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站在今天回顾CAE软件的发展历史,可以看到:从全球来看,CAE在经过了上世纪四十年左右的发展之后,从2000年前后开始进入成熟壮大期。经过一系列的兼并重组,** CAE巨头逐渐发展壮大,不断提升自身的 CAE分析技术、拓展应用范围,当前已进入成熟发展阶段。

虽然早在上个世纪七八十年代,中国本土就涌现了一批具有自主知识产权的有限元分析软件,但在2000年前后,随着**CAE软件厂商相继进入中国市场,中国本土 CAE软件厂商遭到巨大冲击、发展非常缓慢。直到2006年前后,国内制造、汽车、工程机械、航空航天等应用领域的市场需求持续增大,中国本土CAE软件开发商才再次积聚起力量,开始谋求做大做强。最近十多年来,国家一系列帮扶政策陆续推出,国产 CAE厂商开始迎来加速发展期。

就眼下的市场格局而言,全球CAE市场基本被前三大供应商所主导,分别是西门子、Ansys和达索,市占率共计47%(2020年数据);在中国市场,主要厂商为达索、西门子、Ansys、安世亚太、中望和安怀信等,国内三家公司市占比均不足5%,总占比仅6%(天风证券数据)。可见,在国内的工业软件市场中,国内厂商在面对国际大厂时还非常弱小,大量的设计、制造等核心工业软件均为**品牌所占领。数据显示,目前CAE国产化率仅为11%。

当然,另外一个不容忽视的政策红利是,随着中美博弈、信创加速,国产化的确在不断提升,政策正在推动CAE行业快速发展。

2012年,工信部印发了《软件和信息技术服务业“十二五”发展规划》,提出要推动计算机辅助设计和辅助制造(CAD/CAM)、计算机辅助工程(CAE)、制造执行管理系统(MES)等工业软件在航空、航天、机械、汽车、电子等工业领域的广泛应用。2015年,国务院提出大力开发安全领域操作系统等工业基础软件,加快提升智能设计仿真、制造物联与服务等高端工业软件技术,开发高端工业平台软件和应用软件以及推进工业软件体系化发展和产业化应用。

政府出台的行业支持政策有助于推动 CAE技术发展、健全行业标准体系、促进 CAE软件行业应用、加快建立产业生态体系,对于助力下游工业企业智能化、信息化进程具有重要意义。

但就如查理·芒格所说:“宏观是我们必须要接受的,而微观才是我们能有所作为的。”

在眼下的产业大环境中,对于业界来说,一个更关键的微观命题是——当我们开始讨论国产CAE时,最重要的讨论点应该在哪里?

综合产品力之战

作为一款工业软件,CAE的产品力比拼的到底是什么?

笼统的说,客户应用CAE,就是运用仿真模拟取代真实的物理实验。要实现这种替代,CAE需要整合数学 物理学(底层)、计算机科学(中层)、工程学(外层)等三个层面的能力。

CAE软件从底层的物理规则和数学公式出发,将现实世界映射到软件中;然后运用求解器(包含计算机语言编程和算法)进行相应的求解计算,并把结果通过计算机图形学实现可视化和用户交互;最后,结合特定领域工程学的工作流程,帮助用户解决工程中的实际问题。

与这一原理逻辑相对应,CAE的产品力也体现在多个层面。

首先,产品覆盖的是单一物理场、还是多物理场。

CAE的本质是用物理法则对现实世界进行描述。常见的物理场包括传热、孔隙水流动、浓度场、压力应变场、动力学场、化学场、静电场和静磁场等。每个专业领域又会涉及到特定物理规则,以结构为例,为解决结构设计的问题,有可能会涉及到理论力学、分析力学、材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、振动力学、疲劳力学、断裂力学等一系列特定规则。

从目前主流的CAE软件来看,基于对物理场的覆盖能力,可以分为通用类、专用类两大类。

其中,通用性CAE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,代表软件企业主要是Ansys、 MSC、达索等;专业性CAE主要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,代表软件包括:专注于流体力学领域的Fluent、专注于多体动力学领域的 Adams和专注于注塑成型领域的 Moldflow等。

眼下,各国基础设施的投资者和建设者们对本行业低下的生产率和成本超支越来越不满意(尤其与已经尝到数字技术甜头的制造业相比时),他们已经越来越认识到通过数字化解决这些低效率问题的必要性。

换句话说,基础设施领域的“工业化”可能是未来十年里最引人注目的话题之一,他带来的行业利好不亚于“智能制造”,也必将成为CAE等工业设计软件最为肥美的目标市场之一。

根据美股上市公司Bentley在上市招股书中援引的研究机构Cambashi的数据显示,如果全球基础设施工程软件支出的强度与制造业产品工程软件支出的强度相等,那么全球基础设施工程软件支出将为292亿美元。在这个数百亿的市场中,基于CAE、BIM、GIS等技术形成的数字孪生解决方案将占有相当大的比例。

此外,对于这一行业,除了上文中提到了产品力和行业场景覆盖之外,还有一些问题值得进一步探讨。

一是云化CAE的价值。

软件云化在全球来看几乎都是一个不可逆转的趋势。**领先CAE厂商已经实现上云,国内厂商仍处于完善软件的阶段,但有观点认为,上云技术壁垒较低,国内厂商有望实现短时快速赶超。

从应用上看,的确能看到明显的增长。

Ansys公司总裁兼首席执行官Ajei戈帕尔在2020年第四季度收益会议上说,对 Ansys Cloud的需求持续增加,其使用量在 2019年到 2020年之间增加了 100%。从云化的速度看,厂商的确在加速。比如Ansys Cloud已经在机械流体、电磁学、光学等方面提供了大部分旗舰产品。

但他也提醒说:“今天我们的大多数客户依然选择都在自己的数据中心或自己的私有云中使用 Ansys产品。Ansys Cloud显然正在快速增长,但在今天和可预见的未来,它仍然是我们业务的一小部分。”

同样,对于国产CAE软件厂商来说,云化CAE看上去需要成为标配,但具体在营收上能不能打,这个可能还是需要有一个客观的判断。

二是CAD/CAE / CAM等研发设计软件的一体化发展。

眼下,的确出现了工业软件产品一体化发展的趋势。这一点其实与CAE软件实现全栈仿真这一趋势是一脉相承的。工业软件从单项应用到实现对企业客户研发、生产、经营、物流等各业务环节的全覆盖和深度渗透后,逐步朝综合集成的方向发展,实现业务流程和生产经营模式变革。

所以,我们看到越来越多的厂商(尤其西门子、达索、Ansys等头部大厂)都在不断整合CAD/CAE / CAM等产品,不断通过兼并收购抢占市场。

在国内,像中望软件在过去20年也经历了两次转型。

先是2002年,向CAD软件提供商转型,推出自主研发的 CAD平台软件中望CAD;然后2018年成立CAE研究中心,并在2019年推出首款全波三维电磁仿真软件 ZWSim-EM,进军CAE领域;2020年,中望又发布All- in-One CAx发展战略,正式开启一体化之路。

坦率来说,CAD/CAE / CAM等研发设计软件的一体化发展必然会加剧产业的内卷,相关厂商的确需要加强对产业时间窗口的把握。

综上所述,从全球来看,国产CAE落后**CAE至少一个发展阶段;当**CAE基于水平分工编织起了强大的产业平台和生态时,国产CAE可能还需要在核心技术组件、行业场景、解决方案和服务交付等各方面独立完成垂直整合的工作。

当然,从另一方面看,国产CAE的客户需求和政策红利也都非常确定。

尽管** CAE软件厂商在眼下的市场中依然具有较强的领先优势,但并不能完全满足中国制造业、基础设施等领域内研发、生产、建设、运维等环节中的仿真设计需求,市场中存在很多围绕特定行业、特定场景的 CAE解决方案需求。

在我们看来,未来5年肯定是国产CAE厂商大发展的黄金时期,但不同厂商可能会选择了不同的发展路线,此刻看来或许没有对错之分,主要看谁跑得快。谁能尽快做到龙头(可以是CAE行业维度,也可以是细分行业、细分场景维度),谁就能以最佳的姿态迎接行业整合期的到来。（周萌）

参考文献:

《CAX工业软件,打破欧美数十年技术垄断》(华西证券,2021.5)

《工业软件底层技术剖析》(天风证券,2021.11)

《国内CAE厂商或将加速发展》(华泰证券,2021.9)

《工业软件的思维“CAE”:从虚拟走到现实》(天风证券,2021.2)

来源： 中国网