核心要点
目前,业界对工业软件概念的界定还没有统一,缺乏标准描述。根据工信部的定义:工业技术软件化是一种充分利用软件技术,实现工业技术/知识的持续积累、系统转化、集智应用、泛在部署的培育和发展过程,其成果是产出工业软件,推动工业进步。
由于工业门类复杂,基于工业的工业软件种类繁多、发展迅速,目前尚没有公认、统一的分类方式。同时,随着产业发展,原本特定领域的工具型工业软件已经向工具链上下游和全生命周期软件方向演进,成为数字工业软件平台。根据产品生命周期阶段,工业软件可以分为四类:研发设计类、生产制造类、运维服务类、经营管理类。
从细分领域看,在四类工业软件中,研发设计类产品占比最低,约为9%左右。嵌入式软件占比最高,超过市场份额的一半。生产控制类、信息管理类市场份额占比均在17%左右。
从长期看,我国作为全球制造业重要基地,制造业产值占全球三成,连续十年保持世界第一制造大国地位。与此同时,我国工业软件产业规模占全球规模不足十分之一,未来市场增长空间巨大。
从国产化角度看,各个领域、各个环节的国产化程度存在明显差异。生产控制类和经营管理类工业软件逐渐实现中低端国产化,国产化率分别超过50%和70%。尤其在石化、钢铁等流程类生产行业中,相关制造生产软件的国产化应用已经相对成熟。但研发设计类国产软件仍处于初期发展阶段,尚未改变国外软件企业垄断情况,95%以上软件依赖进口。
研发设计类工业软件是支撑工业体系运作的核心,其中工业仿真CAE软件是应用于工业制造业产品研发设计过程中的重要软件。CAE软件是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计软件。通常在CAD(计算机辅助设计)设计产品之后,由CAE负责验证产品性能,一个完整的计算机辅助设计系统需要CAE与CAD的协同。CAE可以广泛应用于国防军工、航空航天、汽车制造、电子电气、半导体、核能电力、船舶工业、石油化工等。
CAE的核心开发技术为前处理、求解器和后处理,融合了数学、物理学、计算机科学与工程学。数学与物理学是CAE软件的核心,提供求解方法和物理场应用的基础。工程学在通用流程和垂直领域应用的知识,为CAE解决现实问题提供支撑。计算机科学使用语言编程和算法封装,是连接底层算法和外层工程学应用的纽带,提供仿真过程的算力及交互模块。
工业仿真CAE软件的分类方式多样。根据应用的覆盖范围,CAE软件可以分为通用型和专用型,通用型覆盖范围广,能针对多种类型产品的物理性能进行分析、模拟、预测和优化;专用型则专注于定行业场景和特定CAE环节,针对行业场景中较为密集的物理场分析。按照功能模块分类,可以分为求解器类、前处理类、后处理类等。按照物理场分类,可以分为结构仿真、流体仿真、电磁仿真、热仿真、声学仿真、多物理场耦合仿真。
工业仿真CAE软件覆盖全部研发流程,能够将现实模型化,为企业提供理想的产品设计方案,在产品设计、测试和生产阶段全方位提供仿真能力分析,帮助企业缩短研发周期、降低生产风险、降低资金成本、提高生产效率。
工业仿真CAE软件的产业链上游是软件开发基础设施,中游是软件开发及应用,下游是多种应用领域。国外CAE巨头如西门子、ANSYS多年来开发求解器,将业务线贯穿软件的基础设施和开发;国内厂家也在软件开发上有所建树,能够将产品落地到汽车、工程机械等应用领域。
由于CAE软件开发难度较大,国内CAE软件国产化程度极低。国内CAE市场前十大供应商中没有一家国产企业,内资厂商在国内市场占比约为9%,在所有工业软件细分市场中排名倒数第一。国内通用CAE软件的关键技术自主可控程度较低,并且在产品化、集成化和规模化上与国外软件还有非常大的差距。国内专用CAE软件在覆盖度、成熟度、易用性等方面相比国外软件,仍有较大差距。
2021年中国CAE市场规模约为57.3亿元人民币,其中国防军工市场规模约达16.2亿元人民币占比近30%。未来五年,国防军队现代化建设与国产替代需求强劲,将继续驱动军工应用保持较高景气度。同时,制造业央企国企的信创化发展方向确定,关键软件国产化落地在即,民用市场需求同样进入加速发展阶段。而随着CAE总体下游行业研发投入增加及CAE软件渗透率提升,预计2026年中国CAE市场规模将达142.7亿元,未来五年年均复合增长率达到20%。
从市场结构看,CAR软件市场占比约为72%,CAE服务占比28%。按照下游应用领域分布,排名第一的结构仿真产品占比38%,其应用范围最为广泛,在军工、航空航天、汽车、工业装备等行业都有所使用。电磁仿真占比20%,下游应用电子高科技行业保持高速发展,而且技术门槛相对较低。其后是流体动力学占比15%,显式动力学占比10%,优化分析占比6%。
附:近年来,我国大力支持工业软件及CAE软件发展,陆续出台多个利好政策,推动国产CAE软件产业生态体系建设。
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