航发动力研究报告：莱特定律拐点将至，价值回归长生久视

（报告出品方/作者：长江证券，王贺嘉、吴爽、张晨晨）

前言：航空发动机系列报告以及本篇报告在之前 研究基础上的创新点

2021 年 1 月，我们在《如何看待航空发动机行业投资机会》中提出，主机厂在航空发 动机全寿命周期中起到引领和主导作用，主机厂的商业模式可概括为：高值消耗品+后 市场，也决定了航发产业是一个现金流可持续的优质赛道属性。2021 年 5 月，我们在 《莱特定律：探究军工业绩可持续的第一性原理思维》中提出，莱特定律为我们预判军 工行业的长期业绩可持续性提供了一种高阶认知维度。2021 年 9 月，我们在《莱特定 律、成本拆分与非线性盈利扩张》中提出，军工企业短期的业绩弹性在于扩产结束后产 能爬坡的规模效应，中期的盈利能力提升在于莱特效应的人工工时节约，长期的业绩扩 张在于组织架构变革下基于供应链管理效能带来的产业链长期提质增效。2022 年8 月， 我们在《航空发动机：莱特定律定乾坤，全谱系扩量增效》中提出莱特定律指引新机交 付毛利率筑底后可回升，维修和民用市场高附加值确保后续盈利补偿。

基于上述报告的研究成果，本篇报告基于莱特定律和浴盆曲线的基本理论，通过复盘海 外企业及航发动力自身发展历史，认为公司盈利能力向上回升趋势确定，研发及生产能 力修复将加速拐点来临。本篇报告在之前研究基础上的创新观点： 1. 基于赛峰公司营业利润率的历史复盘及公司自身毛利率的历史复盘，验证莱特定律 针对海外企业和国内企业均具备前瞻指导性。 2. 产业和公司层面的正向设计、商业模式及厂所协同机制的变革有望提升公司研发和 生产能力，加速盈利能力拐点来临：近几年航发产业推行正向设计或带动一次成功 率提高和一装一试交付模式转变，设计制造协同牵引制造成熟度提高，主制造商-供 应商模式落地有望降低配套成本，核心机衍生技术助力新产品成本降低，研发生产 能力修复将加速盈利能力拐点来临。 3. 在公司内在价值的估值模型中，对毛利率等影响自由现金流量的重要参数采用蒙特 卡洛模拟，得到公司内在价值区间，我们认为，当毛利率出现向上拐点或将带动公 司市值开始向价值中枢上移。

拐点将至：莱特定律指引回升趋势，研发生产能 力修复加速拐点来临

2014-2022 年公司航空发动机产品营业收入逐年增加，毛利率却持续下滑。2014-2022 年公司航空发动机制造及衍生产品营收规模从 149.8 亿元扩张至 346 亿元。2014-2022 年航空发动机产品毛利率由 22.4%下滑至 10.2%，2014-2022 年母公司（西航本部）航 空发动机产品毛利率由 20%下滑至 7.6%。

理论基础：莱特定律和浴盆曲线均指引公司盈利能力向 上回升趋势确定

莱特定律表明新型号交付早期因成熟度低导致单位生产成本较高，随累积产量翻倍时单 位生产成本下降固定百分比。莱特定律起源于飞机成本制造的研究，20 世纪 20 年代西 奥多-莱特在研究飞机生产时发现，飞机制造数量每累计增加一倍，制造成本就会实现固 定百分比的持续下降。莱特定律学习曲线带来的成本下降主要基于：人工熟练度的提升、 生产工序的优化和原材料的节约。莱特定律提供了一个可量化的框架，用来预测可变成 本下降与累积生产量的关系。莱特定律通过一个简单的函数以及获取的早期生产成本数 据，即可预测未来生产量提升下的单位成本下降趋势。历史复盘来看，先进战机的制造 均遵循莱特定律的成本下降趋势，拟合下约为 85%的学习曲线，即累积产量翻倍，成本 下降 15%。

航空发动机的故障规律符合“浴盆”曲线，新机列装早期失效率较高，随使用时间增加 及持续产品改进，失效率迅速下降。交付早期的失效率变化主要与制造过程中的工艺过 程波动性、材料性能分散性等原因所引起的强度不确定性以及载荷或应力的不确定性在 载荷多次作用过程中所产生的累积效应有关。航空发动机使用成熟期的失效率很低且在 数值上变化很小，呈恒定趋势。复盘历史，第一台 CFM56 在 1974 年制造完成并首次 运转，1982 年波音公司选择了 CFM56-3 为波音 737 提供动力，此后在其早期服务期 间涡轮叶片直接或间接导致了若干事故，几种型号的 CFM56 在暴雨和冰雹天气中均出现故障，包括英伦航空 92 号班机空难。公司在对发动机设计进行修改后渐渐改善。 CFM56-3 机型处于 CFM56 系列型号交付早期，每 1000 飞行小时的返修率高达 9.3%， 而 CFM56-7B 机型返修率仅 1.2%。

2016 年起赛峰公司旗下 LEAP 发动机逐步替代 CFM56 发动机，LEAP 发动机交付量 逐年增加，而 CFM56 发动机交付量逐年减少，赛峰公司整体营业利润率短期下滑后回 升。CFM 国际公司是由美国通用电气与法国赛峰集团的合资公司，主要的航空发动机 产品是 CFM56 和 LEAP 发动机。LEAP 发动机是新一代窄体客机发动机，未来将逐渐 替代 CFM56 系列发动机。LEAP 发动机于 2008 年开始研制，2016 年交付客户并开始 产品代际更迭，2016-2018 年分别交付 LEAP 发动机 77 台、459 台、1118 台，同时分 别交付 CFM56 发动机 1693 台、1444 台、1044 台。2016-2018 年，赛峰公司营业利 润率由 17.8%下跌至 10.1%。2019 年 LEAP 发动机累计交付量超过 3300 台，赛峰公 司营业利润回升至 14.8%。

CFM56 发动机交付早期，赛峰公司营业利润率偏低，随累计交付量增加以及产品成熟 度提升，公司整体营业利润率提升。1984 年-1996 年，CFM 公司相继推出 CFM56-3、 CFM56-5A、CFM56-5C、CFM56-5B、CFM56-7B 等子型号，随着 CFM56 航空发动机 服役时间增加，1988-1994 年，赛峰公司营业利润率由 4.4%提升至 6.2%。

2008-2013 年，“秦岭”发动机生产定型，公司航空发动机产品发生代际更迭，毛利率 短期下滑后回升。2013 年之前，公司（原西安航空动力股份有限公司）主体为西安红旗 厂（430 厂），是国内大型航空发动机制造基地之一，曾研制生产了我国第一台大推力涡 轮喷气发动机、第一台涡轮风扇发动机、第一台舰用燃气轮机燃气发生器。“秦岭”发动 机是仿制英国斯贝发动机并国产化的产品，2003 年通过国家技术鉴定，2007 年完成生 产定型。2008-2013 年，公司航空发动机产品营业收入由 23.9 亿元增长至 39.7 亿元， 毛利率先由 19.8%下滑至 2010 年 15.6%，再修复至 2013 年 23.7%。

综上，通过对标海外航发企业及航发动力本身发展历史，基于莱特定律和浴盆曲线，分 析得出新型号批量生产早期毛利率下滑只是短期现象，随累计产量增加及失效率降低， 毛利率向上回升趋势确定。2014 年公司发生重大资产重组，重组后囊括四大主机厂： 沈阳黎明（410 厂）、株洲南方（331 厂）、贵州黎阳动力（460 厂）和本部西航（430 厂），具备涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、活塞发动机生产能力，产品谱系齐全，具备一、二、 三代航空发动机及燃气轮机的总装试车能力以及四、五代机试制能力。大推力航空发动 机“太行”于十二五期间批量装备部队，我国实现了军用航空发动机从第二代向第三代 的跨越，过去八年是公司二代机和三代机代际更迭阶段。

研发能力：正向设计能力改善叠加核心机衍生技术积累 使研制成本降低

世界先进航发主制造商均按照系统工程 V 模型进行正向设计从而实现成本控制，我国航 发产业正向设计处于起步阶段，或将逐步实现在设计阶段进行产品生产成本控制。普惠 公司基于逻辑架构对需求进行分解和分配，推进系统工程在型号研制中的应用；罗罗公 司制定系统工程能力框架，涵盖需求管理、系统定义、系统功能分析、架构设计以及相 应的确认和验证的能力。一般在设计阶段早期即开展成本需求分析和分解，进行产品成 本管控，并在后续环节进行集成验证。2016 年中国航发开始按照正向研发要求，打造 航空发动机产品研发体系，凝练航空发动机研制经验与知识，追求一次成功。中国航发 商发充分借鉴标杆企业和其他单位的研制管理模式，建立了“1 个设计+4 个验证”的研 发路径，围绕需求定义、设计、试制、验证各个环节建立相应的规范和方法，对产品设 计研发全过程进行管控保障。

世界先进航空发动机主制造商拥有核心机衍生系列型号技术基础，完备 Pipeline 产品 谱系牵引新型号研制难度降低。20 世纪 60 年代以来，美国空军通过核心机计划开展技 术验证和提高技术成熟度，建立了丰富的经过验证的核心机关键技术储备，此后投入使 用的先进航空发动机均为这一技术途径的产物。如 GE 航空将经过充分考验和鉴定的 F101 发动机作为通用核心机，改型研制了多型发动机：F110 发动机配装 F-15 和 F-16 飞机使用；发展了 F118 发动机配装 B-2 远程轰炸机；改进改型发展了 CFM56 发动机。采用成熟核心机衍生发展发动机产品的主要优点包括：一是原核心机的可靠性、耐久性 和维修性得到继承和提高；二是大量成熟技术得到继承，创新的相对较少，技术台阶低， 研制难度小，可节省研制经费、缩短研制周期、降低研制风险；三是创新的先进技术提 前在发动机产品中得到验证和成熟度提升，降低了下一代全新研制产品的风险和费用； 四是可以对军民用户的不同任务需求做出快速反应，迅速形成产品。

我国三代机自主研制成功前公司核心机衍生系列型号技术基础薄弱，与国外先进主制造 商存在差距，未来基于成熟型号核心机技术或将带动新型号研制成本降低。美国每一代 技术验证核心机都在前代基础上改进发展，具有连续性和继承性。我国上世纪 90 年代 前仅有少数仿制改型的发动机投入使用，由于对航空发动机技术的复杂性和研制规律的 认识不足，对预先研究重视不够，目前基本上仍停留在测防、参照及改进的水平上，尚 未走完一个从突破单项关键技术-部件验证-核心机-验证机-型号研制-使用发展的全过程， 在自行研制能力方面与先进国家仍有很大差距，缺少成熟技术继承导致技术台阶高、研 制难度大、研制周期长。

生产能力：供应链管理加强叠加设计制造协同度提高带 动生产成本降低

先进航空发动机公司如 GE 航空，已经和全球多家航发核心供应商建立战略合作关系， 形成主制造商-供应商模式，供应链体系成熟。在现代化工业体系及全球化背景下，GE 航空已经和全球多家公司建立战略合作伙伴关系并成立联营公司，承担其分系统或部件生产制造，形成主制造商-供应商模式。GE 航空战略核心供应商涵盖发动机燃油系统、 燃油喷嘴、发动机短舱、反推、尾喷、控制系统及新型材料制造等领域。

我国航空发动机供应链管理体系于 2022 年初步建成，核心供应商选择以及分级管理经 验积累有望带动公司供应链体系逐渐成熟。目前，我国军用、民用航空发动机整机集成 交付的主机厂全部为中国航发集团下属，公司涉及到其中的四家，其中西航公司、沈阳 黎明定位为中大型涡轮、涡喷发动机研制生产基地，黎阳动力定位为中小推力航空发动 机研制生产基地，株洲南方定位为涡浆、涡轴发动机研制生产基地。2016 年 12 月，中 国航发启动首次研讨会，开启运营管理系统（AEOS）供应链管理体系变革。目前，航 空发动机供应链上的薄弱环节和漏洞仍然很多，实力强、专业化程度高的供应商资源严 重缺乏。中国航发制造企业和设计单位以满足科研批产采购需求为目的，体系性开展非 核心业务对外转移，构建包含原材料、二级配套到一级配套产品管理的航空发动机产业 供应链。2022 年底，中国航发 AEOS 体系初步建成，建立了一系列供应商管控手段， 供应商能力评估模型、质量放行代表管理、派驻代表管理、质量问题现场调查、绩效评 价等在 23 家单位全面应用，合规性有效提高。

研发与制造紧密协同可有效实现产品全生命周期降本，发达国家先进航空制造企业基于 项目或公司进行设计制造协同发展，持续降低制造成本、缩短研发时间。空客公司在设 计阶段与制造端公司协同研制，在 A340-500、A340-600 及 A380 项目的产品设计定义 和结构设计阶段，制造端合作公司已开始进行加工刀具、制造工装选取并开始制定制造计划，实现交付周期缩短、制造成本降低。美国洛克希德·马丁公司主导的重大军用飞 机研制项目 JSF，建立了支持产品全生命周期的虚拟产品研制平台，缩短制造时间 66％， 降低制造成本 50％。罗罗公司构建了开放式的协同框架与平台，面向产品全生命周期支 持公司全球设计、制造和维护等业务单元的高效协作。普惠公司利用覆盖航空发动机研 发全过程的 PLM 技术来增强企业的创新能力，使产品充分体现出气动、结构、机械设 计、性能、控制等技术领域的最新成就，获得了显著的经济效益。

国内航发产业链厂所分离，容易导致设计与制造工艺不匹配问题，近年来厂所设计制造 协同机制的变革，有望降低设计更改率，带动生产周期缩短和生产成本降低。现行体制 下厂所分离导致产品的设计和制造分别由两个不同责任主体独立承担，双方协同严重不 足，表现为设计端不了解材料、工艺和设备对产品制造的影响，导致设计质量偏低，制 造过程产生设计更改较多；制造端不理解图纸中蕴藏的设计意图，导致制造符合性不高， 产品不合格率高，同时也带来研制周期加长。研究发现某型发动机前期设计制造协同不 够、协调周期短及沟通不到位，导致 3 个批次的设计更改率分别达到 150%、120%和 60%，由制造端提出的更改约占 1/2，单台发动机的试制周期达 18~27 个月。

产业层面：正向设计、商业模式及厂所机制变革 带动主机厂降本增效

正向设计持续推进叠加核心机衍生技术的积累助力产品 全生命周期降本

我国正在经历从测绘仿制向正向设计转变，正向成本管理并开展限价设计，牵引型号研 制成本降低，有望实现产品全寿命周期降本。我国上世纪 90 年代前的航空发动机发展 史，几乎是一部仿制生产史，自行研制虽曾有过几个型号，最终都未能定型列装。随着 我国航空发动机技术积累和系统工程方法的普及，产品研制开启以需求定义和需求验证 为重要特征的产品正向设计方法。近年来，中国航发各研究院所也开展了基于 DOORS 软件的需求分析和管理工作，为推进产品的正向设计奠定了基础。中国航发多次强调要 以正向研发为依托实施正向成本管理，从产品研制的全流程出发，推动成本工程向业务 深层次、细末节方面发力。2020 年财务工作会提出要促进全价值链降本增效。2021 年， 提出实施正向成本管理，向设计源头要效益，在研制过程中面向全要素、全价值链、全 寿命周期成本开展限价设计。

航空发动机产品全生命周期中研发阶段成本仅占总成本 10%左右，但决定了 90%左右 的总成本，正向设计可显著降低产品全寿命周期成本。罗罗公司的研究表明，从航空发 动机的全寿命周期角度，产品研发、生产制造和使用维修阶段的成本，占整个航空发动 机全寿命周期成本的比例分别为 10%、40%和 50%。各个阶段的成本可以按照成本构 成项目或费用类型进行进一步的分解，构成了航空发动机全寿命周期的成本构成比例。 虽然航空发动机在研制阶段的支出只占了全寿命周期成本的 10%左右，但却决定了总 成本的 90%左右，因此要实现对产业链成本的有效管理，首先要加强产品设计阶段的成 本控制。

2021-2022 年，中国航发逐步推进正向设计，以此提升装配和试验一次成功率，致力于 降低型号全生命周期成本。中国航发逐步探索出“正向设计—正向集件装配—正向试验 保障”的全流程正向设计方法。基于需求管理、构型管理、“成功树”保障一次成功。 2021 年集团将“一次成功”工程纳入战略框架体系，“一次成功”工程是缩短研制周期 的重要手段，将会对加快航空发动机自主研制起到强有力的助推作用。中国航发各单位 深入实施“一次成功”工程，对照实施要求、结合科研生产实际，实现一次装配成功率 提升、一次试验成功率提升、研制周期缩短、零件合格率提高等成果，有力推动了“一 次成功”工程取得实效。

我国已具备一定的核心机研制技术积累，通过增加通用零件数、缩短研制周期，有望牵 引衍生型号研制成本持续降低。经过多年努力，我国军用航空发动机研制取得一定突破， 尤其“昆仑”、“玉龙”和“太行”发动机的研制成功，标志着我国航空发动机研制能力 上升到新的台阶。基于成熟核心机技术衍生发展发动机，基础研究、探索发展和不针对 型号的预先发展组成的技术流为新型号发展和改进该型提供坚实的技术基础，一方面增 加发动机的通用零件数，改善互换性，提高发动机可靠性，降低使用及维护成本；另一 方面，缩短发动机的研制周期，大幅度降低研制经费。研究表明，战斗机发动机在工程发展之前有核心机性能验证和耐久性验证后的研制时间约为 5 年，而采用常规途径的研 制时间约为 9 年，且常规途径的研制费用是经过核心机验证的研制费用的 3.2 倍。

产业组织架构向主制造商—供应商模式推进带动主制造 商盈利能力提升

航空发动机产业链在“小核心、大协作”的供应链管理方面相对落后于飞机产业链，对 建立和优化供应链管理体系的需求十分迫切。根据航空工业沈飞披露，2021 年航空工 业主机厂平均一般能力社会化配套率已经达到 75%，极大带动了国内航空产业精细化 分工和整体能力的提升，而中国航发在三年国企改革行动催化下，2022 年外部配套率 才达到 27.8%。基于公开的历年航发集团供应商大会上的领导表态，中国航发对于集团 完成交付任务，建立“小核心、大协作”的外协加工体系以及优质供应商的需求越来越 迫切，且有进一步向产业集群发展，提升区域航空动力产业制造能力方向的趋势，各区 域的主机厂均在进行自身区域范围内的供应链管理机制建立。

航发产业链推进主制造商-供应商模式，主机厂将非核心业务转包给专业配套企业，既有 利于核心供应商的做大做强，也有利于主机厂聚焦核心业务，广泛利用社会资源提升研 制生产效率。我国已经建成较为完整的现代化工业体系，国家层面大力推进产业结构升 级，聚焦战略性高端产业投入、限制低端产业的重复建设。基于客户需求多样化，企业 必须聚焦核心业务，将非核心业务转包，利用外部供应商资源，弥补自身资源和能力上 的短板，更好满足产品高质量、短周期、低成本等要求，促使发动机主制造商与配套供 应商建立长期的战略合作关系，主制造商-供应商模式应运而生。主机厂将非核心业务转 包给专业配套企业，形成围绕主机厂的供应商链式结构。各大供应链核心供应商与公司 的产业链外协合作既有利于核心供应商的做大做强，也有利于公司优化供应链布局，整 体制造和管理成本降低，夯实未来提质增效及实现盈利非线性扩张的基础。

主制造商-供应商模式下，主机厂与其核心供应商建立战略性合作关系，该合作关系建立 后较难转移，有利于双方在物流、资金流、信息流、市场流、管理流多方面均实现协同 度提高。国外学者 Bensaou 于 1999 年在研究美国和日本企业与供应商关系的问题时， 提出＂专属性投资＂的程度来衡量买方和供应商之间伙伴关系的差异性。根据专属性投 资程度的高低，可将供应链合作关系分为四种类型：市场交换型关系、买方积极型合作 关系、供方积极型合作关系、战略性合作关系。主制造商-供应商模式，主机厂和配套商 双方投入较大，属于战略性合作关系，该合作模式使得主制造商或配套供应商建立合作 关系后很难或需要很高成本才能转移至其他伙伴，有利于双方在信息共享、群体决策、 柔性与敏捷性、服务支持等方面深度配合，从而适应外部竞争环境。

主制造商-供应商模式下，主机厂和核心供应商协同度增加有利于双方盈利能力提升。协 同度是协调的量化度量，它决定了系统从无序到有序，整体系统协调程度是联合行动的 结果，协作度较高，表明两者更合适。基于协同理论的研究表明，当主制造商和供应商 合作系数增加时，双方利润均呈现增加趋势，与无合作关系对比有明显优势。

厂所设计制造协同将工艺评估及制造准备融入设计过程 使制造成本降低

设计制造协同机制，使航空发动机在设计阶段即开展工艺可行性评估和制造准备，有效 减少产品制造阶段因工艺不匹配带来的产品超差和时间成本，并实现效率提升。设计制 造协同机制，将设计和制造两大责任主体融合为一体，厂所协同研制的管理机制、工作 方式、研制团队和协同平台等方面也应进行相应调整。在航空发动机设计早期（M1 方 案设计阶段）即开始实施制造工艺性审查，识别新材料，确定初步制造方案，及时识别 并改善制造性较差的方案。在设计中期（M2 技术设计阶段），制造端对详细设计结果进 行制造性评估，开始初步制造工艺编制，细化制造工艺可行性，并启动长周期件采购。 在设计后期（M3 工程设计阶段），制造端根据全套工程图纸进行工艺设计，经过全设计 过程参与，制造端对设计意图，设计要求等理解深刻，制造端加工难度大甚至不合理地 方已在设计阶段避开，有利于制造过程顺利开展。据公开文献，某型号发动机实施设计 制造协同，设计图纸发放到整机交付周期由验证批的 27 个月、改进批的 18 个月缩短至 12 个月，设计图纸更改率由前两个阶段的 130%左右降低至 60%。

中国航发以航发网为平台开展科研院所与生产单位之间的设计制造协同，基于三维模型 设计系统，实现产品设计、工艺设计、制造和装配阶段的协同作业，工作效率有效提升。 目前，航发产业链已通过航发网开展了基于 HUB 的 PDM 协同平台建设和部署，初步 具备支持跨地域、多厂所协同研制的能力，基本可实现协同数据共享、远程登录审签功 能，协同研制平台构成支持协同团队网络化协同办公的基本条件。株洲南方公司已通过 设计制造协同，打通设计、工艺、制造、检验等系统之间的壁垒。航轴加工中心智能制 造数字化车间借助厂所协同机制和 MBD 三维工艺设计系统，形成了