智能制造引风潮 2

(三)3D 打印:蓄势待发,多方参与,产业化元年
3D 打印是以计算机三维设计模型为蓝本,通过软件分层离散和数控成型系统, 将三维实体变为若干个二维平面,运用粉末状金属、塑料、陶瓷、树脂等可粘合原材 料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,相比传统的减材制造技术,3D 打印具 备定制化、低损耗、精密制造等优势。
国内 3D 打印规模在 2022 年达到了 330 亿元,较 2021 年增长 52.42%。据中 商产业研究院预测,我国 3D 打印市场规模在 2023 年将达到 410 亿元,2021-2023 年年均复合增速为 37.61%。从国内市场结构来看,我国 3D 打印设备、3D 打印服 务、3D 打印材料市场份额占比分别为 49.5%、26.5%和 24.0%。
图片
核心应用领域为航空航天、汽车,逐渐向其他行业扩散。从 3D 打印下游应用市 场占比来看,占比最多的三个领域是工业器械、航空航天和汽车,占比分别为 20%、 19.0%和 13.0%,其中工业级设备占 65%~70%,航空航天是目前中国 3D 打印市场 主要应用领域,占比 58%,模具与汽车制造占 18%和 7%;消费级设备占 30%~35%, 主要应用于教育科研、艺术模型制造和消费电子领域。近期,荣耀 7 月 12 日发布的 荣耀 MagicV2,是全球首款采用钛合金铰链的折叠旗舰机,铰链的轴盖部分首次采 用钛合金 3D 打印工艺。卷轴的轴盖是影响折叠屏厚度的关键,钛合金技术可以让轴 盖变得更轻更薄,相比铝合金材质的强度提升了 150%,铰链宽度降低 27%,而且更 韧、更耐腐蚀。
当前国内 3D 打印设备主要被外资企业占据,具备国产替代前置条件。竞争格局 方面,当前国内 3D 打印设备市场较为分散。CR3 由国内的联泰科技、美国的 Stratasys 和德国的 EOS 构成,合计占比约为 44.3%。国产主流设备厂商除联泰科技外,华曙高 科和铂力特市场占有率相对较高,分别为 6.6%和 4.9%。随着国内 3D 打印企业技术 的不断积累,与国外先进水平的差距快速缩小,在大尺寸成型等部分领域甚至实现了 反超。华曙高科深耕工业 3D 打印领域多年,是国内极少数加载全部自主开发增材制 造工业软件、控制系统,并实现 SLM 设备和 SLS 设备产业化量产销售的企业。
(四)工业软件:智能制造“大脑”,行业或将迎来黄金发展期
工业软件指专用于或主要用于工业领域,为提高工业企业研发、制造、生产管理 水平和工业装备性能的软件。常用于能源、采矿、原材料、制造业等行业,是工业生 产、智能制造的核心支撑。2015-2021 年,中国工业软件市场规模不断壮大。据工信部统计数据,2021 年工业软件产品实现收入 2414 亿元,增长 22.4%,为支撑工业 领域的自主可控发展发挥重要作用。2021 年全球工业软件市场规模约为 4561 亿美 元,根据工业增加值与工业软件市场规模的匹配度来看,我国工业软件市场空间广阔。
工业软件国内外总体差距明显。我国工业软件相较发达工业国家来说起步较晚, 在多个领域信息化程度低,国产化程度低,技术与国外厂商存在差距,中高端市场占 有率低。目前,管理经营类的工业软件 7 成实现国产化,研发设计类工业软件国产化 率较低,仅为 5%,尚有 95%的国产替代空间。同时,我国工业软件不同细分类型特 征各异,研发设计类软件技术差距大;生产制造类,中低端国产化率高,高端可替代 空间大;经营管理类,高端可替代空间大。例如,中国 CAE 前十大供应商都为国外 厂商、中国 CAD 前十大供应商中有 7 家为本国企业。
PHM 行业渗透率低,第三方运维厂商具备先发优势。随着近年来智能制造的推 进,我国企业设备的数字化水平有所提升,但智能运维方面的渗透率仍较低。根据中 国电子技术标准化研究院数据,截至 2020 年底,中国企业设备数字化率达到 50%, 但实施设备预测性维护的比例仅为 14%。另一方面,第三方运维厂商竞争格局较好,行业护城河显著。 根据规模大小、技术研发实力以及提供诊断服务能力,国内企业 大致可以分为三大类型。其中第三方运维厂商具有较强的自主研发能力与专业的故障 诊断分析团队,能够为客户提供个性化的综合解决方案,凭借齐全的产品矩阵、监测 数据和诊断案例库积累、对下游行业的理解以及算法 Know-How 形成较强的先发优 势,行业壁垒显著,代表公司有容知日新、博华科技、东华测试等。
2.1.3 下游:汽车、电子为主要应用市场,渗透率加速提升
汽车、电子行业智能制造水平更高。中国制造业产业链中,3C 电子与汽车等下 游产业的市场化程度较高,消费者反馈及时,企业更注重分析消费者需求并升级产品, 导致产品迭代短,对生产效率求高。这种要求促进了制造技术进步,提高了智能制在 行中的应用率。相反,金属冶炼等上游行业的工艺技术更新速度较慢,导致智能制造 的渗透率在初期低于3C电子与汽车行业。总体而言,中国智能制造的渗透水平较低, 但存在提升空间。
汽车与 3C 电子对自动化生产设备的需求量较高,渗透率也领先其他行业。金属 冶炼与材料制造行业的用工需求较大,且工作环境较为恶劣,并存在较高事故风险。 而工业机器人工作环境要求低,可在相对恶劣的工作环境下持续作业,引入工业机器 人可降低工作过程中的事故率。随着智能制造技术提升,智能制造设备成本下降后, 机器人将在该领域大范围推广,智能制造在重工业中的应用市场将存在较大上升空间。
图片
2.2 拉动智能制造的三驾马车:政策支撑、技术突破和人口红利消退
2.2.1 国家政策与发展规划为智能制造保驾护航
二十大会议报告中着重强调了建设中国式现代化产业体系的重要性,并明确高 质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务。报告中提出了将发展经济的 着力点放在实体经济上,推进新型工业化,加快建设制造强国、质量强国、航天强国、 交通强国、网络强国和数字中国等目标。这意味着“制造强国”在实现“新型工业化” 中具有重要地位。智能制造作为实现“制造强国”战略的主攻方向,其发展水平将直 接关系到我国未来制造业在全球的地位。
《“十四五”智能制造发展规划》为我国智能制造升级指明方向。2025 年“十四 五“智能制造发展规划:1、转型升级成效显著。70%的规模以上制造业企业基本实 现数字化网络化,建成 500 个以上引领行业发展的智能制造示范工厂。制造业企业 生产效率、产品良品率、能源资源利用率等显著提升,智能制造能力成熟度水平明显 提升。2、供给能力明显增强。智能制造装备和工业软件技术水平和市场竞争力显著 提升,市场满足率分别超过 70%和 50%。培育 150 家以上专业水平高、服务能力强 的智能制造系统解决方案供应商。3、基础支撑更加坚实。建设一批智能制造创新载 体和公共服务平台。构建适应智能制造发展的标准体系和网络基础设施,完成 200 项以上国家、行业标准的制修订,建成 120 个以上具有行业和区域影响力的工业互联 网平台。
2.2.2 高新技术的成熟推动智能制造优化
技术端从网络化制造逐渐过渡到智能化制造。制造业智能化不是凭空产生的社 会进程,而是以前期技术积淀为支撑,以人工智能和新一代信息通信技术等先进技术 作为产业变革的拐点。具体来看,制造业智能化是以数字化制造为发展起源的,中间经历了网络化制造阶段,逐步过渡至智能制造时代。
人机交互、云制造、工业技术与数字李生技术的成熟将推进智能制造的优化。3D 打印、人机交互、云制造、工业技术与数字生等领域近年发展迅速关键技术已取得一 定突破并逐渐发展成熟。受上述技术驱动,智能制造的管理系统、制造设备环节以及 人工智能决策等过程效率提升,应用场景增加,智能制造的不断优化推动其在下游企 业的普及率持续提升。
2.2.3 人口红利退散,制造业面临用工荒和高成本问题
中国劳动人口逐渐减少。中国劳动人口数量逐年减少,且随着中国高等教育普及 率持续提升,新增劳动人口就业偏好也发生转变,以制造业为代表的劳动密集型产业 面临用工荒问题。劳动力短缺问题在工作环境恶劣的重工业行业更为严重,重工业行 业急需依托智能制造技术进行转型缓解劳动力短缺带来的影响。
制造业高成本现象逐渐明显。中国制造业从业人员工资逐年增长,2020 年平均 工资同比增长 6%,企业面临用工成本压力增加的问题,且中国制造业平均就业工资 远高于越南与泰国等东南亚国家,人工成本优势减弱。为重塑竞争优势,中国制造业 需由劳动密集型向技术密集型转变,以智能赋能制造成为行业发展的必由之路。
图片
工业机器人密度逐年增长,和日韩仍有差距。根据 IFR 的统计,2021 年我国工 业机器人密度为每万人 322 台,超过了全球平均水平,但相较于日本、新加坡及韩国 三大制造业强国仍存在较大差距。对比我国与日本的制造业工人占整体人口比例这一 指标,我们认为我国机器人密度仍具备很大的上升空间。
3 乘风智能制造,助力企业行稳致远
3.1 他山之石:对标海外、智能制造大势所趋
全球主要国家将智能制造作为未来主要抓手。美国“NIST 智能制造生态系统”、 德国“工业 4.0”、日本“社会 5.0”、中国智能制造标准体系构建等以重振制造业为 核心的发展战略,均以智能制造为主要抓手,力图抢占全球制造业新一轮竞争制高点。
(一)德国:“工业 4.0”战略,推动制造业实现智能化转型
工业 4.0 是以信息物理系统为核心,促进高端制造等战略性新兴产业的发展。德 国是全球制造业中最具竞争力的国家之一,其品牌如西门子、奔驰、博世、宝马等以 高品质闻名。为了保持德国制造业在全球的影响力并推动其智能化改造,德国在 2013 年推出了德国工业 4.0 战略。该战略通过智能技术和信息物理系统的融合,降低制造 成本,连接资源、人员和信息,实现从制造端到用户端的生产组织模式,推动制造业 的智能化进程。德国智能制造以信息物理系统为核心,促进高端制造等战略性新兴产 业的发展,降低产品生产成本,构建独特的智能制造网络体系。德国工业 4.0 战略的 智能化战略主要包括智能工厂、智能物流和智能生产。
(二)美国:三大生命周期交互,关注工业体系的协同发展
构建跨界体制机制,推动产业融合。美国智能制造产业政策虽然在奥巴马、特朗 普和拜登执政时期侧重点各有不同,但其本质都是通过建立有助于跨界知识融合的体 制机制,从国家层面上推动传统制造业、数字经济、商业管理等跨界知识的深度融合。 美国智能制造系列战略始终聚焦以下四点:1.主张建立制造业与创新的联系,重塑美 国工业生态系统;2.强化政府对制造业的宏观指导、重视顶层设计;3.重视中小企业 的发展、发挥大型企业的创新引领作用;4.建立多层级的人才培养机制,重视具备数 字化素养的新型技术工人的培养。
NIST 智能制造生态系统的核心,产品生命周期、生产周期和商业周期都在进行 聚集和交互。NIST 智能制造生态系统模型涵盖制造系统的广泛范围,包括业务、产 品、管理、设计和工程功能。给出了智能制造系统中显示的三个维度。每个维度(如产 品、生产系统和业务)代表独立的全生命周期。制造业金字塔是其核心,三个生命周 期在这里汇聚和交互。维度一(产品维度):涉及信息流和控制,智能制造生态系统 SMS 下的产品生命周期管理包括 6 个阶段;维度二(生产系统生命周期维度):关注 整个生产设施及其系统的设计、部署、运行和退役;维度三(供应链管理的商业周期 维度):关注供应商和客户的交互功能,电子商务在今天至关重要,使任何类型的业 务或商业交易,都会涉及到利益相关者之间的信息交换。
3.2 设备端与软件端共振,智能制造成熟度和市场规模稳固提升
全国制造业智能制造能力成熟度稳步提升,加速工业软件赋能,正向数字化、智 能化发展。根据智能制造评估评价公共服务平台数据显示,2022 年我国智能制造成 熟度指数为 106,同比增长 6%。制造业企业开始智能制造改造效果显著,二级及以 上的企业占比 2020-2022 年分别为 25%、31%和 37%,在不断的提升当中,大部分 企业在加速转型过程中。另一方面,我国企业已基本完成自动化设备改造工作,逐步 向设备数字化、智能化方向发展,2022 年同比提升均为 4 pct。同时,到 2022 年, 我国制造业企业研发设计类工业软件的应用率已经达到了 53%,同比增长 2 pct。而 生产制造类工业软件的应用率为 35%,同比增长 3 pct,主要集中在设备管理和生产 作业环节。由此可见,在生产制造端工业软件的市场渗透率在加速提升,工业软件的 高应用率将为企业提供更多的创新机会和竞争优势。
图片
智能制造能在不同行业进行针对性的效率提升。不同公司在进行智能制造升级 是的需求点不一样,所运用的解决模式不尽相同:根据 CMMM 的模型,化工企业为 了安全生产闭环管理、能源精细化管控、智慧环保管理等场景建设,往往会选择“可 持续制造”模式,而工程机械公司为了探索产品全生产周期管理、多方协同并行设计、 基于数字样机和仿真评估的设计验证、工艺仿真与优化等场景建设,则会选择“数字 化研发设计”模式。即需要根据所处行业以及公司的目标来合理进行智能制造的改造, 从总的效果上看智能制造改造效果显著。
中国智能制造应用场景持续拓宽,市场规模实现快速增长,预计 2025 年中国智 能制造行业市场规模将达 5.3 万亿元。中国政府出台了《“十四五”智能制造发展规 划(征求意见稿)》和《关于推动工业互联网加快发展的通知》等智能制造相关政策, 积极推进智能制造发展。在这个背景下,中国智能制造应用场景不断扩大,市场规模 快速增长。根据头豹研究院的数据,2020 年中国智能制造行业市场规模达 2.7 万亿 元,同比增长 12.6%,预计到 2025 年,中国智能制造行业市场规模将达到 5.3 万亿 元,未来五年的年复合增长率为 13.9%。
4 投资分析
4.1 埃斯顿:国产工业机器人龙头,进口替代按下“加速键”
公司是专业从事高端智能机械装备及其核心控制和功能部件的研发、生产和销 售,并为客户提供个性化、多样化、系统化智能装备自动化控制解决方案的高新技术 企业。埃斯顿成立于 2002 年,成长初期以金属成型机床数控系统和电液伺服系统为 主,2010 年后凭借自身核心零部件优势开始布局工业机器人产品。15 年登陆深交所 中小板,依托品牌优势和技术优势加速扩张,2016-2019 年先后收购意大利 Euclid、 普莱克斯、南京锋远、英国 Trio Technology、德国 M.A.i.、美国 Barrett、扬州曙光、 德国 Cloos,快速完成全产业链和国际化布局。2021 年公司开启“2025 双一”战 略奋斗目标:国产第一品牌,国际第一阵营,坚持“All Made By Estun”的全产业链 发展战略。同时“通用+细分”战略助公司跻身成为国内工业机器人行业龙头。
公司业绩稳健增长,毛利率维持高位。公司营业收入在疫情期间从 2019年14.21 亿元上升至 2021 年 30.2 亿元,CAGR 为 45.78%,保持强大的韧性;2022 年公 司实现营收与利润 38.81 亿元和 1.83 亿元,同比增长 28.49%和 16.57%,营收增长 速度大于净利润增长速度原因主要是上游原材料涨价,公司产品价格提升有一定的滞 后性。2022 公司毛利率为 33.85%,净利率为 4.71%,同比分别增长 1.31 pct 和-0.48 pct。2022 年虽然芯片等重要原材料仍然处于上涨趋势,公司通过优化供应链、提升 国产替代、实施制造精益管理及降本增效等措施进一步消除成本对毛利率的影响。自 动化核心部件业务毛利率回升明显,工业机器人及智能制造业务毛利率逐步提升,进 一步彰显公司产品竞争力的提升。
自有核心技术显著降低了机器人本体的研发成本,零部件供应调度灵活也为本 体设计提供更多可能。公司针对典型行业应用如焊接、切割、打磨、抛光等,开发了 机器人标准化工作站或应用单元;针对光伏、钣金、3C 电子等新兴行业以及电子、 建材、木工家具、食品、包装等传统劳动密集型行业,定制化开发了专用机器人;比 如在提供机器人自动化焊接生产线及压铸自动化系统解决方案的基础上,通过整合 Trio 运动控制器、交流伺服系统、工业机器人及机器视觉等系列产品和技术的优势, 为动力电池新能源行业提供基于公司机器人和运动控制系统的高速高精度动力电池 模组装配生产线、动力电池 PACK 生产线等,为公司机器人产品全面进入新能源行 业起到了能力证明和性能标杆的作用。
全产业链技术优势明显,协同效应构建深厚壁垒。埃斯顿是国内为数不多的同时 掌握数控、伺服系统、运动控制、机器视觉等核心技术的公司之一,同时能够自主研 发生产机器人本体并具有多个下游应用的智能制造系统。通过充分整合国内外研发资 源,以市场与客户需求为基础,率先实现了机器人控制器,伺服系统、本体设计的全 方位布局,依托本体及关节模块化、高性能机器人专用伺服以及新一代机器人控制器, 充分发挥各个核心部件的性能,深度挖掘机器人的潜力,最大程度地满足客户对整体解决方案和一站式服务的需求。
4.2 容知日新:智能运维百亿蓝海,行业龙头领跑掘金
深耕工业设备智能运维,致力于成为专业的工业设备智能运维整体解决方案提 供商。容知日新成立于 2007 年,自成立以来,专注于向客户提供工业设备状态监测 与故障诊断解决方案,起步于手持系统,围绕智能算法和诊断系统扩张业务。公司核 心工作原理是以传感器收集物理信号,智能算法进行实时监测和故障诊断。公司自主 开发的传感器可用于收集振动、温度、位移、冲击等物理量,通过有线或无线设备向 上传递至服务器,利用智能算法对其进行处理,从而完成故障预警和设备状态分析。
图片
公司营收快速增长,盈利能力稳健提升。2022 年容知日新实现营收 5.47 亿元,同比增长 37.76%;实现扣非归母净利润 1.16 亿元,同比增长 42.86%。2017-2022 年公司营业收入由 1 亿元增长至 5.47 亿元,CAGR 达 40.47%,主要系 1)风电叠加 政策催化,存量项目建设并网加速,提振风电行业有线系统市场需求,风电收入快速 增长;2)公司成功开拓石化、冶金市场,并与行业头部客户中石化、上海宝钢签约 合作;3)公司推出无线系统升级版,在采集能力、传输距离等方面进行升级,带来 了系统销售客单价的提升。净利润方面,公司归母净利润持续增长,由 2017 年的 0.15 亿增加至 2022 年的 1.16 亿,CAGR 达 50.55%。利润端增速高于营收端增速,主要 原因为良好的费用控制带来的盈利质量改善造成的。
工业设备状态监测与故障诊断服务行业具有较高的技术、行业经验以及品牌、市 场壁垒。公司设计研发、生产和销售的状态监测与故障诊断系统已成功应用于风电、 石化、冶金等多个行业。截至 2022 年末,公司累计远程监测的重要设备超 110,000 台,监测设备的类型超 200 种,成功诊断了多种类型工业设备的严重故障和早期故 障,积累各行业故障案例超 14,000 例,助力客户的智能化转型,构建公司的技术壁 垒,具有较强的市场竞争力。
公司较早进入状态监测与故障诊断领域,具备先发优势。经过多年积累和市场开 拓,公司在技术、品牌、市场等方面已经确立了较为明显的优势地位。公司积累了大 量的风电、石化和冶金等工业设备运行数据及经过验证的诊断案例库,能够提高诊断 的准确性,丰富的行业经验与人才储备构成了该领域新进入厂商较难跨越的门槛。能 够为不同行业和领域的工业设备运行提供可靠的状态监测与故障诊断服务,不仅要求 提供服务的企业有着较高的技术水平,还要求相关技术、市场和服务人员具备丰富的 行业经验积累。截至目前在公司所处细分领域拥有完整技术链产品和技术服务体系的 竞争对手较少,公司凭借技术、品牌、市场等方面已经确立的市场地位,在市场开拓 中具备较强的先发优势。
4.3 华曙高科:3D 打印领先者,产业链各环节布局加速放量
华曙高科为中国领先工业级增材制造技术全套解决方案提供商。华曙高科十余 年来专注于工业级增材制造设备的研发、生产与销售,致力于为全球客户提供金属 (SLM)增材制造设备和高分子(SLS)增材制造设备,并提供 3D 打印材料、工艺 及服务。公司已开发 20 余款设备,并配套 40 余款专用材料及工艺,正加速应用于航空航天、汽车、医疗、模具等领域。公司是全球极少数同时具备 3D 打印设备、材 料及软件自主研发与生产能力的增材制造企业,销售规模位居全球前列,是我国工业 级增材制造设备龙头企业之一。
收入和利润快速稳步增长。2019 年到 2021 年营业总收入和归母净利润均保持 稳步增长,2020 年华曙高科实现营业收入 2.17 亿元,同比增长 40%,归母净利润 0.41 亿元,同比增长 128%。2021 年没有受到疫情的负面影响,公司业绩持续快速 增长,2021 年营收 3.34 亿元,同比 54%,净利润 1.17 亿元,同比 187%。22 年营 收稳固增长,净利润由于疫情影响期间费用大幅提升,出现下降的情况。
图片
加速下游核心行业布局,逐渐向民用领域开拓。对于航空航天领域,由于相关零 部件形态复杂,对轻量化要求较高,3D 打印突破了传统制造技术对结构尺寸、复杂 程度、成形材料的限制,已发展成为提升设计与制造能力的一项关键核心技术;对于 模具领域,3D 打印随形水路可以更加均匀地接近产品外壁,减少冷却盲点,从而更快更好地带走热量,让模具生产效率和光洁度大幅提升,同时能有效解决产品的变形 开裂问题,提高成品的良品率。随着 3D 打印技术在汽车领域的应用推广,该领域客 户对公司的设备需求上升,2022 年上半年,公司 3D 打印设备及辅机配件在汽车领 域的收入占比提升至 25.02%。
公司全产业链布局,设备技术处于全球先进水平。公司拥有产品和服务所对应的 完整知识产权体系,自主开发了增材制造设备数据处理系统和控制系统的全套软件源 代码,是国内唯一一家加载全部自主开发增材制造工业软件、控制系统,并实现 SLM 设备和 SLS 设备产业化量产销售的企业。与同行业可比公司相比,公司金属 3D 打 印设备的最大成形尺寸、光学系统、振镜最大扫描速度和软件各项关键技术指标均居 于国际先进或领先水平。