儀器是認(rèn)識世界的工具，機器是改造世界的工具。相比于機器作為直接的生產(chǎn)工具，儀器儀表起作用于前序環(huán)節(jié)，是指用以檢出、測量、觀察、計算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設(shè)備，是眾多產(chǎn)業(yè)能夠正常生產(chǎn)運行的支撐。正如現(xiàn)代熱力學(xué)之父開爾文所說——“只有測量出來，才能制造出來”，因此儀器儀表被譽為工業(yè)生產(chǎn)的“倍增器”、科學(xué)研究的“先行官”，國防建設(shè)的“戰(zhàn)斗力”、社會生活的“物化法官”。

科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)概述

科學(xué)儀器應(yīng)用廣泛

科技發(fā)展推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步

科學(xué)儀器的下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涉及環(huán)境保護、生命健康、生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能增效等，由于涉及行業(yè)眾多，整體行業(yè)周期性相對較弱?？茖W(xué)儀器產(chǎn)品不僅匯集了門類眾多的實驗分析技術(shù)，還涉及電子、計算機、信息、軟件、自動化、精密機械、人工智能、核物理等多學(xué)科門類。這些學(xué)科的新成就和交叉應(yīng)用的新發(fā)展都會推動儀器儀表行業(yè)的技術(shù)進步，進一步提高產(chǎn)品附加值。

在具體的實踐過程中，各大科研機構(gòu)在進行科學(xué)儀器信息共享公示中，采用的是《大型科學(xué)儀器設(shè)備分類標(biāo)準(zhǔn)與編碼規(guī)則》，將其分為科學(xué)儀器分析儀器、物理性能測試儀器、計量儀器、電子測量儀器、海洋儀器、地球探測儀器、大氣探測儀器、天文儀器、醫(yī)學(xué)診斷儀器、核儀器、特種檢測儀器、工藝實驗儀器、其他儀器等13類。

國內(nèi)科學(xué)儀器需求增速高于全球

高端產(chǎn)品任依賴進口

從儀器大類市場來看，根據(jù)SDI發(fā)布的分析儀器行業(yè)評估報告，2020年全球分析儀器市場規(guī)模約為637.5億美元，2020年中國分析儀器市場份額約74.5億美元，2015-2020年CAGR（一項投資在特定時期內(nèi)的年度增長率）達6.8%。根據(jù)Frost&Sullivan《全球和中國電子測量儀器行業(yè)獨立市場研究報告》，預(yù)計全球電子測量儀器的市場規(guī)模由2015年的100.95億美元將增長至2025年的172.38億美元，CAGR為5.50%。中國電子測量儀器的市場規(guī)模自2015年至2019年間以15.09%的年均復(fù)合增長率從171.54億元增長至300.93億元；預(yù)計中國電子測量儀器的市場規(guī)模將在2025年達到422.88億元。

我國現(xiàn)階段尚存在高端產(chǎn)品進口依賴度高、國內(nèi)企業(yè)小散亂等問題，2021年國內(nèi)科學(xué)儀器行業(yè)總逆差達每年200億美元，呈現(xiàn)為高端進口、中低端出口，其中實驗分析儀器逆差額達87億美元，電子測量儀器逆差額達22億美元。高端門類如實驗分析儀器、試驗機、工業(yè)自動控制系統(tǒng)及裝置、電子測量儀器等進口依賴程度高，國產(chǎn)化率均不足50%。但量大面廣的通用型中低檔產(chǎn)品如普通數(shù)字萬用表、顯微鏡、水表、煤氣表等，已具有規(guī)模優(yōu)勢和國際市場競爭力。

政策支持科研和

儀器產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

隨著我國制造業(yè)開始向產(chǎn)業(yè)鏈中的高價值環(huán)節(jié)拓展，儀器儀表作為支撐制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性行業(yè)，也逐漸獲得更多的關(guān)注，同時“高端化”、“國產(chǎn)替代”已成為科學(xué)儀器業(yè)的關(guān)鍵詞。因此，近年國家政策如發(fā)改委《關(guān)于擴大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增長點增長極的指導(dǎo)意見》中，提出重點支持高端儀器儀表等高端裝備生產(chǎn)。國家“十四五”中提出“加強高端科研儀器設(shè)備研發(fā)制造”。2023年9月，國家市場監(jiān)管總局發(fā)布《關(guān)于計量促進儀器儀表產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出培育具有核心技術(shù)和核心競爭力的國產(chǎn)儀器儀表品牌。在此背景下，多個省市紛紛提出打造高端儀器產(chǎn)業(yè)集群，高端化產(chǎn)品的國產(chǎn)替代成為發(fā)展趨勢。

高端科學(xué)儀器國產(chǎn)替代進程

儀器的本質(zhì)是測量技術(shù)，高端儀器具備精密測量能力，例如在幾何量測量方面尺度或準(zhǔn)確度可達到進行微米、納米級別，是發(fā)展高端制造、科學(xué)研究等高精尖領(lǐng)域的前提。實驗分析儀器、試驗機、電子測量儀器等技術(shù)密集型門類是高端儀器的代表。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，這三個門類規(guī)模增速快且毛利率高，但卻是儀器儀表主要門類里國產(chǎn)化率最低的三個門類，也是美國商業(yè)管制清單（Commerce Control List）中對中國進行出口管制的重要領(lǐng)域，可以說是儀器儀表產(chǎn)業(yè)短板中的短板，具備較高研究價值。

實驗分析儀器

實驗分析儀器是科學(xué)研究的先行官，也是科學(xué)服務(wù)的重要環(huán)節(jié)。一般用于測定物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)等特性，如電子顯微鏡用于分子和原子形態(tài)的研究，質(zhì)譜儀可分離和檢測不同同位素。依托于研發(fā)、分析、質(zhì)控等場景，實驗分析儀器在學(xué)術(shù)、制藥、食品、環(huán)境等領(lǐng)域的檢驗檢測中得到廣泛應(yīng)用，是典型的高附加值、技術(shù)密集型的儀器儀表細(xì)分賽道。

實驗分析儀器的下游用戶廣泛分布在國民經(jīng)濟眾多領(lǐng)域中，主要有食品、制藥、農(nóng)林水產(chǎn)、環(huán)境、第三方檢測、化工等。在單位性質(zhì)上，實驗分析儀器的終端用戶主要為高校、質(zhì)檢機構(gòu)、科研院所和醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)。以質(zhì)譜和色譜的采購數(shù)量情況來看，高校和科研院所機構(gòu)貢獻了行業(yè)主要的下游需求，2023年質(zhì)譜儀、2022年色譜儀采購數(shù)量中分別合計有56.0%和52.0%是流向了高校和科研院所客戶。

實驗分析儀器國產(chǎn)化率極低，未來發(fā)展空間可期。我國所有大型儀器中分析儀器進口率最高，高達80%以上。同時，中國分析儀器產(chǎn)業(yè)中基本上處于“分布散、規(guī)模小、產(chǎn)品低端”的狀態(tài)，被排除在全球頭部企業(yè)之外。但從市場規(guī)模上看，研發(fā)投入迅速增加使中國成為全球?qū)嶒灧治鰞x器增速最快的市場，具備很大的市場增長空間。

質(zhì)譜儀、電鏡是其中技術(shù)門檻最高、最依賴進口的兩類產(chǎn)品，其下部分高端品類仍為空白。國內(nèi)“三大譜”（質(zhì)譜、色譜、光譜）市場空間超300億元，但進口品牌占據(jù)了市場的領(lǐng)先地位，2022年色譜/質(zhì)譜/光譜儀進口率達83%/81%/75%。質(zhì)譜儀是儀器產(chǎn)業(yè)第一大進口單品，國內(nèi)市場美日品牌超80%份額，包括美國賽默飛、美國SCIEX、美國安捷倫、日本島津等，國產(chǎn)化率約為14%。電鏡市場以美國賽默飛、德國蔡司、日立、日本電子為主，國產(chǎn)化率約10%。總體來看，質(zhì)譜儀、電鏡中少數(shù)技術(shù)難度最大的產(chǎn)品如透射電鏡國產(chǎn)化仍為空白，但正處于研發(fā)試驗過程中，技術(shù)難度稍低的產(chǎn)品如掃描電鏡、三重四極桿液質(zhì)聯(lián)用儀等近兩年已取得重大突破并進入市場，行業(yè)國產(chǎn)化率有望提升。

具體以質(zhì)譜儀為例，質(zhì)譜儀具有高靈敏度、高分辨率、分析速度快等優(yōu)勢，融合電子離子光學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科，涉及精密電子、精密機械、真空、軟件、自動控制等技術(shù)，在醫(yī)療健康、食品安全、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程分析等領(lǐng)域具有不可替代的作用和舉足輕重的地位。

質(zhì)譜儀基本構(gòu)造包括五大部件，其中離子源（電離樣品為離子）和質(zhì)量分析器（分離離子）是核心零部件。質(zhì)譜儀種類繁多，但基本構(gòu)造大致相同，從工作流程來看：

1）樣品直接或間接通過進樣系統(tǒng)導(dǎo)入質(zhì)譜儀后，離子源會先將樣品電離為氣相帶電離子；

2）不同質(zhì)荷比的帶電離子進入質(zhì)量分析器，并在電場或磁場的作用下發(fā)生分離；

3）檢測器識別不同離子的電信號并最終轉(zhuǎn)化為質(zhì)譜圖。此外，質(zhì)譜儀工作需要在渦輪分子泵提供的真空系統(tǒng)中進行，以保證離子間不會相互碰撞而損失。

因此，離子源可將不同物質(zhì)電離成帶電離子，為質(zhì)譜儀的“門戶”；質(zhì)量分析器可將不同離子分離，為質(zhì)譜儀的“心臟”；二者均是質(zhì)譜儀的核心零部件。同時，在高端通用零部件（高端激光器、分子泵、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀）方面，目前仍需要進口，進口零部件交期長、價格高，核心部件自研自產(chǎn)是國產(chǎn)企業(yè)的破局之路。

2020年，中美兩國貿(mào)易摩擦加劇，美國將科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)定位為高端制造業(yè)、高保密行業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在“商業(yè)管制清單”中納入質(zhì)譜儀、涉及質(zhì)譜儀的特殊處理設(shè)備及應(yīng)用，主要包括能夠測量230個原子質(zhì)量的質(zhì)譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS系列）、輝光放電質(zhì)譜儀、熱電離質(zhì)譜儀、電子轟擊質(zhì)譜儀等。隨著海外技術(shù)管制逐步加劇，國內(nèi)廠商在技術(shù)和研發(fā)方面實現(xiàn)了快速發(fā)展，特別是聚光科技、禾信儀器、皖儀科技、萊伯泰科等廠商持續(xù)加大研發(fā)投入，在質(zhì)量分析器、離子源等核心技術(shù)上持續(xù)突破，為打破海外壟斷奠定基礎(chǔ)。

電子測量儀器

電子測量儀器是電子信息相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)中必備的基礎(chǔ)儀器。其用于測量電參數(shù)、電信號等，使用貫穿電子信息產(chǎn)業(yè)相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、售后的全生命周期，主要應(yīng)用領(lǐng)域為IT通信、消費電子、汽車、航空國防等。

中國是全球最大應(yīng)用市場，但海外廠商占據(jù)主要市場份額。2022年，國內(nèi)市場規(guī)模412億元，超全球1/3，且市場增速高于全球平均水平，但四大外資品牌占據(jù)中國市場超40%份額。美國是德科技、德國羅德與施瓦茨、日本安立、美國泰克為全球頭部企業(yè)，經(jīng)歷長期研發(fā)投入及核心技術(shù)沉淀，先發(fā)優(yōu)勢十分明顯。但近兩年電子測量儀器國產(chǎn)替代熱度較高，國產(chǎn)品牌2021年后集中上市，資本市場表現(xiàn)了較高關(guān)注度。

示波器和波形發(fā)生器是國產(chǎn)化率最低的品類，國內(nèi)產(chǎn)品與國際水平差距較大。以市場上運用最廣泛的電子測量儀器之一示波器為例，其用途為將電信號隨時間變化的關(guān)系轉(zhuǎn)換成可視化波形圖像。帶寬為示波器核心指標(biāo)，一般定義上帶寬10GHz以上為高端產(chǎn)品?，F(xiàn)階段，國內(nèi)量產(chǎn)產(chǎn)品僅能滿足帶寬≤10GHz的低端市場，20-110GHz的中高端市場主要被美國企業(yè)是德科技、泰克壟斷。

ASIC專用芯片的集成電路設(shè)計能力是突破示波器高端市場的關(guān)鍵。示波器的基本構(gòu)成包括垂直系統(tǒng)、水平系統(tǒng)、觸發(fā)系統(tǒng)及分析顯示系統(tǒng)四個部分。

1.垂直系統(tǒng)主要由衰減器、放大器及阻抗變換器等組成，主要實現(xiàn)信號幅度的放大或縮??；

2.水平系統(tǒng)主要由時鐘電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、存儲器及數(shù)字信號處理單元(FPGA、DSP)等組成，主要實現(xiàn)信號模擬到數(shù)字的變換；

3.觸發(fā)系統(tǒng)主要由比較器、觸發(fā)選擇、觸發(fā)條件判定、觸發(fā)脈沖形成四個部分，通過隔離特定的信號特征，實現(xiàn)波形的穩(wěn)定顯示；

4.分析顯示系統(tǒng)主要由嵌入式CPU及顯示器等組成，主要實現(xiàn)時域波形的顯示等功能。因此，從系統(tǒng)構(gòu)成來看，模擬前端芯片、放大器芯片、ADC芯片、FPGA等ASIC芯片是示波器的核心元器件。

由于國外壟斷中高端ADC芯片技術(shù)，國內(nèi)企業(yè)必須通過自研芯片平臺突破，實現(xiàn)核心自主可控。2023年，國內(nèi)普源精電正式公開發(fā)布13GHz帶寬的數(shù)字示波器，通過自研ADC芯片核心技術(shù)平臺，實現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)字示波器產(chǎn)品帶寬達到10GHz以上，首次邁入國際壟斷的高端示波器行業(yè)。

工業(yè)試驗機

試驗機行業(yè)規(guī)模小但重要程度高，是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中的重要測試設(shè)備。其本質(zhì)上是機械仿真系統(tǒng)，通過模仿在實際應(yīng)用中的工況進行強度或性能試驗，測量材料或產(chǎn)品的物理性能，比如鋼材的屈服強度、抗拉強度，抗沖擊韌性等，確保各種機器，車輛，船舶和結(jié)構(gòu)物的合理設(shè)計與安全運行?，F(xiàn)代工業(yè)大生產(chǎn)中，用在測量上的工時和費用約占整個生產(chǎn)所用的20%-30%，因此試驗機被喻為機械工業(yè)的“觸角”與“眼睛”。2021年行業(yè)營收規(guī)模僅177億元，且國內(nèi)外企業(yè)規(guī)模均較小，這與試驗機定制化生產(chǎn)屬性強，具有“小批量、多型號”的特點直接相關(guān)。

目前，中低端產(chǎn)品國產(chǎn)基本自給，無損檢測儀器、材料試驗機高端品類及核心零部件依賴進口，近期國產(chǎn)自研速率加快。無損檢測儀器是國家近期重點關(guān)注方向，其中工業(yè)X射線檢測設(shè)備是主流，技術(shù)卡點在于核心部件高端X射線源國產(chǎn)化程度低，且海外供應(yīng)商無法足量供應(yīng)，國內(nèi)龍頭日聯(lián)科技正在自研突破。材料試驗機中的動態(tài)疲勞試驗機國產(chǎn)化率低，全球市場上以美國MTS的設(shè)備為主，但其產(chǎn)品受美國政府出口管制，國內(nèi)產(chǎn)品精度與先進水平仍有差距，傳感器等核心零部件依賴進口。

關(guān)注卡脖子領(lǐng)域及上游核心環(huán)節(jié)

期待國產(chǎn)替代加速

由于儀器儀表細(xì)分行業(yè)之間差異較大，產(chǎn)業(yè)分布上也呈現(xiàn)出較大差異。實驗分析儀器企業(yè)依附于科學(xué)研究的“主產(chǎn)業(yè)”，如美國的科學(xué)儀器聚集地沃爾瑟姆緊鄰波士頓，國內(nèi)企業(yè)多分布于長三角城市和京津，北京、上海、廣州、深圳、合肥等綜合性國家科學(xué)中心的建設(shè)將為其帶來較大發(fā)展機遇。電子測量儀器企業(yè)多聚集在長三角及珠三角的重點城市，與上游電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度呈高度相關(guān)性，部分中西部城市如西安、成都、武漢等憑借自身軍工優(yōu)勢積累及較好的電子信息基礎(chǔ)，也是電子測量儀器企業(yè)的聚集地。試驗機中高端企業(yè)多分布于江蘇及深圳，作為全國試驗機生產(chǎn)的發(fā)源地具有較好的歷史積累，并具備貼近客戶的地理優(yōu)勢。

發(fā)展高端儀器產(chǎn)業(yè)，可重點關(guān)注國產(chǎn)化率較低并正在開始國產(chǎn)替代的領(lǐng)域，包括實驗分析儀器中的質(zhì)譜儀、電鏡，試驗機中的工業(yè)X光無損檢測儀器，電子測量儀器中的示波器、波形發(fā)生器等領(lǐng)域。同時，這些領(lǐng)域也面臨著上游核心零部件、通用零部件卡脖子的問題，如高精度傳感器、分子泵、激光器、離子源等。在行業(yè)空間擴容支持政策頻出疊加國產(chǎn)廠商競爭格局優(yōu)化的時代背景下，我們期待科學(xué)儀器行業(yè)有望在眾多細(xì)分領(lǐng)域催生出國產(chǎn)龍頭企業(yè)。

本文作者：張倩

錫創(chuàng)投資本市場團隊執(zhí)行副總裁，清華大學(xué)管理學(xué)學(xué)士。先后在畢馬威華振會計師事務(wù)所、國聯(lián)證券、華英證券任職，具有十余年投資銀行、股權(quán)投資及相關(guān)業(yè)務(wù)管理經(jīng)歷；主導(dǎo)投資成功上市項目包括圣泉集團、國源科技、蘇軸股份、通易航天、方盛股份等，在創(chuàng)新型中小企業(yè)資本市場發(fā)展方向具有豐富的業(yè)務(wù)經(jīng)驗。