CAE软件行业发展概况及面临的机遇挑战重点企业

       CAE软件本质是把物理和工程学科的理论模型做数学处理后得到的代数求解过程固化而成的计算机程序，且包括丰富的工程数据、模型和简单易操作的用户界面和结果分析功能。作为一种综合性、知识密集型信息产品，CAE融合了物理学、数学、工程学、计算机科学等多学科的算法和技术，涉及学科广，模型复杂，需要深厚的理论基础和持续的技术创新。CAE软件通常包括核心的求解器与图形用户界面（GUI），使用过程通常包含前处理、求解计算与后处理三个阶段。

       CAE软件所属为工业软件细分产品，2021 年，我国工业软件产品收入 2,414 亿元，较 2020 年增长 24.8%。2012年以来，我国工业软件产品规模增长情况如下：

       2012-2021年中国工业软件产业规模及增长率

资料来源：工信部、普华有策

1、全球CAE软件行业发展情况

       CAE软件属于研发设计类工业软件，在产品设计过程中，能够起到优化设计方案、提升产品性能、大幅减少试验次数、提升研发效率等效果，是产品研发实现正向设计、原始创新的重要工具软件。

       美国是全球最早开始CAE软件开发的国家，美国航空航天局NASA于1966年提出发展世界第一套泛用型的有限元分析软件Nastran，并在1969年推出第一个版本。

       20世纪70年代到80年代，随着数值计算理论的不断成熟，CAE技术也逐渐进入了蓬勃发展的时期，在市场中先后涌现了诸多专注于CAE软件研发的企业。同时，个人计算机的出现进一步推动了CAD和CAE技术的普及与发展。

       20世纪90年代，由于制造企业越来越多地受到生产成本和产品“上市时间”压力的推动，开始利用更多的自动化技术进行研发，包括更多的仿真分析软件，仿真分析也从结构、流体领域发展到电磁、声学、光学等多个领域，CAE市场得以强劲增长。同时，CAD技术经过三十年的发展，经历了从线框技术到曲面技术，再到参数化技术、变量化技术，为CAE技术的推广应用打下了坚实的基础。

       21世纪以来，一方面CAE技术随着计算机技术，尤其是高性能计算的发展而快速发展，各类仿真算法涌现，软件的仿真精度、效率等大幅提升，商业化应用领域高速拓展。同时，CAE领域行业集中度不断提升，大软件公司为提升分析技术、拓宽应用领域和市场范围，不断加强对中小CAE软件企业的并购，安西斯、达索、西门子、MSC等CAE龙头企业通过市场并购和整合不断提升市场影响力。

2、国内CAE软件行业发展情况

       我国的CAE软件的研发最早可追溯至上世纪60年代，在解决刘家峡大坝应力分析计算中，我国老一辈科学家研制出我国第一个平面问题通用有限元程序。20世纪70年代，大连理工大学研制出了JIGFEX有限元分析软件，航空工业部研制了HAJIF系列程序。国内较早的将有限元方法及有限元软件应用于航空航天、土木、建筑和水利等工程领域。

       20世纪80年代，通过引进、借鉴和吸收国外软件，国内CAE软件短暂呈现出百花齐放的繁荣格局，涌现出大连理工大学的JIFEX、北京大学SAP84等诸多优秀软件。

       20世纪90年代以后，国内工业虽然持续快速发展，但是原始创新不足，对工业软件的市场需求不多，且国内计算机技术发展相对落后于欧美，导致国内CAE软件在市场与技术两方面落后于境外企业。

       21世纪以来，随着境外CAE软件技术的进一步提升以及龙头企业逐步形成垄断优势，国内各类进口CAE软件的代理商、培训商、二次开发企业兴起，进一步压缩了本土CAE软件的发展空间，造成了“研发不及代理”的发展困境。根据《中国工业软件产业白皮书（2020）》的研究数据，国内市场目前前十大CAE软件企业均为境外软件厂商。

5、面临的机遇与挑战

（1）机遇

1）政策推动行业持续、快速发展

       2021年12月，工信部等八部门发布《“十四五”智能制造发展规划》，提出开发面向产品全生命周期和制造全过程各环节的核心软件，包括CAD/CAE/CAPP/CAM/PLM/PDM等研发设计类软件，MES/APS/EMS等生产制造类软件，ERP/SCM等经营管理类软件。

       2021年11月，工信部发布《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》，提出重点突破工业软件。研发推广计算机辅助设计、仿真、计算等工具软件，大力发展关键工业控制软件。突破三维几何建模引擎、约束求解引擎等关键技术，探索开放式工业软件架构、系统级设计与仿真等技术路径。重点支持三维计算机辅助设计、结构/流体等多物理场计算机辅助计算、基于模型的系统工程等产品研发。

       2019年10月，工信部印发《工业和信息化部关于加快培育共享制造新模式新业态促进制造业高质量发展的指导意见》，明确提出未来将提升我国企业的数字化水平，培育发展一批数字化解决方案提供商，结合行业特点和发展阶段，加快推动计算机辅助设计、制造执行系统、产品全生命周期管理等工业软件普及应用，引导广大中小企业加快实现生产过程的数字化。

       由此可见，工业软件行业的发展工作提高到国家战略发展高度，在产业发展方面获得了大量国家政策支持，有利于促进行业全面快速的发展。上述政策支持将使CAE软件企业得以在相对宽松的行业环境下发展，拥有国外竞争对手所不具备的良好发展环境。

2）国产化需求紧迫，市场空间广阔

       欧美是工业软件的起源地，也是工业软件应用的巨大市场，由于工业软件在需求、知识、应用、数据等方面依赖于工业体系，故工业软件巨头多来自于制造业强国。依托于强大工业体系，外资的工业软件企业在技术、规模和市场方面占据优势，如工业软件巨头：美国的安西斯、法国的达索及德国的西门子等。目前，研发设计类工业软件国内市场竞争格局中，外资企业的占比较高。

       随着经济的不断发展和信息化的不断加深，国家对软件安全的需求日益增长，尤其是政府、军事、金融等重点领域，软件安全已经成为信息安全的重要组成部分，关乎国家信息安全。其次，2018年以来，随着中美贸易摩擦的加剧，美国对中兴通讯股份有限公司、华为技术有限公司等中国高新技术企业的制裁，凸显中国在高科技核心技术领域执行进口替代、国产化的重要性与紧迫性。出于对先进制造和信息安全问题的考虑，国产研发设计类工业软件进入国内大型企业的步伐将加快，国产工业软件实现对国外工业软件的逐步替代将成为工业软件行业的长期趋势。因此，未来研发设计类工业软件的市场空间广阔。

3）产业结构升级，研发设计类工业软件需求迫切，CAE软件的作用和地位不断凸显

       改革开放后的三十多年，我国的经济高速增长，依托廉价劳动力，批量化生产的成本优势使我国获得了“世界工厂”的称号，虽然经济总量在不断扩张，但是产业结构不合理，研发投入不足，技术创新水平较差。随着工业化进程的推动，我国产业结构处于面临急剧转型的阶段。

       同样，我国对工业软件需求的深度，与我国工业化进程的深化密不可分。我国制造业从资源密集型，到劳动力密集型，再向知识密集型转化的过程中，对工业软件需求程度不尽相同。劳动力密集型的工业体系，对管理软件的需求最为强烈；OEM、ODM为代表的离散制造业，需要供应链精益化运作；“中国智造”时代，复杂精密工业产品的自主研发和生产，则需要研发环节整个生态和生产环节众多供应商的协同运作。因此，未来研发设计类工业软件在制造业重塑中扮演的角色愈发重要。

       随着航空航天、国防军工、汽车等高端制造业的发展，CAE仿真技术正在成为数字空间和物理世界融合的最重要的工具。其所带来的核心变革是在产品生命周期的各个阶段持续利用CAE仿真技术对原有的实验性测试进行替代。从早期设计阶段直到产品的现场使用阶段，设计人员能够随时运用仿真技术，详细的仿真分析可以节省大量设计及研发成本并提升设计效率。CAE仿真技术的分析能力能够协助设计人员在产品制造的各个环节做出更好的决策。目前CAE仿真技术在国内整体仍处于起步阶段，但随着制造业的发展该技术会变得愈发普及，并与云技术、人工智能和机器学习深度融合，将真正实现从传统制造向智能制造的转型升级。

（2）行业面临的挑战

1）复合型专业技术人才相对缺乏

       CAE软件所属行业属于知识、技术密集型行业，研发人员需要对流体力学理论、结构力学理论、电磁场理论、光学理论、声学理论、结构设计、系统控制、数学建模及软件编程等具备扎实的理论基础和丰富的工程经验，人才的培养需要一定时间和相应的环境。现有复合型高端人才数量难以满足行业内日益增长的人才需求，制约了行业的快速发展。

2）研发投入大且融资渠道相对单一

       为保持核心竞争力，企业需持续不断地进行研发投入来应对快速变化的市场。现阶段，该领域内的民营企业融资渠道普遍较为单一，难以通过大规模投入来进行研发和产业化升级，因此，研发投入大、融资渠道单一限制了该领域民营企业的进一步发展壮大。

5、行业内主要企业

（1）国际

1）安西斯（ANSYSINC）

       美国ANSYS成立于1970年，主要从事开发和销售工程仿真软件并提供相关服务，其产品和服务主要面向航空航天和国防、汽车、工业设备、电子、生物医学、能源、材料和化学加工以及半导体等行业。该公司已于1996在美国纳斯达克上市，股票代码为ANSS.O。ANSYS及其子公司有4,900多名员工，拥有来自92个国家/地区的2,750多名学术机构合作者、450多项专利、250多个解决方案合作伙伴。

2）达索（Dassault Systemes）

       法国达索成立于1981年，是法国达索飞机公司的子公司，公司以科学为基础提供创新解决方案，包括数学、生物学、化学、物理学、地质学等学科，拥有20,000多名员工，遍布全球140多个国家和地区。40多年来，公司在多学科、多尺度解决方案领域一直处于全球领先地位。

3）西门子（Siemens）

       德国西门子成立于1847年，是一家大型工业集团，其下属的工业软件部门聚焦于机械、电子、软件、制造、分析、仿真、自动化、执行、协同这九大领域，与之对应的产品解决方案映射在CAD、CAE、EDA、ALM、CAM、MOM、IoT、HMI、PLM等九个技术维度。

4）MSC软件公司

       MSC软件公司创建于1963年，总部设在美国洛杉矶，全球拥有1,200多名员工，分布在23个国家和地区，在2017年被海克斯康集团收购，是全球多学科仿真的领导厂商之一。

5）安世亚太

       安世亚太成立于2003年，是国内工业企业研发信息化领域的领先者。曾提出企业仿真体系及精益研发体系，拥有超25年的工业软件开发及服务经验，在国内虚拟仿真市场处于领先地位。公司总部设在北京，员工700多人，研发、咨询、技术400多人，硕博士占半数以上，拥有18家分子公司，客户5,000多家。

（2）国内

1）中望软件

       公司是国内领先的研发设计类工业软件供应商，主要从事CAD/CAM/CAE等研发设计类工业软件的研发、推广与销售业务。

2）索辰科技

       公司是一家专注于CAE软件研发、销售和服务的高新技术企业。公司CAE软件的核心产品为工程仿真软件和仿真产品开发，产品涉及流体、结构、光学、声学、电磁、测控、多学科等多个方向，可满足航空航天、国防装备、船舶海洋、重型机械、核工业、电子电器、地面交通等复杂产品或工程领域的仿真需求。