航空航天制造业专题研究报告:外协加工专题分析

(报告出品方/作者:招商证券)

一、为什么关注外协

1.1、外协定义

外协,主要指受组织控制,由外协单位使用自己的场地、工具等要素,按组织提供 的原材料、图纸、检验规程、验收准则等进行产品和服务的生产和提供,并由组织验收 的过程。在 ISO9000 中,外协直接受组织控制,一般在组织的生产范围内按组织的要 求作业和服务,并由组织验收;外协是外包的一种形式。

1.2、为什么关注外协

当下我国军工产业整体供需形势趋近于美国 1941 年,整体表现为需求端大幅增长, 但供给端产能及效率有待提升。在这一情况下,开放产业链外协体系成为行业发展的必 然趋势。1941 年 3 月,福特在 Willow Run 建成的 B-24 轰炸机工厂便是航空装备外协 较为典型的代表之一。

配合美国巨大的国家潜力,引入民企外协极大地激发了美国军工产能的产能,有效 地弥补了二战初期美国的装备劣势及产能缺口。对比当下美国,我国航空防务装备领域尚存“质与量的双重差距”,我国航空装备总数约 3260 架,不足美军的 1/4,其中差距 最小的的战斗机部分,我军共有 1571 架,总数约为美军的 57.80%,但三代及三代以 上战机比例仅为美军 23.52%,整体差距依然明显。

航空航天制造业专题研究报告:外协加工专题分析

从需求端方面测算,参考中美飞行器数量差距及 2021 年关联交易预计情况,预计我国未来三年航空装备领域 CAGR 约为 30%上下,而四代战机增速将快于行业增速, 预计 CAGR 40-50%。

然而需要注意的一点是,相较美国 1941 年,我国除去总装与设计外,与装备安全关联度较高的试飞、较为核心的零部件等领域预计不会开放外协,或外协比例较小。

二、成飞产业链外协架构

受历史因素影响,中国几大主机厂外协产业链中以成飞产业链最为稳定,且能够主要受益于我国机型迭代放量这一趋势。目前,成飞外协供应商主要集中在数控加工、钣 金成形、工艺装备,以及新开放的部件装配四大赛道。

2.1、数控加工

数控加工技术是航空零部件精密加工的关键技术。航空零部件结构、形状、各零部 件间配合关系复杂,部分零部件存在大量薄壁,而用于航空零部件加工的材料主要为航 空特殊铝合金、钛合金及不锈钢等材料,其材质轻难加工,且本身尺寸跨度大,很容易 发生形变,因此,在航空零部件的制造中,数控加工技术得到普遍应用。

对于形状较简单的结构件,采用三轴或四轴数控机床就可以进行加工。对于形状复杂的结构件,受刀具与零件相对位置限制,采用三轴或四轴数控机床则需要多次装卡才 能完成零件的加工。而且每增加一次装夹,就增加一次误差来源,从而影响零件最终精 度,并增加加工时间。同样受刀具与零件相对位置的限制,技术编程人员必须极其小心 的避免刀具与零件的干涉,而且通常很难利用刀具最佳的切削位置,切削效率降低。对 复杂零件一般选择采用五轴数控联动机床加工,五轴联动加工技术是现代航空零部件数 控加工的发展趋势。但由于目前国内高端五轴联动数控机床主要依靠进口,且单价远高 于三轴、四轴数控联动机床,大量使用五轴联动数控机床将直接导致生产成本的提高, 因此,加工企业通常仅采购必要的五轴联动数控机床加工部分形状复杂的结构件。

基于数控加工技术,相应还需要成熟稳定的加工工艺及技术予以配合,才能满足零部件机加成型要求。

同普通机械行业相比,航空产品的数控加工有以下特点:

零件种类繁多,规格变化大,零件形状与结构复杂,导致数控设备类型多、加工难度大、周期长;

零件毛坯样式多样,包括板材、铸件、锻件等,材料去除量大,要求加工效率高、尺寸稳定性好;

一些关键及重要件协调关系复杂,精度要求高;

零件材料种类多、强度高、除传统铝合金、高强度钢外,更多地采用高强铝合 金、高温合金、不锈钢、钛合金等难加工材料,对于材料去除过程、选择的刀具、使用的工艺参数甚至切削液、冷却方式都有很高的要求。现代飞机结构上复合材料使用的比例逐步增加,切削加工面临着新的技术挑战;

生产组织难度大,人员素质要求高。

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2.2、钣金成形

钣金成形技术是航空制造工程的重要组成部分,是使飞机能同时获得结构效率和优良性能的基础制造技术之一,也是航空制造工程的支柱工艺之一,是一个国家军事技术 能力和科技水平的关键组成部分。

缘于飞机的结构特点和生产方式,航空钣金成形技术的主要特点有:

受飞机机体的框架和气动外形影响尺寸大小不一、形状复杂、种类繁多、选材 各异;

飞机钣金零件的加工以专用设备为主,航空钣金专用设备的先进程度在很大程 度上影响钣金工艺技术发展的标志;

飞机钣金零件使用的工装品种多,因此各工装间几何信息传递环节多,累积误 差大,协调关系复杂;

零件质量精度要求高,零件外形、尺寸准确度、边界状况、表面完整性以及材 料组织结构、力学性能等检测严格。

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2.3、工艺装备

工艺装备是制造产品所需的刀具、夹具、模具、量具和工位器具的 总称。工艺装备可分为通用工装和专用工装,飞机工艺装备作为保证飞机制造和装配准 确度要求的专用设备,在飞机生产中占有举足轻重的作用。飞机工艺装备一般属于专用工装,在市场上一般没有现货供应,需由企业自己设计制造,适用范围只限于某种特定 产品。

传统的工艺装备大量采用刚性结构,设计制造周期长、研发成本高、开敞性差、应 用单一,难以满足飞机多品种、小批量生产模式下的研制需求。飞机工艺装备发展方向 是柔性工装技术。该技术基于产品数字量尺寸的协调体系,利用可重组的模块化、数字 化、自动化工装系统,可以免除或减少设计和制造各种零部件装配的专用固定型架、夹 具。因此,通过应用柔性工装可以缩短飞机装配的制造时间、提高质量,并减少工装数 目,实现“一型多用”的制造模式。

2.4、部件装配

飞机部件装配是飞机制造的重要环节,需要保证零件与零件、零件与工装、工装与 工装之间的协调,进而保证飞机装配制造达到高水平的装配准确度。通过一系列的专用 工艺装备,对有协调要求的形状和尺寸按模拟量进行传递,逐步传递到零件和部件上。 在传递过程中存在一定数量的公共环节,公共环节越多,非公共环节越少,协调准确度 就越高。这种协调方法能以较低的制造准确度保证较高的协调准确度。

飞机部件装配是将各零件或组合件按产品技术要求相互准确定位,并用规定的连接方法装配成部件或产品的过程。受结构特点和结构刚性等因素影响,飞机部件装配中大 量采用铆接和螺接等连接手段,同时,为了保证装配协调及外形准确度要求,并保证装 配过程中组件、部件具有一定的结构刚度,飞机部件装配中采用了大量的结构复杂、准 确度高的装配型架。

航空航天制造业专题研究报告:外协加工专题分析

部件装配阶段的装配工作一般可以分为以下三个阶段:型架内装配、型架外装配及 安装、部件最后精加工、检验及移交。飞机装配工作量很大,占整个飞机制造劳动量的 40-50%。部件装配产生的产品附加值约为先进战机总价值量的 5%上下,考虑到部装为目前外协领域新增赛道,且价值量提升增量较大,预计将成为产业链下一步增量的重点。

三、壁垒构筑

相较于其他航空制造领域制造工艺,机加工等领域壁垒客观上低于锻造(初期投入 成本大)、铸造(工艺要求精度高)、以及新兴起的增材技术(3D 打印,工艺较为初期, 需要不断研发投入)。目前上市公司构筑壁垒主要通过三种方式:特种工艺、组件集成, 以及行业内生性的规模效应。

3.1、特种工艺

Nadcap 认证是由美国航空航天和国防工业巨头与美国国防部、SAE 等机构共同发 起和发展的一个专门对航空航天工业的特殊产品和工艺进行认证的体系,是国际上对航 空航天和国防工业对航空航天工业的特殊产品和工艺的认证。

相应的特种工艺需要一定的体系经验积累及设备设施投入,此外,部分特种工艺(如 化学处理)容易产生废液、废气等污染品,受环保等政策影响,目前我国新增特种工艺 产能受到较大制约。

3.2、组件集成

此外,产业链内部分公司尝试拓展细分赛道,从钣金及工装入手,借助主机厂外协 产能这一态势向数控及部装进行拓展,进而完成从零件到组件、甚至部件的产业链地位 的提升。上市公司中,钣金成形和工艺装备上占有较大优势的德坤航空(钣金、工装) 及华伍股份(工装为主)具有较大潜力。

3.3、规模效应

最后,考虑到“来料加工”模式具有较为明显的规模效应,公司相关营收规模也会形成一定的壁垒。参考海外,部分海外主机厂采用价格“年降”模式压缩产业链供应价格,但这另一方面为供应链形成了一定的护城河,较为有效地防止了新增玩家的大量涌入。

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四、相关上市公司

爱乐达:公司立足航空领域,主要从事军用飞机和民用客机零部件的精密加工业务。公司设 立十余年来,累积参与了多种型号涉及 3,000 余项航空零部件的配套研制及生产,积累 了丰富的精密加工技术和经验,并形成了一批广泛应用于公司主营业务的核心技术和专 利。公司坚持“军民融合,一体两翼”的发展思路,同时开展军品和民品业务。经过多 年潜心经营,凭借创新的技术优势、高水平的生产管理及质量控制优势,公司已与行业 主要客户建立了广泛而深入的合作关系,客户覆盖中航工业下属多家军机主机厂、成飞 民机等多家民用客机分承制厂,以及一批航空装备主修厂和多家科研院所。

公司高度重 视技术研发,形成了高精度盲孔加工、复杂深腔钛合金类零件加工等数十项关键核心技 术,部分飞机零部件的加工技术达到国内先进水平。公司产品加工良品率达到 99.50% 以上,处于行业先进水平,获得中航工业下属飞机制造单位“优秀供应商”荣誉。2017 年,公司成为中航成飞战略供应商;是目前四川地区唯一具有 Nadcap 认证 的表面处理民营企业,数控加工赛道中具有较大优势壁垒。

利君股份:子公司成都德坤航空设备制造有限公司成立于 2008 年 12 月,主要从事航空飞行 器零部件开 发制造,涵盖航空钣金零件的开发制造;航空精密零件数控加工;工装、 模具设计制造及装配;航空试验件及非标产品制造;是国内航空产业的配套零部件制造 服务商。德坤航空公司所制造的航空零部件应用于多型号军用飞机、大型运输机、无人机、 导弹等。

作为空客、波音及商飞的国内转包配套零部件制造服务商为各大型客、货机及 国内支线飞机(ARJ 项目)的机体结构提供配套产品。公司成功承制了中国商飞 C919部分主要零部件外包加工,在行业内首创用先进加工工艺解决部分钣金零件成型的加 工难题,使公司钣金零件的加工及配套服务能力优势明显。目前是成飞供应商中少数兼具数控加工、工艺装备、钣金成形、部件装配四大赛道 全布局的企业,整体赛道中相对壁垒较高。

通达股份:子公司成都航飞制造的航空零部件和工装应用于多型歼击机、教练机、大型运输机、 无人机、导弹及其相应生产单位。标的公司创造性使用新型工艺方法解决了钛合金复杂 曲面结构的加工难题,使钛合金数控加工及配套服务能力优势明显,在行业内具有极强 的竞争力。标的公司另有部分精密医疗器械核心部件的制造能力。公司为成飞数控加工赛道资深供应商之一,未来可能参与部件装配赛道。

豪能股份:子公司成都昊轶强航空设备制造股份有限公司一直专注于航空飞行器零部件精密 制造,产品应用于成都飞机工业(集团)有限责任公司生产的各型军用及民用飞机,中 航成飞民用飞机有限责任公司转包的空客、波音的主要型号机型,以及商飞等多型号民 用客机。

公司主营业务为:航空零部件的精密加工;航空钣金型材加工;有色和黑色钣金零件的成形;航空标准件加工;航空材料试验件加工;模具、夹具的设计及成套制造; 型架设计、制造及装配。主要产品包括飞机机头、机身、机翼、尾段等各部位相关零部 件。

光韵达:子公司成都通宇航空设备制造有限公司,成立于 2013 年,主要从事航空飞行器零部 件开发制造,业务涵盖航空精密零部件数控加工;工装、模具设计制造;金属级 3D 打 印;航空导管、钣金成型制造;是国内航空产业的零部件制造服务商。

通宇航空公司所 制造的航空零部件用于多型号军用飞机、无人机、运输机、导弹、国内民机及波音、空 客各类转包的客机、运输机。通宇航空使用创新工艺方法解决钛合金、铝合金、高温镍 基合金等各种难加工材料的复杂结构曲面的加工难题,并摸索自主航空金属 3D打印激光选区熔化技术、激光沉积 3D 打印技术进行超复杂结构零件整体打印制造。

天宜上佳:子公司成都瑞合科技有限公司主要从事军用飞机和民用客机高精度零部件加工制 造和生产以及复合材料模具的设计和制造等业务。客户覆盖中航工业下属多家主力军用 飞机生产厂、民航客机分包承制生产厂,以及航空装备主修厂。成都瑞合主要围绕航空的军用市场,为多型号军用飞机、大型运输机、无人机进行 主要零部件的精密加工和复合材料模具设计制造。同时,标的公司在航空民用市场,承 制了成飞民机公司多种民用机型的主要零部件的转包加工。

此外,标的公司还承接军/ 民两用航空工艺装备的设计制造加工业务。截至 2020 年 12 月 31 日,标的公司的军用 飞机零部件及工装等加工业务占其营业收入的 90%左右,民用占其总营业收入的 10%左右。

立航科技:公司立足航空领域,围绕航空器的生产、维护、保障广泛开展业务,是以飞机地面 保障设备、航空器试验和检测设备、飞机工艺装备、飞机零件加工和飞机部件装配等专 业研发、设计、制造、销售为一体的军民融合企业。公司主要产品为挂弹车和发动机安 装车等飞机地面保障设备,上述产品广泛配套于我空海军现役及新一代战斗机、轰炸机 及运输机,公司已成为航空工业重要主机厂飞机地面保障设备的重要供应商。公司设计、 制造的飞机地面保障设备通用性强、操作简便、挂载效率高,为我国空海军实现战略机 动、快速打击提供了有力保障。通过多年的努力,公司已有数个飞机地面保障设备产品 完成定型生产,并批量交付、装备部队。

公司目前已取得三级保密资格单位证书、武器 装备科研生产许可证、装备承制单位注册证书和武器装备质量体系认证证书等军工资质, 并已通过多个主机厂和科研院所的供应商综合评审,与多家主机厂及科研院所建立了广 泛而深入的合作关系,稳定的客户资源是公司未来发展的坚实基础。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库官网】。

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页面更新:2024-05-24

标签:加工   精密   工装   赛道   航空航天   部件   数控   零件   零部件   制造业   飞机   航空   装备   结构   工艺   专题   技术   科技   公司

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