（报告制作：华安证券）
1 激光加工系统的大脑，产业链盈利巅峰
1.1 技术密集型赛道，行业壁垒高
对于常规激光加工来说，主要包括以下步骤：1）利用激光专用设计软件或者第三方通用工业设计软件（CAD、Solidworks等）绘制零件、装配件图纸；2）将加工图纸文件转换成机床代码；3）激光加工机根据代码指令执行任务，涉及图形编辑、工艺设置、运动控制、（切割头、激光器等）外设控制、焦距控制，最后完成加工。简而言之，就是图纸设计、工艺设计、机床代码输出、数控加工。控制系统厂家涉及的核心软件技术包括：1）CAD技术，设计、建模、排版（明确要加工什么）；2）CAM技术，根据设计和工艺要求，计算生成合适的刀路轨迹、气路、焦点等控制参数和加工模型，并生成指令交由数控系统（NC）执行（明确怎么加工）； 3）数控技术，根据机床代码执行特定的加工程序并控制切割头和激光器的运动；4）硬件设计技术，主要包括嵌入式软件和硬件电路设计。
PAC基于微型计算机，大部分计算由通用计算机完成，外部设备一般通过扩展卡进行控制，所有控制功能都作为软件任务在实时环境中运行。PAC与PLC相比，可以比喻为智能手机与功能手机。核心组件包括：GUI图形用户界面，供用户编辑、控制操作的主页面。PLC内核，对各类开关信号进行逻辑处理，实现电气设备的启动、停止、开关、保护等功能。CNC内核，根据机床代码执行加工程序，实现运动轨迹的实时解码、各种刀补、速度规划等。核心竞争力的体现：1）自动套料算法。套料算法最直观的体现就是板材利用率，目前国内部分企业基于套料系统与加工系统的紧密配合，以及先进的算法，已经实现了接近甚至超过国际竞争对手的板材利用率； 2）完整的激光工艺库，将不同物理参数的激光器数字化并形成集合，方便在不同需求、场景下选择合适的切割工艺；3）速度规划算法，适用于一些曲线运动的恒加速度插补，提高加工效率；4）高精度伺服控制算法，一般通过缩短控制周期来提高运动精度；5）运动控制板卡研发设计能力，主要包括ARM嵌入式开发、电源设计和PCB布线等。
板卡控制系统采用本地并行总线PCI通道（类似独立显卡、声卡的连接方式）控制机械传动装置、激光器、辅助气体等外部设备，其核心特点是配置灵活，性价比高，配上手头合适的电脑就可以直接使用。总线控制系统集成了板卡控制系统、随动控制系统、显示器、工控机、操作面板等部件的完整模块，通常采用EtherCAT总线技术（基于以太网口的通道），其主要优点是集成度高，稳定性高。
开放式激光控制系统通过网口与电脑相连，EtherCAT总线与激光器相连，还可以依靠EtherCAT总线串联更多的扩展卡及相关总线驱动器，并直连大量IO接口，实现多个伺服/步进电机及振镜模块的驱动。其良好的扩展性可以适应伺服激光器、振镜激光器以及多维度、多场景的工作需求。
1.2 处于整个产业链的中部，起到激光加工系统的大脑作用
激光控制系统处在整个产业链的中游，扮演着类似大脑和驱动器的角色。随着制造业的升级和技术的进步，激光技术逐渐普及到消费电子、工业制造、医疗生物等下游行业，用于打标、切割、焊接、熔覆、微加工等。光学元件和数控系统一直是占据产业价值链核心的两大领域。其中，控制系统担负着决策、执行、驱动的角色，与激光器硬件高度协同，组成整套激光加工设备。从直接上游来看，激光控制系统供应商需要对接芯片厂商、PCB厂商以及相关线材供应商。从目前国内替代情况来看，芯片部分可以实现国产化，但部分仍依赖德州仪器等国际供应商。PCB和线材基本实现国产化，货源充足，价格透明。
整个产业链高度繁荣，复合增长率可观。工业激光器广泛应用于电子、机械、冶金、轻工等领域，其使用场景和工艺类型不断多样化。从整个产业规模的增速来看，前瞻产业研究预测未来五年我国工业激光行业市场规模复合增长率达20%。我们认为，随着整个产业链价值的不断提升，控制系统作为激光设备的大脑，无疑也将随之增长。考虑到加工的日益复杂，其价值也有望突破。
控制系统占成本比重相对较小，但盈利能力突出。从成本分布来看，激光器、床体等基础硬件占比较高，分别占比约40%、30%，但受原材料/零部件成本制约，毛利率相对较低，且部分成熟产品竞争力较强，厂商议价能力相对平均。而运营控制系统则相反，占整体成本比重相对较低，但技术壁垒和用户粘性较高，竞争对手较少，毛利率较高，在价值链中呈现良好的盈利属性。
以2021年行业内各公司披露的数据为例，其激光加工控制系统业务毛利率为72%，加上其硬件业务后，整体毛利率达到60.1%。博楚电子整体毛利率高达80%左右，虽然环比有所下滑，但依然表现不俗。维宏股份业务构成较为复杂，横跨3C、激光、切割等多个领域，硬件产品相对丰富，因此其综合毛利率相对较低，但仍高于激光器、激光头、机械臂等产业链上其他零部件提供商。
1.3 伺服与振镜控制系统的技术区别及应用领域
振镜与激光器的技术路线、控制原理、适用场景存在明显差异，振镜控制适用于高速微加工，伺服激光器适用于大面积宏观加工。从激光器光路驱动方式来看，可分为两种：通过摆动镜片调整光路使激光指向目标位置的振镜控制，以及依靠伺服电机驱动激光头到正确位置的伺服控制。振镜激光器主要应用于打标、钻孔、3D打印、精密切割等场景，高速、高精度、微加工是其核心特点。伺服激光器用于大幅面切割、焊接，广泛应用于钣金加工、汽车制造、航空航天等领域。
精密加工领域：从精度要求来看，精密加工对精度有着不同程度的严格要求。晶圆领域中的直线切割精度高达3μm，目前振镜控制可以达到0.5μm-10μm之间，伺服电机一般要求达到50μm左右。从速度要求来看，一些高速打标需要达到1500/分钟的打码速度。另外由于加工材料种类繁多，其对不同激光的吸收效果也不同，有些材料必须采用特定波长、特定功率、特定工作机制的激光进行加工，如晶圆切割由于材料薄而脆，一般只采用10w以内的超快激光。金属薄板加工领域：通常涉及大面积匀速加工，对切割精度的常规要求为0.3-0.5MM，功率轨迹速度在200mm/s左右。 在切割、焊接等过程中，往往需要500W以上的大功率激光器。
从主要市场参与者来看，目前国内厂商已具备核心技术能力和一定的国际竞争力。伺服控制系统方面，在中小功率领域，以博筹电子为首的国内企业已具备国际领先技术水平，其产品在稳定性、可靠性、精度、速度等方面均不逊色，博筹电子、维宏股份、奥森迪科三家企业占据国内90%以上的市场份额。在大功率领域柏楚激光切割软件教程，以德国倍福、PA、西门子等为代表的国际企业仍具有较为明显的先发优势，国内厂商占比仍处于较低水平，但国内龙头博筹电子的市场份额不断上升，其招股说明书数据显示，公司占据国内大功率激光器市场份额10%（2019年），而中经研究院给出的2020年市场份额数据显示，这一数值已上升至17%。 振镜控制系统方面，德国SCAPS、SCANLAB作为行业先驱，积累了相当的先进技术和市场份额，在高端领域占据着重要的市场地位。根据行业及高端应用领域供应商出货数据，2020年我国高端振镜控制系统国产化率为15%（来源：金城子招股说明书），国产替代空间较大。国产公司方面，金城子2020年市场份额达到32.29%，为国内振镜控制系统龙头企业。此外，我国台资企业星程科技致力于激光打标软件研发，目前已成为相关领域的标杆企业。
对于振镜激光系统而言，作为激光发生核心部件的超快激光器可分为固体、光纤和混合三种类型，激光波长和功率范围是核心参数指标，此外还有峰值功率、频率、单脉冲能量等多个考虑因素。振镜电机作为调节和控制光路的重要硬件，通过施加模拟电压信号，控制反射镜角度的变化，将激光投射点移动到指定位置，完成打标、钻孔、切割等操作。CAD/CAM等工业设计软件负责工件结构、轮廓、纹理的设计和绘制，相对独立。振镜控制系统接受并识别设计图提供的信息，利用3D引擎和图形引擎进行绘制，控制激光器和电机进行相应操作。
2. 双方市场规模和本地化进程同步增长
2.1 激光切割占据差异化场景首位，市场增速突出
激光切割占比约40%，应用场景分化明显。从目前激光设备的应用领域来看，激光切割仍是核心应用领域，占整体规模超过40%。目前仍以伺服激光器为主，振镜激光器也占有一定份额。据国内激光控制器龙头博初电子2021年报显示，预计到2023年，我国激光切割设备整体市场规模将达到403.69亿元。焊接、打标、半导体、显示领域应用处于第二梯队，占比分别约为13%/13%/12%。在以上领域，振镜激光器已经开始逐渐发挥其精度、速度优势。未来随着激光设备渗透率的提升，其在复杂加工领域的应用会更加广泛，即切割占比会略有下降柏楚激光切割软件教程，先进领域会有所增加。
激光切割与传统切割工艺同节同减，销量和市场规模快速上升。由于激光控制系统销量与激光切割机销量高度相关，因此激光整机销量是控制系统出货量的重要参考指标。从历史数据看，受技术自然迭代和下游需求扩大影响，我国激光切割机总销量呈现快速上升趋势，2016-2020年复合增长率为33.3%。传统金属切削机床产量在2018年前后出现大幅下滑，随后波动下行，2016-2020年复合增长率为11.67%。2021年，我国激光设备总产量突破20万台，同比增长32.9%，保持高增长（前瞻产研数据）。
2.2 中低功率市场增长率及高功率国内渗透率
中小功率激光设备市场规模和国产化率双双提升。在工业领域，小功率激光器以脉冲激光器为主，多用于打标、雕刻等加工，工艺成熟度较高，国产产品通过价格优势快速崛起。中功率激光器在切割、焊接等领域应用广泛，随着国产替代逐渐成熟，国内市场份额逐渐被国产设备取代。中小功率激光切割设备销量增长迅速，2016-2020年CAGR达31.4%，虽然略低于整体市场增速，但整体仍呈现高速增长趋势，2020年销量达4.2万台。
中低功率控制系统国内渗透率高，激光市场增长迅速。中低功率激光控制系统市场规模近年来保持中高速增长，由于国内渗透率高，控制系统市场规模增速与设备销售规模高度线性相关，未来有望随着激光产品在工业类别的广泛普及而逐步提升。从价格层面来看，随着渗透率的提升，单价下行趋势不可避免，但相较于溢价率较高的大功率激光控制系统，中低功率控制系统价格下行趋势有望边际减缓，相关公司毛利率表现也有望随之趋于稳定。
高功率激光器市场持续快速增长，在高功率激光加工领域，金属切割、焊接、熔覆是主要应用场景。光纤激光器逐渐取代CO2激光器成为主流，2020年占全球工业激光器出货量的50%以上。此外还有固体激光器和半导体激光器，各占15%左右的市场份额。从市场规模来看，2020年将迎来85.7%的高速增长，2016-2020年的CAGR为40.8%。
高功率激光器国产替代趋势明确，控制系统有望随之打开市场。随着国产高功率激光器特别是国产高功率光纤激光器的不断突破，未来我国高功率激光器市场将迎来新一轮国产替代浪潮。从不同细分领域激光器出货量变化可以看出，国产光纤激光器出货量稳步攀升。2020年1-3kw激光器同比增长33%，3-6kw激光器同比增长25%，6-10kw及10kw以上光纤激光器同比增长一倍，可见高功率激光器国产替代趋势强劲。
国产产品的崛起，带来了高功率激光控制系统的高坡度增长。2020年，国产高功率激光控制系统市场规模同比增长85.7%，高于中低端激光控制器的增速。主要原因是国产激光控制系统主要适配国产激光器。随着国产高功率激光器的崛起，国产高功率激光控制系统也不断扩大市场份额。展望未来，随着技术难关被逐一攻克，6kw以上国产高功率激光器将逐步替代国外先进产品，国产控制系统也将随之成长。
从控制系统市场份额来看，国产操作控制系统在中小功率市场逐渐成为主流。截止2020年，以Biotron、维宏、Osendico为代表的国产控制系统占据了国内90%的市场份额，其中Biotron占比60%，龙头地位凸显。在高功率市场，以Beckhoff、PA、Siemens为首的国际公司仍是主流，Biotron占比17%。未来随着高功率激光器国产化率的提升，国产系统供应商有望凭借配套优势继续崛起。
更高功率的激光设备。为适应先进的制造工艺和特定的加工材料，国际先进的激光切割设备制造商纷纷推出万瓦级的激光切割设备。但由于技术标准严格、成本较高，普及程度远低于万瓦级以下功率的激光器。业内企业预测万瓦级激光器将逐渐普及，3万瓦以上的激光设备也将逐步加入市场。三维加工与机器人。与传统二维激光加工受空间限制相比，三维激光器和机械臂无疑增加了激光加工的灵活性和通用性，无须频繁调整加工材料的位置，显著提高加工效率。但与此同时，控制系统也将从二维走向三维，复杂性骤然增加，目前高端控制系统仍被西门子等国际大公司所垄断。精密激光器和微电子。 从半导体核心装备光刻机来看，其本身就是尖端复杂激光控制器的代表，目前先进光刻机主要由荷兰ASML公司制造，而超快激光精密微纳加工装备或将成为我国芯片制造的核心能力与挑战，激光操作系统产业有望为其贡献力量。
3、行业集中度高，赛道龙头将长期领先
3.1 博初电子：运输控制领域领先，切割头业务快速增长
公司作为国内激光切割控制系统的领先者，充分受益于国内激光切割市场的快速扩张和国产化率的快速提升，盈利能力显著高于市场平均水平。2019年至2021年，公司营收、净利润快速增长，三年CAGR分别为55.8%、49.5%。从盈利指标来看，公司整体毛利率始终保持在80%左右的高位，主要得益于软件业务本身的属性。2021年，受研发费用率上升、银行理财收入减少等影响，公司净利率承压。2022年前三季度，成本控制明显好转，但受此轮疫情影响，公司营收表现放缓。
聚焦激光切割头赛道，增长空间打开。在整个激光切割设备中，激光器、控制系统、切割头组成核心三角。切割头主要负责将激光器产生的激光通过聚焦镜聚焦，关键部件为镜片组，此外还包括光纤接口、驱动模块、喷嘴模块等。由于激光切割的工作环境往往粉尘污染严重，切割头本身属于耗材，需要定期更换，但也正因如此，才具备产生持续营收贡献的可能。从竞争格局来看，国内激光切割头市场主要参与者为德国LT、Precitec等外资企业，占据6kw以上大功率市场及多维加工市场。具体而言，在三维五轴切割头市场，德国LT精工产品占据绝大部分市场份额，6kw以上平板切割头则以Precitec为主，市场份额超过90%。 在中低功率市场，国产替代产品已占据相当份额。从价格和市场规模来看，咨询机构统计显示，我国智能切割头均价在5万元/台左右。展望未来，随着高功率激光器国产替代的加速，智能切割头有望量价齐升。预测2022年至2025年，我国智能激光切割头规模有望从8.45亿元增长至25.84亿元，2020年至2025年CAGR达25.05%。
BLT4系列定位于中高功率激光切割，主打便捷、高效、稳定。BLT481型号支持30kw及以下激光器，能够满足绝大部分工况和加工标准。此外，大量传感器、智能断电、防撞设计等也有效提升了该系列产品的维护成本和安全性，切割起伏面时更加稳定高效。细节方面，BLT4的全身水冷有效抑制局部过热，平滑高负荷工作后的温度曲线尾部效应。
快速迈向高功率设备。BLT6系列是针对超高功率激光设备开发的智能切割头，其中BLT6101H型号可支持最大40kw功率。该系列采用全新光路设计、优化光学镜片加工，安装方便、调试简单、性能卓越、双重防尘、切割稳定。通过智能传感器检测，判断腔体及保护镜内气压是否正常，并进行预警。穿孔检测、过程监控功能可有效提高生产效率和产品良率，满足空气、氮气等高功率切割的严格性能要求。
此次定向增发瞄准切割头业务，商业模式已得到充分验证。2021年公司发起定向增发，本轮资金将主要投入智能切割头扩产项目，项目达产后预计实现年产1.48万台智能激光切割头装备。自2020年业务开展以来，截至2021年9月30日，博茨自动化累计销售智能切割头分别为221台、1111台（博茨自动化为公司目前智能切割头业务的主体，负责智能切割头的机械设计、制造）。 根据公司定增招股说明书，2025年激光切割头市场总规模将达到6.31万台。从产品布局来看，注重性价比、实用性的中低功率切割头将在量上打开市场，大功率、立体式切割头则负责渗透由国外厂商主导的高端市场。
3.2 金城子：振镜激光控制系统领域领先者，拥有优质客户群体和广泛应用场景
公司主营业务包括：1）激光加工控制系统，CAD软件导入图纸及设计数据后，利用公司自主研发的软件及板卡指挥激光设备完成加工；2）激光系统集成硬件，主要为高精度振镜产品，采用高精度电机调整振镜反射角度；3）激光精密加工设备，主要为激光调阻设备。经营实体为北京锋速精密科技有限公司（金城子旗下子公司），专注于激光调阻设备的研发与生产，可提供整体激光调阻解决方案。
从客户覆盖情况来看，目前公司最大客户为华工科技集团，2019/2020/2021年分别贡献营收998万元、1184万元、1763万元，增长稳健较快。此外，公司还与大族激光、华星光电、杰普特、德龙激光、鹿尔激光等领域龙头企业展开合作，产品广泛应用于高速打标、新能源划片、晶圆切割、PCB加工、航空激光熔覆等领域，终端客户涵盖3C电子、动力电池、食品饮料等行业。
从营收增速来看，公司主营业务激光加工控制系统近三年复合增长率为50.4%，激光系统集成硬件业务三年复合增长率为58.1%，激光精密加工设备波动较大且增长幅度较低，三者2021年分别将达到1.47亿、0.40亿、0.15亿元的营收体量。从不同业务毛利来看，控制系统毛利率预计稳定在71%以上，主要由于技术开发难度大，行业壁垒高。由于赛道差异，公司相关业务毛利率略低于博楚电子等伺服控制系统提供商的可比业务。激光系统集成硬件业务（主要为高性能振镜产品）由于需要从外部采购相关部件，生产成本相对较高，因此毛利率约为20%。
2022年前三季度，公司毛利率水平与历史基本持平，维持在61%左右，净利率出现明显下滑，由2021年的27.2%降至20.2%，主要由于管理费用率、研发费用率大幅上升。结合历史数据，我们认为公司整体毛利水平可控性强、可预期性高，具有较高的可控边界。
筹款和投资项目：根据现有业务，我们将加深灵活处理的领域和高精度的数字电流仪系统。基于现有的G3系列电流仪产品，系统，机器人，三维仪表仪和视觉处理。
查看公司的发展历史，国内替代是一个重要的驱动因素。机器人控制，3D电视机和3D电流计的校准技术可以替换在2021年中释放的切割方法。
从市场份额的角度来看，作为行业先驱，德国的SCAPS和SCANLAB累积了大量的先进技术和市场份额，并根据行业供应商的发货数据在高端应用中占据了重要的市场位置国内公司Jinchengzi的市场份额在2020年达到32.29％，使其成为领先的国内电量计控制系统公司。
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