2024年计算机辅助工程(CAE)产业现状与发展前景趋势

2024年计算机辅助工程(CAE)产业现状与发展前景趋势LOGO01行业发展概述行业定义、行业特点、发展历程02行业环境分析政治环境、经济环境、社会环境、技术环境、发展驱动因素03行业现状分析行业现状、行业痛点、行业建议04行业格局及趋势行业发展趋势、行业格局、代表企业目录

CONTENTS01行业发展概述行业定义、行业特点、发展历程行业定义CAE（ComputerAidedEngineering），即计算机辅助工程，是广泛应用于工业制造业产品研发设计过程中的一种技术工具，通过模拟产品在结构强度、热传导、刚度、运动学等方面的工作状态和表现，CAE可为产品功能、性能的可用性和可靠性提供依据，为企业产品设计提供决策支持，可助力企业降低设计风险、优化设计方案、提升设计效率。作为实现计算机仿真分析功能的载体，CAE软件具有愈加完善和强大的功能，已广泛应用于汽车、航空航天、电子装备、国防军工等工业制造业领域，其主要优点包括:①CAE软件可助力企业寻求理想的产品设计方案，为设计决策提供支持；②CAE软件可协助设计人员预先发现潜在问题，将故障纠正转变为故障预防，降低设计变更风险、减少处理产品故障的成本；③CAE软件可模拟多种实际情景，减少物理实验所引发的时间和资金成本。根据软件的适用范围进行划分，CAE软件可以分为通用CAE软件和专用CAE软件两类。行业产业链上游中游下游中国CAE行业由上游的软件开发基础设施、中游软件开发及应用以及下游应用领域组成。上游的软件开发基础设施主要包括软件求解器、基础软件产品以及硬件设备等；中游软件开发及应用主要包括CAE软件开发以及CAE咨询等；下游应用领域主要是汽车、工程机械、航空航天、电子、交通运输等行业。软件求解器、基础软件产品、硬件设备CAE软件开发、CAE咨询汽车、工程机械、航空航天、电子、交通运输软件求解器、基础软件产品、硬件设备CAE软件开发、CAE咨询汽车、工程机械、航空航天、电子、交通运输产业链上游上游CAE软件开发基础设施主要由软件求解器、基础软件产品以及硬件设备组成。CAE软件的求解器是软件开发的核心，求解器的源代码是由数学、力学、材料物理等相关学科知识的代码化而成，是CAE软件竞争力的核心，决定了CAE软件的求解能力。求解器源代码的提供方以高校、研究所、CAE开发厂商的专家、科学家为代表，源代码作为CAE软件的核心组成，具有开发周期长、开发难度高的特点，因此具有较高的知识产权价值，在产业链中占据价值的“制高点”。在基础软件产品方面，操作系统、数据库、中间件等组件为CAE软件开发、运行、集成应用提供基础运行平台与环境。基础软件产品具有较高的技术成熟度，其供应渠道较为稳定、产品相对充足，对于中游CAE软件开发商限制较小；在硬件设备方面，主机、存储器、交换机、路由器等设备为CAE软件开发、运行提供物理环境，尽管硬件设备必不可少，但是在CAE软件开发的成本占比中，硬件设备的成本占比较少，对于CAE软件开发限制较小。此外，随着计算机水平和规模化生产程度的持续加深，各类硬件设备的性能和功能逐渐提升、生产成本逐步下降，而硬件设备市场供应量的提升有望加剧硬件设备的市场竞争，因此对于中游CAE软件开发商的影响将进一步降低。产业链中游CAE行业中游是CAE软件的开发以及应用环节，参与主体主要由CAE软件开发商和CAE咨询商组成。CAE软件开发商主要负责软件开发、为下游企业提供技术支持服务和行业应用解决方案等，CAE软件开放商将核心求解器源代码封装于软件开发所用的框架中，开发具有网格设计与划分、流体动力分析、动力学分析、优化分析等仿真分析功能的通用性和专用性CAE软件，并且提供行业解决方案以满足制造业企业用户的应用需求；CAE咨询商为下游企业提供工程领域内仿真工具使用指导、仿真流程评估与优化、仿真软件的部署实施以及一站式行业解决方案等服务，以助力企业解决实际工程问题。一方面，CAE软件的开发与系统集成有助于刺激上游软件产品、硬件设备等基础设施的市场需求、带动上游相关产业的发展；另一方面，CAE软件在下游工业制造业企业实施产品设计、仿真测试、功能验证等具体业务过程中起到重要作用，有助于提升企业工程研发设计的效率与能力。因此CAE软件开发商在产业链中具有较强的议价能力。依托于规模、资金、技术水平、市场资源等优势，以ANSYS、达索系统、MSC为代表的国外CAE开发商在中国CAE行业中占据领先且较为牢固的市场地位，其旗下的CAE软件产品稳定性和可靠性较强、在下游各行业领域应用广泛。这类龙头企业在软件开发、提供软件部署实施服务、市场推广、商业运作等方面具有较强的竞争优势，在业内CAE开发商中具有较高的议价权。产业链下游CAE在汽车、工程机械、航空航天、电子、交通运输等行业的应用较为广泛，CAE对于下游广大制造业企业的重要性愈加提升，在助力企业提升产品研发设计效率、减少设计变更成本、缩减产品开发周期等方面具有重要作用。以应用成熟度而言，CAE在中国航天、汽车、航空领域中的应用处于主导地位:CAE在中国航天领域中的应用起步较早，而且由于航天领域的物理实验成本较高，大部分实验的进行依赖于CAE而完成，CAE在此领域的辅助作用突出、体现出最高的应用成熟度；汽车领域的发展较快，CAE在此领域中的应用成熟度次于航天领域；CAE在航空领域中的应用成熟度处于第三的位置，随着航空领域的发展，产品设计、功能验证等业务对于CAE的应用逐渐加深，CAE的应用成熟度提升。从市场份额占比分析，CAE在汽车、高铁轨道交通、电子装备制造领域中的应用处于主导地位。以CAE在汽车领域的应用为例，CAE软件功能强大、专业性强，覆盖流体分析、多体动力学、碰撞安全、结构耐久性等多个功能领域，在汽车整车开发流程中的概念阶段、工程化阶段和验证阶段应用成熟度较高，可应用于流体分析、动力学分析、耐久性分析、防撞性分析等典型场景中，助力北美、中国、日本、德国等多个国家的汽车企业实现汽车零部件及整车的产品设计、开发。02行业发展环境分析政治环境、经济环境、社会环境、技术环境、发展驱动因素行业政治环境1工信部《软件和信息技术服务业“十二五”发展规划》:提出要重点关注工业产品研发设计、生产控制、生产管理等关键环节，推进工业软件应用和产业化进程，推动计算机辅助设计和辅助制造（CAD/CAM）、计算机辅助工程（CAE）、制造执行管理系统（MES）等工业软件在航空、航天、机械、汽车、电子等工业领域的广泛应用。《关于促进信息消费扩大内需的若干意见》:提出要针对工业企业信息化、智能化的发展需求，着力提升核心业务信息系统、大型应用系统等关键技术，加快推进工业软件产业化，以工业控制系统软件的应用促进企业信息化进程，提升企业集成应用和业务协同创新水平《中国制造2025》:提出要着力发展新一代信息技术产业，大力开发安全领域操作系统等工业基础软件，加快提升智能设计仿真、制造物联与服务等高端工业软件技术，开发高端工业平台软件和应用软件以及推进工业软件体系化发展和产业化应用。行业政治环境201020304提出要在现有制造资源的基础上，推进云制造平台和服务平台的建设，大力发展工业软件，加快建设智能制造生态体系，推动传感器、智能仪表、控制系统、工业软件等领域内配套企业的发展，深化中小企业智能化和生产线自动化改造进程。政治环境《智能制造发展规划（2016-2020年）》提出要大力发展高端工业软件的研发和应用，提高工业软件产品的供给能力，强化软件在支撑制造业中的基础性作用，建立研发设计、生产制造、经营管理等领域的工业云、工业大数据平台，着力推进工业软件产业生态体系。《软件和信息技术服务业发展规划（2016-2020年）》提出要加快建立工业控制系统、高端工业软件、云计算平台等产业基础，推进工业互联网平台建设和应用推广，大力发展信息化基础较好、转型升级需求迫切的行业领域。《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》将着力突破CAD、CAE等工业软件，推进操作系统与芯片、数据库、中间件及各类应用软件的集成、适配、优化，引导企业提升产品化发展能力。鼓励重点领域骨干企业先试先用，增强中高端软件的供给能力。《十四五规划纲要及2035远景目标》经济环境工业软件产业成新蓝海，长期存五倍增长空间。中国是全世界唯一拥有联合国产业分类中所列全部工业门类的国家，已经成为全球制造业规模最大的经济体，2018年全年工业增加值突破30万亿，如此巨大的产业规模体量，对工业软件的需求非常旺盛。与此同时，中国工业软件市场市规模与发达国家相比仍然很小，市场规模在全球的占比仅为个位数，工业软件销售额远远落后于北美、欧洲等发达国家。数据显示，中国工业增加值全球占比接近30%，而同期工业软件市场规模全球占比不足6%，两者严重不相符，存在五倍的差距。长期来看，中国正在从制造大国向制造强国迈进，不断加快的产业转型升级进程必将为工业软件带来更加广阔的增长空间。中国工业软件产业正迎来巨大的“蓝海”市场，长期存在五倍的增长空间。经济环境社会环境101

02CAE技术是企业创新和转型的最基本手段，中国企业和国际标杆企业的仿真条件差别并不大，但是仿真的命运却天壤之别。在国际标杆企业，仿真是设计的必备手段，可以替代大多数的试验，在研发全程成为设计的依据;而在中国企业，仿真只是设计的“选修课”，只是试验的“附属品”，多数情况下是在研发后期进行设计校核。在国际标杆企业，“仿真驱动研发"已经成为企业战略，而在中国，仿真在很多企业的价值仍然是"锦上添花"。CAE在开发深度和使用效果方面远没有达到应有的程度。信息化与智能化的发展靠硬件，更要靠软件。国内工业软件研发与应用存在的短板必须彻底解决，实现自主可控的工业软件研发和应用体系，智能制造才能持续发展。目前我国主流商用CAE软件大多数来自欧美发达国家，其市场占有率高达97%，垄断大多数核心技术。随着国家对工业软件的安全性日益重视，国内自主CAE软件的发展迫在眉睫。社会环境2在产品设计与改进中，CAE可以减少式样次数、缩短产品开发周期、降低产品开发费用、降低设计风险、优化设计方案、提升设计效率；工业制造已成为中美博弈的重要领域，工业产品研发设计离不开工业软件，中国即使自主研发工业产品，所需的软件仍然被欧美垄断。行业驱动因素行业支持政策CAE应用广泛、市场潜力大下游制造业的转型升级关键技术的革新推动CAE软件水平提升15页发展驱动因素replaceSrc0政府出台的行业支持政策有助于推动CAE技术发展、健全行业标准体系、促进CAE软件行业应用、加快建立产业生态体系，对于助力下游工业企业智能化、信息化进程具有重要意义。CAE广泛应用于汽车、航空航天、国防军工、电子装备等制造业，下游行业的产品研发对于CAE具有较大的市场需求，有助于驱动业内CAE软件水平的提升、CAE行业解决方案及相关服务的持续完善。为产品研发的效率、成本、可控性提出了更高的要求，消费者对于产品安全性、经济性、美观性等各方面性能指标的需求也愈加严苛，有助于推动CAE软件在功能性、可理解性、稳定性、可用性等方面性能的革新以及行业解决方案的专业度和定制化程度的提升。随着下游行业中、小、微型企业对于CAE认知度的逐渐提升，CAE市场需求也有望持续扩增。计算机图形技术、三维实体造型技术、数据交换技术、工程数据管理技术的革新是推动CAE软件水平提升的重要驱动力。关键技术的革新持续推动了CAE软件水平的提升，主要体现在:（1）软件操作界面更加用户友好，用户可理解性和可交互性更强；（2）软件建模仿真时，模型的颗粒度更高、精细度更佳，保证了仿真分析的精确性和可参考性；（3）软件的数据处理和求解能力愈加强大，可满足愈加严苛的仿真需求；（4）软件数据标准性提升，不同CAE软件输出的数据、文件格式可转换性更强。03行业发展现状分析行业现状、行业痛点、行业建议行业现状中国CAE市场由国外软件开发商占据主导地位，得益于较强的工业化程度、所在国政府的长期扶持、产业投资等利好因素，国外软件开发商得以在CAE行业深耕，在关键技术、核心算法、软件开发等方面积累较深，而在成熟的商业化和市场化运作的帮助下，以法国达索系统、美国ANSYS为代表的国外软件厂商的CAE产品具备了较强的竞争优势和行业影响力。受限于政府扶持力度弱、工业制造业水平尚待提高、人才储备有限等因素，中国本土CAE厂商竞争力不足。中国本土CAE软件在稳定性、功能性等方面与外资CAE软件存在一定的差距，大部分本土CAE厂商仅针对行业应用需求和企业研发需要，提供定制化的软件开发服务，服务应用覆盖面较窄。国际制造业向中国转移趋势的加深以及中国装备制造业的进一步发展，为中国工业、制造业等行业的发展提供了较好的发展环境。由于CAE可帮助设计人员及时洞察产品性能表现、有效控制设计更改成本、同时有助于提高产品质量和可靠性，这些优势使得CAE在工业设计仿真、运动学和动力学分析、机电系统设计等工业制造业中的细分功能领域具有较为广阔的发展前景。行业市场规模近5年来，中国CAE行业市场容量持续稳定释放，市场规模从2014年的24亿元增长至2018年的42亿元，年复合增长率为16%。在“智能制造”所带动的制造业转型升级以及下游行业用户对CAE认知度和重视度持续提升的大背景下，CAE软件对于辅助企业产品研发生产的重要性将日益凸显。此外，应对于广大中型、小型和微型企业的市场需求，CAE咨询市场有望进一步发展而逐渐成熟，CAE市场容量有望持续扩大，到2023年将达到115亿元行业现状01

02CAE应用广泛、市场潜力大以CAE在汽车领域中的应用为例，目前CAE在汽车整车及零部件研发的应用成熟度较高，广泛应用于德国、日本、美国、中国各大汽车品牌的新品开发中。CAE可应用于汽车研发流程中的概念设计、样车试制、性能优化等各环节，包括结构强度分析、安全性能分析、多体动力学分析等具体应用场景，能够助力研发团队提升产品设计效率、缩短研发周期、降低研发成本和风险以及提升产品质量。制造业水平有待提高、AE软件发展未得到重视本土CAE软件研发水平较低，在与外资CAE软件的竞争中处于下风，这与中国工业制造业水平受限、CAE软件发展未得到充分重视等因素有关。外资CAE软件在业内具有较强的领先优势，主要得益于美国、德国等国的工业制造业水平进步，对于计算机仿真在国家制造业发展中的重视程度较高，以及政府主体在CAE软件开发方面资金、时间投入高等因素，如美国将建模仿真技术视为国家制造业发展中的核心和服务于国家利益的关键，因而对于CAE相关的技术积累、软件开发和行业应用重视度较高，通过战略投资和产业培育等举措大力扶持CAE的发展。得益于美国较强的工业制造业水平、长期资金投入、持续的技术积累等因素，ANSYS、MSC等软件在业内拥有较强的影响力。行业痛点010203本土CAE软件市场化发展起步较晚，市场化程度较低，造成了本土CAE软件市场影响力和话语权较弱的态势，对于行业发展产生制约作用。以市场化进程而言，相比于国外大型商业化CAE软件公司自上世纪60年代成立继而开始了市场化进程，中国本土商业化CAE软件开发落后四十余年，市场化进程滞后、市场化程度较低。较低的市场化程度致使本土CAE软件厂商议价能力弱于国外厂商，国外、本土厂商发展程度差异较大，市场成熟度较低，这制约了行业发展。CAE软件开发在上世纪80、90年代的发展形势较好，中国高校、研究所等主体开发了一批具有自主知识产权的有限元分析软件，比如郑州机械研究所开发的紫瑞CAE、航空工业总公司开发的APOLANS等。然而，自90年代起，由于未得到充分重视，CAE软件开发得到的资金支持较低，对于软件开发产生了较大的限制作用，造成了目前本土CAE软件研发实力偏弱的局面。达索、欧特克、西门子等海外竞争对手在市场竞争中总体上仍处于优势地位，尤其在国内中高端巿场仍然处于主导地位。如海外竞争对手依靠巿场影响力强、品牌知名度高等优势改变在国内的营销策略，则公司国内市场份额存在被蚕食的风险﹔由于国产化加速，国内本土竞争对手的竞争也可能加剧。本土CAE软件市场较为零散、市场化程度低中国工业制造业水平有待提高、本土CAE软件发展未得到充分重视市场竞争加剧04行业格局及趋势行业格局、发展趋势、代表企业行业竞争格局CAE软件开发细分市场的参与厂商包括以ANSYS、达索系统、西门子PLM、MSC为代表的外资软件厂商，和以北京安怀信科技股份有限公司（以下简称“安怀信”）、英特工程仿真技术有限公司、北京海基科技发展有限责任公司（以下简称“海基科技”）为代表的中国本土软件厂商。受惠于美国、德国、法国等国家较高的工业化程度，海外CAE开发商在技术研发、软件开发、商业运作、市场推广等方面起步较早、积累较深，其推出的各大CAE软件产品具有较高的通用性、稳定性和可靠性，且商业化程度较高，发展至今在下游工业制造业企业中拥有较高的知名度和影响力。以汽车领域为例，ANSYS的Fluent、达索系统的SimPACK分别在流体分析、多体动力学分析领域具有领先优势，以成熟而稳定的行业应用和功能特性为通用、福特、本田、日产等大型汽车企业提供服务。海外龙头CAE厂商在发展过程中也通过并购中、小型CAE厂商以拓展CAE产品线和提升市场份额，以达索系统为例，其早期的发展聚焦于CAD领域，而后通过一系列的并购逐步将产品业务线延伸至CAE领域，如2005年收购结构仿真分析软件ABAQUS、2014年收购多体运动仿真软件SimPACK，达索系统通过一系列并购既实现了从计算机建模领域到计算机仿真领域的跨越式发展、拓展了业务布局，也增强了其在CAD/CAE领域的行业影响力和市场占比。本土CAE厂商发展较晚，受限于上世纪80、90年代个人计算机保有量有限、市场推广不力、研发投入较低等因素，本土CAE厂商发展经历了一端沉寂期，发展至今在软件功能性、厂商整体竞争力等方面距离海外CAE厂商尚存较大差距。本土CAE厂商主要深耕于特定行业，为客户提供价格较低、专业性较强的CAE软件，并由此提升市场份额，代表厂商包括聚焦于透平行业的合肥太泽透平、深耕军工行业的上海索辰信息科技有限公司、从事电磁仿真行业的上海东峻等。此外，本土CAE厂商也通过CAE软件的二次开发为用户提供定制化的软件服务，比如深圳市有限元科技有限公司、ANSYS的代理商安世亚太科技股份有限公司（以下简称“安世亚太”）等。CAE软件开发细分市场的市场集中度较高，其中外资CAE软件的市场份额占据九成左右，优势明显。本土CAE软件方面，随着工业制造业企业对计算机仿真分析的认知度逐渐提升，为数众多的企业使用CAE进行工程、产品创新设计的意愿将持续提升，因此CAE市场容量有望进一步释放，而本土CAE软件厂商有望借此良机，以高性价比的软件和定制化的服务满足特定行业的市场需求，进而实现客户规模的增长以及市场份额的提升。相比于CAE软件开发细分市场，CAE咨询细分市场成熟度不高，但得益于日益增长的市场需求而发展较快。业内从事CAE咨询的厂商数量较多，竞争格局相对分散，代表厂商包括以安怀信、安世亚太为代表的中国本土厂商，以及ANSYS、Altair等外资CAE软件厂商。外资CAE软件厂商除软件营销业务外，也提供CAE咨询服务，凭借着对CAE软件的了解和行业应用经验的积累，外资CAE软件厂商为客户提供CAE相关的技术支持服务以助力企业解决实际工程问题。添加标题04行业发展趋势添加标题03添加标题02添加标题01CAE“上云“随着CAE行业的持续发展，CAE“上云”将成为行业未来的发展趋势。CAE“上云”是指借助云计算服务实现CAE仿真求解的过程，凭借CAE云服务，用户可以通过上传计算文件、选择求解器、确定配置参数等步骤，利用云计算平台进行数值仿真以辅助产品设计分析。CAE咨询细分市场快速发展CAE在助力企业提升产品开发效率、缩减产品开发周期等方面具有突出作用，随着CAE在汽车、航空航天、轨道交通等行业领域中应用的持续深化，制造业企业对于CAE的认知度逐渐提升、对于CAE应用的市场需求有望持续增长。以企业规模而言，下游中型、小型和微型企业众多，而由于资金储备有限，这类企业培养专业CAE人才或者购买高价商用CAE软件的意愿有限。因此，针对这类企业而提供的CAE工程解决方案和配套服务具有较高的经济效益，CAE咨询市场具有较大的市场增长潜力。本土CAE企业仿真标准和规范逐渐完善健全CAE仿真标准与规范对于CAE企业发展具有重要意义，CAE分析规范化有助于规范产品知识、软件技能各异的设计人员在不同设计环节的处理方式，进而确保同一仿真问题处理结果的一致性，有效地避免了多余的流程