2023年中國CAE軟件行業(yè)市場現(xiàn)狀、競爭格局及趨勢分析：數(shù)字孿生結合CAE市場前景廣闊[圖]

內容概況：制造業(yè)轉型帶來的大量需求，疊加國產化替代進程加速以及打擊盜版力度的加大，國內CAE軟件市場規(guī)模迎來爆發(fā)。同時出于對先進制造和信息安全問題的考慮，國產研發(fā)設計類工業(yè)軟件進入國內大型企業(yè)的步伐將加快，國產工業(yè)軟件實現(xiàn)對國外工業(yè)軟件的逐步替代將成為工業(yè)軟件行業(yè)的長期趨勢。據(jù)統(tǒng)計，2022年中國CAE軟件行業(yè)市場規(guī)模約為25.9億元，同比增長18.8%，增速快于全球，國產化率從2016年的7.0%提升至2022年的16.2%。

關鍵詞：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)領域應用的軟件，包括系統(tǒng)軟件、編程語言、應用軟件和中間件等。按照產品形態(tài)、用途和特點的不同，工業(yè)軟件市場可進一步細分為研發(fā)設計類、生產控制類、經營管理類以及運維服務類。在多類工業(yè)軟件中，研發(fā)設計類工業(yè)軟件主要作用是提升企業(yè)在產品研發(fā)工作領域的能力和效率，該類軟件具有集中度高、開發(fā)難度大、開發(fā)周期長、資金需求高等特征，是工業(yè)軟件中非常重要的類別，也是國內最為“卡脖子”和薄弱的環(huán)節(jié)之一。

計算機輔助工程（CAE）是指在產品/工程設計階段用計算機軟件對產品/工程項目的工作狀態(tài)、行為進行基于物理模型的模擬，來預測其功能可用性、可靠性、效率和安全性等，實現(xiàn)產品/工程的設計優(yōu)化，保證產品/工程達到預期功能并滿足各種性能指標。按其研究的物理場，可分為結構、流體、電磁、聲學、光學等以及多學科耦合的模擬仿真。因其涉及學科廣泛、模型復雜，被譽為“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。前處理過程中，用戶在GUI為求解器提供/生成實際的幾何模型和空間網格，選擇物理模型和數(shù)值求解算法及其參數(shù)，根據(jù)實際工況設置求解的邊界條件；求解器旨在求解數(shù)學物理模型對應的方程，可基于不同的計算策略，利用有限差分法、有限體積法、直接模擬蒙特卡洛方法、分的子動力學等求解方法，來求解復雜的N-S方程、麥克斯韋方程等，求解器決定了仿真模型的計算精度和計算效率；求解過程結束后，后處理模塊可以為客戶提供可視化的界面，對模擬結果進行提取、分析和多方式的展示。

二、工業(yè)基礎薄弱帶來大量需求，CAE國產替代是長期趨勢

自2019年以來，美國的科技封鎖導致我國多家科研機構和研究所被禁用基礎工業(yè)軟件。實現(xiàn)關鍵技術自主可控，維護國家安全成為國家需求，研發(fā)設計類CAE軟件國產化替代需求迫切。出于形勢和安全考慮，國家高度重視相關產業(yè)發(fā)展，推出一系列政策促進產業(yè)數(shù)字化發(fā)展，推動工業(yè)軟件領域的國產化替代，促進國產工業(yè)軟件快速進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)生產流程。未來，實現(xiàn)自主可控的國產化替代將成為行業(yè)的長期發(fā)展趨勢。

我國工業(yè)軟件市場與工業(yè)增加值嚴重不匹配。2021年，全球工業(yè)軟件產品市場規(guī)模達到4,561億美元；中國工業(yè)軟件市場規(guī)模為人民幣2,414億元，我國工業(yè)軟件市場規(guī)模僅為全球的7.95%，但我國工業(yè)增加值占全球比重卻接近30%，兩者嚴重不相符，存在近3倍的差距。工業(yè)軟件作為支撐中國制造的底層設計能力已經被社會各界普遍認識，同時國家層面正視我國工業(yè)軟件尤其是工業(yè)基礎軟件實力薄弱，空心化較為嚴重的事實。同時我國產業(yè)結構面臨急劇轉型的階段，將帶來大量的研發(fā)設計類軟件需求。

三、汽車市場應用占比最大，國防及航空航天市場增速最快

CAE行業(yè)由上游的軟件開發(fā)基礎設施、中游軟件開發(fā)及應用以及下游應用領域組成。上游的軟件開發(fā)基礎設施主要包括軟件求解器、基礎軟件產品以及硬件設備等；中游軟件開發(fā)及應用主要包括CAE軟件開發(fā)以及CAE咨詢等；下游應用領域主要是汽車、工程機械、航空航天、電子、交通運輸?shù)刃袠I(yè)。

CAE軟件主要用于汽車、國防軍工、電子電氣、醫(yī)療設備等高端制造業(yè)。汽車一直是CAE軟件最主要的需求終端，2021年占比為30.05%，國防與航空航天的市場增長最快，占比僅次于汽車，達到24.82%，其次是電子、醫(yī)療設備、工業(yè)設備等領域。CAE軟件涉及流體、結構、光學、聲學、電磁、測控、多學科等多個方向，目前市場需求最大的細分領域為結構、流體、電磁三大類，數(shù)據(jù)顯示流體仿真市場占比約30%、結構仿真占比約35%、電磁仿真占比約20%，其他仿真占比約15%。

相關報告：智研咨詢發(fā)布的《中國CAE行業(yè)市場全景評估及發(fā)展策略分析報告》

四、全球市場規(guī)模受下游應用需求持續(xù)擴大，國內市場迎來爆發(fā)增長

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

就國內市場而言，制造業(yè)轉型帶來的大量需求，疊加國產化替代進程加速以及打擊盜版力度的加大，國內CAE軟件市場規(guī)模迎來爆發(fā)。同時出于對先進制造和信息安全問題的考慮，國產研發(fā)設計類工業(yè)軟件進入國內大型企業(yè)的步伐將加快，國產工業(yè)軟件實現(xiàn)對國外工業(yè)軟件的逐步替代將成為工業(yè)軟件行業(yè)的長期趨勢。據(jù)統(tǒng)計，2022年中國CAE軟件行業(yè)市場規(guī)模約為25.9億元，同比增長18.8%，增速快于全球，國產化率從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)勢占據(jù)較大市場份額

從行業(yè)競爭格局來看，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前三大供應商Ansys、西門子和達索系統(tǒng)市占率總計77%，行業(yè)集中度非常高。國內CAE軟件起步較晚且發(fā)展緩慢，20世紀90年代引入海外廠商后始終被其占據(jù)主要市場。2021年中國制造業(yè)CAE市場中，前三大廠商均為海外CAE廠商，共占45.8%的份額。

目前國內CAE行業(yè)主要包括三類廠商，1）專注CAE軟件廠商：其主營業(yè)務主要圍繞CAE軟件展開，該類廠商目前可進一步分為兩類，①經典CAE仿真軟件公司：如索辰科技、英特仿真、上海東峻等，其專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)字孿生等領域進行拓展；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為主要產品方向。2）CAD廠商衍生至CAE軟件業(yè)務：如Autodesk、達索橫向拓展CAE業(yè)務，若實現(xiàn)設計/仿真一體化，軟件效率將提升。3）以海外CAE產品代理為主的廠商：如安世亞太，其最早將仿真技術和TRIZ體系引入中國，與歐美最大仿真技術咨詢服務公司CADFEM和全球最大仿真技術公司Ansys建立了緊密的合作關系，目前開啟自研CAE軟件道路?？傮w來看，國內廠商在產品方面已實現(xiàn)一定程度的突破，并且在探索新的商業(yè)模式，未來核心在于產品供給持續(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、市場趨向多物理場耦合、全流程協(xié)同、云化，數(shù)字孿生市場應用前景廣闊

行業(yè)持續(xù)迭代，多物理場耦合、全流程協(xié)同、云化為CAE行業(yè)發(fā)展趨勢。1）多物理場耦合：仿真場景日漸復雜，需要在多物理場、化學場耦合的情況下進行仿真。在真實工況下，各個物理參數(shù)往往會互相影響，原先CAE仿真軟件需在多個單一學科軟件中進行多次往返計算，計算結果的精確性無法滿足需求，多物理場耦合仿真將底層求解公式進行融合，計算結果更精確、仿真效率更高。此外，除多物理場耦合，CAE有望實現(xiàn)材料、化學、生物等多學科結合，如2014年達索收購acclrys，現(xiàn)更名為BIOVIA，BIOVIA主要側重生物科學。2020年西門子收購了計算化學公司Culgi，Culgi軟件可以提供量子化學和分子模擬功能。2）全流程協(xié)同：未來CAE軟件將向仿真、測試、材料、反饋優(yōu)化環(huán)節(jié)全流程進行協(xié)同發(fā)展，實現(xiàn)仿真結果輔助設計參數(shù)的優(yōu)化。3）云仿真和SaaS化：解決CAE求解對企業(yè)帶來的算力、硬件成本投入大問題，提升工業(yè)流程效率，易于儲存?zhèn)浞菀约坝脩糁g的協(xié)作。SaaS交付的產品首次付費的價格更友好，軟件部署及更新便捷，中小企業(yè)接受度高。

數(shù)字孿生結合CAE，將實現(xiàn)物理實體虛擬模型仿真驗證，助力未來智能化制造。字孿生技術是智能制造的核心技術之一，是以數(shù)據(jù)與模型的集成融合為核心的新模式，通過在數(shù)字空間實時構建物理對象（包括資產、行為、過程等）的精準數(shù)字化映射，基于分析預測形成最佳綜合決策，實現(xiàn)工業(yè)全業(yè)務流程的閉環(huán)優(yōu)化。數(shù)字孿生結合CAE軟件，本質上是在傳統(tǒng) CAE 的基礎上疊加人工智能、大數(shù)據(jù)技術和物聯(lián)網技術，將研發(fā)設計延伸到產品制造全生命流程。CAE 基于第一性原理或稱為基于物理機理的方法來預測物理世界的未來狀態(tài)，這使得人們可以在數(shù)字孿生體中提前查看產品的運行是否正常、預知故障何時發(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題，調整產品設計方案或運行策略，直到對預測的結果滿意后再操作物理實體。這樣會減少事故發(fā)生、降低設計和運行成本、加快產品迭代進程，提高產品質量和可靠性。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（rainbowgiftswholesale.com）發(fā)布的《中國CAE行業(yè)市場全景評估及發(fā)展策略分析報告》。智研咨詢是中國領先產業(yè)咨詢機構，提供深度產業(yè)研究報告、商業(yè)計劃書、可行性研究報告及定制服務等一站式產業(yè)咨詢服務。您可以關注【智研咨詢】公眾號，每天及時掌握更多行業(yè)動態(tài)。