国产CAX软件较国际大厂有较大差距，从规模上、持续研发投入量级、商业模式上都有巨大的提升空间。

一、CAE

1、CAE简介：

计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)

      CAE软件可以简单理解为模拟仿真，CAE仿真方法是与理论方法、实验方法并列的人类认识世界的三大方法。它的直接用户为科学家、工程师等，通过在虚拟环境下模拟产品的功能性能，使得产品设计的功能和性能所见即所得，以发现改进问题，更好的反馈优化产品设计。

      CAE软件涉及的学科复杂，将工业产品功能性能和机电热控等专业功能性知识和经验以数字化模型方式沉淀，以有限元法、有限差分法及有限体积法等数学基础，使用包括网格切分、多物理场及相互耦合的描述与建模、三维云图等技术，用计算机辅助求解并优化复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等性能的近似数值分析。

资料来源：ANSYS官网，华安证券研究所

      以钻削为例，理解CAE分析仿真过程。钻削过程中，如果加工参数选择不当，会造成钻削力过大、钻头寿命短、产生颤振及钻头折断等，同时，影响表面质量和尺寸精度。通过反复采购物料实物加工实验的方式，来优化加工参数，时间、费用经济成本高，缺乏科学基础。采用CAE软件进行仿真分析，根据钻削速度、刀具选择、进给量等参数选择，预测加工过程中的应力、温度变化情况，在虚拟环境中达到理想效果后，再在现实环境中处理显著提升效率。

资料来源：知乎，《基于Abaqus的钻削仿真分析》

2、CAE软件应用领域广泛，中国制造2025十大重点应用领域全部涉及建模仿真，涵盖信息、材料、能源、制造、生物医药等产业。

      如汽车的刚强度分析、NVH分析、疲劳耐久分析、碰撞安全分析、流体分析；建筑的岩土工程应力、应变、拉压弯剪扭等。

        以Ansys下游行业应用为例，主要应用于高科技、汽车、航空国防、工业设备、能源、材料化学、教育机构等领域。

       模拟仿真涉及到力热声光电磁等物理领域，每个细分领域都很专业，因此CAE软件种类非常多。按照求解范围分为通用型、专用型，此外，专业领域有前处理软件、求解器软件、后处理软件等各种类型。

3、CAE软件技术壁垒高，体现在跨学科的融合。

一是需要对物理场进行描述与建模，涉及结构、流体、热、电、磁、光、声、材料、分子动力学等；

二是需要用数学计算分析表达，涉及计算几何、优化数值方法等；

三是需要懂工程知识，懂具体业务，如铸造、焊接、冲压、锻造、切削、热处理等；

四是需要懂计算机科学，包括人机交互、软件工程等。

4、CAE的核心开发技术分为：前处理、求解器和后处理，其中最核心的是求解器。

（1）求解器是针对特定场景，如结构变形、液体流动，用数字算法模型的方式实现对物理规律、数学原理的客观还原。

       以流体计算为例，核心变量包括速度、压力、形态。

       变量每个小的局部位置在特定时间点上都涉及大量的代数运算，求解器可以根据物理规律演化的特点自动匹配当前涉及到的代数运算

       描述物理规律：Navier-Stokes方程，描述真实世界中不可压缩流体的流动过程

       用编码方式实现：C、C++、fortran

（2）目前，求解器基本被国外巨头垄断

（3）CAE软件定价高昂，国际大厂通用版年费在百万元以上。

       以Ansys为例，美国NASA花了2.5亿人民币，买了Ansys5年使用权，来分析航天器的结构、碰撞、热、流体、光子学、半导体、电磁学、材料等。

5、竞争格局

（1）CAE软件市场规模较小，2020年全球CAE市场规模为548亿元，据国际咨询机构GrandView Research测算，未来十年全球CAE市场CAGR超9%，中国接近18%。

（2）CAE软件竞争格局呈寡头垄断。CAE被国外垄断，中国面临卡脖子风险。

（3）海外CAE行业产业链完善，技术和工程积累深厚，国内差距较大。

       海外龙头CAE企业核心产品不仅包括CAE软件，还提供求解器、通用模块等核心技术的销售以及CAE咨询方案。我国也诞生了许多优秀的具备完全自主可控的CAE软件，如中国飞机强度研究所的HAJIF、中科院FEPG、中望软件ZWMeshWorks等，但是普遍体量较小，应用领域狭窄，主营业务仍然停留在卖软件环节，其核心技术无法对外输出。

二、CAM

1、CAM简介：

       CAM软件是利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程，输入信息是产品的设计模型、工艺路线、工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹（刀位文件）和数控程序。通过计算机仿真模，确定最优加工方案，减少实物加工实验带来的成本浪费，且代替手工加工方式，实现自动化加工。CAM属于产品制造环节的模拟仿真和数控，是设计与制造的桥梁。

图：CAM规划刀具路径

图：CAM程序控制实际加工

2、应用领域

      CAM应用领域广泛，应用于飞机、汽车、机械制造业、家用电器和电子产品制造业。如：

       （1）机械产品的零件加工（切削、冲压、铸造、焊接、测量等）、部件组装、整机装配、验收、包装入库、自动仓库控制和管理。在金属切削加工中，计算机内预先建立有基本切削条件方程，根据测量系统测得的参数和机床工作状况，调整给进率、切削力、切削速度、切削操作顺序和冷却液流量，在保证零件表面光洁度和加工精度的条件下，使加工效率、刀具磨损、能源消耗达到最优；

      （2）电子产品的元件器件老炼、测试、筛选，元件器件自动插入印制电路板，波峰焊接，装置板、机箱布线的自动绕接，部件、整件和整机的自动测试；

      （3）各种机电成品检测、质量控制，能完成人工方法不能完成的复杂产品（如飞机发动机、超大规模集成电路、电子计算机等）的大量测试工作。

       CAM具备显著的降本增效的功能，以SolidCAM案例。

一是节约70%甚至更多数控加工时间；

二是极大的延长切削刀具的使用使命；

三是独有的专利工艺向导提供最佳的进给和转速，还考虑刀路、毛坯、刀具材料和机床规格。

3、CAM软件技术难度高，主要体现在五个模块，包括交互工艺参数输入、刀具轨迹生成、刀具轨迹编辑、三维加工动态仿真及后处置。

       此外，工艺库、知识库、材料库、刀具库四个数据库的积累，需要CAM厂商有大量的工业实践，具备先发优势、客户资源优势的厂商容易建立起壁垒。

CAM软件通常有三类：CAD、CAM一体化软件，独立CAM软件，CAD插件。

4、常用的CAM软件介绍

5、竞争格局

       国内主要CAM厂商，竞争维度既有通用型，又有深耕一个行业领域的垂直类企业。

       通用厂商，如中望软件、山大华天；垂直类厂商，如柏楚电子，依靠激光切割数控系统起家，市占率达到69%，并向上下游延伸，在激光切割领域做深做透，成为一家快速增长、盈利能力非常强的企业。

零度观点

1、国产CAX软件较国际大厂有较大差距，从规模上、持续研发投入量级、商业模式上都有巨大的提升空间。

       细分领域来看，2D CAD已具备一定竞争力，但3D CAD、CAE、CAM国产化任重道远。当前，国产软件抢占市场的主要竞争策略包括：

（1）兼容国产操作系统、芯片，发展国企客户；

（2）低价销售，永久授权模式；

（3）更贴身的服务；

（4）深耕垂直细分领域，做深做透。接下来，最重要的还是要聚焦产品力。

2、我们国家缺乏原创型的研发设计工业软件，CAX领域薄弱。原因众多：

一是赚钱难，在巨头垄断下，本身市场规模就小，留给创业者的市场更小，再者，国内软件付费意识较低；

二是技术门槛高，相较互联网产品，工业软件需要以十年为单位的研发周期，使很多创业者止步。

3、CAX软件积极的变化因素正在形成。

一是国家重视，软件如此重要，但面临卡脖子的风险，工业软件国产化为国产CAX软件企业带来市场上的机遇；

二是研发红利，过去国家依赖投资创造GDP的方式无法持续，愈加重视科技研发创新，伴随科研实力发展需求、智能制造发展水平提高，国内市场需求增长；

三是软件付费理念逐渐受到认可。

4、基于细分领域分散且专业化程度高、时间成本高，并购将成为CAX企业发展的重要战略路径。