作為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系之魂和工業(yè)企業(yè)運營大腦，工業(yè)軟件是支撐我國發(fā)展和創(chuàng)新的隱形國之重器，其本質(zhì)是工業(yè)技術(shù)知識、流程的程序化封裝與復(fù)用。而其中，研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件是基于數(shù)學(xué)、物理原理等基礎(chǔ)學(xué)科，與某個或多個學(xué)科和專業(yè)具有強關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)性工業(yè)軟件，是支撐工業(yè)體系運作的核心。研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件以CAx（CAD/CAE/CAM）為代表，且CAD、CAE、CAM之間環(huán)環(huán)相扣，貫穿研發(fā)設(shè)計到產(chǎn)品制造的整個周期。從流程上看，CAx分別通過前后的互相反饋和反復(fù)修改完成產(chǎn)品從設(shè)計到生產(chǎn)的準(zhǔn)備工作。

　　CAx軟件之間互相緊密聯(lián)系，CAD軟件占據(jù)初始設(shè)計端口，適用性更廣泛，CAE和CAM有賴于CAD來發(fā)揮各自功能。隨著CAx軟件的發(fā)展，CAx廠商逐漸打通上下游產(chǎn)品的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)設(shè)計、仿真與數(shù)字化制造無縫結(jié)合，如國外巨頭達索系統(tǒng)、西門子、PTC等公司產(chǎn)品線均涵蓋CAD/CAE/ CAM，國內(nèi)研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件廠商如中望軟件、數(shù)碼大方、華天軟件等也基于自身CAD軟件基礎(chǔ)逐步向CAE和CAM 延伸發(fā)展一體化平臺。

　　一、CAE軟件的應(yīng)用場景與價值分析

　　CAE仿真分析軟件最主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車、航空航天和電子電氣，截至2021年底三大下游應(yīng)用領(lǐng)域占比超過 60%。

　　以CAE仿真分析軟件主要應(yīng)用領(lǐng)域之一的汽車行業(yè)整車設(shè)計為例，整車開發(fā)設(shè)計流程可分為五個階段：在架構(gòu)階段、戰(zhàn)略階段和概念階段同時進行后（約24個月），CAE技術(shù)可介入開發(fā)階段（約14個月）、產(chǎn)品及生產(chǎn)成熟階段（約 19個月）。在開發(fā)階段，CAE軟件通過各種仿真模擬和測試分析，將汽車內(nèi)外部的關(guān)鍵參數(shù)可視化，模擬汽車的實際運行狀態(tài)，并通過測試和調(diào)節(jié)，優(yōu)化汽車整車和零部件性能。在開發(fā)階段的CAE仿真分析主要包含結(jié)構(gòu)強度設(shè)計分析、疲勞分析、NVH分析、流場（CFD）和熱分析、電磁分析等五類應(yīng)用場景。通過CAE仿真分析軟件，整車設(shè)計環(huán)節(jié)可實現(xiàn)：縮短產(chǎn)品研制周期；減少開發(fā)費用；優(yōu)化整車和零部件性能。

　　二、CAE軟件發(fā)展歷程與國內(nèi)市場滯后原因

　　國外CAE軟件市場發(fā)展可分為三個時期：1990年代中期以前為發(fā)展期，海外企業(yè)以軟件技術(shù)提升與功能拓展為主， Ansys、達索、Altair等企業(yè)紛紛成立；1990年代中期至2000 年代中期為壯大期，海外企業(yè)以拓展市場為主、功能提升為輔，形成了包含眾多單元類型、材料模型及分析功能豐富的 CAE軟件產(chǎn)品；2000年代中期至現(xiàn)在為成熟期，美歐頭部企業(yè)持續(xù)通過企業(yè)并購實現(xiàn)橫向擴展，并形成市場壟斷，而 CAE軟件也由核心技術(shù)發(fā)展轉(zhuǎn)向概念創(chuàng)新發(fā)展。

　　同時期，國產(chǎn)CAE軟件市場也同樣經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：1990年代中期以前為技術(shù)發(fā)展期，彼時我國的CAE技術(shù)主要以算法理論及程序編制與提升計算性能為主，屬于國家科研項目，相關(guān)科研成果商業(yè)化程度較低；1990年代中期至2000年代中期是國內(nèi)CAE軟件的沉寂期，國外CAE軟件由于政策許可迅速占領(lǐng)國內(nèi)市場，而國產(chǎn)CAE軟件的發(fā)展則受限于科研資金投入不足等因素；2000年代中期至現(xiàn)在為國產(chǎn) CAE軟件商業(yè)化運作的萌芽期，在國家陸續(xù)推出一系列幫扶政策后，中國本土CAE軟件開發(fā)商逐漸開啟國內(nèi)CAE軟件的市場化道路。

　　縱觀CAE軟件發(fā)展歷程，國產(chǎn)CAE和國際廠商仍存在較大差距，相比于國外CAE市場，國產(chǎn)CAE軟件發(fā)展滯后的主要原因在于關(guān)鍵技術(shù)自主可控程度較低，且商業(yè)化開發(fā)不足。經(jīng)過前期高校、科研院所和商業(yè)公司的技術(shù)沉淀，隨著國家政策利好、更多企業(yè)玩家涌入市場，未來我國CAE軟件市場將進入商業(yè)化熱潮。

　　三、CAE市場規(guī)模與主要驅(qū)動力

　　2021年全球CAE市場規(guī)模約為620億元人民幣，隨著CAx 技術(shù)融合以及下游應(yīng)用需求的增長，全球CAE市場預(yù)計在 2026年將達到1,304億元人民幣，年均復(fù)合增長率達16.0%。 2021年中國CAE市場規(guī)模約為57.3億元人民幣，占全球CAE 市場份額的9.2%，隨著下游汽車、航空航天、電子電氣等重點行業(yè)整體研發(fā)投入增加及CAE滲透率提升，預(yù)計2026年中國CAE市場規(guī)模將增至142.5億元人民幣，年均復(fù)合增長率達 20.0%。預(yù)計在國產(chǎn)化替代加速的推動下，未來一段時間內(nèi)中國市場增速將持續(xù)高于全球市場。

　　我國CAE市場增長的主要驅(qū)動力來源于技術(shù)發(fā)展、下游需求的推動以及政策利好。

　　1.CAE和CAD技術(shù)融合及虛擬現(xiàn)實技術(shù)增強產(chǎn)品可用性

　　自上世紀(jì)90年代開始，海外CAE企業(yè)和CAD企業(yè)之間開始整合并購，CAE軟件在與CAD軟件的融合過程中不斷強化其前處理能力，有助于提升求解效率。同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)為工程數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法，改善CAE使用體驗，推動CAE軟件在復(fù)雜的三維實體建模及相關(guān)的靜態(tài)和動態(tài)圖形處理技術(shù)方面的新發(fā)展。

　　2.定制化服務(wù)+中小微型企業(yè)需求持續(xù)加大，刺激本土 CAE商業(yè)發(fā)展

　　近年，國內(nèi)CAE下游各行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域市場需求龐大，盡管國外CAE軟件廠商在市場中具有較強的領(lǐng)先優(yōu)勢，但不能完全滿足中國工程、制造業(yè)等領(lǐng)域內(nèi)研發(fā)、生產(chǎn)、制造、建設(shè)等環(huán)節(jié)中的仿真設(shè)計需求，市場中存在較多圍繞特定行業(yè)應(yīng)用而催生的CAE軟件二次開發(fā)業(yè)務(wù)，為中國本土CAE軟件的市場化發(fā)展提供契機。

　　3.國家出臺一系列幫扶政策，應(yīng)對工業(yè)軟件“卡脖子” 問題

　　從對華為、中興禁用EDA到對哈工大禁用MATLAB，美國抓住中國在EDA、CAE等研發(fā)軟件上的“短板”，對相關(guān)產(chǎn)業(yè)和研究進行精準(zhǔn)打擊。因此，國家出臺一系列政策支持國產(chǎn)工業(yè)軟件的發(fā)展，從政策引導(dǎo)、稅收優(yōu)惠、到明確提出要發(fā)揮舉國體制優(yōu)先攻克關(guān)鍵領(lǐng)域“卡脖子”技術(shù)，為國產(chǎn)工業(yè)軟件的長期發(fā)展提供了強大支撐。

　　四、CAE軟件行業(yè)發(fā)展趨勢

　　隨著智能化技術(shù)成熟度提升、下游行業(yè)需求日漸多樣化，未來CAE軟件行業(yè)主要發(fā)展趨勢是設(shè)計仿真一體化、軟件云端化以及并購與整合壯大版圖與生態(tài)。

　　1.設(shè)計仿真一體化

　　CAD代表的建模設(shè)計和CAE代表的仿真分析兩大技術(shù)方向的不斷融合集成，符合工業(yè)軟件一體化發(fā)展和產(chǎn)品進化的趨勢。由于工業(yè)仿真分析的數(shù)據(jù)交互能夠不斷反饋并促進設(shè)計模型的修正和優(yōu)化，越來越多的工業(yè)軟件廠商正在CAD 環(huán)境中嘗試加入CAE來融合設(shè)計與仿真分析，從而提升整個工業(yè)流程的效率和準(zhǔn)確度，推動智能制造發(fā)展。近年，海外 CAE巨頭已通過收購、合作等方式實現(xiàn)業(yè)務(wù)橫向發(fā)展，如達索系統(tǒng)接連收購EXA等仿真軟件、Ansys與PTC聯(lián)合開發(fā)“仿真驅(qū)動設(shè)計”解決方案等。

　　2.軟件云端化

　　隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，工業(yè)軟件上云也成為行業(yè)大勢所趨，由此推動軟件部署、應(yīng)用和開發(fā)方式的發(fā)展，通過訂閱制收費模式將有效促進廠商的商業(yè)模式升級，而License授權(quán)銷售方式將進一步推動軟件正版化。工業(yè)仿真CAE軟件領(lǐng)軍廠商如Ansys、西門子、Autodesk等增加云化研發(fā)投入和產(chǎn)品布局，頭部廠商內(nèi)部生態(tài)演化整合進程將加快，云計算產(chǎn)業(yè)和工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)通趨于緊密孕育良性生態(tài)循環(huán)。

　　3.并購與整合壯大版圖與生態(tài)

　　以歐美工業(yè)軟件巨頭的發(fā)展史為例，隨著技術(shù)發(fā)展、生態(tài)擴張和并購加劇，工業(yè)軟件行業(yè)最終將演化成以寡頭壟斷為主的競爭格局。CAD、CAE等研發(fā)設(shè)計工業(yè)軟件廠商將不斷通過核心技術(shù)并購、產(chǎn)業(yè)鏈上下游并購、行業(yè)垂直領(lǐng)域并購等多種方式來擴大市場份額和拓展生態(tài)體系。

　　五、CAE市場競爭格局與主要玩家

　　當(dāng)前全球CAE市場中少數(shù)領(lǐng)先企業(yè)如Ansys、達索、西門子、Hexagon AB、Altair五家企業(yè)合計占據(jù)全球近50%的市場份額。在中國市場，目前國外廠商仍占據(jù)主導(dǎo)地位，其起步早且具備深厚的技術(shù)積累，產(chǎn)品矩陣完備，銷售服務(wù)和產(chǎn)品部署形式偏傳統(tǒng)IT廠商。

　　內(nèi)資廠商整體發(fā)展較晚，離外資廠商有一定技術(shù)差距，更加專注在細分行業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)，其中根據(jù)不同產(chǎn)品形式和發(fā)展路線，內(nèi)資廠商又可分為創(chuàng)新型和傳統(tǒng)型。創(chuàng)新型內(nèi)資廠商嘗試在商業(yè)模式、產(chǎn)品部署形式、細分專業(yè)領(lǐng)域、個性化服務(wù)等方面突破創(chuàng)新，形成差異化競爭優(yōu)勢，而傳統(tǒng)型內(nèi)資廠商通常進入該市場的時間較早，相較于創(chuàng)新型內(nèi)資廠商具備一定的先發(fā)優(yōu)勢和規(guī)?；?jīng)營優(yōu)勢。

　　CAE仿真分析軟件在眾多工業(yè)領(lǐng)域的增收降本效果顯著，通過各類仿真分析實現(xiàn)產(chǎn)品性能的充分驗證和有效提升。目前國產(chǎn)軟件尚處于技術(shù)研發(fā)和商業(yè)化初期，但在國家對關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化的幫扶政策以及下游行業(yè)需求的推動下，國產(chǎn)CAE企業(yè)重新掀起投資熱潮，并將迎來發(fā)展黃金期。

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