激光控制系统行业产销需求与投资预测分析

激光控制系统行业产销需求与投资预测分析 一、 制订计划和实施、控制营销活动 对目标市场、定位和营销组合的思考与决策，最后要形成营销计划，作为营销行动的依据。 “营销计划”是一个统称，一般分为品牌营销计划，即关于单个品牌的营销计划；产品类别营销计划，关于一类产品、产品线的营销计划，已经完成、认可的品牌计划应纳入其中；新产品计划，在现有产品线增加新产品项目、进行开发和推广活动的营销计划；细分市场计划，面向特定细分市场、顾客群的营销计划；区域市场计划，面向不同国家、地区、城市等的营销计划；客户计划，是针对特定的主要顾客的营销计划。这些不同层面的营销计划，相互之间需要协调、整合。 从时间跨度看，营销计划可分长期的战略性计划和年度营销计划。战略性计划要考虑哪些因素会成为今后驱动市场的力量，可能发生的不同情境，企业希望在未来市场占有的地位及应采取的措施。它是一个基本框架，由年度营销计划使之具体化。必要时，企业需要每年对战略性计划进行审计和修订。 二、 制订营销计划之后，企业或战略业务单位需组织力量落实，并对营销进程进行控制，以保证达成预定的营销目标。激光加工行业壁垒 对于常规激光加工流程而言，主要包括以下步骤：1）使用激光专用设计软件或者第三方通用工业设计软件（CAD、Solidworks等）进行零件和装配体的图纸绘制；2）将加工图纸文件转换为机床代码；3）激光加工机床按照代码指令执行任务，涉及图形编辑、工艺设置、运动控制、（切割头、激光器等）外设控制、焦距控制，最终完成加工。简言之，即图纸设计、工艺设计、机床代码输出、NC加工。 控制系统厂商所涉及的核心软件技术包括：1）CAD技术，设计、建模、排版（明确要加工成什么样子）；2）CAM技术，根据设计和工艺要求，计算生成合适的刀路轨迹、气路、焦点等控制参数和加工模型，并生成数控系统（NC）执行的指令（明确如何加工）；3）NC技术，根据机床代码执行具体的加工工序，控制切割头、激光器运动；4）硬件设计技术，主要包括嵌入式软件及硬件电路设计。 PAC以微型计算机为基础，大部分计算由通用计算机承担，一般通过扩展卡进行外部设备控制，所有的控制功能作为软件任务在实时环境中运行。相比于PLC而言，PAC可类比智能手机之于功能机。核心组件包括：GUI图形用户界面，用户进行编辑调控操作的主页面。PLC内核，进行各种开关信号的逻辑处理，实现电气设备的启停、切换、保护功能。CNC内核，根据机床代码执行加工程序，实现运动轨迹的实时译码、各种刀具补偿、速度规划等。 核心竞争力的体现：1）自动排样算法，排样算法最直观的体现就是板材的利用率情况，目前国内部分企业基于套料系统和加工系统的密切配合，以及先进的算法，实现了接近乃至超越国际对手的板材利用率；2）完善的激光工艺库，对不同物理参数的激光进行数字化并形成集合，方便在不同需求和场景中选择合适的切割工艺；3）速度规划算法，适用于部分曲线运动的恒定加速度插补，提高加工效率；4）高精度伺服控制算法，一般是通过缩短控制周期的方式，提高运动精度；5）运动控制板卡的研发设计能力，主要包括ARM嵌入式开发、电源设计和PCB布线。 板卡控制系统，采用局部并行总线PCI通道（与独立显卡、声卡的连接方式类似），实现对机械传动装置、激光器、辅助气体等外部设备的控制。其核心特点是配置灵活，性价比高，可与客户手头合适的电脑直接配合使用。 总线控制系统，集成了板卡控制系统、随动控制系统、显示器、工业计算机、操作面板等部件的完整模块。通常采用EtherCAT总线技术（一种基于以太网端口的通道）。其主要优势在于高集成度、高稳定性。 开放式激光控制系统，通过网口与电脑相连，EtherCAT总线与激光器相连，也可依靠EtherCAT总线串联更多扩展卡和相关总线驱动。此外，大量的IO接口直连实现对多个伺服/步进电机、振镜模块的驱动。其良好的扩展性能够适应伺服激光、振镜激光，以及多维度、多场景的工作需要。 三、 激光控制系统行业概况 激光控制系统处于全产业链中游，发挥类似大脑和驱动的作用。随着制造业升级和技术进步，激光技术逐渐被普及到消费电子、工业制造、医疗生物等下游，用于标刻、切割、焊接、熔覆及微加工，而光学元件、数控系统始终是占据产业价值链核心的两大领域。其中控制系统负责进行决策、执行和驱动，与激光硬件高度配合，组成成套激光加工设备。 从直接上游来看，激光控制系统供应商需要对接芯片厂商、PCB厂商以及相关线材供应商，从目前情况来看，部分芯片可以实现国产化，但部分仍倚重德州仪器等国际供应商。PCB及线材基本国产化，且供应充足，价格透明。 全产业链高度景气，复合增速表现亮眼。工业激光器在电子、机械、冶金、轻工等领域被广泛使用，使用场景、工艺类型不断多样化。从全产业规模增速来看，前瞻产研对我国工业激光产业市场规模给出未来五年CAGR预测为20%。随着全产业链价值不断提升，控制系统作为激光设备之脑，无疑将随之成长，考虑到加工复杂程度攀升，其价值量也有望向上突破。 控制系统占成本比重较小，但盈利能力出众。从成本分布情况来看，激光器、床身等基础硬件占比较高，分别占四成和三成左右，但受制于原料/元器件成本，其毛利率相对较低，并且部分成熟产品竞争激烈，厂商议价能力相对一般。运控系统则相反，其占整体成本比重较低，但具备较高技术壁垒和用户粘性，竞争参与者少，毛利率高，在价值链中表现出良好的利润属性。 以业内2021年披露的数据为例，其激光加工控制系统业务毛利率为72%，加总其硬件业务后，整体毛利率来到60．1%。柏楚电子则整体毛利率高达约80%，虽环比有所下降，但仍表现亮眼。维宏股份业务组成则更为复杂，横跨3C、激光、切削等多个领域，硬件产品也相对更加丰富，因此其综合毛利相对较低，但仍高于激光器、激光头、机械臂等其他产业链内部件提供商。 四、 中低功率激光设备市场规模 中低功率激光设备市场规模、国产化率双增。在工业领域，低功率激光器主要为脉冲激光，多用于打标和雕刻，工艺成熟度高，国产产品通过价格优势快速崛起。中功率激光器则被广泛用于切割和焊接，随着逐步成熟，国内市场份额逐渐被国产设备取代。中低功率激光切割设备销量快速增长，2016至2020年CAGR为31．4%，虽稍逊于整体市场增速，但总体仍呈现高速增长态势，2020实现4．2万台销量。 中低控制系统国产渗透率高，伴随激光器市场快速成长。中低功率激光控制系统市场规模近几年维持中高速增长，由于国产渗透率较高，控制系统市场规模增速与设备销售规模高度线性相关，未来也有望随着激光器产品在工业门类中的广泛普及而逐渐放量。 价格层面来看，随着渗透率上升，单价下行不可避免，但相对高溢价的高功率激光控制系统而言，中低功率控制系统价格下行趋势有望边际放缓，相关企业的毛利率表现也有望随之平稳。 五、 激光切割行业市场规模 激光切割约占四成，应用场景分化显著。从目前激光设备设备的应用领域来看，激光切割仍是核心应用领域，占据整体规模的四成以上，当前仍以伺服激光为主，振镜激光也占有一定份额。国内激光控制器领军者柏楚电子2021年年报显示，预计到2023年，中国激光切割设备总体市场规模可达403．69亿元。焊接、打标、半导体和显示领域的应用则位于第二梯队，分别占约13%/13%/12%，以上领域振镜激光已经开始凭借其精度和速度优势逐渐发力。未来，随着激光设备渗透率上升，其将更为广泛地被应用于复杂加工领域，即切割占比将会略有下降，先进领域将有所增加。 激光切割与传统切削工艺此消彼长，销售及市场规模快速攀升。由于激光控制系统销量与激光切割机销量呈现高度相关性，因此激光整机设备销售量是控制系统出货量的重要参考指标。从历史数据来看，受技术自然迭代和下游需求端扩张影响，我国激光切割机总销量呈现快速上升的态势，2016至2020年CAGR为33．3%。传统金属切削机床产量则在2018年前后出现断崖式下降，随后出现震荡下行的态势，2016至2020年CAGR为11．67%。2021年，我国激光设备总产量突破20万台，同比增长32．9%，维持高增。 六、 高功率激光设备市场规模 高功率激光市场规模持续高速增长。高功率激光加工领域，金属切割、焊接、熔覆为主要应用场景，光纤激光器逐渐取代CO2激光器成为主流，2020年占全球工业激光器出货量的50%以上，此外还有固体激光器和半导体激光器，分别约占15%的市场份额。从市场规模来看，2020年迎来85．7%的高速增长，2016至2020年CAGR为40．8%。 高功率激光器趋势明确，控制系统有望随之向上打开市场。随着国产高功率激光器，尤其是国产高功率光纤激光器的不断突破，未来我国高功率激光市场将迎来新的浪潮。从不同分段的激光器出货量变化可以看出，国产光纤激光器出货量正在稳步攀升，2020年1-3kw激光器同比增加33%，3-6kw激光器同比增加25%，6-10kw和10kw以上的光纤激光器则分别同比出现倍增，足见高功率激光器的强劲趋势。 国产崛起带来高功率激光控制系统高斜率增长。2020年国产高功率激光控制系统市场规模同比高增85．7%，高于中低端激光控制器增速，其主要原因为国产激光控制系统主要适配国产激光器，而随着国产高功率激光器的崛起，国产高功率激光控制系统也随之不断扩大其市场份额。展望未来，随着技术难关逐一攻克，6kw以上国产高功率激光器将逐渐取代国外先进产品，而国产控制系统也将与之一同增长。 从控制系统市场份额来看，国产运控系统逐渐成为中低功率市场的主流，截止2020年，以柏楚电子、维宏股份、奥森迪科为代表国产控制系统已经占据国内市场份额的90%，其中柏楚电子占60%，领军者地位彰显。而在高功率市场，以倍福、PA、西门子为首的国际企业仍是主流，柏楚电子占17%。随着未来高功率激光器国产化率提升，国产系统供应商有望凭借配套优势不断崛起。 更高功率的激光设备，为了适应先进制造工艺和特定加工材料，国际先进激光切割设备制造企业已经推出万瓦级的激光切割设备，但目前受限于苛刻的技术标准和高昂的成本，普及程度远低于万瓦以下功率激光器。业内预测，1万瓦级的激光器将走向普及，3万瓦以上的激光设备也将逐渐加入市场。 三维加工和机器人，相比传统二维激光加工受制于空间约束，三维激光与机械臂无疑增加了激光加工灵活度和泛用性，不再需要频繁调整被加工材料位置，显著提高了加工效率。但与此同时，控制系统也将随之从二维走向三维，复杂度骤然提升，目前高端控制系统仍以西门子等国际企业为主导。 精密激光和微电子，从半导体核心设备光刻机来看，其本身就是尖端复杂激光控制器的代表。目前先进光刻机主要由荷兰ASML制造，而超快激光精密微纳加工设备或将成为我国芯片制造的核心能力和挑战，激光操作系统行业有望为之贡献一股力量。 七、 伺服与振镜控制系统行业概况 振镜与激光技术路线，控制原理、适用场景存在显著差异。振镜控制适用于高速微加工，伺服激光适用于大面积宏加工。从激光光路驱动方式来看，可分为通过镜片摆动调整光路，将激光指向目标位置的振镜控制，以及依靠伺服电机驱动激光头移动至正确位置的伺服控制两种类型。振镜激光主要用于标刻、钻孔、3D打印、精密切割等场景，以高速度、高精度、微加工为核心特征。伺服激光则用于大幅面的切割、焊接，广泛适用于钣金加工、汽车制造、航空航天领域。 精密加工领域：从精度要求来看，精密加工对于精度存在不同程度的严格要求，晶圆领域直线切割精度高达3μm。目前振镜控制可以达到0．5μm-10μm之间，伺服电机则一般要求达到50μm左右。而从速度要求来看，部分高速标刻需要达到1500/分钟的赋码速度。此外，由于加工材料类型众多，其对不同激光的吸收作用存在差异，部分材料须使用特定波长、特定功率、特定工作机制的激光器才能进行加工。例如晶圆切割因为其材质薄脆，一般只使用10w以内的超快激光。 金属板材加工领域：通常涉及大幅面匀速加工，切割精度常规要求为0．3-0．5MM，运功轨迹的速度约为200mm/s，在切割焊接过程中往