內容概況：製造業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軟體市場規模迎來爆發。同時出於對先進位造和信息安全問題的考慮，國產研發設計類工業軟體進入國內大型企業的步伐將加快，國產工業軟體實現對國外工業軟體的逐步替代將成為工業軟體行業的長期趨勢。據統計，2022年中國CAE軟體行業市場規模約為25.9億元，同比增長18.8%，增速快於全球，國產化率從2016年的7.0%提升至2022年的16.2%。
關鍵詞：工業軟體、CAE軟體、CAE、仿真軟體
一、CAE用於工業模擬仿真，被譽為「工業軟體皇冠上的明珠」
工業軟體是在工業製造業領域應用的軟體，包括系統軟體、程式語言、應用軟體和中間件等。按照產品形態、用途和特點的不同，工業軟體市場可進一步細分為研發設計類、生產控制類、經營管理類以及運維服務類。在多類工業軟體中，研發設計類工業軟體主要作用是提升企業在產品研發工作領域的能力和效率，該類軟體具有集中度高、開發難度大、開發周期長、資金需求高等特徵，是工業軟體中非常重要的類別，也是國內最為「卡脖子」和薄弱的環節之一。
計算機輔助工程（CAE）是指在產品/工程設計階段用計算機軟體對產品/工程項目的工作狀態、行為進行基於物理模型的模擬，來預測其功能可用性、可靠性、效率和安全性等，實現產品/工程的設計優化，保證產品/工程達到預期功能並滿足各種性能指標。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、模型複雜，被譽為「工業軟體皇冠上的明珠」。
CAE軟體分為前處理、求解器和後處理三大模塊，其中求解器為CAE軟體的核心。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，選擇物理模型和數值求解算法及其參數，根據實際工況設置求解的邊界條件；求解器旨在求解數學物理模型對應的方程，可基於不同的計算策略，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，來求解複雜的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；求解過程結束後，後處理模塊可以為客戶提供可視化的介面，對模擬結果進行提取、分析和多方式的展示。
二、工業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軟體。實現關鍵技術自主可控，維護國家安全成為國家需求，研發設計類CAE軟體國產化替代需求迫切。出於形勢和安全考慮，國家高度重視相關產業發展，推出一系列政策促進產業數字化發展，推動工業軟體領域的國產化替代，促進國產工業軟體快速進入受制裁的科研院所和企業，並逐漸加快融入其他大型企業生產流程。未來，實現自主可控的國產化替代將成為行業的長期發展趨勢。
我國工業軟體市場與工業增加值嚴重不匹配。2021年，全球工業軟體產品市場規模達到4,561億美元；中國工業軟體市場規模為人民幣2,414億元，我國工業軟體市場規模僅為全球的7.95%，但我國工業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。工業軟體作為支撐中國製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軟體尤其是工業基礎軟體實力薄弱，空心化較為嚴重的事實。同時我國產業結構面臨急劇轉型的階段，將帶來大量的研發設計類軟體需求。
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行業由上游的軟體開發基礎設施、中游軟體開發及應用以及下游應用領域組成。上游的軟體開發基礎設施主要包括軟體求解器、基礎軟體產品以及硬體設備等；中游軟體開發及應用主要包括CAE軟體開發以及CAE諮詢等；下游應用領域主要是汽車、工程機械、航空航天、電子、交通運輸等行業。
CAE軟體主要用於汽車、國防軍工、電子電氣、醫療設備等高端製造業。汽車一直是CAE軟體最主要的需求終端，2021年占比為30.05%，國防與航空航天的市場增長最快，占比僅次於汽車，達到24.82%，其次是電子、醫療設備、工業設備等領域。CAE軟體涉及流體、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，數據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：智研諮詢發布的《2023-2029年中國CAE行業市場全景評估及發展策略分析報告》
四、全球市場規模受下游應用需求持續擴大，國內市場迎來爆發增長
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展而快速發展，各類仿真算法湧現，軟體的仿真精度、效率等大幅提升，商業化應用領域高速拓展。同時，CAE領域行業集中度不斷提升，大軟體公司為提升分析技術、拓寬應用領域和市場範圍，CAE行業市場規模隨著下遊行業需求規模不斷擴大而增加。數據顯示，2022年全球CAE行業市場規模約為105億美元，同比增長17%。
就國內市場而言，製造業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軟體市場規模迎來爆發。同時出於對先進位造和信息安全問題的考慮，國產研發設計類工業軟體進入國內大型企業的步伐將加快，國產工業軟體實現對國外工業軟體的逐步替代將成為工業軟體行業的長期趨勢。據統計，2022年中國CAE軟體行業市場規模約為25.9億元，同比增長18.8%，增速快於全球，國產化率從2016年的7.0%提升至2022年的16.2%。
五、行業高度集中，海外企業先發優勢占據較大市場份額
從行業競爭格局來看，海外廠商起步早、收入體量大，頭部企業集中度高。數據顯示，2021年全球CAE前三大供應商Ansys、西門子和達索系統市占率總計77%，行業集中度非常高。國內CAE軟體起步較晚且發展緩慢，20世紀90年代引入海外廠商後始終被其占據主要市場。2021年中國製造業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行業主要包括三類廠商，1）專注CAE軟體廠商：其主營業務主要圍繞CAE軟體展開，該類廠商目前可進一步分為兩類，經典CAE仿真軟體公司：如索辰科技、英特仿真、上海東峻等，其專注於通用型及定製化的本地部署CAE軟體，目前在逐步向雲化、數字孿生等領域進行拓展；新興商業模式CAE廠商：如雲道智造、數巧科技等，其主要以雲化的CAE為主要產品方向。2）CAD廠商衍生至CAE軟體業務：如Autodesk、達索橫向拓展CAE業務，若實現設計/仿真一體化，軟體效率將提升。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諮詢服務公司CADFEM和全球最大仿真技術公司Ansys建立了緊密的合作關係，目前開啟自研CAE軟體道路。總體來看，國內廠商在產品方面已實現一定程度的突破，並且在探索新的商業模式，未來核心在於產品供給持續疊代下，如何積累更加豐富的算例，以及打破海外廠商沉澱的客戶生態。
六、市場趨向多物理場耦合、全流程協同、雲化，數字孿生市場應用前景廣闊
行業持續疊代，多物理場耦合、全流程協同、雲化為CAE行業發展趨勢。1）多物理場耦合：仿真場景日漸複雜，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，各個物理參數往往會互相影響，原先CAE仿真軟體需在多個單一學科軟體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有望實現材料、化學、生物等多學科結合，如2014年達索收購acclrys，現更名為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軟體可以提供量子化學和分子模擬功能。2）全流程協同：未來CAE軟體將向仿真、測試、材料、反饋優化環節全流程進行協同發展，實現仿真結果輔助設計參數的優化。3）雲仿真和SaaS化：解決CAE求解對企業帶來的算力、硬體成本投入大問題，提升工業流程效率，易於儲存備份以及用戶之間的協作。SaaS交付的產品首次付費的價格更友好，軟體部署及更新便捷，中小企業接受度高。
數字孿生結合CAE，將實現物理實體虛擬模型仿真驗證，助力未來智能化製造。字孿生技術是智能製造的核心技術之一，是以數據與模型的集成融合為核心的新模式，通過在數字空間實時構建物理對象（包括資產、行為、過程等）的精準數字化映射，基於分析預測形成最佳綜合決策，實現工業全業務流程的閉環優化。數字孿生結合CAE軟體，本質上是在傳統 CAE 的基礎上疊加人工智慧、大數據技術和物聯網技術，將研發設計延伸到產品製造全生命流程。CAE 基於第一性原理或稱為基於物理機理的方法來預測物理世界的未來狀態，這使得人們可以在數字孿生體中提前查看產品的運行是否正常、預知故障何時發生以及故障發生的後果。根據數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後再操作物理實體。這樣會減少事故發生、降低設計和運行成本、加快產品疊代進程，提高產品質量和可靠性。
由智研諮詢專家團隊精心編制的《2023-2029年中國CAE行業市場全景評估及發展策略分析報告》（以下簡稱《報告》）重磅發布，《報告》旨在從國家經濟及產業發展的戰略入手，分析CAE行業未來的市場走向，挖掘CAE行業的發展潛力，預測CAE行業的發展前景，助力CAE行業的高質量發展。
本《報告》從2022年全國CAE行業發展環境、整體運行態勢、運行現狀、進出口、競爭格局等角度進行入手，系統、客觀的對我國CAE行業發展運行進行了深度剖析，展望2023年中國CAE行業發展趨勢。《報告》是系統分析2022年度中國CAE行業發展狀況的著作，對於全面了解中國CAE行業的發展狀況、開展與CAE行業發展相關的學術研究和實踐，具有重要的借鑑價值，可供從事CAE行業相關的政府部門、科研機構、產業企業等相關人員閱讀參考。
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