CAE软件市场分析

CAE软件市场分析工业软件的特点（一）工业软件终将走向寡头垄断格局软件行业由于复制成本极低，最终都会演变成寡头格局。从全球市场来看，在刚刚出现时，由于技术尚未稳定，可能市场格局较为分散，但各个环节、各个领域的工业软件市场最终都是由几个巨头瓜分。（二）产品需要生态协同不断打磨，以提升竞争力随着工业技术的不断发展，以及强者恒强的行业属性，要求工业软件不断迭代与更新，以匹配最新的工业需求。（三）工业软件需要持续的高研发投入2021年，全球领先的工业软件公司研发费用率几乎都高于10%，全球EDA巨头Synopsys和CAD巨头Autodesk研发费用率2011-2021年连续10年超过20%。我国工业软件品类基本齐全。但是由于我国在工业软件发展落后于欧美国家，欧美软件巨头对国内软件企业往往具有较大的领先优势。但由于近年的国际形势，加上我国本身市场较大，这给了工业软件企业以崛起的机会。工业软件行业发展态势及面临的机遇与挑战（一）工业软件行业面临的机遇1、政策推动工业软件行业持续、快速发展2021年12月，工信部等八部门发布《十四五智能制造发展规划》，提出开发面向产品全生命周期和制造全过程各环节的核心软件，包括CAD/CAE/CAPP/CAM/PLM/PDM等研发设计类软件，MES/APS/EMS等生产制造类软件，ERP/SCM等经营管理类软件。2021年11月，工信部发布《十四五软件和信息技术服务业发展规划》，提出重点突破工业软件。研发推广计算机辅助设计、仿真、计算等工具软件，大力发展关键工业控制软件。突破三维几何建模引擎、约束求解引擎等关键技术，探索开放式工业软件架构、系统级设计与仿真等技术路径。重点支持三维计算机辅助设计、结构/流体等多物理场计算机辅助计算、基于模型的系统工程等产品研发。2019年10月，工信部印发《工业和信息化部关于加快培育共享制造新模式新业态促进制造业高质量发展的指导意见》，明确提出未来将提升我国企业的数字化水平，培育发展一批数字化解决方案提供商，结合行业特点和发展阶段，加快推动计算机辅助设计、制造执行系统、产品全生命周期管理等工业软件普及应用，引导广大中小企业加快实现生产过程的数字化。由此可见，工业软件行业的发展工作提高到国家战略发展高度，在产业发展方面获得了大量国家政策支持，有利于促进行业全面快速的发展。2、国产化需求紧迫，工业软件市场空间广阔欧美是工业软件的起源地，也是工业软件应用的巨大市场，由于工业软件在需求、知识、应用、数据等方面依赖于工业体系，故工业软件巨头多来自于制造业强国。依托于强大工业体系，外资的工业软件企业在技术、规模和市场方面占据优势，如工业软件巨头：美国的安西斯、法国的达索及德国的西门子等。目前，研发设计类工业软件国内市场竞争格局中，外资企业的占比较高。随着经济的不断发展和信息化的不断加深，国家对软件安全的需求日益增长，尤其是政府、金融等重点领域，软件安全已经成为信息安全的重要组成部分，关乎国家信息安全。出于对先进制造和信息安全问题的考虑，国产研发设计类工业软件进入国内大型企业的步伐将加快，国产工业软件实现对国外工业软件的逐步替代将成为工业软件行业的长期趋势。因此，未来研发设计类工业软件的市场空间广阔。改革开放后的三十多年，我国的经济高速增长，依托廉价劳动力，批量化生产的成本优势使我国获得了世界工厂的称号，虽然经济总量在不断扩张，但是产业结构不合理，研发投入不足，技术创新水平较差。随着工业化进程的推动，我国产业结构处于面临急剧转型的阶段。同样，我国对工业软件需求的深度，与我国工业化进程的深化密不可分。我国制造业从资源密集型，到劳动力密集型，再向知识密集型转化的过程中，对工业软件需求程度不尽相同。劳动力密集型的工业体系，对管理软件的需求最为强烈；OEM、ODM为代表的离散制造业，需要供应链精益化运作；中国智造时代，复杂精密工业产品的自主研发和生产，则需要研发环节整个生态和生产环节众多供应商的协同运作。因此，未来研发设计类工业软件在制造业重塑中扮演的角色愈发重要。随着航空航天、国防、汽车等高端制造业的发展，CAE仿真技术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生命周期的各个阶段持续利用CAE仿真技术对原有的实验性测试进行替代。从早期设计阶段直到产品的现场使用阶段，设计人员能够随时运用仿真技术，详细的仿真分析可以节省大量设计及研发成本并提升设计效率。CAE仿真技术的分析能力能够协助设计人员在产品制造的各个环节做出更好的决策。目前CAE仿真技术在国内整体仍处于起步阶段，但随着制造业的发展该技术会变得愈发普及，并与云技术、人工智能和机器学习深度融合，将真正实现从传统制造向智能制造的转型升级。（二）工业软件行业面临的挑战1、工业软件复合型专业技术人才相对缺乏行业属于知识、技术密集型行业，研发人员需要对流体力学理论、结构力学理论、电磁场理论、光学理论、声学理论、结构设计、系统控制、数学建模及软件编程等具备扎实的理论基础和丰富的工程经验，人才的培养需要一定时间和相应的环境。现有复合型高端人才数量难以满足行业内日益增长的人才需求，制约了行业的快速发展。2、工业软件研发投入大且融资渠道相对单一为保持核心竞争力，企业需持续不断地进行研发投入来应对快速变化的市场。现阶段，该领域内的民营企业融资渠道普遍较为单一，难以通过大规模投入来进行研发和产业化升级，因此，研发投入大、融资渠道单一限制了该领域民营企业的进一步发展壮大。工业软件应用领域（一）汽车电子随着汽车智能化和电动化趋势的影响，汽车电子广泛应用于汽车各种领域中。受益于汽车电子市场的快速成长，汽车电子类应用逐渐成为全球被动元件大厂的支柱性收入。近年来，中国汽车电子市场规模一直保持稳定增长，2019年市场规模达962亿美元，同比增长10．07%，预计2022年将进一步增长至1181亿美元。（二）安防电子我国安防行业市场规模从2017年的6016亿元增长至2019年的7562亿元，年均复合增长率达12．01%，预计2022年将达到10134亿元的市场规模。近年伴随国内经济下行的压力，安防成为少数较为景气的行业之一。（三）数控系统数控机床是装备制造业智能制造的工作母机，是衡量一个国家装备制造业发展水平和产品质量的重要标志。近年来，我国已经连续多年成为世界最大的机床装备生产国、消费国和进口国，产业规模持续扩大。在国家政策的支持以及国内企业不断追求创新的背景下，中国数控机床行业发展迅速，行业规模不断扩大。2019年，中国数控机床产业规模达3270亿元。由于疫情的影响及能源供应限制，2021年中国数控机床产业市场规模小幅上涨，为2687亿元。相关研究机构预测，2022年数控机床产业规模将达3957亿元。工业软件行业简介工业软件是指专用于或主要用于工业领域，为提高工业企业研发、制造、生产管理水平和工业装备性能的软件。工业软件是将工业技术软件化，即工业技术、工艺经验、制造知识和方法的显性化、数字化和系统化，是工业生产提质增效的重要工具。我国正处于转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期，工业软件助力效率提高和技术创新，对工业的发展具有极其重要的技术赋能、杠杆放大与行业带动作用。工业软件广泛应用于工业领域各个要素和环节之中，与业务流程、工业产品、工业装备密切结合，全面支撑企业研发设计、生产制造、经营管理等各项活动。在研发设计环节，工业软件不断推动企业向研发主体多元化、研发流程并行化、研发手段数字化、工业技术数字化转变；在生产制造过程中，生产制造软件的深度应用，使生产呈现敏捷化、柔性化、绿色化、智能化的特点，加强了企业信息化的集成度，提高了产品质量和生产制造的快速响应能力；在企业经营管理上，推动企业管理思想软件化、企业决策科学化、部门工作协同化，提高了企业经营管理能力。根据2019年11月工信部发布的《软件和信息技术服务业统计调查制度》，工业软件可分为研发设计类、生产控制类、业务管理类三大类。根据《中国工业软件产业白皮书（2020）》，工业软件可按照产品生命周期的阶段或环节划分为研发设计类工业软件、生产制造类软件、运维服务类软件和经营管理类软件。研发设计类工业软件主要作用是提升企业在产品研发工作领域的能力和效率，该类软件具有集中度高、开发难度大、开发周期长、资金需求高等特征，是工业软件中非常重要的类别，也是国内最薄弱的环节。生产制造类软件主要在工业产品生产和制造过程中进行数据采集、分析和决策，负责生产管理、物料管理、质量管理、设备管理、能耗管理等。经营管理类软件的作用是企业内部的管理和协作，实现业务流程信息化，用于提升企业的管理治理水平和运营效率。运维服务类软件是专门针对生产设备进行维修和保养的系统。其中CAD/CAE、MES、ERP、MRO分别为这四个领域中的典型代表。不同类型的工业软件在产业链中有不同的应用侧重点，研发设计类工业软件主要用于产品的研发设计阶段，生产制造类工业软件主要用于产品制造、加工、组装阶段，经营管理类软件应用领域较广，主要集中在产品制造、营销和售后服务中。不同类型的工业软件在我国的发展并不均衡，其中研发设计类工业软件系明显短板。根据《中国工业软件产业白皮书（2020）》的调研数据，我国95%以上的研发设计类工业软件依赖进口，研发设计类各细分软件领域的前十大供应商中，国内企业数量明显处于劣势。（一）全球工业软件行业发展情况2021年全球工业软件产品市场规模达到4，561亿美元，较2019年增长4．66%。2012-2021年，全球工业软件产品收入年复合增长率为5．36%。（二）中国工业软件行业发展情况作为工业化长期积累的各类工业知识、机理模型和经验诀窍的结晶，工业软件已经从辅助工具演化为了工业化进程不可或缺的伴生物，是制造业的重中之重。2012年以来，制造业进入了新旧动能加速转换的关键阶段，全球工业软件产业稳步增长，中国工业软件市场更是呈现出快速发展的态势，我国每年的高制造业增加值为国内工业软件企业提供广阔发展空间。2021年，我国工业软件产品收入2，414亿元，较2020年增长24．8%。2012年以来。2021年，全球工业软件产品市场规模达到4，561亿美元；中国工业软件市场规模为人民币2，414亿元，我国工业软件市场规模仅为全球的7．95%，但我国工业增加值占全球比重却接近30%，两者严重不相符，存在近3倍的差距。2021年我国全年工业增加值突破31万亿元，巨大的工业规模体量，对工业软件的需求非常旺盛。与此同时，中国工业软件市场规模与发达国家相比仍然很小，市场规模在全球的占比较小，工业软件销售额远远落后于北美、欧洲等发达国家。长期来看，中国正在从制造大国向制造强国迈进，不断加快的产业转型升级进程必将为工业软件带来更加广阔的增长空间。工业软件作为支撑中国制造的底层设计能力已经被社会各界普遍认识，同时国家层面正视我国工业软件尤其是工业基础软件实力薄弱，空心化较为严重的事实。近年来，国家多个部委持续加强推动自主可控工业软件推广应用，彰显出工业软件已经成为了国家级别的战略部署，将不断推动产业的快速进步。因此，随着我国制造业企业逐步实现智能转型，越来越多的企业开始重视工业软件投入，未来国内工业软件发展存在广阔的市场空间。中国工业软件市场发展现状工业软件行业定义及分类指出，工业软件大体上分为两种类型：嵌入式软件和非嵌入式软件。嵌入式软件就是嵌入在硬件中的操作系统和开发工具软件，它在产业中的关联关系体现为：芯片设计制造→嵌入式系统软件→嵌入式电子设备开发、制造。非嵌入式软件是指用于执行独立功能的专用计算机系统。目前，我国的工业软件中的嵌入式软件市场份额最大，占比超50%。我国工业软件相较发达工业国家来说起步较晚，目前在多个领域信息化程度低，国产化程度低，技术与国外厂商存在差距，中高端市场占有率低。目前，管理经营类的工业软件7成实现国产化，研发设计类工业软件国产化率较低，仅为5%，尚有95%的空间。目前，我国工业软件不同细分类型特征各异，研发设计类软件技术差距大；生产制造类，中低端国产化率高，高端可替代空间大；经营管理类，高端可替代空间大。例如，CAE前十大供应商都为国外厂商、CAD前十大供应商中有7家为本国企业。工业软件在产品设计、成套装备设计、厂房设计、工业系统设计中起着非常重要的作用。可以大大提高设计效率，节约成本，实现可视化管理。目前，国外企业占据了全球工业软件市场的领导性地位，2020年全球工业软件市场规模约为4358亿美元，而我国工业软件市场规模占全球比例仅约为6．6%。工业软件是现代制造业的基础与核心，近年来受到国家政策的鼓励，产业发展迅速，涌现了大量优秀企业。2021年中国工业软件年度企业TOP100中，国电南瑞位居榜首，宝信软件、中望软件排名第二和第三，广联达、中控技术、柏楚电子、华大九天、和利时、神软、用友网络进入前十。工业软件行业发展情况和未来发展趋势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。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。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，开发人员可以通过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。（一）工业软件国产化趋势依托于工业体系的发展，欧美等发达国家和地区率先建立了较完善的工业体系，其在设计仿真分析技术领域有较强的先发优势。安西斯、达索、西门子等国际知名工业软件企业凭借成熟的技术，在我国研发设计类软件市场占有主导地位。近年来，我国制造业转型升级步伐不断提速，多部门颁布智能制造发展相关政策，以推动产业数字化发展，大力推动自主可控工业软件推广应用，提高企业软件化水平。2019年以来，我国多家科研机构和研究所被禁用基础工业软件，工业软件领域核心技术国产化的重要性愈发突出，面向国家重大需求，在关键领域、的领域努力实现关键核心技术自主可控的需求较为迫切。出于对先进制造和信息安全问题的考虑，国产工业软件进入国内大型企业的步伐也将加快。在国内政策推动及宏观环境影响下，工业软件国产化将成为工业软件行业的长期发展趋势。（二）工业软件云端化趋势明显工业云平台本质属于工业互联网，是智能制造的重要载体，依托信息技术针对海量数据进行挖掘和分析，实现工业制造过程的全要素、全产业链、全价值链的显性化与数字化。根据工业互联网产业联盟发布的《工业互联网产业经济发展报告》，2020年工业互联网核心产业（工业互联网建设涉及的网络、平台、安全等软硬件基础设施）增加值达到6，520亿元。云计算通过虚拟化技术，可以实现底层IT资源的池化，即将过去独立的服务器、存储设备组成一个规模更为庞大的算力资源池，云计算技术能够提供弹性、可扩展、高性能的计算资源。通过搭建仿真云平台，可以将仿真技术在中小企业中普及推广，中小企业可通过购买服务的方式进行仿真设计，降低研发创新成本，满足激发中小企业创新活力的需要。随着新一代信息技术与实体经济的加速融合，工业数字化、网络化、智能化演进趋势日益明显，催生了一批制造业数字化转型新模式、新业态，其中数字孪生日趋成为产业各界研究热点，未来发展前景广阔。数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度的仿真过程，在虚拟空间中完成对物理实体的映射，从而反映物理实体的全生命周期过程。企业在开发新产品时，可以事先做好数字孪生体，以较低成本，在数字孪生体上预先做待开发产品的各种数字体验，直到在数字空间中把生产、装配、使用、维护等各阶段的产品状态都调整和验证到最佳状态，再将数字产品投产为物理产品，一次把产品做好做优。基于数字孪生的数字体验是对工业技术的极其重要的贡献与补充，是产品创新的崭新技术手段。（三）工业软件知识产权保护意识不断增强近年来，我国企业知识产权保护意识不断增强。2009年至2021年，我国专利申请量、专利授权量、计算机软件著作权登记量的年均复合增长率分别达15．03%、18．81%和34．02%，均实现了快速增长。推进软件正版化是尊重和保护知识产权的重要举措，软件正版化是