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航空航天製造業專題研究報告:外協加工專題分析

(報告出品方/作者:招商證券)

一、為什麼關注外協

1.1、外協定義

外協,主要指受組織控制,由外協單位使用自己的場地、工具等要素,按組織提供 的原材料、圖紙、檢驗規程、驗收準則等進行產品和服務的生產和提供,並由組織驗收 的過程。在 ISO9000 中,外協直接受組織控制,一般在組織的生產範圍內按組織的要 求作業和服務,並由組織驗收;外協是外包的一種形式。

航空航天製造業專題研究報告:外協加工專題分析

1.2、為什麼關注外協

當下我國軍工產業整體供需形勢趨近於美國 1941 年,整體表現為需求端大幅增長, 但供給端產能及效率有待提升。在這一情況下,開放產業鏈外協體系成為行業發展的必 然趨勢。1941 年 3 月,福特在 Willow Run 建成的 B-24 轟炸機工廠便是航空裝備外協 較為典型的代表之一。

配合美國巨大的國家潛力,引入民企外協極大地激發了美國軍工產能的產能,有效 地彌補了二戰初期美國的裝備劣勢及產能缺口。對比當下美國,我國航空防務裝備領域尚存“質與量的雙重差距”,我國航空裝備總數約 3260 架,不足美軍的 1/4,其中差距 最小的的戰鬥機部分,我軍共有 1571 架,總數約為美軍的 57。80%,但三代及三代以 上戰機比例僅為美軍 23。52%,整體差距依然明顯。

航空航天製造業專題研究報告:外協加工專題分析

從需求端方面測算,參考中美飛行器數量差距及 2021 年關聯交易預計情況,

預計我國未來三年航空裝備領域 CAGR 約為 30%上下,而四代戰機增速將快於行業增速, 預計 CAGR 40-50%。

然而需要注意的一點是,相較美國 1941 年,我國除去總裝與設計外,與裝備安全關聯度較高的試飛、較為核心的零部件等領域預計不會開放外協,或外協比例較小。

二、成飛產業鏈外協架構

受歷史因素影響,中國幾大主機廠外協產業鏈中以成飛產業鏈最為穩定,且能夠主要受益於我國機型迭代放量這一趨勢。目前,成飛外協供應商主要集中在數控加工、鈑 金成形、工藝裝備,以及新開放的部件裝配四大賽道。

2.1、數控加工

數控加工技術是航空零部件精密加工的關鍵技術。

航空零部件結構、形狀、各零部 件間配合關係複雜,部分零部件存在大量薄壁,而用於航空零部件加工的材料主要為航 空特殊鋁合金、鈦合金及不鏽鋼等材料,其材質輕難加工,且本身尺寸跨度大,很容易 發生形變,因此,在航空零部件的製造中,數控加工技術得到普遍應用。

對於形狀較簡單的結構件,採用三軸或四軸數控機床就可以進行加工。對於形狀複雜的結構件,受刀具與零件相對位置限制,採用三軸或四軸數控機床則需要多次裝卡才 能完成零件的加工。而且每增加一次裝夾,就增加一次誤差來源,從而影響零件最終精 度,並增加加工時間。同樣受刀具與零件相對位置的限制,技術程式設計人員必須極其小心的避免刀具與零件的干涉,而且通常很難利用刀具最佳的切削位置,切削效率降低。對 複雜零件一般選擇採用五軸數控聯動機床加工,五軸聯動加工技術是現代航空零部件數 控加工的發展趨勢。但由於目前國內高階五軸聯動數控機床主要依靠進口,且單價遠高 於三軸、四軸數控聯動機床,大量使用五軸聯動數控機床將直接導致生產成本的提高, 因此,加工企業通常僅採購必要的五軸聯動數控機床加工部分形狀複雜的結構件。

基於數控加工技術,相應還需要成熟穩定的加工工藝及技術予以配合,才能滿足零部件機加成型要求。

同普通機械行業相比,航空產品的數控加工有以下特點:

零件種類繁多,規格變化大,零件形狀與結構複雜,導致數控裝置型別多、加工難度大、週期長;

零件毛坯樣式多樣,包括板材、鑄件、鍛件等,材料去除量大,要求加工效率高、尺寸穩定性好;

一些關鍵及重要件協調關係複雜,精度要求高;

零件材料種類多、強度高、除傳統鋁合金、高強度鋼外,更多地採用高強鋁合 金、高溫合金、不鏽鋼、鈦合金等難加工材料,對於材料去除過程、選擇的刀具、使用的工藝引數甚至切削液、冷卻方式都有很高的要求。現代飛機結構上覆合材料使用的比例逐步增加,切削加工面臨著新的技術挑戰;

生產組織難度大,人員素質要求高。

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2.2、鈑金成形

鈑金成形技術是航空製造工程的重要組成部分,是使飛機能同時獲得結構效率和優良效能的基礎製造技術之一,也是航空製造工程的支柱工藝之一,是一個國家軍事技術 能力和科技水平的關鍵組成部分。

緣于飛機的結構特點和生產方式,航空鈑金成形技術的主要特點有:

受飛機機體的框架和氣動外形影響尺寸大小不一、形狀複雜、種類繁多、選材 各異;

飛機鈑金零件的加工以專用裝置為主,航空鈑金專用裝置的先程序度在很大程 度上影響鈑金工藝技術發展的標誌;

飛機鈑金零件使用的工裝品種多,因此各工裝間幾何資訊傳遞環節多,累積誤 差大,協調關係複雜;

零件質量精度要求高,零件外形、尺寸準確度、邊界狀況、表面完整性以及材 料組織結構、力學效能等檢測嚴格。

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2.3、工藝裝備

工藝裝備是製造產品所需的刀具、夾具、模具、量具和工位器具的 總稱。工藝裝備可分為通用工裝和專用工裝,飛機工藝裝備作為保證飛機制造和裝配準 確度要求的專用裝置,在飛機生產中佔有舉足輕重的作用。飛機工藝裝備一般屬於專用工裝,在市場上一般沒有現貨供應,需由企業自己設計製造,適用範圍只限於某種特定 產品。

傳統的工藝裝備大量採用剛性結構,設計製造週期長、研發成本高、開敞性差、應 用單一,難以滿足飛機多品種、小批次生產模式下的研製需求。飛機工藝裝備發展方向 是柔性工裝技術。該技術基於產品數字量尺寸的協調體系,利用可重組的模組化、數字 化、自動化工裝系統,可以免除或減少設計和製造各種零部件裝配的專用固定型架、夾 具。因此,透過應用柔性工裝可以縮短飛機裝配的製造時間、提高質量,並減少工裝數 目,實現“一型多用”的製造模式。

2.4、部件裝配

飛機部件裝配是飛機制造的重要環節,需要保證零件與零件、零件與工裝、工裝與 工裝之間的協調,進而保證飛機裝配製造達到高水平的裝配準確度。透過一系列的專用 工藝裝備,對有協調要求的形狀和尺寸按模擬量進行傳遞,逐步傳遞到零件和部件上。 在傳遞過程中存在一定數量的公共環節,公共環節越多,非公共環節越少,協調準確度 就越高。這種協調方法能以較低的製造準確度保證較高的協調準確度。

飛機部件裝配是將各零件或組合件按產品技術要求相互準確定位,並用規定的連線方法裝配成部件或產品的過程。受結構特點和結構剛性等因素影響,飛機部件裝配中大 量採用鉚接和螺接等連線手段,同時,為了保證裝配協調及外形準確度要求,並保證裝 配過程中元件、部件具有一定的結構剛度,飛機部件裝配中採用了大量的結構複雜、準 確度高的裝配型架。

航空航天製造業專題研究報告:外協加工專題分析

部件裝配階段的裝配工作一般可以分為以下三個階段:型架內裝配、型架外裝配及 安裝、部件最後精加工、檢驗及移交。飛機裝配工作量很大,佔整個飛機制造勞動量的 40-50%。部件裝配產生的產品附加值約為先進戰機總價值量的 5%上下,考慮到部裝為目前外協領域新增賽道,且價值量提升增量較大,預計將成為產業鏈下一步增量的重點。

三、壁壘構築

相較於其他航空製造領域製造工藝,機加工等領域壁壘客觀上低於鍛造(初期投入 成本大)、鑄造(工藝要求精度高)、以及新興起的增材技術(3D 列印,工藝較為初期, 需要不斷研發投入)。目前上市公司構築壁壘主要透過三種方式:

特種工藝、元件整合, 以及行業內生性的規模效應。

3.1、特種工藝

Nadcap 認證是由美國航空航天和國防工業巨頭與美國國防部、SAE 等機構共同發 起和發展的一個專門對航空航天工業的特殊產品和工藝進行認證的體系,是國際上對航 空航天和國防工業對航空航天工業的特殊產品和工藝的認證。

相應的特種工藝需要一定的體系經驗積累及裝置設施投入,此外,部分特種工藝(如 化學處理)容易產生廢液、廢氣等汙染品,受環保等政策影響,目前我國新增特種工藝 產能受到較大制約。

3.2、元件整合

此外,產業鏈內部分公司嘗試拓展細分賽道,從鈑金及工裝入手,藉助主機廠外協 產能這一態勢向數控及部裝進行拓展,進而完成從零件到元件、甚至部件的產業鏈地位 的提升。上市公司中,鈑金成形和工藝裝備上佔有較大優勢的德坤航空(鈑金、工裝) 及華伍股份(工裝為主)具有較大潛力。

3.3、規模效應

最後,

考慮到“來料加工”模式具有較為明顯的規模效應,公司相關營收規模也會形成一定的壁壘。

參考海外,部分海外主機廠採用價格“年降”模式壓縮產業鏈供應價格,但這另一方面為供應鏈形成了一定的護城河,較為有效地防止了新增玩家的大量湧入。

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四、相關上市公司

愛樂達:

公司立足航空領域,主要從事軍用飛機和民用客機零部件的精密加工業務。公司設 立十餘年來,累積參與了多種型號涉及 3,000 餘項航空零部件的配套研製及生產,積累 了豐富的精密加工技術和經驗,並形成了一批廣泛應用於公司主營業務的核心技術和專 利。公司堅持“軍民融合,一體兩翼”的發展思路,同時開展軍品和民品業務。經過多 年潛心經營,憑藉創新的技術優勢、高水平的生產管理及質量控制優勢,公司已與行業 主要客戶建立了廣泛而深入的合作關係,客戶覆蓋中航工業下屬多家軍機主機廠、成飛 民機等多家民用客機分承製廠,以及一批航空裝備主修廠和多家科研院所。

公司高度重 視技術研發,形成了高精度盲孔加工、複雜深腔鈦合金類零件加工等數十項關鍵核心技 術,部分飛機零部件的加工技術達到國內先進水平。公司產品加工良品率達到 99。50% 以上,處於行業先進水平,獲得中航工業下屬飛機制造單位“優秀供應商”榮譽。2017 年,公司成為中航成飛戰略供應商;是目前四川地區唯一具有 Nadcap 認證 的表面處理民營企業,數控加工賽道中具有較大優勢壁壘。

利君股份:

子公司成都德坤航空裝置製造有限公司成立於 2008 年 12 月,主要從事航空飛行 器零部件開 發製造,涵蓋航空鈑金零件的開發製造;航空精密零件數控加工;工裝、 模具設計製造及裝配;航空試驗件及非標產品製造;是國內航空產業的配套零部件製造 服務商。德坤航空公司所製造的航空零部件應用於多型號軍用飛機、大型運輸機、無人機、 導彈等。

作為空客、波音及商飛的國內轉包配套零部件製造服務商為各大型客、貨機及 國內支線飛機(ARJ 專案)的機體結構提供配套產品。公司成功承製了中國商飛 C919部分主要零部件外包加工,在行業內首創用先進加工工藝解決部分鈑金零件成型的加 工難題,使公司鈑金零件的加工及配套服務能力優勢明顯。目前是成飛供應商中少數兼具數控加工、工藝裝備、鈑金成形、部件裝配四大賽道 全佈局的企業,整體賽道中相對壁壘較高。

通達股份:

子公司成都航飛製造的航空零部件和工裝應用於多型殲擊機、教練機、大型運輸機、 無人機、導彈及其相應生產單位。標的公司創造性使用新型工藝方法解決了鈦合金複雜 曲面結構的加工難題,使鈦合金數控加工及配套服務能力優勢明顯,在行業內具有極強 的競爭力。標的公司另有部分精密醫療器械核心部件的製造能力。公司為成飛數控加工賽道資深供應商之一,未來可能參與部件裝配賽道。

豪能股份:

子公司成都昊軼強航空裝置製造股份有限公司一直專注於航空飛行器零部件精密 製造,產品應用於成都飛機工業(集團)有限責任公司生產的各型軍用及民用飛機,中 航成飛民用飛機有限責任公司轉包的空客、波音的主要型號機型,以及商飛等多型號民 用客機。

公司主營業務為:航空零部件的精密加工;航空鈑金型材加工;有色和黑色鈑金零件的成形;航空標準件加工;航空材料試驗件加工;模具、夾具的設計及成套製造; 型架設計、製造及裝配。主要產品包括飛機機頭、機身、機翼、尾段等各部位相關零部 件。

光韻達:

子公司成都通宇航空裝置製造有限公司,成立於 2013 年,主要從事航空飛行器零部 件開發製造,業務涵蓋航空精密零部件數控加工;工裝、模具設計製造;金屬級 3D 打 印;航空導管、鈑金成型製造;是國內航空產業的零部件製造服務商。

通宇航空公司所 製造的航空零部件用於多型號軍用飛機、無人機、運輸機、導彈、國內民機及波音、空 客各類轉包的客機、運輸機。通宇航空使用創新工藝方法解決鈦合金、鋁合金、高溫鎳 基合金等各種難加工材料的複雜結構曲面的加工難題,並摸索自主航空金屬 3D列印鐳射選區熔化技術、鐳射沉積 3D 列印技術進行超複雜結構零件整體打印製造。

天宜上佳:

子公司成都瑞合科技有限公司主要從事軍用飛機和民用客機高精度零部件加工制 造和生產以及複合材料模具的設計和製造等業務。客戶覆蓋中航工業下屬多家主力軍用 飛機生產廠、民航客機分包承制生產廠,以及航空裝備主修廠。成都瑞合主要圍繞航空的軍用市場,為多型號軍用飛機、大型運輸機、無人機進行 主要零部件的精密加工和複合材料模具設計製造。同時,標的公司在航空民用市場,承 制了成飛民機公司多種民用機型的主要零部件的轉包加工。

此外,標的公司還承接軍/ 民兩用航空工藝裝備的設計製造加工業務。截至 2020 年 12 月 31 日,標的公司的軍用 飛機零部件及工裝等加工業務佔其營業收入的 90%左右,民用佔其總營業收入的 10%左右。

立航科技:

公司立足航空領域,圍繞航空器的生產、維護、保障廣泛開展業務,是以飛機地面 保障裝置、航空器試驗和檢測裝置、飛機工藝裝備、飛機零件加工和飛機部件裝配等專 業研發、設計、製造、銷售為一體的軍民融合企業。公司主要產品為掛彈車和發動機安 裝車等飛機地面保障裝置,上述產品廣泛配套於我空海軍現役及新一代戰鬥機、轟炸機 及運輸機,公司已成為航空工業重要主機廠飛機地面保障裝置的重要供應商。公司設計、 製造的飛機地面保障裝置通用性強、操作簡便、掛載效率高,為我國空海軍實現戰略機 動、快速打擊提供了有力保障。透過多年的努力,公司已有數個飛機地面保障裝置產品 完成定型生產,並批次交付、裝備部隊。

公司目前已取得三級保密資格單位證書、武器 裝備科研生產許可證、裝備承製單位註冊證書和武器裝備質量體系認證證書等軍工資質, 並已透過多個主機廠和科研院所的供應商綜合評審,與多家主機廠及科研院所建立了廣 泛而深入的合作關係,穩定的客戶資源是公司未來發展的堅實基礎。

(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關資訊,請參閱報告原文。)

精選報告來源:【未來智庫官網】。