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液压行业技术水平特点及主要趋势

2024-02-27

1、行业上下游产业的关联关系

液压行业主要的上游是钢铁及有色金属行业,下游则包括现代装备制造的几乎所有行业,其中最主要的是工程机械、航空航天、冶金、汽车、机床、水利工程、船舶海洋工程、风电机械等行业。

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(1)上游行业对液压行业的影响

液压产品生产所需的主要原材料是钢铁,钢铁价格变动对液压缸和液压系统等大体积产品的成本有一定的影响,而液压泵、液压阀等元件产品由于体积小,耗用钢材少,其生产成本对钢铁价格变动的敏感程度不高。

近年来,钢铁产品的价格存在一定的波动,钢铁价格的上涨会导致液压产品主要原材料成本上升,增加液压企业的生产成本,但由于下游主机企业生产所需的主要原材料也为钢铁,对液压行业根据钢铁价格调整销售价格的做法基本能够认可,因此钢铁产品价格适度的波动对液压企业经营造成的影响相对可控。

(2)下游行业对液压行业的影响

作为现代装备的基础配套件,液压产品的应用十分广泛。我国液压件市场的下游行业以工程机械、汽车、重型机械、机床工具为主,其中工程机械行业在液压行业中的应用占比约为 40%,是液压产品最主要的应用行业,除此之外,水利水电、煤炭钢铁、风电设备、新能源领域的液压产品应用也较为广泛。

2、行业发展概况及特点

液压传动是指通过对液体介质进行加压来实现动力传输和控制,是现代工业传动的主要形式之一,是机械装备业不可缺少的配套部分。液压传动工作原理基于 17 世纪法国著名科学家帕斯卡提出的静压传递原理,即加在密闭液体上的压强,能够大小不变地通过液体向各个方向传递。

液压产品是通过液压传动原理实现控制主机完成各种动作的关键,与其他传动方式相比,液压传动具有功率密度大、在较大范围内实现无级调速、传动平稳、操控性好、容易实现过载保护,以及液压元件自行润滑等优点。此外,液压装置可以实现自蓄能功能——在突然失电的状况下仍可完成一次工作。因此液压产品广泛应用于核能、航天、冶金、水利及军工等安全性要求极高的领域。液压产品的技术水平和产品性能能够直接影响机器的自动化程度和工作可靠性,对工程、机电等产品和军工产品的性能和发展具有较大影响力。

液压产品对于一国的机械制造业、装备制造业来说具有极其重要作用,是十分重要的基础研究领域。我国目前制造业正处于快速发展,并从制造大国向制造强国的转变阶段,因液压产品特别是液压元件基础研究水平不高,严重阻碍了制造业核心技术的提升,制约我国制造业发展,影响我国制造强国目标实现。

经过 60 多年的发展,我国已建立初步完整的液压工业体系。国内液压骨干企业正快速缩短与全球领先技术的差距,实现高端液压泵阀产品的突破。液压行业的市场规模与国家经济总量和工业化水平高度相关,作为全球第二大经济体和第一大制造业国家,再加之“中国制造 2025”、智能制造“十三五”规划以及“一带一路”等利好政策拉动,中国液压件市场将逐渐恢复并快速增长。现今,液压行业正处于历史上困难与机遇并存的关键时期。

3、国内液压行业的发展现状分析

(1)国内液压产品长期全方位落后

由于起步晚,发展缓慢等因素制约,相比较于德国、美国、日本卓越的液压产业体系,我国液压行业存在全方位落后,但在不同时期有其较为凸显的短板,例如上世纪 80、90 年代,我国液压生产各环节均处于典型的初级阶段,产品落后、生产方式落后,随着工业体系的逐渐完备,生产技术的提高,目前国产液压企业主要存在工艺技术水平的落后、新材料应用能力的落后、生产理念的落后以及市场处理能力的落后。国产液压件的落后状态造成了无法完全满足主机厂商的采购需求,后者只能长期依赖进口的不利局面。例如,国产液压泵、液压马达、液压缸的整体寿命低且故障率高,使用寿命普遍在 300h 之内,在 5(X)h 内的故障率高达 5%-20%,而日本的液压件使用寿命基本能稳定在 6000h 左右。另外,国产液压泵、液压马达常常存在密封面渗油、马达减速机断裂等问题,国产液压缸则需要攻关的包括前期密封圈处渗油、焊缝开裂、活塞杆密封漏油以及活塞杆变形和断裂等技术关键。

近些年,我国宏观经济的向好,固定资产投资的扩大,加速了工程机械、冶金设备、水利水电、矿山机械和农林机械等主机行业的发展,液压元件的市场规模也同比扩大,中国液压工业从规模和数量方面都称得上是“液压大国”,但“液压大国”不等于“液压强国”,我国现有的 1,000 余家液压件生产企业,生产规模普遍较小,产品技术来源大多是早年引进、仿制的产品,不具备完整的知识产权,液压企业在国内市场中竞争激烈,相互争夺,尚未形成合力,更无法与国外的液压厂商抗衡。因此,我国液压高端产品的发展水平一直较低,长期被国外公司所垄断,从而造成主机行业在重要基础部件方面受制于人,甚至已经影响到了一国制造业的健康发展。

液压行业在国家工业中,乃至装备制造业中,无论从企业数量还是市场规模而言是一个小行业,但液压产品作为一项基础零部件却直接影响到数十万亿元主机产品的水平和质量,关系着制造业的健康发展,关系着一国经济安全和国防安全,因此长期依赖进口液压件的负面影响是全面又深刻的。

(2)国内液压产品进口替代已初显端倪

得益于卓越的液压产业体系和先进的制造工艺技术,进口液压件在设计、性能、质量等方面普遍优于国内产品,但其也具有较多的先天劣势,特别是在主机厂商被迫依赖进口液压件时给自身的发展造成了诸多不便,甚至成为了影响主机厂商发展的制约因素。首先,进口液压件成本昂贵,以小型挖掘机为例,其配套用全套液压系统占到整机成本的 30%左右,但下游客户很难有价格话语权。其次,进口产品的供货周期普遍偏长。进口液压产品的订货周期通常为 4-8 个月,且经常出现无法按时供货的状况,如果发生诸如 2020 年新型冠状病毒肺炎疫情这样的全球性事件,则更加延缓了产品供货周期。再次,配套厂商的服务无法满足实际需要。国外液压件厂商往往在我国没有搭建完整的网络化服务体系,对于我国主机厂商,服务与索赔都需要承担较大的时间成本与机会成本。最后,制约主机产品技术的提升。随着主机企业的广泛投入使用,对液压系统和件进行局部的改进在所难免,但由于国外液压件企业的负荷与无暇照顾,以及本身主机厂商的话语权缺失,使得主机产品的个性化改进难以实现,这大大制约了主机产品技术的提升。

4、行业技术水平及技术特点

通过引进、消化和吸收国外先进技术,我国液压行业目前已积累了一定的技术基础,相关国家和行业标准也已建立并逐步完善,截至 2020 年 7 月 2 日,根据中国国家标准化管理委员会的国家标准全文公开系统(openstd.samr.gov.cn)显示,我国现行有效的“液压类”国家标准为 214 项。相关标准的建立和完善,使得行业生产经营有章可循,为产品品质的保证和行业技术水平的提升提供了基础。目前,液压行业在技术上主要呈现以下三个方面特点:

首先,自主创新日益突出。我国液压行业通过多年来对国外先进技术的消化、吸收和创新,行业整体技术水平有了较大提升,近年来,随着研发投入的加大,已经实现技术引进向自主创新的转变,依托国家重大工程和重点项目,研发出了一批具有自主知识产权的自主创新产品。

其次,机电液一体化与集成化趋势显著。机电液一体化可充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点,实现由过去的电液开式系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化,且流量、压力、温度和油污染度等数值将实现自动测量和诊断;与计算机直接连接的高频、低功耗的电磁电控元件和电控液压泵等电子直接控制元件将得到广泛采用;借助现场总线,实现高水平的信息系统,简化液压系统的调节维护等。机电液一体化也是应用于高端装备制造业液压产品未来智能化的技术前提。

最后,高端配套能力不断增强。我国液压行业产品在高端配套领域不断拓展,为国家重大装备和工程项目提供了大量拥有自主知识产权的液压产品,包括我国新一代大型运输机、现代军机及航天器配套高可靠液压系统,20 吨级及以上液压挖掘机配套高压柱塞泵、多路阀等液压元件实现重大技术突破并产业化,高压液压缸广泛配套国内工程、建筑机械和工业装备,数字液压实现配套多领域高端装备。高端液压元件及系统还在冶金、水工、农机、机床、船舶、石化机械等主机装备提供广泛配套服务。

5、液压行业的发展趋势

液压产品作为一项传统工业产品,自上世纪 50 年代,伴随全球经济复苏及加工过程自动化水平的逐渐提高,开始广泛应用于民用领域,随着航天、航空、电子等技术发展,液压产品得以再次推广,在机械行业、机床、自动化生产线等方面开始应用。液压产品是装备制造业领域和国防建设工程的基础行业,随着科技水平的提升以及新兴技术与液压行业的融合,液压产品在基础行业的应用将更加广泛,新兴行业中也将逐步推广。液压元件与《中国制造 2025》的“四基”,即核心基础零部件(元器件)、先进基础工艺、关键基础材料和产业技术基础息息相关,也作为高端装备制造和智能装备制造的子产品,是《战略性新兴产业分类》(2018 版)、《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》(2016 版)、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》(国发〔2016〕67 号)等文件中明确提出需要加快培育和发展的战略性新兴产业。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020 年)》将液压元件归属的基础件和通用部件作为重点领域和优先主题。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中明确指出:“推动传统产业高端化、智能化、绿色化,发展服务型制造”“加快壮大新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等产业。”

《十四五规划和 2035 年远景目标纲要》则指出集中优势资源攻关关键元器件零部件和基础材料等领域关键核心技术;实施产业基础再造工程,加快补齐基础零部件及元器件、基础软件、基础材料、基础工艺和产业技术基础等瓶颈短板;深入实施智能制造和绿色制造工程,发展服务型制造新模式,推动制造业高端化智能化绿色化。培育先进制造业集群,推动工程机械等产业创新发展。“十四五规划”制造业核心竞争力提升专栏提出,推进先进工程机械发展。

液压传动目前是工业装备最重要传动方式之一,液压产品的下游行业分布广泛,中国液压件市场的下游行业以工程机械、汽车、重型机械、机床工具为主,而发达国家 95%的工程机械都采用了液压传动技术,其中液压工业销售额占机械工程总产值的比例已经达到 2%-3.5%,液压产品是工程机械中的重要零部件之一。

近年来,我国高度重视液压行业的发展,已把液压行业作为工业发展的战略重点之一,列入多项国家发展计划中,国家或各级地方政府出台了多项液压行业领域相关的鼓励政策。

制造工艺水平不断提升,下游行业技术标准抬高,液压产品未来将向高压、高速、大排量发展,设备出现轻量化、小型化、集成化趋势,液压的控制系统进一步实现网络化与智能化,而绿色化、节能化的环保要求则会贯穿液压行业的发展始终。

(1)轻量化、小型化与集成化

小型化、轻量化、集成化是整个液压行业的必然趋势。通过对排布、结构重新设计、优化流道,增材制造实现小型化,小型化可以减小液压元件的体积,有利于提高液压系统的响应速度。轻量化的液压元件可以减小转动惯量,减少能源消耗,延长使用寿命,从而提升整机装备制造业的自主创新能力。集成化能够有效降低液压系统的漏油风险,提高安全性能。轻量化、小型化与集成化的综合应用将提高液压系统的功率密度。

(2)产品智能化、行业绿色化

下游产业技术的升级改造与日趋完善的环保法律法规要求液压元件智能化、节能化、绿色化,特别是向低能耗、低噪声、低震动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展。

A、智能化

未来机器设备的发展趋势首先是提高安全性、降低劳动强度,因此必然要求作业系统易于操作和人机界面友好,甚至实现自动化、无人化;其次机器设备的可靠性和长寿命,减少维修保养时间,降低人员成本,要求系统具有状态监控、故障诊断和智能维护的能力。液压行业只有不断提高自身的智能化程度才能满足下游主机设备的运行与维护要求,液压元件产品全生命周期的智能化技术是未来满足机器设备需求的重要技术发展需求。

B、绿色化

目前,液压产品在制造过程中的工艺污染、产品的振动噪声、材料损耗、介质泄露等问题一直是我国液压行业面临的重要挑战。未来将绿色制造技术应用到产品的设计、工艺、制造、使用和回收利用的全生命周期过程,实现低碳、节能、减排、环境友好等液压行业可持续发展的战略要求。

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6、进入本行业的主要壁垒

(1)资金和人才壁垒

液压行业属于资金密集型行业,液压产品的生产需要较多加工和检测设备投入,产品开发和技术攻关也需要大量的资金投入。液压产品,尤其是液压系统的生产周期较长,占用的研发资金、采购资金、在产品资金等数额较大,投资风险较高,对新进入者形成了较高的障碍。

液压行业同时也属于技术密集型行业,液压产品的研发和生产涉及跨学科的技术和制造工艺,不仅产品研发需要大量优秀的研发设计人员,在一线生产车间也需要众多熟练掌握生产技术的技术工人,培养周期都比较长,因此技术人才和产业工人壁垒对新进入者形成了一定的障碍。

(2)技术与工艺壁垒

液压行业的技术壁垒主要体现在跨学科的系统综合设计、材料的应用、结构的规划和高精度的加工工艺等环节,这些因素直接决定了液压产品的性能和使用寿命。

一方面,液压产品的研发和生产涉及到材料学、电子、结构学、热处理、锻压、机械加工等多学科的知识和工艺,技术集成度高,制造工艺较为复杂。一些关键的技术,如机电液一体化设计、液压泵摩擦副设计、液压缸伺服控制技术等必须经过长时间的技术沉淀才能掌握。

另一方面,由于液压产品的使用环境存在很大差异,如何保证产品在高温(钢铁、冶金)、全天候(风电装备)、易锈(水利、水电)、易腐蚀(化工机械)、高频冲击(军工)、瞬间高压(航空航天装置)等环境下质量的稳定性,存在着较高的技术难度。

同时,作为装备制造业的关键配套产业,为保证行业技术水平和产品品质,工信部等国家主管部门主导制定了一系列液压行业的国家和行业标准。截至2020年 5 月 11 日,根据中国国家标准化管理委员会的国家标准全文公开系统(openstd.samr.gov.cn)显示,我国现行有效的“液压类”国家标准为 220 项,完善的国家标准及行业标准要求企业必须投入大量的资源确保产品品质,对新进入者形成了较高的壁垒。

(3)规模壁垒

产能规模和产品种类对液压企业的经营有重要的影响。一方面,国内液压行业参与企业众多,如果不建立起明显的规模优势,在面对上游原材料价格或下游市场需求波动时,将十分被动,不利于企业长远发展。由于液压行业的投入产出周期较长,新进入者往往无法在短期内形成规模化生产。

另一方面,液压行业产品种类多,同一类产品也存在较多的规格型号,且性能差异较大。大宗客户采购时,往往需要在不同产品系列、不同规格型号之间对相应产品进行反复测试和试用,单一的液压元件或者单一产品系列的生产企业在面临市场竞争时,往往处于不利地位。要为大型主机企业提供配套,必须具备产品数量和种类上的规模优势。

(4)销售壁垒

液压柱塞泵、液压缸等液压元件除部分直接销售给下游行业的主机客户外,其余则销售给提供液压传动整体解决方案的企业。主机客户通常会与液压元件供应厂商建立长期合作关系,以保证其主机产品性能与质量的稳定性,因此对新进者形成较高的销售壁垒。另一方面,单一的液压元件制造商受制于液压传动整体解决方案提供商,通常液压传动整体解决方案提供商在面向市场竞争时具有较大的优势,掌握了领先的液压系统设计及配套能力,也就掌握了液压元件重要的销售渠道。企业通过向客户提供全面的液压传动整体解决方案以维持客户的忠诚度,同时保障了液压元件的销售,形成了较高的销售壁垒。

(5)品牌壁垒

品牌知名度体现了企业在研发设计、产品质量、运营管理和售后服务等方面的综合水平,知名品牌的创立和形成需要大量的资源投入、长时间的技术积累与可靠性验证。就液压行业而言,由于新进入者难以在短期内建立起强大的产品开发能力与可靠的质量保证体系,其员工队伍、生产设备、管理体系和售后服务等也无法满足主机制造商的苛刻要求,因此各主机厂商偏向于与具有较高品牌知名度和品质保证的领先企业建立长期稳定的业务合作关系。以工程机械、冶金机械、航空航天、水利水电、风能、智能机床等领域为代表的高端客户也对配套企业的产品品质、品牌号召力有较高的准入门槛,这对新进入者形成了明显的壁垒。

 

来源: 普华有策

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