2019年中国CAE行业概览.pdf

1 报告编码19RI0280 头豹研究院 | 计算机系列行业概览 400-072-5588 2019 年 中国 CAE 行业概览 报告摘要 工业团队 CAE （Computer Aided Engineering） ， 即计算机辅助 工程，是广泛应用于工业制造业产品研发设计过程 中的一种技术工具。近 5 年来，中国 CAE 行业市场 容量持续稳定释放，市场规模从 2014 年的 23.4 亿 元增长至 2018 年的 43.2 亿元，年复合增长率为 16.6%。在“智能制造”所带动的制造业转型升级以及 下游行业用户对 CAE 认知度和重视度持续提升的大 背景下， CAE 市场容量有望持续扩大， 预计到 2023 年将达到 112.5 亿元。 热点一： CAE 应用广泛、市场潜力大 热点二：关键技术的革新推动 CAE 软件水平提升 热点三：本土 CAE 软件发展未得到充分重视 CAE 广泛应用于汽车、航空航天、国防军工、电子装备 等制造业。 下游制造业的转型升级， 为产品研发的效率、 成本、可控性提出了更高的要求，消费者对于产品安全 性、经济性、美观性等各方面性能指标的需求有助于推 动 CAE 软件在功能性、可理解性、稳定性、可用性等方 面性能的革新以及行业解决方案的专业度和定制化程度 的提升。 计算机图形技术、三维实体造型技术、数据交换技术、 工程数据管理技术的革新是推动 CAE 软件水平提升的重 要驱动力。关键技术的革新持续推动了 CAE 软件水平的 提升，主要体现在： （1）软件操作界面更加用户友好， 用户可理解性和可交互性更强； （2）软件建模仿真时， 模型的颗粒度更高、精细度更佳，保证了仿真分析的精 确性和可参考性； （3）软件的数据处理和求解能力愈加 强大，可满足愈加严苛的仿真需求等。 本土 CAE 软件研发水平较低， 在与外资 CAE 软件的竞争 中处于下风，这与中国工业制造业水平受限、CAE 软件 发展未得到充分重视等因素有关。外资 CAE 软件在业内 具有较强的领先优势，主要得益于美国、德国等国的工 业制造业水平进步，对于计算机仿真在国家制造业发展 中的重视程度较高，以及政府主体在 CAE 软件开发方面 资金、 时间投入高等因素。 中国的制造业水平尚待提高， 在精密设备、高端轴承、精密电机等高端领域的核心技 术、工艺水平相对受限，这限制了工业知识、成果的代 码化、软件化，制约了 CAE 的研发水平的提升。 23.4 27.4 31.6 36.7 43.2 51.5 61.8 74.4 91.1 112.5 0 20 40 60 80 100 120 亿元 中国CAE行业市场规模 年复合增长率 2014-2018 16.6% 2019预测-2023预测 21.6% 中国CAE行业市场规模，2014-2023预测 庄林楠 高级分析师 邮箱：csleadleo 行业走势图 相关热点报告 计算机系列行业概览 2018 年中国 MES（制造执行 系统）行业研究报告 计算机系列行业概览 2019 年中国 CRM （客户关系 管理）行业研究报告 计算机系列行业概览 2019 年中国 PLC（可编程逻 辑控制器）行业研究报告 计算机系列行业概览 2019 年中国 ERP 行业研究报 告 报告编号19RI0280 目录 1 方法论 . 3 1.1 研究方法 . 3 1.2 名词解释 . 4 2 中国 CAE 行业综述 . 5 2.1 中国 CAE 行业定义及分类 . 5 2.2 中国 CAE 行业发展历程 . 6 2.3 中国 CAE 行业市场现状 . 8 2.4 中国 CAE 行业产业链 . 9 2.4.1 上游分析 . 10 2.4.2 中游分析 . 11 2.4.3 下游分析 . 11 2.5 中国 CAE 行业市场规模 . 12 3 中国 CAE 行业驱动与制约因素 . 13 3.1 驱动因素 . 1 3 3.1.1 CAE 应用广泛、市场潜力大 . 13 3.1.2 关键技术的革新推动 CAE 软件水平提升 . 14 3.2 制约因素 . 1 4 3.2.1 本土 CAE 软件市场较为零散、市场化程度低 . 14 3.2.2 中国工业制造业水平有待提高、本土 CAE 软件发展未得到充分重视 . 15 4 中国 CAE 行业政策及监管分析 . 16 1 报告编号19RI0280 4.1 行业支持政策 . 16 4.2 行业监管政策 . 18 5 中国 CAE 行业市场趋势 . 19 5.1 CAE“上云” . 19 5.2 CAE 咨询细分市场快速发展 . 20 5.3 本土 CAE 企业仿真标准和规范逐渐完善 . 22 6 中国 CAE 行业竞争格局 . 22 6.1 中国 CAE 行业竞争格局概述 . 22 6.2 中国 CAE 行业典型企业分析 . 24 6.2.1 英特工程仿真技术（大连）有限公司 . 24 6.2.2 上海索辰信息科技有限公司 . 26 6.2.3 前沿动力集团 . 29 2 报告编号19RI0280 图表目录 图 2-1 CAE 软件分类情况 . 6 图 2-2 中国 CAE 行业发展历程 . 8 图 2-3 中国 CAE 行业产业链 . 10 图 2-4 中国 CAE 行业市场规模，2014-2023 年预测 . 13 图 4-1 CAE 行业支持政策 . 18 图 6-1 英特仿真主营产品介绍. 25 图 6-2 上海索辰主营产品介绍. 27 图 6-3 前沿动力主营产品介绍. 30 3 报告编号19RI0280 1 方法论 1.1 研究方法 头豹研究院布局中国市场， 深入研究 10 大行业， 54 个垂直行业的市场变化， 已经积累 了近 50 万行业研究样本，完成近 10,000 多个独立的研究咨询项目。 研究院依托中国活跃的经济环境，从工业、软件行业、制造业等领域着手，研究内 容覆盖整个行业的发展周期，伴随着行业中企业的创立，发展，扩张，到企业走向 上市及上市后的成熟期， 研究院的各行业研究员探索和评估行业中多变的产业模式， 企业的商业模式和运营模式，以专业的视野解读行业的沿革。 研究院融合传统与新型的研究方法， 采用自主研发的算法， 结合行业交叉的大数据， 以多元化的调研方法， 挖掘定量数据背后的逻辑， 分析定性内容背后的观点， 客观 和真实地阐述行业的现状， 前瞻性地预测行业未来的发展趋势， 在研究院的每一份 研究报告中，完整地呈现行业的过去，现在和未来。 研究院秉承匠心研究， 砥砺前行的宗旨， 从战略的角度分析行业， 从执行的层面阅 读行业，为每一个行业的报告阅读者提供值得品鉴的研究报告。 头豹研究院本次研究于 2019 年 5 月完成。 4 报告编号19RI0280 1.2 名词解释 有限元分析：是基于结构力学分析发展而来的数值分析方法，可用于热传导、电磁场、 流体力学、动态特性分析等领域的仿真求解，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、 电子电器、国防军工等领域。 中间件： 是处于操作系统软件与用户应用软件中间的基础软件， 用于管理计算机资源和 网络通讯。借助于中间件，应用程序可工作于多种平台环境。 利基：Niche，在市场营销概念中指一些特定的市场具有客户群体较小、目标范围较窄 的特点。 中国制造 2025：中国政府实施制造强国战略的第一个十年行动纲领。 CAD：Computer Aided Design，即计算机辅助设计，是利用计算机及图形设备辅助 设计人员进行图形设计工作的软件。 上云： 在本报告中指企业基于云计算技术， 提供 CAE 软件 “即上即用” 式服务的模式。 透平：英文 Turbine 的音译词，即涡轮，是通过流体介质运动而产生机械能的机器。 5 报告编号19RI0280 2 中国 CAE 行业综述 2.1 中国 CAE 行业定义及分类 CAE（Computer Aided Engineering） ，即计算机辅助工程，是广泛应用于工业制造 业产品研发设计过程中的一种技术工具，通过模拟产品在结构强度、热传导、刚度、运动学 等方面的工作状态和表现， CAE 可为产品功能、 性能的可用性和可靠性提供依据， 为企业产 品设计提供决策支持，可助力企业降低设计风险、优化设计方案、提升设计效率。 作为实现计算机仿真分析功能的载体，CAE 软件具有愈加完善和强大的功能，已广泛 应用于汽车、航空航天、电子装备、国防军工等工业制造业领域，其主要优点包括：CAE 软件可助力企业寻求理想的产品设计方案，为设计决策提供支持；CAE 软件可协助设计 人员预先发现潜在问题， 将故障纠正转变为故障预防， 降低设计变更风险、 减少处理产品故 障的成本； CAE 软件可模拟多种实际情景， 减少物理实验所引发的时间和资金成本。 根据 软件的适用范围进行划分，CAE 软件可以分为通用 CAE 软件和专用 CAE 软件两类（见图 2-1） ： （1）通用 CAE 软件 通用性较强、 适用范围广， 可针对多种类型产品的物理力学性能进行模拟仿真、 评价和 优化， 代表软件企业主要是国际大型通用 CAE 软件公司 ANSYS 公司 （以下简称 “ANSYS” ） 、 MSC 软件公司（以下简称“MSC” ） 、达索系统股份有限公司（以下简称“达索系统” ）等 ， 具有代表性的通用型 CAE 软件包括：ANSYS 公司的同名软件 ANSYS、MSC 的 Nastran、 达索系统的 ABAQUS 等。 （2）专用 CAE 软件 专业性较强， 能够针对特定类型的产品提供较好的性能分析、 预测以及设计优化等功能， 6 报告编号19RI0280 代表软件包括：流体力学领域的 Fluent、多体动力学领域的 Adams、注塑成型领域的 Moldflow 等，推出专用 CAE 软件的企业包括大型国际公司 MSC、Autodesk 公司，以及 中国本土的合肥太泽透平技术有限公司 （以下简称 “合肥太泽透平” ） 、 上海东峻信息科技有 限公司（以下简称“上海东峻” ）等。 图 2-1 CAE 软件分类情况 来源：头豹研究院编辑整理 应用 CAE 软件进行仿真分析一般包括前处理、求解和后处理三个步骤： （1） 前处理： 主要是对三维实体模型进行预处理， 为 CAE 软件的求解器提供可理解、 可处理的信息， 以为模型的数值分析作准备， 包括将三维模型划分成微小的网格单元、 定义 物理属性和边界条件等； （2）求解：指针对应用场景和仿真需求，利用 CAE 内置的求解算法对模型进行力学 分析、运动学分析、物理场分析等； （3） 后处理： 主要指根据用户对于产品设计的要求， 检查和加工仿真结果并且以图形、 曲线、数据等方式提供给用户，辅助用户判定计算结果的准确性和设计方案的合理性。 2.2 中国 CAE 行业发展历程 中国 CAE 行业发展至今， 主要历经了起步、 缓慢发展以及快速发展三个阶段 （见图 2-2） ： （1）起步阶段（1970-1989 年） 上世纪 70 年代初，在 CAE 理论研究和软件开发工作的支撑下，中国本土涌现了一批 7 报告编号19RI0280 具有自主知识产权的有限元分析软件， 如中国飞机强度研究所开发的 HAJIF、 郑州机械研究 所开发的紫瑞 CAE、 航空工业总公司开发的 APOLANS 等， 这为中国 CAE 行业的起步奠定 了重要基础。尽管这一类国产 CAE 软件具有较强的理论水平和技术能力，能够解决特定领 域内的专业问题， 但是软件的通用性和适用范围相对局限、 缺乏整体竞争力， 而且软件的市 场推广、后续服务能力不足，限制了此类本土 CAE 软件的市场化及产业化进程。 （2）缓慢发展阶段（1990-2005 年） 以 ANSYS、MSC 为代表的国外 CAE 软件厂商进入中国市场，对中国本土 CAE 软件厂 商产生了较大冲击。在这一时期，国外 CAE 软件的商业化运作逐渐成熟。因为具有较快的 求解速度和较高的稳定性、专业性，国外 CAE 软件对于工程课题研究或者产品设计具有较 强的便利性， 在制造业装备和产品研发中的应用广泛度逐渐提升， 凭此竞争优势， 国外 CAE 软件迅速提升市场份额，逐渐占据领先的市场地位。本土 CAE 软件的发展在这一时期则面 临一定的制约，受限于资金投入不足等因素，本土 CAE 软件从基础研究到工程应用、再到 软件商业化的进程受阻，本土 CAE 软件厂商的发展在此阶段发展缓慢。 （3）快速发展阶段（2006 年至今） 尽管国外 CAE 软件厂商在市场中具有较强的领先优势，但是下游各行业应用领域的庞 大市场需求也为本土 CAE 软件厂商的发展提供了良好的发展环境，中国工程、制造业等领 域内研发、生产、制造、建设等环节中的仿真设计需求无法完全由国外 CAE 软件满足，市 场中存在较多围绕特定行业应用而催生的 CAE 软件二次开发业务， 这为中国本土 CAE 软件 的市场化发展提供契机。在这一快速发展期，中国本土 CAE 软件开发商数量增多、行业竞 争力逐渐加强。与此同时，应对于中、小、微型企业产品研发设计的市场需求的增长，CAE 咨询细分领域也呈现出快速发展的态势。 2010 年，中国 CAE 产业发展联盟成立，在创建良好产业发展环境、加强 CAE 核心技 8 报告编号19RI0280 术的推广、推动中国本土 CAE 软件的行业应用和加强业内企业、研究机构等各方参与主体 的联合协作等方面推动了行业发展。 在这一时期， 本土 CAE 软件厂商技术研发水平和行业竞争力逐渐提升， 本土 CAE 软件 的市场化程度得到提高， 而且在中国国务院等政府主体提出的推动互联网与制造业融合、 提 升制造业智能化水平的发展战略背景下， 汽车、 工程机械、 航空航天等行业的市场需求持续 增大，刺激了 CAE 市场容量的释放。 图 2-2 中国 CAE 行业发展历程 来源：头豹研究院编辑整理 2.3 中国 CAE 行业市场现状 中国 CAE 市场由国外软件开发商占据主导地位，得益于较强的工业化程度、所在国政 府的长期扶持、 产业投资等利好因素， 国外软件开发商得以在 CAE 行业深耕， 在关键技术、 核心算法、 软件开发等方面积累较深， 而在成熟的商业化和市场化运作的帮助下， 以法国达 索系统、美国 ANSYS 为代表的国外软件厂商的 CAE 产品具备了较强的竞争优势和行业影 响力。 受限于政府扶持力度弱、工业制造业水平尚待提高、人才储备有限等因素，中国本土 9 报告编号19RI0280 CAE 厂商竞争力不足。 中国本土 CAE 软件在稳定性、 功能性等方面与外资 CAE 软件存在一 定的差距，大部分本土 CAE 厂商仅针对行业应用需求和企业研发需要，提供定制化的软件 开发服务，服务应用覆盖面较窄。 国际制造业向中国转移趋势的加深以及中国装备制造业的进一步发展， 为中国工业、 制 造业等行业的发展提供了较好的发展环境。由于 CAE 可帮助设计人员及时洞察产品性能表 现、有效控制设计更改成本、同时有助于提高产品质量和可靠性，这些优势使得 CAE 在工 业设计仿真、 运动学和动力学分析、 机电系统设计等工业制造业中的细分功能领域具有较为 广阔的发展前景。 同时， 中国宏观发展战略也利好于 CAE 行业发展， 如中国国家国防科技工业局于 2015 年启动了“智慧院所信息化能力建设”的研究课题，工信部于 2016 年 12 月发布了智能 制造“十三五”发展规划 。相关扶持政策文件的出台有助于促进中国本土工业、制造业企 业技术研发和制造水平的提升。在中国政府大力扶持的大背景下，航空航天、汽车、电子装 备等行业的市场需求将持续增大，进而刺激 CAE 行业市场容量的扩增。 2.4 中国 CAE 行业产业链 中国 CAE 行业由上游的软件开发基础设施、中游软件开发及应用以及下游应用领域组 成（见图 2-3） 。上游的软件开发基础设施主要包括软件求解器、基础软件产品以及硬件设 备等； 中游软件开发及应用主要包括 CAE 软件开发以及 CAE 咨询等； 下游应用领域主要是 汽车、工程机械、航空航天、电子、交通运输等行业。 10 报告编号19RI0280 图 2-3 中国 CAE 行业产业链 来源：头豹研究院编辑整理 2.4.1 上游分析 上游 CAE 软件开发基础设施主要由软件求解器、基础软件产品以及硬件设备组成。 CAE 软件的求解器是软件开发的核心， 求解器的源代码是由数学、 力学、 材料物理等相 关学科知识的代码化而成，是 CAE 软件竞争力的核心，决定了 CAE 软件的求解能力。求解 器源代码的提供方以高校、 研究所、 CAE 开发厂商的专家、 科学家为代表， 源代码作为 CAE 软件的核心组成，具有开发周期长、开发难度高的特点，因此具有较高的知识产权价值，在 产业链中占据价值的“制高点” 。 在基础软件产品方面，操作系统、数据库、中间件等组件为 CAE 软件开发、运行、集 成应用提供基础运行平台与环境。 基础软件产品具有较高的技术成熟度， 其供应渠道较为稳 定、 产品相对充足， 对于中游 CAE 软件开发商限制较小； 在硬件设备方面， 主机、 存储器、 交换机、路由器等设备为 CAE 软件开发、运行提供物理环境，尽管硬件设备必不可少，但 是在 CAE 软件开发的成本占比中，硬件设备的成本占比较少，对于 CAE 软件开发限制较 小。 此外， 随着计算机水平和规模化生产程度的持续加深， 各类硬件设备的性能和功能逐渐 提升、 生产成本逐步下降， 而硬件设备市场供应量的提升有望加剧硬件设备的市场竞争， 因 11 报告编号19RI0280 此对于中游 CAE 软件开发商的影响将进一步降低。 2.4.2 中游分析 CAE 行业中游是 CAE 软件的开发以及应用环节，参与主体主要由 CAE 软件开发商和 CAE 咨询商组成。CAE 软件开发商主要负责软件开发、为下游企业提供技术支持服务和行 业应用解决方案等，CAE 软件开放商将核心求解器源代码封装于软件开发所用的框架中， 开发具有网格设计与划分、 流体动力分析、 动力学分析、 优化分析等仿真分析功能的通用性 和专用性 CAE 软件，并且提供行业解决方案以满足制造业企业用户的应用需求；CAE 咨询 商为下游企业提供工程领域内仿真工具使用指导、 仿真流程评估与优化、 仿真软件的部署实 施以及一站式行业解决方案等服务，以助力企业解决实际工程问题。 一方面，CAE 软件的开发与系统集成有助于刺激上游软件产品、硬件设备等基础设施 的市场需求、 带动上游相关产业的发展； 另一方面， CAE 软件在下游工业制造业企业实施产 品设计、 仿真测试、 功能验证等具体业务过程中起到重要作用， 有助于提升企业工程研发设 计的效率与能力。因此 CAE 软件开发商在产业链中具有较强的议价能力。 依托于规模、资金、技术水平、市场资源等优势，以 ANSYS、达索系统、MSC 为代表 的国外 CAE 开发商在中国 CAE 行业中占据领先且较为牢固的市场地位，其旗下的 CAE 软 件产品稳定性和可靠性较强、 在下游各行业领域应用广泛。 这类龙头企业在软件开发、 提供 软件部署实施服务、市场推广、商业运作等方面具有较强的竞争优势，在业内 CAE 开发商 中具有较高的议价权。 2.4.3 下游分析 CAE 在汽车、工程机械、航空航天、电子、交通运输等行业的应用较为广泛，CAE 对 12 报告编号19RI0280 于下游广大制造业企业的重要性愈加提升， 在助力企业提升产品研发设计效率、 减少设计变 更成本、缩减产品开发周期等方面具有重要作用。 以应用成熟度而言， CAE 在中国航天、 汽车、 航空领域中的应用处于主导地位： CAE 在 中国航天领域中的应用起步较早， 而且由于航天领域的物理实验成本较高， 大部分实验的进 行依赖于 CAE 而完成，CAE 在此领域的辅助作用突出、体现出最高的应用成熟度；汽车领 域的发展较快，CAE 在此领域中的应用成熟度次于航天领域；CAE 在航空领域中的应用成 熟度处于第三的位置，随着航空领域的发展，产品设计、功能验证等业务对于 CAE 的应用 逐渐加深，CAE 的应用成熟度提升。从市场份额占比分析，CAE 在汽车、高铁轨道交通、 电子装备制造领域中的应用处于主导地位。 以 CAE 在汽车领域的应用为例，CAE 软件功能强大、专业性强，覆盖流体分析、多体 动力学、碰撞安全、结构耐久性等多个功能领域，在汽车整车开发流程中的概念阶段、工程 化阶段和验证阶段应用成熟度较高，可应用于流体分析、动力学分析、耐久性分析、防撞性 分析等典型场景中，助力北美、中国、日本、德国等多个国家的汽车企业实现汽车零部件及 整车的产品设计、开发。 2.5 中国 CAE 行业市场规模 近 5 年来， 中国 CAE 行业市场容量持续稳定释放， 市场规模从 2014 年的 23.4 亿元增 长至 2018 年的 43.2 亿元，年复合增长率为 16.6%。在“智能制造”所带动的制造业转型 升级以及下游行业用户对 CAE 认知度和重视度持续提升的大背景下，CAE 软件对于辅助企 业产品研发生产的重要性将日益凸显。 此外， 应对于广大中型、 小型和微型企业的市场需求， CAE 咨询市场有望进一步发展而 逐渐成熟，CAE 市场容量有望持续扩大，预计到 2023 年将达到 112.5 亿元（见图 2-4） 。 13 报告编号19RI0280 图 2-4 中国 CAE 行业市场规模，2014-2023 年预测 来源：头豹研究院编辑整理 3 中国 CAE 行业驱动与制约因素 3.1 驱动因素 3.1.1 CAE 应用广泛、市场潜力大 CAE 广泛应用于汽车、 航空航天、 国防军工、 电子装备等制造业， 下游行业的产品研发 对于 CAE 具有较大的市场需求， 有助于驱动业内 CAE 软件水平的提升、 CAE 行业解决方案 及相关服务的持续完善。 以 CAE 在汽车领域中的应用为例， 目前 CAE 在汽车整车及零部件研发的应用成熟度较 高，广泛应用于德国、日本、美国、中国各大汽车品牌的新品开发中。CAE 可应用于汽车研 发流程中的概念设计、样车试制、性能优化等各环节，包括结构强度分析、安全性能分析、 多体动力学分析等具体应用场景， 能够助力研发团队提升产品设计效率、 缩短研发周期、 降 低研发成本和风险以及提升产品质量。 下游制造业的转型升级，为产品研发的效率、成本、可控性提出了更高的要求，消费者 14 报告编号19RI0280 对于产品安全性、经济性、美观性等各方面性能指标的需求也愈加严苛，有助于推动 CAE 软件在功能性、 可理解性、 稳定性、 可用性等方面性能的革新以及行业解决方案的专业度和 定制化程度的提升。随着下游行业中、小、微型企业对于 CAE 认知度的逐渐提升，CAE 市 场需求也有望持续扩增。 3.1.2 关键技术的革新推动 CAE 软件水平提升 计算机图形技术、 三维实体造型技术、 数据交换技术、 工程数据管理技术的革新是推动 CAE 软件水平提升的重要驱动力。 以三维实体造型技术为例，CAE 三维实体造型指在 CAE 软件中建立产品的三维几何模 型，并以参数化的形式规定三维模型中点、棱边、曲面、体各组成元素的尺寸、属性，以及 定义模型中各元素的连接关系等。 CAE 三维实体模型的准确性对后期模型分析、 仿真、 结果 求解等工序具有关键作用， 而三维实体造型技术为其提供必备的技术前提， 确保了三维模型 的逼真性和准确性。 关键技术的革新持续推动了 CAE 软件水平的提升，主要体现在： （1）软件操作界面更 加用户友好，用户可理解性和可交互性更强； （2）软件建模仿真时，模型的颗粒度更高、精 细度更佳， 保证了仿真分析的精确性和可参考性； （3） 软件的数据处理和求解能力愈加强大， 可满足愈加严苛的仿真需求； （4）软件数据标准性提升，不同 CAE 软件输出的数据、文件 格式可转换性更强。 3.2 制约因素 3.2.1 本土 CAE 软件市场较为零散、市场化程度低 本土 CAE 软件市场化发展起步