2023年中國(guó)CAE軟件行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀、競(jìng)爭(zhēng)格局及趨勢(shì)分析：數(shù)字孿生結(jié)合CAE市場(chǎng)前景廣闊[圖]

內(nèi)容概況：制造業(yè)轉(zhuǎn)型帶來(lái)的大量需求，疊加國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程加速以及打擊盜版力度的加大，國(guó)內(nèi)CAE軟件市場(chǎng)規(guī)模迎來(lái)爆發(fā)。同時(shí)出于對(duì)先進(jìn)制造和信息安全問(wèn)題的考慮，國(guó)產(chǎn)研發(fā)設(shè)計(jì)類(lèi)工業(yè)軟件進(jìn)入國(guó)內(nèi)大型企業(yè)的步伐將加快，國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)外工業(yè)軟件的逐步替代將成為工業(yè)軟件行業(yè)的長(zhǎng)期趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年中國(guó)CAE軟件行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為25.9億元，同比增長(zhǎng)18.8%，增速快于全球，國(guó)產(chǎn)化率從2016年的7.0%提升至2022年的16.2%。

關(guān)鍵詞：工業(yè)軟件、CAE軟件、CAE、仿真軟件

一、CAE用于工業(yè)模擬仿真，被譽(yù)為“工業(yè)軟件皇冠上的明珠”

工業(yè)軟件是在工業(yè)制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的軟件，包括系統(tǒng)軟件、編程語(yǔ)言、應(yīng)用軟件和中間件等。按照產(chǎn)品形態(tài)、用途和特點(diǎn)的不同，工業(yè)軟件市場(chǎng)可進(jìn)一步細(xì)分為研發(fā)設(shè)計(jì)類(lèi)、生產(chǎn)控制類(lèi)、經(jīng)營(yíng)管理類(lèi)以及運(yùn)維服務(wù)類(lèi)。在多類(lèi)工業(yè)軟件中，研發(fā)設(shè)計(jì)類(lèi)工業(yè)軟件主要作用是提升企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)工作領(lǐng)域的能力和效率，該類(lèi)軟件具有集中度高、開(kāi)發(fā)難度大、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、資金需求高等特征，是工業(yè)軟件中非常重要的類(lèi)別，也是國(guó)內(nèi)最為“卡脖子”和薄弱的環(huán)節(jié)之一。

計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）是指在產(chǎn)品/工程設(shè)計(jì)階段用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)產(chǎn)品/工程項(xiàng)目的工作狀態(tài)、行為進(jìn)行基于物理模型的模擬，來(lái)預(yù)測(cè)其功能可用性、可靠性、效率和安全性等，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品/工程的設(shè)計(jì)優(yōu)化，保證產(chǎn)品/工程達(dá)到預(yù)期功能并滿足各種性能指標(biāo)。按其研究的物理場(chǎng)，可分為結(jié)構(gòu)、流體、電磁、聲學(xué)、光學(xué)等以及多學(xué)科耦合的模擬仿真。因其涉及學(xué)科廣泛、模型復(fù)雜，被譽(yù)為“工業(yè)軟件皇冠上的明珠”。

CAE軟件分為前處理、求解器和后處理三大模塊，其中求解器為CAE軟件的核心。前處理過(guò)程中，用戶在GUI為求解器提供/生成實(shí)際的幾何模型和空間網(wǎng)格，選擇物理模型和數(shù)值求解算法及其參數(shù)，根據(jù)實(shí)際工況設(shè)置求解的邊界條件；求解器旨在求解數(shù)學(xué)物理模型對(duì)應(yīng)的方程，可基于不同的計(jì)算策略，利用有限差分法、有限體積法、直接模擬蒙特卡洛方法、分的子動(dòng)力學(xué)等求解方法，來(lái)求解復(fù)雜的N-S方程、麥克斯韋方程等，求解器決定了仿真模型的計(jì)算精度和計(jì)算效率；求解過(guò)程結(jié)束后，后處理模塊可以為客戶提供可視化的界面，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行提取、分析和多方式的展示。

二、工業(yè)基礎(chǔ)薄弱帶來(lái)大量需求，CAE國(guó)產(chǎn)替代是長(zhǎng)期趨勢(shì)

自2019年以來(lái)，美國(guó)的科技封鎖導(dǎo)致我國(guó)多家科研機(jī)構(gòu)和研究所被禁用基礎(chǔ)工業(yè)軟件。實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)自主可控，維護(hù)國(guó)家安全成為國(guó)家需求，研發(fā)設(shè)計(jì)類(lèi)CAE軟件國(guó)產(chǎn)化替代需求迫切。出于形勢(shì)和安全考慮，國(guó)家高度重視相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推出一系列政策促進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展，推動(dòng)工業(yè)軟件領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化替代，促進(jìn)國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件快速進(jìn)入受制裁的科研院所和企業(yè)，并逐漸加快融入其他大型企業(yè)生產(chǎn)流程。未來(lái)，實(shí)現(xiàn)自主可控的國(guó)產(chǎn)化替代將成為行業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)。

我國(guó)工業(yè)軟件市場(chǎng)與工業(yè)增加值嚴(yán)重不匹配。2021年，全球工業(yè)軟件產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到4,561億美元；中國(guó)工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模為人民幣2,414億元，我國(guó)工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模僅為全球的7.95%，但我國(guó)工業(yè)增加值占全球比重卻接近30%，兩者嚴(yán)重不相符，存在近3倍的差距。工業(yè)軟件作為支撐中國(guó)制造的底層設(shè)計(jì)能力已經(jīng)被社會(huì)各界普遍認(rèn)識(shí)，同時(shí)國(guó)家層面正視我國(guó)工業(yè)軟件尤其是工業(yè)基礎(chǔ)軟件實(shí)力薄弱，空心化較為嚴(yán)重的事實(shí)。同時(shí)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)面臨急劇轉(zhuǎn)型的階段，將帶來(lái)大量的研發(fā)設(shè)計(jì)類(lèi)軟件需求。

三、汽車(chē)市場(chǎng)應(yīng)用占比最大，國(guó)防及航空航天市場(chǎng)增速最快

CAE行業(yè)由上游的軟件開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施、中游軟件開(kāi)發(fā)及應(yīng)用以及下游應(yīng)用領(lǐng)域組成。上游的軟件開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施主要包括軟件求解器、基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品以及硬件設(shè)備等；中游軟件開(kāi)發(fā)及應(yīng)用主要包括CAE軟件開(kāi)發(fā)以及CAE咨詢(xún)等；下游應(yīng)用領(lǐng)域主要是汽車(chē)、工程機(jī)械、航空航天、電子、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。

CAE軟件主要用于汽車(chē)、國(guó)防軍工、電子電氣、醫(yī)療設(shè)備等高端制造業(yè)。汽車(chē)一直是CAE軟件最主要的需求終端，2021年占比為30.05%，國(guó)防與航空航天的市場(chǎng)增長(zhǎng)最快，占比僅次于汽車(chē)，達(dá)到24.82%，其次是電子、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域。CAE軟件涉及流體、結(jié)構(gòu)、光學(xué)、聲學(xué)、電磁、測(cè)控、多學(xué)科等多個(gè)方向，目前市場(chǎng)需求最大的細(xì)分領(lǐng)域?yàn)榻Y(jié)構(gòu)、流體、電磁三大類(lèi)，數(shù)據(jù)顯示流體仿真市場(chǎng)占比約30%、結(jié)構(gòu)仿真占比約35%、電磁仿真占比約20%，其他仿真占比約15%。

相關(guān)報(bào)告：智研咨詢(xún)發(fā)布的《中國(guó)CAE行業(yè)市場(chǎng)全景評(píng)估及發(fā)展策略分析報(bào)告》

四、全球市場(chǎng)規(guī)模受下游應(yīng)用需求持續(xù)擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)迎來(lái)爆發(fā)增長(zhǎng)

21世紀(jì)以來(lái)，一方面CAE技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，尤其是高性能計(jì)算的發(fā)展而快速發(fā)展，各類(lèi)仿真算法涌現(xiàn)，軟件的仿真精度、效率等大幅提升，商業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域高速拓展。同時(shí)，CAE領(lǐng)域行業(yè)集中度不斷提升，大軟件公司為提升分析技術(shù)、拓寬應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)范圍，CAE行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模隨著下游行業(yè)需求規(guī)模不斷擴(kuò)大而增加。數(shù)據(jù)顯示，2022年全球CAE行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為105億美元，同比增長(zhǎng)17%。

就國(guó)內(nèi)市場(chǎng)而言，制造業(yè)轉(zhuǎn)型帶來(lái)的大量需求，疊加國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程加速以及打擊盜版力度的加大，國(guó)內(nèi)CAE軟件市場(chǎng)規(guī)模迎來(lái)爆發(fā)。同時(shí)出于對(duì)先進(jìn)制造和信息安全問(wèn)題的考慮，國(guó)產(chǎn)研發(fā)設(shè)計(jì)類(lèi)工業(yè)軟件進(jìn)入國(guó)內(nèi)大型企業(yè)的步伐將加快，國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)外工業(yè)軟件的逐步替代將成為工業(yè)軟件行業(yè)的長(zhǎng)期趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年中國(guó)CAE軟件行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為25.9億元，同比增長(zhǎng)18.8%，增速快于全球，國(guó)產(chǎn)化率從2016年的7.0%提升至2022年的16.2%。

五、行業(yè)高度集中，海外企業(yè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)占據(jù)較大市場(chǎng)份額

從行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，海外廠商起步早、收入體量大，頭部企業(yè)集中度高。數(shù)據(jù)顯示，2021年全球CAE前三大供應(yīng)商Ansys、西門(mén)子和達(dá)索系統(tǒng)市占率總計(jì)77%，行業(yè)集中度非常高。國(guó)內(nèi)CAE軟件起步較晚且發(fā)展緩慢，20世紀(jì)90年代引入海外廠商后始終被其占據(jù)主要市場(chǎng)。2021年中國(guó)制造業(yè)CAE市場(chǎng)中，前三大廠商均為海外CAE廠商，共占45.8%的份額。

目前國(guó)內(nèi)CAE行業(yè)主要包括三類(lèi)廠商，1）專(zhuān)注CAE軟件廠商：其主營(yíng)業(yè)務(wù)主要圍繞CAE軟件展開(kāi)，該類(lèi)廠商目前可進(jìn)一步分為兩類(lèi)，①經(jīng)典CAE仿真軟件公司：如索辰科技、英特仿真、上海東峻等，其專(zhuān)注于通用型及定制化的本地部署CAE軟件，目前在逐步向云化、數(shù)字孿生等領(lǐng)域進(jìn)行拓展；②新興商業(yè)模式CAE廠商：如云道智造、數(shù)巧科技等，其主要以云化的CAE為主要產(chǎn)品方向。2）CAD廠商衍生至CAE軟件業(yè)務(wù)：如Autodesk、達(dá)索橫向拓展CAE業(yè)務(wù)，若實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)/仿真一體化，軟件效率將提升。3）以海外CAE產(chǎn)品代理為主的廠商：如安世亞太，其最早將仿真技術(shù)和TRIZ體系引入中國(guó)，與歐美最大仿真技術(shù)咨詢(xún)服務(wù)公司CADFEM和全球最大仿真技術(shù)公司Ansys建立了緊密的合作關(guān)系，目前開(kāi)啟自研CAE軟件道路?？傮w來(lái)看，國(guó)內(nèi)廠商在產(chǎn)品方面已實(shí)現(xiàn)一定程度的突破，并且在探索新的商業(yè)模式，未來(lái)核心在于產(chǎn)品供給持續(xù)迭代下，如何積累更加豐富的算例，以及打破海外廠商沉淀的客戶生態(tài)。

六、市場(chǎng)趨向多物理場(chǎng)耦合、全流程協(xié)同、云化，數(shù)字孿生市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊

行業(yè)持續(xù)迭代，多物理場(chǎng)耦合、全流程協(xié)同、云化為CAE行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。1）多物理場(chǎng)耦合：仿真場(chǎng)景日漸復(fù)雜，需要在多物理場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)耦合的情況下進(jìn)行仿真。在真實(shí)工況下，各個(gè)物理參數(shù)往往會(huì)互相影響，原先CAE仿真軟件需在多個(gè)單一學(xué)科軟件中進(jìn)行多次往返計(jì)算，計(jì)算結(jié)果的精確性無(wú)法滿足需求，多物理場(chǎng)耦合仿真將底層求解公式進(jìn)行融合，計(jì)算結(jié)果更精確、仿真效率更高。此外，除多物理場(chǎng)耦合，CAE有望實(shí)現(xiàn)材料、化學(xué)、生物等多學(xué)科結(jié)合，如2014年達(dá)索收購(gòu)acclrys，現(xiàn)更名為BIOVIA，BIOVIA主要側(cè)重生物科學(xué)。2020年西門(mén)子收購(gòu)了計(jì)算化學(xué)公司Culgi，Culgi軟件可以提供量子化學(xué)和分子模擬功能。2）全流程協(xié)同：未來(lái)CAE軟件將向仿真、測(cè)試、材料、反饋優(yōu)化環(huán)節(jié)全流程進(jìn)行協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果輔助設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化。3）云仿真和SaaS化：解決CAE求解對(duì)企業(yè)帶來(lái)的算力、硬件成本投入大問(wèn)題，提升工業(yè)流程效率，易于儲(chǔ)存?zhèn)浞菀约坝脩糁g的協(xié)作。SaaS交付的產(chǎn)品首次付費(fèi)的價(jià)格更友好，軟件部署及更新便捷，中小企業(yè)接受度高。

數(shù)字孿生結(jié)合CAE，將實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體虛擬模型仿真驗(yàn)證，助力未來(lái)智能化制造。字孿生技術(shù)是智能制造的核心技術(shù)之一，是以數(shù)據(jù)與模型的集成融合為核心的新模式，通過(guò)在數(shù)字空間實(shí)時(shí)構(gòu)建物理對(duì)象（包括資產(chǎn)、行為、過(guò)程等）的精準(zhǔn)數(shù)字化映射，基于分析預(yù)測(cè)形成最佳綜合決策，實(shí)現(xiàn)工業(yè)全業(yè)務(wù)流程的閉環(huán)優(yōu)化。數(shù)字孿生結(jié)合CAE軟件，本質(zhì)上是在傳統(tǒng) CAE 的基礎(chǔ)上疊加人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將研發(fā)設(shè)計(jì)延伸到產(chǎn)品制造全生命流程。CAE 基于第一性原理或稱(chēng)為基于物理機(jī)理的方法來(lái)預(yù)測(cè)物理世界的未來(lái)狀態(tài)，這使得人們可以在數(shù)字孿生體中提前查看產(chǎn)品的運(yùn)行是否正常、預(yù)知故障何時(shí)發(fā)生以及故障發(fā)生的后果。根據(jù)數(shù)字孿生體反映出的問(wèn)題，調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案或運(yùn)行策略，直到對(duì)預(yù)測(cè)的結(jié)果滿意后再操作物理實(shí)體。這樣會(huì)減少事故發(fā)生、降低設(shè)計(jì)和運(yùn)行成本、加快產(chǎn)品迭代進(jìn)程，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢(xún)（yhcgw.cn）發(fā)布的《中國(guó)CAE行業(yè)市場(chǎng)全景評(píng)估及發(fā)展策略分析報(bào)告》。智研咨詢(xún)是中國(guó)領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢(xún)機(jī)構(gòu)，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、商業(yè)計(jì)劃書(shū)、可行性研究報(bào)告及定制服務(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢(xún)服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢(xún)】公眾號(hào)，每天及時(shí)掌握更多行業(yè)動(dòng)態(tài)。