逆流而上，CAE软件赋能工业制造智改数砖

　　作为现代产业体系之魂和工业企业运营大脑，工业软件是支撑我国发展和创新的隐形国之重器，其本质是工业技术知识、流程的程序化封装与复用。而其中，研发设计类工业软件是基于数学、物理原理等基础学科，与某个或多个学科和专业具有强关联性的基础性工业软件，是支撑工业体系运作的核心。研发设计类工业软件以CAx（CAD/CAE/CAM）为代表，且CAD、CAE、CAM之间环环相扣，贯穿研发设计到产品制造的整个周期。从流程上看，CAx分别通过前后的互相反馈和反复修改完成产品从设计到生产的准备工作。

　　CAx软件之间互相紧密联系，CAD软件占据初始设计端口，适用性更广泛，CAE和CAM有赖于CAD来发挥各自功能。随着CAx软件的发展，CAx厂商逐渐打通上下游产品的数据传输，实现设计、仿真与数字化制造无缝结合，如国外巨头达索系统、西门子、PTC等公司产品线均涵盖CAD/CAE/ CAM，国内研发设计类工业软件厂商如中望软件、数码大方、华天软件等也基于自身CAD软件基础逐步向CAE和CAM 延伸发展一体化平台。

　　一、CAE软件的应用场景与价值分析

　　CAE仿真分析软件最主要的应用领域包括汽车、航空航天和电子电气，截至2021年底三大下游应用领域占比超过 60%。

　　以CAE仿真分析软件主要应用领域之一的汽车行业整车设计为例，整车开发设计流程可分为五个阶段：在架构阶段、战略阶段和概念阶段同时进行后（约24个月），CAE技术可介入开发阶段（约14个月）、产品及生产成熟阶段（约 19个月）。在开发阶段，CAE软件通过各种仿真模拟和测试分析，将汽车内外部的关键参数可视化，模拟汽车的实际运行状态，并通过测试和调节，优化汽车整车和零部件性能。在开发阶段的CAE仿真分析主要包含结构强度设计分析、疲劳分析、NVH分析、流场（CFD）和热分析、电磁分析等五类应用场景。通过CAE仿真分析软件，整车设计环节可实现：缩短产品研制周期；减少开发费用；优化整车和零部件性能。

　　二、CAE软件发展历程与国内市场滞后原因

　　国外CAE软件市场发展可分为三个时期：1990年代中期以前为发展期，海外企业以软件技术提升与功能拓展为主， Ansys、达索、Altair等企业纷纷成立；1990年代中期至2000 年代中期为壮大期，海外企业以拓展市场为主、功能提升为辅，形成了包含众多单元类型、材料模型及分析功能丰富的 CAE软件产品；2000年代中期至现在为成熟期，美欧头部企业持续通过企业并购实现横向扩展，并形成市场垄断，而 CAE软件也由核心技术发展转向概念创新发展。

　　同时期，国产CAE软件市场也同样经历了三个发展阶段：1990年代中期以前为技术发展期，彼时我国的CAE技术主要以算法理论及程序编制与提升计算性能为主，属于国家科研项目，相关科研成果商业化程度较低；1990年代中期至2000年代中期是国内CAE软件的沉寂期，国外CAE软件由于政策许可迅速占领国内市场，而国产CAE软件的发展则受限于科研资金投入不足等因素；2000年代中期至现在为国产 CAE软件商业化运作的萌芽期，在国家陆续推出一系列帮扶政策后，中国本土CAE软件开发商逐渐开启国内CAE软件的市场化道路。

　　纵观CAE软件发展历程，国产CAE和国际厂商仍存在较大差距，相比于国外CAE市场，国产CAE软件发展滞后的主要原因在于关键技术自主可控程度较低，且商业化开发不足。经过前期高校、科研院所和商业公司的技术沉淀，随着国家政策利好、更多企业玩家涌入市场，未来我国CAE软件市场将进入商业化热潮。

　　三、CAE市场规模与主要驱动力

　　2021年全球CAE市场规模约为620亿元人民币，随着CAx 技术融合以及下游应用需求的增长，全球CAE市场预计在 2026年将达到1,304亿元人民币，年均复合增长率达16.0%。 2021年中国CAE市场规模约为57.3亿元人民币，占全球CAE 市场份额的9.2%，随着下游汽车、航空航天、电子电气等重点行业整体研发投入增加及CAE渗透率提升，预计2026年中国CAE市场规模将增至142.5亿元人民币，年均复合增长率达 20.0%。预计在国产化替代加速的推动下，未来一段时间内中国市场增速将持续高于全球市场。

　　我国CAE市场增长的主要驱动力来源于技术发展、下游需求的推动以及政策利好。

　　1.CAE和CAD技术融合及虚拟现实技术增强产品可用性

　　自上世纪90年代开始，海外CAE企业和CAD企业之间开始整合并购，CAE软件在与CAD软件的融合过程中不断强化其前处理能力，有助于提升求解效率。同时，虚拟现实技术为工程数据可视化提供了新的描述方法，改善CAE使用体验，推动CAE软件在复杂的三维实体建模及相关的静态和动态图形处理技术方面的新发展。

　　2.定制化服务+中小微型企业需求持续加大，刺激本土 CAE商业发展

　　近年，国内CAE下游各行业应用领域市场需求庞大，尽管国外CAE软件厂商在市场中具有较强的领先优势，但不能完全满足中国工程、制造业等领域内研发、生产、制造、建设等环节中的仿真设计需求，市场中存在较多围绕特定行业应用而催生的CAE软件二次开发业务，为中国本土CAE软件的市场化发展提供契机。

　　3.国家出台一系列帮扶政策，应对工业软件“卡脖子” 问题

　　从对华为、中兴禁用EDA到对哈工大禁用MATLAB，美国抓住中国在EDA、CAE等研发软件上的“短板”，对相关产业和研究进行精准打击。因此，国家出台一系列政策支持国产工业软件的发展，从政策引导、税收优惠、到明确提出要发挥举国体制优先攻克关键领域“卡脖子”技术，为国产工业软件的长期发展提供了强大支撑。

　　四、CAE软件行业发展趋势

　　随着智能化技术成熟度提升、下游行业需求日渐多样化，未来CAE软件行业主要发展趋势是设计仿真一体化、软件云端化以及并购与整合壮大版图与生态。

　　1.设计仿真一体化

　　CAD代表的建模设计和CAE代表的仿真分析两大技术方向的不断融合集成，符合工业软件一体化发展和产品进化的趋势。由于工业仿真分析的数据交互能够不断反馈并促进设计模型的修正和优化，越来越多的工业软件厂商正在CAD 环境中尝试加入CAE来融合设计与仿真分析，从而提升整个工业流程的效率和准确度，推动智能制造发展。近年，海外 CAE巨头已通过收购、合作等方式实现业务横向发展，如达索系统接连收购EXA等仿真软件、Ansys与PTC联合开发“仿真驱动设计”解决方案等。

　　2.软件云端化

　　随着工业互联网的发展，工业软件上云也成为行业大势所趋，由此推动软件部署、应用和开发方式的发展，通过订阅制收费模式将有效促进厂商的商业模式升级，而License授权销售方式将进一步推动软件正版化。工业仿真CAE软件领军厂商如Ansys、西门子、Autodesk等增加云化研发投入和产品布局，头部厂商内部生态演化整合进程将加快，云计算产业和工业产业链的联通趋于紧密孕育良性生态循环。

　　3.并购与整合壮大版图与生态

　　以欧美工业软件巨头的发展史为例，随着技术发展、生态扩张和并购加剧，工业软件行业最终将演化成以寡头垄断为主的竞争格局。CAD、CAE等研发设计工业软件厂商将不断通过核心技术并购、产业链上下游并购、行业垂直领域并购等多种方式来扩大市场份额和拓展生态体系。

　　五、CAE市场竞争格局与主要玩家

　　当前全球CAE市场中少数领先企业如Ansys、达索、西门子、Hexagon AB、Altair五家企业合计占据全球近50%的市场份额。在中国市场，目前国外厂商仍占据主导地位，其起步早且具备深厚的技术积累，产品矩阵完备，销售服务和产品部署形式偏传统IT厂商。

　　内资厂商整体发展较晚，离外资厂商有一定技术差距，更加专注在细分行业领域产品开发，其中根据不同产品形式和发展路线，内资厂商又可分为创新型和传统型。创新型内资厂商尝试在商业模式、产品部署形式、细分专业领域、个性化服务等方面突破创新，形成差异化竞争优势，而传统型内资厂商通常进入该市场的时间较早，相较于创新型内资厂商具备一定的先发优势和规模化经营优势。

　　CAE仿真分析软件在众多工业领域的增收降本效果显著，通过各类仿真分析实现产品性能的充分验证和有效提升。目前国产软件尚处于技术研发和商业化初期，但在国家对关键技术国产化的帮扶政策以及下游行业需求的推动下，国产CAE企业重新掀起投资热潮，并将迎来发展黄金期。