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冷门的高端制造业：科学仪器

2022年07月29日


仪器仪表是冷门的小行业，其产值在机械制造业中的占比不足5%，而本文讨论的科学仪器或者说分析仪器又只是仪器仪表行业的一小部分。根据SDI数据，2020年全球实验室分析仪器市场规模约637.5亿美元，过去15年CAGR14%；中国市场规模约98亿美元，2015-2020年CAGR16%。行业虽小，却极具战略重要性。科学仪器是在科学技术领域用于检查、测量、分析、计算和显示被测对象的物理、化学、工程和生物等性质的器具或装置，比如光谱仪、色谱仪、质谱仪等。作为采集信息的源头、认识世界的工具，科学仪器是基础研究、应用开发、工业生产、生活消费、医疗保障、社会监管、国防安全等活动不可或缺的基础，这也造成科学仪器经常成为国外对我国“卡脖子”的重点领域，比如2018年北大核磁中心对布鲁克的维权事件。根据仪器信息网的统计，我国科学仪器来自国产的仅22.5%，40%来源于美国，其余来自德日英等国；而由更多高端产品组成的分析仪器的国产化率最低、不足10%。

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作为典型的高端制造业和高技术产业，科学仪器行业具有鲜明的特征和较高的进入壁垒：

一、科学仪器与科技进步是相互促进的紧密关系。根据不完全统计，诺贝尔自然科学奖项中，68.4%的物理学奖、74.6%的化学奖和90%的生物医学奖的研究成果，都是因为发明了某种仪器或者是主要借助仪器而取得的。比如，日本岛津公司的工程师田中耕一，与美国科学家约翰.芬恩一起，通过基质辅助激光解吸离子化，开发出鉴定生物巨量分子质量分析的脱付游离法，发明了“对生物大分子的质谱分析法”，因此获得了2002年的诺贝尔化学奖。

二、技术精密复杂，研发不确定性强。由于涉及光学、机械、电子、物理、化学、生物、材料以及软件算法等多门学科，仪器产品的开发需要专业人才对Know-how的长期积累，同时技术和工艺又处于动态变化的进程中，因此经常面临较大的不确定性。但这也为产品创新提供了机会；以质谱仪为例，1960年以后在探测器、加速器、电磁学等技术的推动下，产生了离子共振质谱、电喷雾离子源、离子阱等新技术。

三、产品高频迭代强化竞争优势。科学研究、工业生产等领域对测量分析要求的持续提升驱动科学仪器技术性能的高频迭代。以基因测序仪为例，虽仅有40多年应用历史，却已经历了强调高准确性的第一代、高通量的第二代、长读长的第三代和低成本的第四代的四个代际的发展。技术性能的高频迭代可以持续强化产品的竞争优势，而这种迭代带来的优势又通过软件、谱库等形式得以累积和保存。

四、产品与市场极度碎片化。一种仪器往往可以应用在多个行业的多种应用场景，而同一领域往往又需要使用多种仪器，产品的延展性是比较强的。但是，科学仪器面对的主要是专业市场而非大众市场、使用者是科学家或者工程师（一般需经过持续的仪器应用培训），这样的市场规模相对稳定、业务价值较高，但每个市场的需求量往往有限，个别高端仪器在特定市场的全球需求量甚至只有十几或几十台。这种业态导致构建丰富的产品组合是非常必要的，同时资源投入的规模效应又是比较弱的。行业的科技属性意味着必须进行持续的研发投入，或者通过投资并购获得新技术、新产品。这种特征对于经过长期积累且已确立了领先优势的公司而言是稳固的护城河。行业龙头赛默飞世尔（ThermoFisherScientific）于2006年由美国热电（ThermoElectron）和飞世尔科技（FisherScientific）合并而来，此后并购超过200次，目前拥有300+技术平台、600+产品类别和100+应用领域。

五、强者恒强的马太效应。仪器在用户的资本开支中占比较低，用户关注的首先是测量精度、稳定可靠性等技术性能而非性价比。由此带来的连锁反应，是处于领先地位的品牌和产品更容易获得用户的青睐以及在应用中迭代改进的机会，这又会进一步提高这些品牌产品的技术性能，强化其在行业中的领导地位和影响力。赛默飞世尔的质谱仪、色谱仪、电子显微镜以及各类高端光谱仪为全球科学仪器领域的领导品牌，预计市场份额超过20%。

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六、产业链延伸创造更大价值。销售仪器产品本身可获得较高价值，仪器厂商在此基础上还可以通过开展与仪器相关的服务化业务获得更大价值，这也使得商业模式更具有持续性、类似剃须刀与刀片的关系。狭义的服务，包括出售配套的试剂耗材、零配件、维修等；广义的服务，是指仪器厂商利用自身优势与其他主体开展合作进行业务延伸。Illumina（因美纳）近年来就利用其在基因测序产业链上游（基因测序仪）的强势地位向中下游服务市场延伸，比如2016年与梅奥医院合作开展基因异常的检测服务、2017年联合飞利浦为肿瘤学提供整合基因组学解决方案、2018年与金域医学共同开发肿瘤学和遗传病检测应用并与中源协和联合开发首款亚洲人群数据芯片ASA基因检测产品。在赛默飞世尔2020年的营收构成中，仪器设备及软件仅占21%，而服务占21%、耗材占58%。根据不完全统计，就市场规模而言，零配件、维修服务均为仪器整机的10-20%，检测服务、试剂耗材、系统集成均为仪器整机的数倍；由仪器向“科学服务产业链”一体化延伸，具有广阔的发展空间。

我国对科学仪器及相关服务的需求是持续增长的，这一点从研究与试验发展（R&D）经费支出的统计数据可见一斑。然而，科学仪器行业是开放的全球竞争市场，我国企业起步晚、技术差距大，因此始终受到国外企业的竞争和压制，发展缓慢；2020年，赛默飞世尔、丹纳赫在中国市场的销售收入均已超过30亿美元。早在1998年，国家自然科学基金委就设立了科学仪器基础研究专项等相关政策支持行业发展，但成规模的企业至今仍然极少。科学仪器的特点决定了只有当用户开始批量、持续使用产品才能产生技术迭代并进而形成正循环；这在外资产品强大的品牌影响力下，国产品牌是比较难获得机会的。2021年12月第一〇三号主席令（修订版的《中华人民共和国科学技术进步法》）签发，明确将推进采购国产仪器，这是国产科学仪器行业的一道福音，而已确立领先优势的国产企业或将进入加速发展的机遇窗口期。

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