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CAE软件行业概述

CAE，即计算机辅助工程，是指在产品或工程设计阶段，利用计算机软件对物理模型进行模拟，以预测产品或工程项目的工作状态和性能。通过这种方式，我们可以预测其功能可用性、可靠性、效率和安全性等方面的表现，从而实现产品或工程设计的优化。CAE软件是实现这一过程的关键工具，它基于物理和工程学科的理论模型，通过数学处理得到代数求解过程，并最终固化为计算机程序。CAE软件不仅包含了丰富的工程数据和模型，还具备简单易操作的用户界面和结果分析功能，使得工程师能够更加高效地进行仿真分析和优化设计。

图表：CAE软件构成模块

资料来源：智研瞻产业研究院整理

CAE软件行业市场分析

作为研发（R&D）和设计中的关键工业软件，CAE软件在优化产品设计方案、提升产品性能、缩短开发周期和降低设计成本等方面发挥着重要作用。通过仿真预测，CAE软件能够评估产品的功能可用性、可靠性、效率和安全性，从而确保产品的性能和质量。CAE软件是实现产品正向设计和原始创新的核心工具软件。

在工业信息化快速发展的背景下，近年来CAE软件在我国的重要性显著提升。产品设计和生命周期的各个阶段对CAE软件的需求持续增长，使其在各个领域的应用越来越广泛。同时，由于制造业的转型需求激增、国产化替代进程的加速，以及盗版行为的严厉打击，国内CAE软件市场正经历着爆发式的增长。

统计数据显示，2018年中国CAE软件行业市场规模14.62亿元，2022年中国CAE软件行业市场规模25.90亿元。2018-2023年中国CAE软件行业市场规模如下：

图表：2018-2023年中国CAE软件行业市场规模

数据来源：智研瞻产业研究院整理

尽管CAE软件市场持续增长，但当前中国CAE工业软件市场尚未完全成熟。国内企业的市场竞争格局相对分散，行业集中度较低，这使得国外巨头占据了主要的市场份额。虽然国内一些企业陆续涌现，但还没有出现一个绝对主导的本土厂商。

随着经济全球化的不断深入，国际工业软件巨头纷纷进军国内市场，加剧了市场竞争。为了应对这一挑战，国内研发（R&D）和设计工业软件企业需要加快进入国内大型企业的步伐。考虑到先进制造和信息安全问题的重要性，国内企业将更加注重自主研发和创新能力的提升，以逐步替代国外工业软件。

CAE软件行业发展历程

中国最早的CAE软件研发可以追溯到20世纪60年代。中国CAE软件的发展历程可以大致划分为以下四个阶段：

在20世纪70年代，中国开始进行有限元方法和有限元软件的研究和应用。在这个阶段，航空工业部也推出了HAJIF系列程序，而大连理工大学成功研发了JIGFEX有限元分析软件。这些软件最初主要应用于航空航天、土木工程、建筑和水利等工程领域。

到了20世纪80年代，随着对外交流的增加，国内开始引进、学习和吸收国外先进的CAE软件技术。这段时间内，国产CAE软件呈现百花齐放的态势，众多优秀软件如大连理工大学的JIFEX和北京大学的SAP84等纷纷涌现。

然而，进入20世纪90年代后，尽管国内工业持续快速发展，但由于国内CAE软件企业在原始创新能力上的不足、市场对工业软件需求的疲软，以及计算机技术相对欧美国家的落后，导致国内CAE软件在市场和技术上逐渐落后于国外企业。

进入21世纪以来，海外CAE软件技术进一步升级，并形成了龙头企业垄断的格局。各种进口CAE软件的国内代理商、培训师、二次开发企业不断涌现，这使得本土CAE软件的发展空间受到进一步压缩，甚至出现了“研发不如代理”的困境。

回顾CAE行业的发展历程，我们可以发现，许多海外CAE领先厂商如达索、MCS等起步较早，它们大多起源于高端工业制造领域，并与工程实践紧密结合。这些厂商在长期的发展过程中，积累了丰富的经验和专业技术，为CAE仿真技术的发展奠定了坚实基础。这些海外厂商通过自主研发或并购，逐步构建了成熟且完整的产品体系。同时，与下游客户的紧密合作促使它们不断优化仿真算法，并基于行业专有技术经验建立起强大的技术护城河。尽管国产CAE软件起步相对较晚，但随着国内工业的快速发展和对自主研发的需求增加，国产CAE软件正迅速崛起。

图表：CAE软件行业

资料来源：智研瞻产业研究院整理

CAE软件行业产业链

CAE软件产业链由三个主要部分构成：上游软件开发基础设施、中游软件开发和下游应用领域。在上游，主要包括基础软件产品、软件解算器和硬件设备等，这些都是支持CAE软件开发的重要基础设施。中游则是具体的软件开发工作，包括模型建立、算法开发、求解器设计等。CAE软件在多个下游应用领域中都有广泛的应用，包括电子、工程机械、航空航天、汽车以及交通运输等。这些行业都是CAE软件的主要应用场景，涉及到复杂的产品设计和分析需求。

图表：CAE软件行业产业链

资料来源：智研瞻产业研究院整理

CAE软件行业前景

在市场竞争日益激烈和客户需求多样化的背景下，低附加值的产品或服务已经无法满足市场和环境的发展需求。随着科技的不断发展，现代制造业的产品变得越来越复杂，功能也愈发全面。这些产品的设计呈现出专业化、数字化、集成化等显著趋势。为了迎接这一挑战，制造企业需要不断提高创新能力和技术水平。

CAE软件作为功能强大的工具软件产品，正在成为连接数字空间和物理世界的重要桥梁。CAE软件带来的核心变化是在整个产品生命周期中不断使用CAE技术代替测试。通过使用CAE软件，企业可以在产品设计阶段进行仿真分析，预测产品的性能和可靠性，从而减少测试次数，降低研发成本，缩短上市时间。

总的来说，随着计算机技术的不断进步，CAE软件的功能也在持续增强。这种强大的工具软件能够深入融入到制造业的各个环节，为制造企业提供重要的支持和帮助。通过利用CAE技术，企业可以更好地满足客户需求，提高产品质量和性能，降低生产成本，增强市场竞争力。未来，随着技术的不断进步和应用领域的拓展，CAE软件将成为制造业数字化转型的关键工具之一，推动制造业的创新和发展。

CAE软件行业发展趋势

1、CAD/CAE软件集成

随着未来环境对航空装备性能和研制周期的要求越来越高，在装备设计阶段及早引入仿真分析，可以充分模拟和优化装备性能，有效加快设计迭代。在实现设计/仿真所需的CAD/CAE软件集成的过程中，关键在于确保这些软件之间的无缝对接和高效协作。

2.多物理场耦合分析

以高超声速飞行器为例，这种飞行器面临着电磁场、流场、温度场、声场等多物理场耦合的复杂服役环境。在这种环境下，飞行器的性能和行为受到多个物理场的共同影响，因此，为了最大程度地模拟飞机的真实状态，提供给飞机设计有力的支持，需要进行多场耦合仿真分析。因此，多物理场耦合分析是CAE软件的重要发展方向。

3.多尺度分析

随着新型复合材料的广泛应用，深入研究非均质材料的微观结构对其性能的影响变得至关重要。为了实现这一目标，我们可以利用多尺度分析软件，从微观到宏观层面进行模拟，优化设计颗粒/纤维体积分数、纤维方向等参数。这将为新型复合材料的设计提供有力支持，帮助我们更好地理解材料的性能和行为，并实现更高效、精确的设计。因此，多尺度分析是CAE软件的一个重要发展方向。

4.部署高性能计算环境

CAE软件为适应当前的高性能计算（HPC）硬件环境，正不断吸收高效率、高精度的并行数值算法，并进行软件的并行化升级。此外，针对HPC环境进行软件的自适应改造也是必要的，这将为超大规模的高效、高精度仿真奠定坚实基础。

5.云平台部署

云平台近年来取得了快速发展。借助云平台，我们可以快速部署CAE软件，确保软件和数据的统一配置及管理。云端的高性能计算资源和海量存储空间为大规模模型的高效计算和数据文件管理提供了有力支持。通过云平台，团队成员可以高效地进行远程协同设计仿真工作，进一步提升装备的研制效率。因此，将CAE软件部署在云平台上已成为重点关注和发展的方向之一。

图表：CAE软件行业发展趋势

资料来源：智研瞻产业研究院整理