤为首先使用CAD（计算机辅助设计软件）制作零部件的轮廓描述信息，接着用CAE（计算机辅助工程软件）进行仿真分析，最后借助CAM（离线编程系统）将生成的轮廓信息转换为数控系统能识别的G代码。
数控系统识别G代码后，基于插补功能生成刀具加工轨迹。 数控系统中的插补功能是指数控系统根据前序自动编程获得的零件轮廓曲线的特征参数（G代码），按照一定的数学方法不断计算出刀具运行轨迹上的一些中间点，从而控制刀具对工件进行切削。一次加工程序通常分为多个插补周期，在连续的实时插补计算中，数控系统控制刀具逐渐切削出逼近理想的工件外形轮廓。
国内CAE、CAM等研发设计类工业软件同国外差距较大。 目前国内CAD软件2D功能基本与国外一致，但是在CAE、CAM软件领域落后较多．大部分厂商使用的免费版本只包含部分简化的功能。针对国产高端数控系统设计的专用后置处理器更是落后，国产数控系统只能使用国外CAM软件中免费开放的后置处理功能，而这只能同数控系统实现简单的配合加工。
国产数控系统已具备适用于普通工况的通用插补技术，但缺少在高速高精度工况下的先进插补能力。 例如，在高速加工复杂轮廓工件时，国产数控系统缺少预插补功能。高速加工中常遇到拐角或者高曲率点，此时的刀具进给方向可能发生突变。如果刀具速度没有及时的降低，将会引起过切，从而影响加工精度。预插补功能通过在实时插补的同时向前预插补一段距离，提前获知待加工零件的轮廓进给方向上是否有突变点以及计算出通过该点的最佳速度，避免过切问题。
2、国内高档数控系统可靠性时间与国外差距较大
国外高档数控系统的平均无故障运行时间可达30000小时，而国内的一般在10000小时左右，可靠性时长差距较为明显。 主要原因系： 1）国内数控系统硬件寿命较短： 国内数控系统主要与中低端机床配套，加工环境较为恶劣，硬件质保通常为3年，而国外系统硬件寿命长达10年。 2）国内数控系统软件的容错率和智能化水平较低 ：国内系统软件兼容性差，不足以应对多样的工作现场。此外国外系统能够实现智能化误差补偿，弥补机床随着年限增加精度降低的情况，进而提高了数控系统的使用年限。 3）国内远程故障诊断水平落后 ：国外高端系统具备远程故障诊断能力，能够提前预判机床故障，显著增加配套机床的无故障运行时间，提高了数控系统的使用寿命。
3、高档五轴数控系统还需具备五轴联动RTCP功能
五轴联动RTCP功能大幅提升加工效率、缩短加工周期、提高加工精度。 五轴联动RTCP控制功能主要指当有旋转轴运动时（一个或两个旋转轴），通过三个直线轴的实时同步补偿运动，使刀具或工件的某一特定点在空间的位置始终保持不动，即刀具或工件绕这一特定点作旋转运动，可以直接在工件坐标系下规划刀尖轨迹，机床轴控制由算法完成，编制程序时，只需要考虑工件的坐标，不需要考虑五轴机床运动链结构，简化了CAM编程，提高加工精度。
06
产业链及相关公司
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显示屏、功率板块、计算芯片、功率模块、伺服电机和其他部件，这些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。数控系统一般应用于数控机床与工业机器人等工控自动化装备，最后被运用于下游各领域。
1、数控系统制造
数控系统的制造包括数控装置制造、伺服装置制造与伺服电机制造。 根据数据，数控系统制造人工成本、制造费用占比较低，原材料成本在90%以上。数控系统原材料大部分属于电子类产品，目前采购价格呈逐年下降趋势。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。
数控装置 （即控制系统硬件）是数控机床的控制核心，主要由CPU、存储器、数字伺服控制卡、主板（包括I/OLINK、数字主轴、模拟主轴、通信接口、MDI接口等）、显示控制卡以及相应的控制软件等组成。
伺服驱动系统 由控制单元、测量反馈单元和驱动执行单元组成，来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，从而加工出符合图样要求的工件。
2、下游应用
制造完成的数控系统在下游被应用于数控机床与工业机器人等工控自动化装备。目前我国数控系统主要应用于立式加工中心、激光加工机、车床等各类加工设备。这些设备将应用于3C电子、汽车船舶、国防军工、机械制造和石油化工等工业。
（1）航空航天领域
高端机床国产替代需求旺盛，国产大飞机产业链持续释放增量市场需求。以五轴机床为例，其在航空航天领域应用场景较多，覆盖飞机结构件、起落架、叶片、机匣、压气机叶轮等部件加工。伴随国产大飞机逐步进入批量制造，五轴机床需求有望持续提升。同时在贸易摩擦影响下，航空航天领域急需可以实现进口替代的高端机床，增量市场空间有望向国内企业倾斜。目前 科德数控 、 华中数控 均在航空航天领域积累了较多成熟案例，在当前航空航天产业链“自主可控”需求催化下，国产份额有望持续提升。
（2）新能源汽车
目前一体化压铸等新工艺推进有望持续带来五轴等高端机床需求增长。新能源汽车制造向轻量化、一体化转型，一体化成形的异型结构件有望带来增量空间。
目前伴随汽车制造材料变化，新能源汽车“三电”涉及的电机壳、电池箱体、电池箱上盖、电池箱底壳、高压盒PEU壳体，减速箱壳体等材料以铝合金组件为主。相比传统燃油车铸铁加工，针对机床设计、加工工艺等方面的最优方案机床厂仍处于探索状态，为国内机床厂切入赛道带来了机会。
（3）3C产业
国内3C产业快速增长，对于设备采购需求较大，国内加工3C产品的高速钻攻机一直被日本、美国、韩国等国家占据第一阵营，3C产品对于复杂曲面加工要求较高，对于数控系统、设备的效率、精度均有很高要求。伴随国内设备供应商崛起，国产数控系统有了推进国产替代的基础。
3、国内数控系统相关公司
（1）华中数控：国内中高端数控系统龙头，“一核三军”战略布局
武汉华中数控股份有限公司创立于1994年，是国内中、高档数控系统研究和产业化基地，也是国产数控系统首家上市公司。公司以“一核三军”为发展战略，即“以数控系统技术为核心，以机床数控系统、工业机器人及智能产线、新能源汽车配套为三个主要业务板块”。公司以数控系统技术起家，首先在国内机床企业中大量配套数控系统，引领着国内中高端数控系统发展。同时公司利用自己在数控系统上的技术优势，将数控系统技术应用于工业机器人领域，目前是国内知名的工业机器人制造商。随着新能源汽车的快速发展，公司开始将数控系统核心技术在新能源汽车行业中应用和推广，“一核三军”战略逐渐成形。
机床数控系统配套业务主要是为各类数控机床企业和航空航天、汽车、3C、木工、磨床等重点行业用户提供数控系统配套和服务，包括为各类专机、高速钻攻中心、加工中心、五轴机床等机型提供华中8型高档数控系统，以及针对普及型数控车床和数控铣床等提供系列数控系统、系列伺服驱动、系列伺服电机等。2019年公司推出了9型智能数控系统，该产品是基于AI技术的智能数控系统，提供了机床指令域大数据汇聚访问接口、机床全生命周期“数字双胞胎”的数据管理接口和大数据智能（可视化、大数据分析和深度学习）的算法库，主要用于智能数控机床的控制。
华中数控国内市占率偏低，但在高端领域有技术领先优势，自主可控需求下国产替*开代**始提速，华中数控高端系统逐步放量： 根据华中数控披露，2021/2022年高端数控系统产销量分别为300/1000套左右，2023年目标产销量约2000套，主要系公司通过“04”专项、“换脑”工程等项目和国内知名央企、国企合作，并逐步打入埃弗米、豪迈科技、宇环数控等头部民营机床企业供应链。
（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
科德数控股份有限公司（科德数控）是国内专业化高档数控系统、关键功能部件和高端数控机床制造商。公司主营业务包括高端数控机床、高档数控系统、关键功能部件等。凭借高度专业自主化程度，目前科德已经成长为国内颇具规模的五轴装备产销基地。
公司产品竞争力强，应用于高端装备领域。 公司机床产品包括系列化五轴立式（含车铣）、五轴卧式（含车铣）、五轴龙门、五轴卧式铣车复合四大通用加工中心和五轴工具磨削、五轴叶片机两大系列化专用机床。关键功能部件包括伺服驱动装置、系列化电机、系列化传感产品、电主轴、铣头、转台等；数控系统主要为五轴联动数控系统。公司的五轴联动数控机床产品与传统数控机床产品相比具有支持空间复杂特征加工能力的优势，更易于实现多工序复合加工，具有更高的加工效率和精度。在应用领域方面，产品主要服务于当前高速发展的航空、航天、军工等领域复杂、精密零部件的加工制造，在航空发动机关键零部件制造方面，属于关键加工装备。此外，五轴联动数控机床在发电设备核心零件、硬质合金刀具、精密模具、汽车零部件制造等民用产业亦有诸多成功案例。公司自研自产的数控系统和功能部件产品属于高档数控机床装备的核心关键部件，直接决定了高档数控机床产品的功能、性能、可靠性和盈利能力。
（3）广州数控：中低端数控系统国产龙头，高端领域仍待积累
顺应国内数控机床爆发期，广州数控迅速成长。 广州数控成立于1991年，1992年自主研发出第一套GSK928车床数控系统。顺应21世纪以来国内数控机床产业发展东风，广州数控产品迅速放量。2003年广州数控数控系统产销量突破1万套；2018年广州数控GSK数控系统累计产销量超100万套。公司主要有GSK208/928/980/990系列，产品多用于中低端，高端领域仍待积累。其中GSK208/928为经济型数控系统，GSK980/990则是较为高端的数控系统。目前广州数控高端产品序列较少，在高端领域市占率仍有提升空间。销售额/销量口径下，2022年广州数控数控系统市占率分别为为11.8%/25.1%。
广州数控优势在于：1）主赛道格局好：广州数控产品主要面向量大面广的车床领域，该领域外资参与度低，竞争格局较好；2）研发机制灵活：广数研发引入内部竞争机制，新项目通常由2-3个课题组同时研究，提高研发成功率的同时也提高了研发效率，因此公司每年新增产品2项以上，且新产品产值占比通常高达50-70%。
（4）苏州新代：运动控制起家，综合竞争实力强
1995年新代于中国台湾以线切割控制卡起家，承接三菱数控技术后，产品序列逐步拓展至数控系统。苏州新代（即苏州华新）系新代于2003年成立的大陆销售子公司，进军大陆市场后新代实现快速发展，2010年数控系统销量突破1万套，2013年数控系统销量突破3万套，2022年仅苏州新代数控系统销量已达5.3万台。
新代数控系统质量高，在中低端车床、车铣复合/雕铣机市场口碑较好。 新代车床数控系统可分为6系列（标准车床，支持2-4轴）、21系列（车铣复合）及全新的200系列（多轴群车铣复合，最多可实现五轴联动）。
苏州新代数控系统销量排名国产第二。 2022年苏州新代数控系统销售额9.9亿元，销售额市占率7.3%；数控系统销量5.3万台，销量市占率13.9%，市占率在国产厂商仅次于广州数控。苏州新代的竞争优势在于其全面性：一方面，作为中国台湾品牌，其承接三菱数控系统技术，产品质量较高；另一方面，其在国内的销售策略灵活，能够及时感知市场需求，并推出对应新品。
（5）凯恩帝：数控系统技术水平领先，营销能力有待提升
凯恩帝承接发那科数控系统技术，顺应国产数控机床发展东风迅速成长。 凯恩帝于1993年在北京创立，承接发那科数控系统技术，成功研发出拥有自主品牌的国产数控系统。创业初期公司发展缓慢，主要系20世纪90年代国内机床行业发展停滞，对数控系统需求量较低。21世纪初期乘国产机床行业东风实现高速发展，凯恩帝数控系统销量迅速增长。
经过近三十年的发展，凯恩帝已拥有数控系统、机器人控制器、进给驱动和电机、主轴驱动和电机、工业互联网等多个系列产品。通过自制电机和伺服驱动器，凯恩帝在保障自身数控系统产品性能的同时有效解决“卡脖子”问题。凯恩帝数控系统型号齐全，可用于车床、铣床、车铣复合、磨床等多产品系列，其中车床数控系统为其拳头产品。同时下游应用丰富，在汽车零部件、泵、气/液系统、小五金、消费电子产品等加工领域，均有较好的表现。
凯恩帝两大创始人均为技术出身，30年的技术积累下，其中低端数控系统产品性能优异，有很好的品牌效应。同时核心研发团队人员稳定，激励充分，研发氛围浓厚。竞争劣势方面凯恩帝在销售和市场开拓水平方面不及国内友商，对市场需求的敏感度也有待提升。
07
新技术与数控系统结合
如今机床控制系统不再仅局限于承担加工职能，而是兼容涵盖了向设计、仿真、感知、分析、控制、维护、诊断等多功能一体化的方向发展。人工智能的自学习、自调节等属性将促进控制系统功能进一步丰富优化。 当前AI、数字孪生等新技术发展方兴未艾，运用于数控系统领域有望为国产系统创造“换道超车”的契机，AI智能决策+控制、智能化加工成为重要特色。
数控系统中人工智能、数字孪生等新技术的运用集中体现在智能决策的自主性， 包含加工工艺的智能推理制定，加工信息的自主建模与智能分析，加工过程的智能决策、智能控制，工业大数据累积知识的自成长学习、智能迭代优化等多个方面，贯穿加工前、加工中、加工后的全加工流程。总体来说，在数控系统中引入人工智能、数字孪生等新技术，将进一步优化加工的效率、精度，并进一步代替人工进行感知、分析、推理、决策。
1、加工前
AI将进行零部件要求分析、工艺方法选择、加工特征排序、加工轨迹规划、加工过程仿真以及程序智能编制等工艺任务流程。 在工艺决策阶段，AI会直接从零部件的CAD模型中提取材料、尺寸、工艺要求等特征，并匹配合适的工艺。采用BP神经网络模型，AI会根据工件孔加工特征类型、毛坯类型、表面粗糙度等指标，快速制定工艺路线，并智能规划加工轨迹。同时，AI可以对粗加工、半精加工和精加工等不同环节进行过程建模和仿真分析，并规划最优加工解决方案。
2、加工中
人工智能、数字孪生等新技术面对切削过程的复杂特征，需要实时监测/评估切削刀具、工件、机床等多个实时状态变化并对存在的偏差进行感知与修正，对可能发生的故障、错误等问题进行提前预警。
刀具：对切削过程中切削力、振动、切削温度、主轴功率、2D图像等信息搜集及分析实现对刀具状态智能量化感知，对刀具剩余寿命进行预测判断，保证刀具的高效加工及效果一致性。
工件：对工件的几何精度、表面形貌、粗糙度、残余应力、加工硬化等不同状态进行智能分析判断，并进行误差补偿等优化控制。
机床：对机床加工误差（几何误差、热误差、动态误差等）、模态、刚度等机床性能状态及各种可能的故障状态进行建模分析，并进行误差补偿等优化控制。
3、加工后
充分利用生产数据信息中的价值，经过采集、预处理、清洗和关联整合等步骤，形成基于工业大数据的知识库。 利用不同机床的大数据知识集组合，比如机床能耗大数据、机床故障诊断等，可以对机床各个方面状态进行智能分析与优化应用。同时人工智能可以对工艺大数据、参数优化大数据、故障诊断大数据等实现自学习成长，代替人工经验判断，极大提升工作效率。
相较以前的数控系统更侧重于完成高精度、高效率的加工，引入人工智能、数字孪生等新技术，或将真正意义上使机床设备实现“自主感知-自主学习-自主决策-自主执行”的智能化制造。
08
市场展望
考虑到机床行业市场空间的扩大、机床数控化率的逐步提升和数控系统行业国产化率的提升，预计在悲观、中性和乐观的情况下，国内数控系统市场空间将从2022年的135亿元提升至2025年的153/174/196亿元，CAGR分别为4.3%/8.9%/13.3%。其中2025年由国产品牌占据的市场空间为54/87/118亿元，国产品牌实际可替代外资的市场空间为50/57/71亿元。
END
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