2022年中国CAE(计算机辅助工程)行业趋势,国产替代空间广阔「图」-不锈钢3D打印工厂

2022年中国CAE(计算机辅助工程)行业趋势,国产替代空间广阔「图」-不锈钢3D打印工厂插图

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一、CAE(计算机辅助工程)行业基本概况

1、概念

CAE指工程设计中的计算机辅助工程,指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能,以及优化结构性能等,把工程(生产)的各个环节有机地组织起来,其关键就是将有关的信息集成,使其产生并存在于工程(产品)的整个生命周期。而CAE软件可作静态结构分析,动态分析;研究线性、非线性问题;分析结构(固体)、流体、电磁等。

2、核心价值

CAE价值不断强化,已在各行业广泛应用。CAE软件通过计算机技术对工程、物品进行仿真模拟,能够大幅降低设计和材料成本,缩短设计周期;通过“虚拟样机”来验证可靠性,并提前预判潜在问题;模拟各种试验方案;进行事后验证分析等,是工业领域必不可少的一环。CAE目前已经广泛应用于航空航天、汽车、半导体、电子设备、建筑等领域,其中航空航天和汽车依然是最大的应用领域。

CAE核心价值

2022年中国CAE(计算机辅助工程)行业趋势,国产替代空间广阔「图」

资料来源:公开资料整理

3、发展历程

国内对CAE的研究和开发始于上世纪70年代,涌现了一批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,大连理工大学开发的JIGFEX等。国内早期CAE产品针对特定领域,相对更专业,但更像是专家科研的数值计算程序,一般工程师难以掌握,后续推广和服务更难以为继,限制了市场化进展。90年代后,以ANSYS、MSC为代表的国外CAE产品席卷国内市场,成熟、好用而稳定的国外CAE也纷纷取代了国内的“老版本”程序,同时教育版本的渗透也加速了国外CAE的普及,国外巨头迅速接近垄断了国内市场,国产CAE进入沉寂期。2000年代中期开始,国外CAE产品不可能完成国内所有行业的需求,催生了国内围绕特定行业的CAE二次开发服务,国内CAE厂商陆续成立,开启商业化道路。尤其在当前强调智能制造,工业自主的背景下,国内CAE行业也进入了快速发展期。

国内外CAE发展历程

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资料来源:公开资料整理

二、CAE(计算机辅助工程)行业产业链

1、产业链示意图

中国CAE行业上游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;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。

中国CAE行业产业链示意图

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资料来源:公开资料整理

2、下

CAE是提高企业竞争力和保证国家安全的战略技术,在制造业和国民经济各领域中具有广阔的应用空间。广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、电子电器、国防军工、建筑等领域。

CAE产品下游应用占比情况

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注:以Ansys为例。

资料来源:公开资料整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国CAE行业市场调查研究及投资战略研究报告》

三、全球CAE(计算机辅助工程)行业现状

欧美是CAE等工业软件的起源地,也是CAE应用的巨大市场,由于CAE在需求、知识、应用、数据等方面依赖于工业体系,故CAE巨头多来自于制造业强国。从全球市场来看,全球市场规模由2017年的55.3亿美元持续增长至2021年的83.74亿美元,期间年均复合增速为10.93%

2017-2021年全球CAE市场规模及增速

2022年中国CAE(计算机辅助工程)行业趋势,国产替代空间广阔「图」

资料来源:亿渡,华经产业研究院整理

四、中国CAE(计算机辅助工程)行业现状

1、市场规模

伴随国家政策的支持、越来越多的厂商认识到CAE对产品设计的重要作用,除了航空航天、船舶等军工行业作为CAE的传统市场,汽车行业和消费电子行业的CAE市场也呈现出蓬勃发展的势头。近年来国内CAE市场也在迅速发展,2021年中国CAE行业市场规模达到21.8亿元,同比增长17.84%。

2016-2021年中国CAE行业市场规模及增速

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资料来源:华经产业研究院整理

2、区域分布

目前,国内CAE行业销售地区主要集中在华东、华南、华北等地区。其中,华东地区排名第一,2021年的份额达到40%。

2021年中国CAE市场销售区域分布

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资料来源:华经产业研究院整理

3、安装包大小

CAE文件安装包大小不断扩大。1990年CAE软件安装包大小仅50MB,如今CAE软件安装包大小已经达到约20GB。

1990-2020年CAE软件安装包大小变化情况

2022年中国CAE(计算机辅助工程)行业趋势,国产替代空间广阔「图」

资料来源:Simright官网,华经产业研究院整理

五、CAE(计算机辅助工程)行业竞争格局

目前我国CAE市场仍由国外厂商占主导地位。根据IDC数据,2021年Ansys、西门子、达索为前三厂商,市场份额分别为19.1%、16.5%、10.2%,几乎占据了整体市场的半壁江山,而国产厂商整体市场份额仅为15%,国产替代空间广阔。

2021年中国CAE市场竞争格局

2022年中国CAE(计算机辅助工程)行业趋势,国产替代空间广阔「图」

资料来源:IDC,华经产业研究院整理

六、CAE(计算机辅助工程)行业技术发展趋势

1、CAD/CAE软件一体化

随着未来环境对航空装备性能、研制周期等的要求越来越高,在装备设计阶段尽早引入仿真分析,可对装备性能进行充分的仿真和优化,并有效加速设计迭代,在此过程中的关键因素就是设计/仿真所需CAD/CAE软件的一体化,此为CAE软件重要的发展方向。

2、多物理场耦合分析

以高超声速飞行器为例,其面临流场、温度场、电磁场、声场等多物理场耦合的复杂服役环境,只有通过多场耦合仿真分析的方式,才能最大程度模拟飞行器的真实受载状态,为飞行器设计提供支持,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

随着未来各类新型复合材料的广泛应用,需要准确分析非均质材料的微观结构对材料性能的影响,可以借助多尺度分析软件,从微观、细观到宏观多个层面进行仿真,并对颗粒/纤维体积分数、纤维方向等参数进行优化设计,为新型复合材料的设计提供支持,因此多尺度分析是CAE软件的重要发展方向。

4、高性能计算环境部署

为了适应快速发展的高性能计算硬件环境,CAE软件需要不断吸收高精度、高效率并行数值算法,进行软件的并行化升级,并面向高性能计算环境进行软件适应性改造,为超大规模的高效、高精度仿真奠定基础。

5、云平台部署

云平台近年来取得了快速发展,借助云平台可以进行CAE软件快速部署,并保证软件、数据的统一配置和管理;同时可利用云端高性能计算资源和海量存储空间,进行大规模模型的高效计算和数据文件管理;借助云平台,可高效开展异地协同设计仿真,提升装备研制效率;因此CAE软件在云平台部署是重点发展方向之一。

华经产业研究院对中国CAE行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2023-2028年中国CAE行业市场全景评估及投资战略规划研究报告》。

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