(1)全球CAE软件行业发展情况:CAE软件属于研发设计类工业软件,在产品设计过程中,能够起到优化设计方案、提升产品性能、大幅减少试验次数、提升研发效率等效果,是产品研发实现正向设计、原始创新的重要工具软件。美国是全球最早开始CAE软件开发的国家,美国航空航天局NASA于1966年提出发展世界第一套泛用型的有限元分析软件Nastran,并在1969年推出第一个版本。
20世纪70年代到80年代,随着数值计算理论的不断成熟,CAE技术也逐渐进入了蓬勃发展的时期,在市场中先后涌现了诸多专注于CAE软件研发的企业。同时,个人计算机的出现进一步推动了CAD和CAE技术的普及与发展。20世纪90年代,由于制造企业越来越多地受到生产成本和产品“上市时间”压力的推动,开始利用更多的自动化技术进行研发,包括更多的仿真分析软件,仿真分析也从结构、流体领域发展到电磁、声学、光学等多个领域,CAE市场得以强劲增长。同时,CAD技术经过三十年的发展,经历了从线框技术到曲面技术,再到参数化技术、变量化技术,为CAE技术的推广应用打下了坚实的基础。
21世纪以来,一方面CAE技术随着计算机技术,尤其是高性能计算的发展而快速发展,各类仿真算法涌现,软件的仿真精度、效率等大幅提升,商业化应用领域高速拓展。同时,CAE领域行业集中度不断提升,大软件公司为提升分析技术、拓宽应用领域和市场范围,不断加强对中小CAE软件企业的并购,安西斯、达索、西门子、MSC等CAE龙头企业通过市场并购和整合不断提升市场影响力。
CAE行业市场规模随着下游行业需求规模不断扩大而增加,2020年,全球CAE市场规模为81亿美元,市场集中度较高,主要被前三大供应商所主导,分别是西门子、安西斯和达索,总市场占有率约为47%。
(2)国内CAE软件行业发展情况:中国对CAE软件的研发最早可追溯至上世纪60年代,在解决刘家峡大坝应力分析计算中,我国老一辈科学家研制出我国第一个平面问题通用有限元程序。20世纪70年代,大连理工大学研制出了JIGFEX有限元分析软件,航空工业部研制了HAJIF系列程序。国内较早的将有限元方法及有限元软件应用于航空航天、土木、建筑和水利等工程领域。
20世纪80年代,通过引进、借鉴和吸收国外软件,国内CAE软件短暂呈现出百花齐放的繁荣格局,涌现出大连理工大学的JIFEX、北京大学SAP84等诸多优秀软件。
20世纪90年代以后,国内工业虽然持续快速发展,但是原始创新不足,对工业软件的市场需求不多,且国内计算机技术发展相对落后于欧美,导致国内CAE软件在市场与技术两方面落后于境外企业。
21世纪以来,随着境外CAE软件技术的进一步提升以及龙头企业逐步形成垄断优势,国内各类进口CAE软件的代理商、培训商、二次开发企业兴起,进一步压缩了本土CAE软件的发展空间,造成了“研发不及代理”的发展困境。根据《中国工业软件产业白皮书(2020)》的研究数据,国内市场目前前十大CAE软件企业均为境外软件厂商。根据《中国工业软件产业白皮书2020》,我国2018年CAE市场规模约为6亿美元,主要被国际巨头占据,国产化率较低。
中金企信国际咨询公布的《2023-2029年全球及中国CAE软件市场深度调研及投资可行性预测咨询报告》
(3)进入行业的主要壁垒:
1)技术壁垒:CAE软件是算法密集型的大型工业软件系统,融合了数学、物理学、计算数学、工程学等多学科的算法技术,涉及学科广,模型复杂,需要深厚的理论基础和持续的技术创新,技术门槛相对较高。产品的开发和改进创新需要多学科专业人才经历较长时间的技术研发才能实现,对于行业新进入者而言,短期内难以突破核心技术,形成了技术壁垒。
2)人才壁垒:CAE行业是一个多学科交叉、知识密集型的产业,需要大量综合性人才。早期进入行业的企业通过多年积累,拥有经验丰富、实力雄厚的研发队伍。新进入CAE行业的企业难以在短期内组建一支全面、优秀的人才团队,在研发人才储备方面追赶难度较大。
3)市场壁垒:从产品上看,CAE软件作为重要的研发设计类工业软件,可以实现产品设计方案的优化、提升产品性能、缩短开发周期、减少设计成本。客户会选择技术实力较强,能够协助其提升产品设计能力的供应商进行合作。行业内的领先企业在与下游客户长期紧密合作的过程中,会加深理解客户的需求,及时响应客户的反馈,能有效树立品牌效应,增加客户粘性,因此新进入者通常难以在短期内获得客户认同,形成市场壁垒。
(4)行业竞争企业分析:
目前,国内CAE软件主要品牌企业为:
(5)产业未来发展趋势分析:
1)以仿真为核心的“正向设计”是我国工业自主创新的必经之路:“正向设计”是指在产品设计过程中,从需求出发,通过各种设计理念、方法和工具设计出产品的各类要素,以制作一个全新的产品,与此对应的是“逆向工程”,是指对一项产品进行逆向剖析及研究,从而演绎并得出该产品的各类设计要素,以制作出功用相近,但又不完全相同的产品。
我国工业在发展过程中,从产业链角度,偏加工、组装和制造,但是前端的产品设计环节中,原始创新不足,正向设计能力欠缺,更多的是做“逆向工程”,然后通过人口红利、原材料价格等获得的成本优势而拓展市场,导致在高端制造领域与部分发达国家存在一定的差距,成为制约我国制造业转型升级的重要因素之一。
党的十八大以来,我国经济由高速增长转向了高质量发展,转变发展方式、优化经济结构、转换增长动能已经成为了刻不容缓的重要任务。在此背景下,推进新一代信息技术和工业制造业深度跨界融合,更加注重基础研究、注重原始创新、正向设计,提升企业的底层自主研发设计能力,成为实现从“中国制造”向“中国创造”转型的必由之路。
CAE仿真软件作为重要的研发设计类工业软件,可以实现产品设计方案的优化、提升产品性能、缩短开发周期、减少设计成本,并通过模拟仿真预测产品功能可用性、可靠性、效率和安全性等,是实现产品正向设计、原始创新的核心工具软件。
2)CAE技术融入到制造业的各个环节,重要性愈加凸显:随着竞争的加剧和客户需求的多样化,低附加值的产品或服务已经不能满足市场和环境发展的要求,现代制造业产品越来越复杂、功能越来越齐全,产品设计呈现数字化、专业化、集成化等特点。作为一种功能强大的工具软件产品,CAE软件正在成为数字空间和物理世界融合的最重要的工具,其所带来的核心变革是在产品全生命周期持续利用CAE技术实现对试验的替代。
当产品处于早期概念设计阶段时,技术人员可以通过CAE技术测试初始概念并寻求初始参数的最佳解,从而获得可靠的初步产品设计方案;在产品系统或详细设计阶段,开发人员可以通过CAE技术对产品或工程方案进行模拟,从而对产品设计方案进行不断优化;在产品制造阶段,CAE技术与人工智能的结合有助于确保成品制造的一致性,保证产品精确度和降低成本。总体而言,随着计算机技术的发展,CAE软件的功能不断加强,能够融入到制造业的各个环节,成为制造业企业提升创新创造能力的重要手段。
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