儀器是認(rèn)識(shí)世界的工具，機(jī)器是改造世界的工具。相比于機(jī)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(cè)量、觀察、計(jì)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(yùn)行的支撐。正如現(xiàn)代熱力學(xué)之父開爾文所說——“只有測(cè)量出來，才能制造出來”，因此儀器儀表被譽(yù)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(huì)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(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步

科學(xué)儀器的下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涉及環(huán)境保護(hù)、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(duì)較弱?？茖W(xué)儀器產(chǎn)品不僅匯集了門類眾多的實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)，還涉及電子、計(jì)算機(jī)、信息、軟件、自動(dòng)化、精密機(jī)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(huì)推動(dòng)儀器儀表行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)一步提高產(chǎn)品附加值。

在具體的實(shí)踐過程中，各大科研機(jī)構(gòu)在進(jìn)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(cè)試儀器、計(jì)量?jī)x器、電子測(cè)量?jī)x器、海洋儀器、地球探測(cè)儀器、大氣探測(cè)儀器、天文儀器、醫(yī)學(xué)診斷儀器、核儀器、特種檢測(cè)儀器、工藝實(shí)驗(yàn)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(jìn)口

從儀器大類市場(chǎng)來看，根據(jù)SDI發(fā)布的分析儀器行業(yè)評(píng)估報(bào)告，2020年全球分析儀器市場(chǎng)規(guī)模約為637.5億美元，2020年中國分析儀器市場(chǎng)份額約74.5億美元，2015-2020年CAGR（一項(xiàng)投資在特定時(shí)期內(nèi)的年度增長(zhǎng)率）達(dá)6.8%。根據(jù)Frost&Sullivan《全球和中國電子測(cè)量?jī)x器行業(yè)獨(dú)立市場(chǎng)研究報(bào)告》，預(yù)計(jì)全球電子測(cè)量?jī)x器的市場(chǎng)規(guī)模由2015年的100.95億美元將增長(zhǎng)至2025年的172.38億美元，CAGR為5.50%。中國電子測(cè)量?jī)x器的市場(chǎng)規(guī)模自2015年至2019年間以15.09%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率從171.54億元增長(zhǎng)至300.93億元；預(yù)計(jì)中國電子測(cè)量?jī)x器的市場(chǎng)規(guī)模將在2025年達(dá)到422.88億元。

我國現(xiàn)階段尚存在高端產(chǎn)品進(jìn)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(dá)每年200億美元，呈現(xiàn)為高端進(jìn)口、中低端出口，其中實(shí)驗(yàn)分析儀器逆差額達(dá)87億美元，電子測(cè)量?jī)x器逆差額達(dá)22億美元。高端門類如實(shí)驗(yàn)分析儀器、試驗(yàn)機(jī)、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)及裝置、電子測(cè)量?jī)x器等進(jìn)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(shì)和國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jià)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(shí)“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(kuò)大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增長(zhǎng)點(diǎn)增長(zhǎng)極的指導(dǎo)意見》中，提出重點(diǎn)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(qiáng)高端科研儀器設(shè)備研發(fā)制造”。2023年9月，國家市場(chǎng)監(jiān)管總局發(fā)布《關(guān)于計(jì)量促進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)力的國產(chǎn)儀器儀表品牌。在此背景下，多個(gè)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(shì)。

高端科學(xué)儀器國產(chǎn)替代進(jìn)程

儀器的本質(zhì)是測(cè)量技術(shù)，高端儀器具備精密測(cè)量能力，例如在幾何量測(cè)量方面尺度或準(zhǔn)確度可達(dá)到進(jìn)行微米、納米級(jí)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(shí)驗(yàn)分析儀器、試驗(yàn)機(jī)、電子測(cè)量?jī)x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(gè)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(gè)門類，也是美國商業(yè)管制清單（Commerce Control List）中對(duì)中國進(jìn)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?jī)r(jià)值。

實(shí)驗(yàn)分析儀器

實(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)不同同位素。依托于研發(fā)、分析、質(zhì)控等場(chǎng)景，實(shí)驗(yàn)分析儀器在學(xué)術(shù)、制藥、食品、環(huán)境等領(lǐng)域的檢驗(yàn)檢測(cè)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(shí)驗(yàn)分析儀器的下游用戶廣泛分布在國民經(jīng)濟(jì)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(cè)、化工等。在單位性質(zhì)上，實(shí)驗(yàn)分析儀器的終端用戶主要為高校、質(zhì)檢機(jī)構(gòu)、科研院所和醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)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(jī)構(gòu)貢獻(xiàn)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(jì)有56.0%和52.0%是流向了高校和科研院所客戶。

實(shí)驗(yàn)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(jìn)口率最高，高達(dá)80%以上。同時(shí)，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(chǎng)規(guī)模上看，研發(fā)投入迅速增加使中國成為全球?qū)嶒?yàn)分析儀器增速最快的市場(chǎng)，具備很大的市場(chǎng)增長(zhǎng)空間。

質(zhì)譜儀、電鏡是其中技術(shù)門檻最高、最依賴進(jìn)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(chǎng)空間超300億元，但進(jìn)口品牌占據(jù)了市場(chǎng)的領(lǐng)先地位，2022年色譜/質(zhì)譜/光譜儀進(jìn)口率達(dá)83%/81%/75%。質(zhì)譜儀是儀器產(chǎn)業(yè)第一大進(jìn)口單品，國內(nèi)市場(chǎng)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(chǎng)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%?？傮w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(yàn)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(jìn)入市場(chǎng)，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(shì)，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(jī)械、真空、軟件、自動(dòng)控制等技術(shù)，在醫(yī)療健康、食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、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(jìn)樣系統(tǒng)導(dǎo)入質(zhì)譜儀后，離子源會(huì)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(jìn)入質(zhì)量分析器，并在電場(chǎng)或磁場(chǎng)的作用下發(fā)生分離；

3）檢測(cè)器識(shí)別不同離子的電信號(hào)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(jìn)行，以保證離子間不會(huì)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(shí)，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(jìn)口，進(jìn)口零部件交期長(zhǎng)、價(jià)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(cè)量230個(gè)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(shí)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(cè)量?jī)x器

電子測(cè)量?jī)x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(cè)量電參數(shù)、電信號(hào)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?yàn)?/span>IT通信、消費(fèi)電子、汽車、航空國防等。

中國是全球最大應(yīng)用市場(chǎng)，但海外廠商占據(jù)主要市場(chǎng)份額。2022年，國內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模412億元，超全球1/3，且市場(chǎng)增速高于全球平均水平，但四大外資品牌占據(jù)中國市場(chǎng)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(zhǎng)期研發(fā)投入及核心技術(shù)沉淀，先發(fā)優(yōu)勢(shì)十分明顯。但近兩年電子測(cè)量?jī)x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(chǎng)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(chǎng)上運(yùn)用最廣泛的電子測(cè)量?jī)x器之一示波器為例，其用途為將電信號(hào)隨時(shí)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。現(xiàn)階段，國內(nèi)量產(chǎn)產(chǎn)品僅能滿足帶寬≤10GHz的低端市場(chǎng)，20-110GHz的中高端市場(chǎng)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(jì)能力是突破示波器高端市場(chǎng)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(gè)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(shí)現(xiàn)信號(hào)幅度的放大或縮??；

2.水平系統(tǒng)主要由時(shí)鐘電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器及數(shù)字信號(hào)處理單元(FPGA、DSP)等組成，主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(gè)部分，通過隔離特定的信號(hào)特征，實(shí)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(shí)現(xiàn)時(shí)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(tái)突破，實(shí)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(tái)，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)字示波器產(chǎn)品帶寬達(dá)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(yàn)機(jī)

試驗(yàn)機(jī)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(cè)試設(shè)備。其本質(zhì)上是機(jī)械仿真系統(tǒng)，通過模仿在實(shí)際應(yīng)用中的工況進(jìn)行強(qiáng)度或性能試驗(yàn)，測(cè)量材料或產(chǎn)品的物理性能，比如鋼材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度，抗沖擊韌性等，確保各種機(jī)器，車輛，船舶和結(jié)構(gòu)物的合理設(shè)計(jì)與安全運(yùn)行。現(xiàn)代工業(yè)大生產(chǎn)中，用在測(cè)量上的工時(shí)和費(fèi)用約占整個(gè)生產(chǎn)所用的20%-30%，因此試驗(yàn)機(jī)被喻為機(jī)械工業(yè)的“觸角”與“眼睛”。2021年行業(yè)營(yíng)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(yàn)機(jī)定制化生產(chǎn)屬性強(qiáng)，具有“小批量、多型號(hào)”的特點(diǎn)直接相關(guān)。

目前，中低端產(chǎn)品國產(chǎn)基本自給，無損檢測(cè)儀器、材料試驗(yàn)機(jī)高端品類及核心零部件依賴進(jìn)口，近期國產(chǎn)自研速率加快。無損檢測(cè)儀器是國家近期重點(diǎn)關(guān)注方向，其中工業(yè)X射線檢測(cè)設(shè)備是主流，技術(shù)卡點(diǎn)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(yàn)機(jī)中的動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)國產(chǎn)化率低，全球市場(chǎng)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(jìn)水平仍有差距，傳感器等核心零部件依賴進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(jī)遇。電子測(cè)量?jī)x器企業(yè)多聚集在長(zhǎng)三角及珠三角的重點(diǎn)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(shì)積累及較好的電子信息基礎(chǔ)，也是電子測(cè)量?jī)x器企業(yè)的聚集地。試驗(yàn)機(jī)中高端企業(yè)多分布于江蘇及深圳，作為全國試驗(yàn)機(jī)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(shì)。

發(fā)展高端儀器產(chǎn)業(yè)，可重點(diǎn)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(shí)驗(yàn)分析儀器中的質(zhì)譜儀、電鏡，試驗(yàn)機(jī)中的工業(yè)X光無損檢測(cè)儀器，電子測(cè)量?jī)x器中的示波器、波形發(fā)生器等領(lǐng)域。同時(shí)，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(kuò)容支持政策頻出疊加國產(chǎn)廠商競(jìng)爭(zhēng)格局優(yōu)化的時(shí)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(chǎng)團(tuán)隊(duì)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(huì)計(jì)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(xiàng)目包括圣泉集團(tuán)、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(chǎng)發(fā)展方向具有豐富的業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)。