锡创投：锡创智研 | 科学仪器长坡厚雪，高端国产替代进程加速

仪器是认识世界的工具，机器是改造世界的工具。相比于机器作为直接的生产工具，仪器仪表起作用于前序环节，是指用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备，是众多产业能够正常生产运行的支撑。正如现代热力学之父开尔文所说——“只有测量出来，才能制造出来”，因此仪器仪表被誉为工业生产的“倍增器”、科学研究的“先行官”，国防建设的“战斗力”、社会生活的“物化法官”。

科学仪器产业概述

科学仪器应用广泛

科技发展推动产业技术进步

科学仪器的下游应用领域广泛，涉及环境保护、生命健康、生产安全、产品质量、节能增效等，由于涉及行业众多，整体行业周期性相对较弱。科学仪器产品不仅汇集了门类众多的实验分析技术，还涉及电子、计算机、信息、软件、自动化、精密机械、人工智能、核物理等多学科门类。这些学科的新成就和交叉应用的新发展都会推动仪器仪表行业的技术进步，进一步提高产品附加值。

在具体的实践过程中，各大科研机构在进行科学仪器信息共享公示中，采用的是《大型科学仪器设备分类标准与编码规则》，将其分为科学仪器分析仪器、物理性能测试仪器、计量仪器、电子测量仪器、海洋仪器、地球探测仪器、大气探测仪器、天文仪器、医学诊断仪器、核仪器、特种检测仪器、工艺实验仪器、其他仪器等13类。

国内科学仪器需求增速高于全球

高端产品任依赖进口

从仪器大类市场来看，根据SDI发布的分析仪器行业评估报告，2020年全球分析仪器市场规模约为637.5亿美元，2020年中国分析仪器市场份额约74.5亿美元，2015-2020年CAGR（一项投资在特定时期内的年度增长率）达6.8%。根据Frost&Sullivan《全球和中国电子测量仪器行业独立市场研究报告》，预计全球电子测量仪器的市场规模由2015年的100.95亿美元将增长至2025年的172.38亿美元，CAGR为5.50%。中国电子测量仪器的市场规模自2015年至2019年间以15.09%的年均复合增长率从171.54亿元增长至300.93亿元；预计中国电子测量仪器的市场规模将在2025年达到422.88亿元。

我国现阶段尚存在高端产品进口依赖度高、国内企业小散乱等问题，2021年国内科学仪器行业总逆差达每年200亿美元，呈现为高端进口、中低端出口，其中实验分析仪器逆差额达87亿美元，电子测量仪器逆差额达22亿美元。高端门类如实验分析仪器、试验机、工业自动控制系统及装置、电子测量仪器等进口依赖程度高，国产化率均不足50%。但量大面广的通用型中低档产品如普通数字万用表、显微镜、水表、煤气表等，已具有规模优势和国际市场竞争力。

政策支持科研和

仪器产业高质量发展

随着我国制造业开始向产业链中的高价值环节拓展，仪器仪表作为支撑制造业发展的基础性行业，也逐渐获得更多的关注，同时“高端化”、“国产替代”已成为科学仪器业的关键词。因此，近年国家政策如发改委《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》中，提出重点支持高端仪器仪表等高端装备生产。国家“十四五”中提出“加强高端科研仪器设备研发制造”。2023年9月，国家市场监管总局发布《关于计量促进仪器仪表产业高质量发展的指导意见》，提出培育具有核心技术和核心竞争力的国产仪器仪表品牌。在此背景下，多个省市纷纷提出打造高端仪器产业集群，高端化产品的国产替代成为发展趋势。

高端科学仪器国产替代进程

仪器的本质是测量技术，高端仪器具备精密测量能力，例如在几何量测量方面尺度或准确度可达到进行微米、纳米级别，是发展高端制造、科学研究等高精尖领域的前提。实验分析仪器、试验机、电子测量仪器等技术密集型门类是高端仪器的代表。从产业发展现状来看，这三个门类规模增速快且毛利率高，但却是仪器仪表主要门类里国产化率最低的三个门类，也是美国商业管制清单（Commerce Control List）中对中国进行出口管制的重要领域，可以说是仪器仪表产业短板中的短板，具备较高研究价值。

实验分析仪器

实验分析仪器是科学研究的先行官，也是科学服务的重要环节。一般用于测定物质的组成、结构等特性，如电子显微镜用于分子和原子形态的研究，质谱仪可分离和检测不同同位素。依托于研发、分析、质控等场景，实验分析仪器在学术、制药、食品、环境等领域的检验检测中得到广泛应用，是典型的高附加值、技术密集型的仪器仪表细分赛道。

实验分析仪器的下游用户广泛分布在国民经济众多领域中，主要有食品、制药、农林水产、环境、第三方检测、化工等。在单位性质上，实验分析仪器的终端用户主要为高校、质检机构、科研院所和医疗卫生机构。以质谱和色谱的采购数量情况来看，高校和科研院所机构贡献了行业主要的下游需求，2023年质谱仪、2022年色谱仪采购数量中分别合计有56.0%和52.0%是流向了高校和科研院所客户。

实验分析仪器国产化率极低，未来发展空间可期。我国所有大型仪器中分析仪器进口率最高，高达80%以上。同时，中国分析仪器产业中基本上处于“分布散、规模小、产品低端”的状态，被排除在全球头部企业之外。但从市场规模上看，研发投入迅速增加使中国成为全球实验分析仪器增速最快的市场，具备很大的市场增长空间。

质谱仪、电镜是其中技术门槛最高、最依赖进口的两类产品，其下部分高端品类仍为空白。国内“三大谱”（质谱、色谱、光谱）市场空间超300亿元，但进口品牌占据了市场的领先地位，2022年色谱/质谱/光谱仪进口率达83%/81%/75%。质谱仪是仪器产业第一大进口单品，国内市场美日品牌超80%份额，包括美国赛默飞、美国SCIEX、美国安捷伦、日本岛津等，国产化率约为14%。电镜市场以美国赛默飞、德国蔡司、日立、日本电子为主，国产化率约10%。总体来看，质谱仪、电镜中少数技术难度最大的产品如透射电镜国产化仍为空白，但正处于研发试验过程中，技术难度稍低的产品如扫描电镜、三重四极杆液质联用仪等近两年已取得重大突破并进入市场，行业国产化率有望提升。

具体以质谱仪为例，质谱仪具有高灵敏度、高分辨率、分析速度快等优势，融合电子离子光学、物理化学等学科，涉及精密电子、精密机械、真空、软件、自动控制等技术，在医疗健康、食品安全、环境监测、工业过程分析等领域具有不可替代的作用和举足轻重的地位。

质谱仪基本构造包括五大部件，其中离子源（电离样品为离子）和质量分析器（分离离子）是核心零部件。质谱仪种类繁多，但基本构造大致相同，从工作流程来看：

1）样品直接或间接通过进样系统导入质谱仪后，离子源会先将样品电离为气相带电离子；

2）不同质荷比的带电离子进入质量分析器，并在电场或磁场的作用下发生分离；

3）检测器识别不同离子的电信号并最终转化为质谱图。此外，质谱仪工作需要在涡轮分子泵提供的真空系统中进行，以保证离子间不会相互碰撞而损失。

因此，离子源可将不同物质电离成带电离子，为质谱仪的“门户”；质量分析器可将不同离子分离，为质谱仪的“心脏”；二者均是质谱仪的核心零部件。同时，在高端通用零部件（高端激光器、分子泵、气相色谱质谱联用仪）方面，目前仍需要进口，进口零部件交期长、价格高，核心部件自研自产是国产企业的破局之路。

2020年，中美两国贸易摩擦加剧，美国将科学仪器产业定位为高端制造业、高保密行业和战略性产业，在“商业管制清单”中纳入质谱仪、涉及质谱仪的特殊处理设备及应用，主要包括能够测量230个原子质量的质谱仪、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS系列）、辉光放电质谱仪、热电离质谱仪、电子轰击质谱仪等。随着海外技术管制逐步加剧，国内厂商在技术和研发方面实现了快速发展，特别是聚光科技、禾信仪器、皖仪科技、莱伯泰科等厂商持续加大研发投入，在质量分析器、离子源等核心技术上持续突破，为打破海外垄断奠定基础。

电子测量仪器

电子测量仪器是电子信息相关产品生产中必备的基础仪器。其用于测量电参数、电信号等，使用贯穿电子信息产业相关产品研发、生产、售后的全生命周期，主要应用领域为IT通信、消费电子、汽车、航空国防等。

中国是全球最大应用市场，但海外厂商占据主要市场份额。2022年，国内市场规模412亿元，超全球1/3，且市场增速高于全球平均水平，但四大外资品牌占据中国市场超40%份额。美国是德科技、德国罗德与施瓦茨、日本安立、美国泰克为全球头部企业，经历长期研发投入及核心技术沉淀，先发优势十分明显。但近两年电子测量仪器国产替代热度较高，国产品牌2021年后集中上市，资本市场表现了较高关注度。

示波器和波形发生器是国产化率最低的品类，国内产品与国际水平差距较大。以市场上运用最广泛的电子测量仪器之一示波器为例，其用途为将电信号随时间变化的关系转换成可视化波形图像。带宽为示波器核心指标，一般定义上带宽10GHz以上为高端产品。现阶段，国内量产产品仅能满足带宽≤10GHz的低端市场，20-110GHz的中高端市场主要被美国企业是德科技、泰克垄断。

ASIC专用芯片的集成电路设计能力是突破示波器高端市场的关键。示波器的基本构成包括垂直系统、水平系统、触发系统及分析显示系统四个部分。

1.垂直系统主要由衰减器、放大器及阻抗变换器等组成，主要实现信号幅度的放大或缩小；

2.水平系统主要由时钟电路、模数转换器、存储器及数字信号处理单元(FPGA、DSP)等组成，主要实现信号模拟到数字的变换；

3.触发系统主要由比较器、触发选择、触发条件判定、触发脉冲形成四个部分，通过隔离特定的信号特征，实现波形的稳定显示；

4.分析显示系统主要由嵌入式CPU及显示器等组成，主要实现时域波形的显示等功能。因此，从系统构成来看，模拟前端芯片、放大器芯片、ADC芯片、FPGA等ASIC芯片是示波器的核心元器件。

由于国外垄断中高端ADC芯片技术，国内企业必须通过自研芯片平台突破，实现核心自主可控。2023年，国内普源精电正式公开发布13GHz带宽的数字示波器，通过自研ADC芯片核心技术平台，实现国产数字示波器产品带宽达到10GHz以上，首次迈入国际垄断的高端示波器行业。

工业试验机

试验机行业规模小但重要程度高，是工业产品生产中的重要测试设备。其本质上是机械仿真系统，通过模仿在实际应用中的工况进行强度或性能试验，测量材料或产品的物理性能，比如钢材的屈服强度、抗拉强度，抗冲击韧性等，确保各种机器，车辆，船舶和结构物的合理设计与安全运行。现代工业大生产中，用在测量上的工时和费用约占整个生产所用的20%-30%，因此试验机被喻为机械工业的“触角”与“眼睛”。2021年行业营收规模仅177亿元，且国内外企业规模均较小，这与试验机定制化生产属性强，具有“小批量、多型号”的特点直接相关。

目前，中低端产品国产基本自给，无损检测仪器、材料试验机高端品类及核心零部件依赖进口，近期国产自研速率加快。无损检测仪器是国家近期重点关注方向，其中工业X射线检测设备是主流，技术卡点在于核心部件高端X射线源国产化程度低，且海外供应商无法足量供应，国内龙头日联科技正在自研突破。材料试验机中的动态疲劳试验机国产化率低，全球市场上以美国MTS的设备为主，但其产品受美国政府出口管制，国内产品精度与先进水平仍有差距，传感器等核心零部件依赖进口。

关注卡脖子领域及上游核心环节

期待国产替代加速

由于仪器仪表细分行业之间差异较大，产业分布上也呈现出较大差异。实验分析仪器企业依附于科学研究的“主产业”，如美国的科学仪器聚集地沃尔瑟姆紧邻波士顿，国内企业多分布于长三角城市和京津，北京、上海、广州、深圳、合肥等综合性国家科学中心的建设将为其带来较大发展机遇。电子测量仪器企业多聚集在长三角及珠三角的重点城市，与上游电子信息产业的发展程度呈高度相关性，部分中西部城市如西安、成都、武汉等凭借自身军工优势积累及较好的电子信息基础，也是电子测量仪器企业的聚集地。试验机中高端企业多分布于江苏及深圳，作为全国试验机生产的发源地具有较好的历史积累，并具备贴近客户的地理优势。

发展高端仪器产业，可重点关注国产化率较低并正在开始国产替代的领域，包括实验分析仪器中的质谱仪、电镜，试验机中的工业X光无损检测仪器，电子测量仪器中的示波器、波形发生器等领域。同时，这些领域也面临着上游核心零部件、通用零部件卡脖子的问题，如高精度传感器、分子泵、激光器、离子源等。在行业空间扩容支持政策频出叠加国产厂商竞争格局优化的时代背景下，我们期待科学仪器行业有望在众多细分领域催生出国产龙头企业。

本文作者：张倩

锡创投资本市场团队执行副总裁，清华大学管理学学士。先后在毕马威华振会计师事务所、国联证券、华英证券任职，具有十余年投资银行、股权投资及相关业务管理经历；主导投资成功上市项目包括圣泉集团、国源科技、苏轴股份、通易航天、方盛股份等，在创新型中小企业资本市场发展方向具有丰富的业务经验。