國(guó)產(chǎn)CAE軟件的“長(zhǎng)坡厚雪”在哪里？

國(guó)產(chǎn)CAE在核心產(chǎn)品力上需要正面強(qiáng)攻，在行業(yè)、場(chǎng)景和商業(yè)模式上則可以有相對(duì)靈活的選擇，關(guān)鍵是要找到那片最合適自己的土壤，快快長(zhǎng)大！

站在今天回顧C(jī)AE軟件的發(fā)展歷史，可以看到：從全球來(lái)看，CAE在經(jīng)過(guò)了上世紀(jì)四十年左右的發(fā)展之后，從2000年前后開(kāi)始進(jìn)入成熟壯大期。經(jīng)過(guò)一系列的兼并重組，海外 CAE 巨頭逐漸發(fā)展壯大，不斷提升自身的 CAE 分析技術(shù)、 拓展應(yīng)用范圍，當(dāng)前已進(jìn)入成熟發(fā)展階段。相形之下，國(guó)內(nèi)的發(fā)展可以認(rèn)為落后很多。

雖然早在上個(gè)世紀(jì)七八十年代，中國(guó)本土就涌現(xiàn)了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有限元分析軟件，但在2000年前后，隨著國(guó)外CAE軟件廠商相繼進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)本土 CAE軟件廠商遭到巨大沖擊、發(fā)展非常緩慢。直到2006年前后，國(guó)內(nèi)制造、汽車、 工程機(jī)械、航空航天等應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)需求持續(xù)增大，中國(guó)本土CAE軟件開(kāi)發(fā)商才再次積聚起力量，開(kāi)始謀求做大做強(qiáng)。最近十多年來(lái)，國(guó)家一系列幫扶政策陸續(xù)推出，國(guó)產(chǎn) CAE 廠商開(kāi)始迎來(lái)加速發(fā)展期。

就眼下的市場(chǎng)格局而言，全球CAE市場(chǎng)基本被前三大供應(yīng)商所主導(dǎo)，分別是西門子、Ansys和達(dá)索，市占率共計(jì)47%（2020年數(shù)據(jù)）；在中國(guó)市場(chǎng)，主要廠商為達(dá)索、西門子、Ansys、安世亞太、中望和安懷信等，國(guó)內(nèi)三家公司市占比均不足5%，總占比僅6%（天風(fēng)證券數(shù)據(jù)）。

可見(jiàn)，在國(guó)內(nèi)的工業(yè)軟件市場(chǎng)中，國(guó)內(nèi)廠商在面對(duì)國(guó)際大廠時(shí)還非常弱小，大量的設(shè)計(jì)、制造等核心工業(yè)軟件均為國(guó)外品牌所占領(lǐng)。數(shù)據(jù)顯示，目前CAE國(guó)產(chǎn)化率僅為11%。

當(dāng)然，另外一個(gè)不容忽視的政策紅利是，隨著中美博弈、信創(chuàng)加速，國(guó)產(chǎn)化的確在不斷提升，政策正在推動(dòng)CAE行業(yè)快速發(fā)展。

●2012年， 工信部印發(fā)了《軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，提出要推動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造(CAD/CAM)、計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)、制造執(zhí)行管理系統(tǒng)(MES) 等工業(yè)軟件在航空、航天、機(jī)械、汽車、電子等工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

●2015年，國(guó)務(wù)院出臺(tái)了《中國(guó)制造 2025》，提出大力開(kāi)發(fā)安全領(lǐng)域操作系統(tǒng)等工業(yè)基礎(chǔ)軟件，加快提升智能設(shè)計(jì)仿真、制造物聯(lián)與服務(wù)等高端工業(yè)軟件技術(shù)，開(kāi)發(fā)高端工業(yè)平臺(tái)軟件和應(yīng)用軟件以及推進(jìn)工業(yè)軟件體系化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

政府出臺(tái)的行業(yè)支持政策有助于推動(dòng) CAE 技術(shù)發(fā)展、健全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系、促進(jìn) CAE 軟件行業(yè)應(yīng)用、加快建立產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，對(duì)于助力下游工業(yè)企業(yè)智能化、信息化進(jìn)程具有重要意義。

但就如查理·芒格所說(shuō)：“宏觀是我們必須要接受的，而微觀才是我們能有所作為的?！?/span>

在眼下的產(chǎn)業(yè)大環(huán)境中，對(duì)于業(yè)界來(lái)說(shuō)，一個(gè)更關(guān)鍵的微觀命題是——當(dāng)我們開(kāi)始討論國(guó)產(chǎn)CAE時(shí)，最重要的討論點(diǎn)應(yīng)該在哪里？

01 綜合產(chǎn)品力之戰(zhàn)

作為一款工業(yè)軟件，CAE的產(chǎn)品力比拼的到底是什么？

籠統(tǒng)的說(shuō)，客戶應(yīng)用CAE，就是運(yùn)用仿真模擬取代真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)。要實(shí)現(xiàn)這種替代，CAE 需要整合數(shù)學(xué)+物理學(xué)(底層)、計(jì)算機(jī)科學(xué)(中層)、工程學(xué)(外層)等三個(gè)層面的能力。

CAE 軟件從底層的物理規(guī)則和數(shù)學(xué)公式出發(fā)，將現(xiàn)實(shí)世界映射到軟件中；然后運(yùn)用求解器（包含計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程和算法）進(jìn)行相應(yīng)的求解計(jì)算，并把結(jié)果通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)現(xiàn)可視化和用戶交互；最后，結(jié)合特定領(lǐng)域工程學(xué)的工作流程，幫助用戶解決工程中的實(shí)際問(wèn)題。與這一原理邏輯相對(duì)應(yīng)，CAE的產(chǎn)品力也體現(xiàn)在多個(gè)層面。

首先，產(chǎn)品覆蓋的是單一物理場(chǎng)、還是多物理場(chǎng)。

CAE 的本質(zhì)是用物理法則對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行描述。常見(jiàn)的物理場(chǎng)包括傳熱、孔隙水流動(dòng)、濃度場(chǎng)、壓力應(yīng)變場(chǎng)、動(dòng)力學(xué)場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)、靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)等。每個(gè)專業(yè)領(lǐng)域又會(huì)涉及到特定物理規(guī)則，以結(jié)構(gòu)為例，為解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，有可能會(huì)涉及到理論力學(xué)、分析力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)、疲勞力學(xué)、斷裂力學(xué)等一系列特定規(guī)則。

從目前主流的CAE軟件來(lái)看，基于對(duì)物理場(chǎng)的覆蓋能力，可以分為通用類、專用類兩大類。其中，通用性CAE適用范圍廣，可針對(duì)多種類型產(chǎn)品的物理力學(xué)性能進(jìn)行模擬仿真，代表軟件企業(yè)主要是Ansys、 MSC、達(dá)索等；專業(yè)性CAE主要針對(duì)特定類型的產(chǎn)品提供較好的性能分析、預(yù)測(cè)以及設(shè)計(jì)優(yōu)化等功能，代表軟件包括:專注于流體力學(xué)領(lǐng)域的Fluent、專注于多體動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的 Adams和專注于注塑成型領(lǐng)域的 Moldflow 等。

從目前行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)看，對(duì)多物理場(chǎng)的覆蓋的確更能體現(xiàn)產(chǎn)品力上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，像達(dá)索、Ansys等頭部CAE廠商還在不斷通過(guò)收購(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)更多物理場(chǎng)的覆蓋。

以Ansys為例，他們?cè)谌昵暗漠a(chǎn)品組合中還沒(méi)有任何光學(xué)仿真產(chǎn)品，而三年后就已經(jīng)可以在這一領(lǐng)域提供端到端的解決方案。2018年收購(gòu)OPTIS，2020年收購(gòu)Lumerical，最近（2021年 8月 30日），又剛剛宣布收購(gòu)光學(xué)軟件開(kāi)發(fā)商Zemax公司。這家公司作為全球首選的成像光學(xué)設(shè)計(jì)平臺(tái)，此前已經(jīng)獨(dú)立發(fā)展30多年。它依靠高精度光線追跡和可靠的透鏡設(shè)計(jì)，幾乎涉及光學(xué)制造環(huán)節(jié)中的每一個(gè)光學(xué)元件。

對(duì)物理場(chǎng)的覆蓋越來(lái)越多，給Ansys帶來(lái)多個(gè)層面的利好。一是最關(guān)鍵的產(chǎn)品力提升，Ansys表示，他們的光學(xué)仿真套件不是作為孤立的產(chǎn)品獨(dú)立工作，而是作為完整多物理場(chǎng)工作流程的一部分運(yùn)行。如今，Ansys 光學(xué)解決方案用于多種應(yīng)用，從自動(dòng)駕駛汽車中的攝像頭和 LiDAR 陣列到電信和手機(jī)攝像頭，再到醫(yī)療設(shè)備和其他視覺(jué)輔助設(shè)備；二是直接帶來(lái)了TAM和營(yíng)收的擴(kuò)展。Ansys 在2021年第三季度財(cái)報(bào)會(huì)議上就表示，在第三季度，已經(jīng)有約 5% 的合同訂單中包含了光學(xué)模擬產(chǎn)品。

在國(guó)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)覆蓋的代表廠商是云廬科技，他們是國(guó)內(nèi)真正掌握了有限元分析技術(shù)的少數(shù)廠商之一。

根據(jù)公開(kāi)信息，公司核心團(tuán)隊(duì)出自清華大學(xué)和中科院。早在2013年，其核心創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)為清華大學(xué)、麻省理工學(xué)院和劍橋大學(xué)組成的“三校低碳聯(lián)盟”開(kāi)發(fā)配套軟件，基于結(jié)構(gòu)、溫度和流體等三種物理場(chǎng)耦合，開(kāi)發(fā)出世界上第一款淺層地?zé)崮苡邢拊抡娣治鱿到y(tǒng)，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

云廬科技在2015年正式成立后，始終致力于通過(guò)融合CAE的數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通、水利、新能源、城市生命線等基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期的管理和維護(hù)。如今，云廬科技可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、流體、電磁、傳熱等領(lǐng)域的多物理場(chǎng)耦合仿真。

2021年9月，云廬科技發(fā)布自主研發(fā)的“非線性多物理場(chǎng)耦合仿真云平臺(tái)——云朏”?！霸茤F”仿真云平臺(tái)將其多物理場(chǎng)耦合仿真能力提升到一個(gè)新的高度。據(jù)介紹，“云朏”仿真云平臺(tái)系統(tǒng)內(nèi)核的結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊，包含桁架、索、梁、殼、實(shí)體等多種單元類型，以及剛性連接、彈性連接、MPC等多種約束連接形式，集成了多種彈塑性本構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、非線性、模態(tài)、疲勞等多種工況計(jì)算;流體力學(xué)模塊包含算子分裂法、混合元法、有限元-有限體積耦合法等多種算法，可求解多相流、k-ε模型、大渦模擬、多孔介質(zhì)滲流等多種模型問(wèn)題;熱力學(xué)模塊可分析包含第一類邊界、熱流邊界、傳熱邊界、輻射邊界等多種邊界問(wèn)題的求解。

其二，仿真算力、可靠性、易用性的提升以及云計(jì)算、人工智能算法的應(yīng)用。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，CAE 同其他工業(yè)軟件一樣，其發(fā)展同樣受到計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的深刻影響。

拆解 CAE 軟件架構(gòu)，CAE按照功能可以分為 9 大模塊:輸入輸出、幾何、有限元模型、后處理器、求解器、圖形、 公共模塊、高性能計(jì)算(HC)、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)科學(xué)需要提供仿真過(guò)程所需的算力。模擬仿真過(guò)程涉及到大量計(jì)算過(guò)程，需要計(jì)算機(jī)提供算力支持、加速計(jì)算過(guò)程(高性能計(jì)算)、優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)等，以加快設(shè)計(jì)過(guò)程。最近幾年，CAE算力和算法的不斷升級(jí)來(lái)自供求兩個(gè)方面的推拉合力。

在需求端，只有算力進(jìn)一步提升，多場(chǎng)耦合才能真正實(shí)現(xiàn)，仿真效果也將進(jìn)一步優(yōu)化。從上世紀(jì)90年代到今天，多物理場(chǎng)耦合逐步從理論走向?qū)嵺`， 但由于計(jì)算量較大，當(dāng)前的多物理場(chǎng)耦合往往還是采取各種形式的簡(jiǎn)化方法，仍然涉及多種軟件、算法以及數(shù)據(jù)互換的問(wèn)題。

在供給端，數(shù)學(xué)理論、算法、計(jì)算機(jī)圖形、三維實(shí)體造型、數(shù)據(jù)交換、工程數(shù)據(jù)管理等技術(shù)的革新已經(jīng)成為推動(dòng) CAE 軟件水平提升的重要驅(qū)動(dòng)力。

CAE在算法和算力上的提升，有兩大看點(diǎn)。

一是云CAE。云 CAE 提供多端訪問(wèn)、資源分配的靈活性。用戶通過(guò)訪問(wèn)CAE云平臺(tái)，能夠選擇所需要的計(jì)算資源，在計(jì)算資源運(yùn)用上具有一定的靈活性，有助于提升計(jì)算的速度。

二是人工智能+CAE。各個(gè)數(shù)字化領(lǐng)域中逐步“+人工智能”是未來(lái)十年的重要主題，CAE也不例外。人工智能技術(shù)可與仿真的多個(gè)環(huán)節(jié)相結(jié)合，同時(shí)，人工智能技術(shù)也能夠與 CAE 的多個(gè)環(huán)節(jié)相結(jié)合，提升 CAE 的易用性與使用效率。一方面表現(xiàn)為通過(guò) AI 技術(shù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的功能，部分替代需要人工參與的環(huán)節(jié)或?yàn)槿斯ぬ峁┹o助，增強(qiáng)易用性，如 AI 提供邊界條件，AI 提出修改建議等，另一方面，通過(guò) AI 算法訓(xùn)練代理模型，有助于提升計(jì)算速度，降低成本。眼下，主要的傳統(tǒng)工業(yè)軟件巨頭都在向智能化業(yè)務(wù)拓展，人工智能也在向工業(yè)軟件業(yè)務(wù)拓展。比如：達(dá)索、西門子、Ansys。

在國(guó)內(nèi)，云廬科技新推出的“云朏”仿真云平臺(tái)也宣稱，具備多物理場(chǎng)耦合仿真、非線性分析、超大規(guī)模計(jì)算和人工智能/AI算法等四大核心技術(shù)，可以讓行業(yè)用戶更輕松地在強(qiáng)大的云基礎(chǔ)設(shè)施上進(jìn)行仿真模擬，更快更好地完成運(yùn)維管理、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等工作。

云廬科技為了綜合利用云計(jì)算和工程仿真的綜合優(yōu)勢(shì)，將“云朏”仿真云平臺(tái)與華為云合作創(chuàng)建了一個(gè)安全的云解決方案。用戶可以直接從桌面上運(yùn)行的應(yīng)用程序輕松訪問(wèn)云中的 HPC。

云廬科技基于“云朏”仿真云平臺(tái)，針對(duì)基建行業(yè)、市政管理、公共建筑和地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)打造出了相關(guān)的解決方案，相關(guān)的應(yīng)用程序套件也正在逐步完善?；趨^(qū)域分解法的并行架構(gòu)，使“云朏”仿真云平臺(tái)的計(jì)算能力得到顯著加強(qiáng)。系統(tǒng)內(nèi)核支持并行計(jì)算，目前已通過(guò)億級(jí)自由度萬(wàn)核并行測(cè)試，代碼并行率高于95%，在大規(guī)模、超大規(guī)模仿真分析方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì);內(nèi)核的計(jì)算精度與國(guó)際知名通用CAE軟件相當(dāng)，線性計(jì)算結(jié)果相差<1‰，非線性計(jì)算結(jié)果相差<1%。

在物理場(chǎng)仿真和算法算力的基礎(chǔ)之上，第三個(gè)關(guān)鍵是平臺(tái)和生態(tài)的構(gòu)建。

國(guó)外CAE龍頭公司經(jīng)過(guò)幾十年迭代，不僅技術(shù)層面非常成熟，平臺(tái)和生態(tài)也已經(jīng)成型。這種平臺(tái)和生態(tài)首先表現(xiàn)為工業(yè)軟件的模塊化，比如上文提到的網(wǎng)格剖分器組件(主要有 Distene 的 MeshGems等)。工業(yè)軟件因?yàn)閮?nèi)涵極其豐富、因而擁有復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)的組成單元。這使得產(chǎn)業(yè)鏈中的企業(yè)會(huì)主動(dòng)進(jìn)行水平分工，聚焦自己的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域，公司之間進(jìn)行通力合作。

其次，這種平臺(tái)和生態(tài)還表現(xiàn)在包含專家團(tuán)隊(duì)、服務(wù)商以及供應(yīng)鏈在內(nèi)的整體環(huán)境。比如Siemens PLM 全球有 150 家技術(shù)合作伙伴，Solid Edge 有 289 家第三方合作伙伴， Dassault System 全球有 934 家技術(shù)合作伙伴，這些合作伙伴不僅是模塊的供應(yīng)商，同時(shí)也是其他 CAX 軟件的 供應(yīng)商，工業(yè)設(shè)計(jì)軟件的巨頭絕大部分都是產(chǎn)業(yè)鏈公司，其產(chǎn)品也是平臺(tái)型產(chǎn)品，已經(jīng)形成非常穩(wěn)健的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。

CAM 軟件需要涉及到加工路徑的組件(主要有德國(guó)的 ModuleWorks 與英國(guó)的 MachineWorks)。CATIA、NX、 Creo 等高端多學(xué)科 MCAD 會(huì)涉及更多的組件，其中有不少核心組件來(lái)自于第三方，甚至 有些組件會(huì)來(lái)自競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

從下游客戶的角度出發(fā)，也在呼喚平臺(tái)和生態(tài)的構(gòu)建。隨著集成系統(tǒng)和軟件復(fù)雜性的不斷增加，許多行業(yè)中的設(shè)計(jì)、建造、集成、調(diào)試和運(yùn)營(yíng)都涉及到了越來(lái)越多的利益相關(guān)者。因此，國(guó)內(nèi)的云廬科技提出，“云朏”仿真云平臺(tái)的核心價(jià)值在于幫助人們?cè)谠浦懈咝У赝瓿煞抡嬗?jì)算，合力打造一個(gè)數(shù)字孿生的開(kāi)放生態(tài)系統(tǒng)。

“云朏”仿真云平臺(tái)具備了源源不斷的云計(jì)算資源和強(qiáng)大全面的算法支持；可以提供相關(guān)模型接口的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和參考模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)協(xié)作式數(shù)字孿生仿真以及模擬和結(jié)果的跨組織共享；開(kāi)發(fā)者在平臺(tái)上不但可以導(dǎo)出各種格式數(shù)據(jù)，而且可以導(dǎo)入第三方模型，繼續(xù)進(jìn)行深度定制開(kāi)發(fā)。

如今，“云朏”仿真云平臺(tái)核心開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)已與北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等國(guó)內(nèi)高校團(tuán)隊(duì)展開(kāi)合作，開(kāi)發(fā)集成了一批高校和科研院所自研的先進(jìn)算法。

2022年，云廬科技進(jìn)一步推進(jìn)多物理多領(lǐng)域仿真平臺(tái)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)深度融合，推出低代碼開(kāi)發(fā)平臺(tái)“云摶”，實(shí)現(xiàn)圖形化、低代碼、易使用的仿真平臺(tái)。同時(shí)，進(jìn)一步拓展多物理計(jì)算領(lǐng)域，包括過(guò)自動(dòng)控制過(guò)程、時(shí)間序列分析、數(shù)字信號(hào)處理、動(dòng)態(tài)過(guò)程分析、圖像處理等仿真能力。云廬科技創(chuàng)始人兼CEO王長(zhǎng)欣表示：“國(guó)內(nèi)行業(yè)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件的產(chǎn)品創(chuàng)新已經(jīng)產(chǎn)生了‘同頻共振’，云廬科技一方面堅(jiān)持獨(dú)立自主創(chuàng)新，另一方面也會(huì)堅(jiān)持與所有合作伙伴一起‘共研共創(chuàng)’，打造一個(gè)更開(kāi)放、更強(qiáng)壯的數(shù)字孿生生態(tài)系統(tǒng)?！?/span>

四是國(guó)產(chǎn)自主的問(wèn)題：

在今天的全球經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，CAE軟件的國(guó)產(chǎn)自主性尤其值得認(rèn)真探究。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)CAE市場(chǎng)不外乎幾種產(chǎn)品，一種代理國(guó)外產(chǎn)品，第二種是基于開(kāi)源的二次開(kāi)發(fā)，第三種是完全獨(dú)立自主的國(guó)產(chǎn)軟件。從市面上看，前兩種占絕大多數(shù)，真正的第三種并不多見(jiàn)。

云廬科技創(chuàng)始人兼CEO王長(zhǎng)欣表示，云廬科技從一開(kāi)始的目標(biāo)就是要做“真正意義的、國(guó)產(chǎn)自主的、有清晰商業(yè)模式的CAE產(chǎn)品”。他之所以這樣界定，是強(qiáng)調(diào)兩個(gè)要點(diǎn)。一是產(chǎn)品的確是獨(dú)立研發(fā)的，無(wú)論是產(chǎn)品的前處理、后處理還是求解器都是云廬科技獨(dú)立研發(fā)完成的。畢竟“開(kāi)源的說(shuō)停就停，體系不夠強(qiáng)大，Bug不好解決?！倍钱a(chǎn)品是可以真正商業(yè)化的產(chǎn)品。此前有些過(guò)于學(xué)術(shù)化的“產(chǎn)品”，雖然也是“國(guó)產(chǎn)自主”，但功能比較單一，代碼也不夠穩(wěn)定，并不能真正產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化。

在產(chǎn)品路線上，公司在2020年，結(jié)合人工智能、5G物聯(lián)網(wǎng)、邊云協(xié)同，發(fā)布了兩代云廬數(shù)字孿生平臺(tái)“云奚”， 并在交通基礎(chǔ)設(shè)施建造與運(yùn)維、城市安全與應(yīng)急、數(shù)字政府建設(shè)、環(huán)境治理等領(lǐng)域打造了多個(gè)標(biāo)桿案例；2021年9月，云廬科技在中國(guó)國(guó)際服務(wù)貿(mào)易交易會(huì)上正式發(fā)布自主研發(fā)的非線性多物理場(chǎng)耦合仿真云平臺(tái)——云朏。2022年，將推出低代碼系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)--云摶。這也標(biāo)志著云廬科技CAE系列產(chǎn)品的成熟度又提升到了一個(gè)新的水平。

02 尋找行業(yè)場(chǎng)景中的“長(zhǎng)坡厚雪”

在綜合產(chǎn)品力之上，對(duì)行業(yè)場(chǎng)景的選擇是一個(gè)更能體現(xiàn)商業(yè)智慧的地方。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，CAE 應(yīng)用方式因行業(yè)領(lǐng)域和具體場(chǎng)景的不同而具備很大的差異。

從行業(yè)來(lái)說(shuō)，不同領(lǐng)域?qū)?CAE 軟件需求有較大差異。一方面，不同行業(yè)有自身的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)品的測(cè)試流程不一、維度不同，制造現(xiàn)場(chǎng)涉及大量的工藝過(guò)程需要行業(yè) know-how 作為支持。另一方面，下游用戶的使用習(xí)慣和綁定程度也決定了 CAE 軟件在工程學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用形式。

從場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，CAE 仿真用于模擬零件、部件、裝置(整機(jī))乃至生產(chǎn)線、工廠和各種市政基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)。其間，涉及從概念規(guī)劃到生產(chǎn)落地的各個(gè)工程階段，包括:規(guī)劃階段、概念開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、 詳細(xì)設(shè)計(jì)、測(cè)試與提煉、生產(chǎn)啟動(dòng)、日常運(yùn)維等等，CAE 可以在不同階段提供不同能力的支持。

從全球來(lái)看，美國(guó)市場(chǎng)上涉及建模仿真的主流行業(yè)領(lǐng)域包括: 資產(chǎn)效率分析、制造質(zhì)量管理、工況分析、未來(lái)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等。歐盟涉及建模仿真領(lǐng)域重點(diǎn)項(xiàng)目則主要有雙胞胎控制、數(shù)字動(dòng)態(tài)城市、車輛安全模型等14個(gè)領(lǐng)域。

以汽車領(lǐng)域?yàn)槔?，Ansys 的 Fluent、達(dá)索系統(tǒng)的 SimPACK 分別在流體分析、多體動(dòng)力學(xué)分析領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，以成熟而穩(wěn)定的行業(yè)應(yīng)用和功能特性為通用、福特、本田、日產(chǎn)等大型汽車企業(yè)提供服務(wù)。

在中國(guó)市場(chǎng)，有觀點(diǎn)認(rèn)為，中國(guó)涉及建模仿真十大領(lǐng)域包含有信息通信技術(shù)驗(yàn)證、機(jī)器人設(shè)計(jì)分析、航空航天裝備設(shè)計(jì)分析、船舶設(shè)計(jì)分析、軌道交通裝備設(shè)計(jì)分析、 新能源汽車設(shè)計(jì)分析、電力裝備運(yùn)行分析、新材料性能驗(yàn)證、生物醫(yī)療器械設(shè)計(jì)分析、農(nóng)機(jī)裝備設(shè)計(jì)分析等領(lǐng)域。

以應(yīng)用成熟度而言，CAE 在中國(guó)航天、汽車、航空領(lǐng)域中的應(yīng)用處于主導(dǎo)地位；從市場(chǎng)份額占比分析，CAE 在汽車、高鐵軌道交通、電子裝備制造領(lǐng)域中的應(yīng)用處于主導(dǎo)地位。

從供應(yīng)商的主打領(lǐng)域看，像安世亞太、中望等本土企業(yè)在通用機(jī)械、航天航空、船舶汽車、石油化工、電子電器和高校工程等方面有所建樹(shù)；英特仿真也是用于航空、航天、汽車、機(jī)械重工等高端裝備制造行業(yè)。

從頭部大廠最近幾年的實(shí)踐看，CAE廠商對(duì)行業(yè)的覆蓋和物理場(chǎng)的覆蓋一樣，都是以“多”為美，越全越好。以Ansys公司為例，綜合該公司最近幾年財(cái)報(bào)可知：從行業(yè)角度來(lái)看，高科技和半導(dǎo)體、航空航天和國(guó)防、汽車和地面運(yùn)輸被認(rèn)為是該公司的“頂級(jí)垂直行業(yè)”。

對(duì)于眼下正處于成長(zhǎng)期的國(guó)產(chǎn)CAE廠商來(lái)說(shuō)，對(duì)于行業(yè)的選擇尤其值得注意。他們一方面要在核心產(chǎn)品力上進(jìn)行正面強(qiáng)攻，但另一方面，在行業(yè)、場(chǎng)景和商業(yè)模式上則可以有相對(duì)靈活的選擇，關(guān)鍵是要找到真正的“長(zhǎng)坡厚雪”，找到那片最合適自己的土壤，快快長(zhǎng)大！

比如制造業(yè)，作為CAE應(yīng)用的重點(diǎn)行業(yè)，最近幾年因?yàn)椤爸悄苤圃臁睅?dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，下游行業(yè)用戶對(duì)CAE認(rèn)知度和重視度持續(xù)提升，CAE輔助產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的重要性日益凸顯；但在另一方面也要看到，制造領(lǐng)域長(zhǎng)期來(lái)形成的市場(chǎng)格局和用戶習(xí)慣，短期之內(nèi)完成正面替代并不容易。

再比如基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，這個(gè)市場(chǎng)的特點(diǎn)是存量巨大（尤其在中國(guó)），最近幾年智慧城市、智慧交通、智能建筑等新理念也給CAE的采用帶來(lái)新的驅(qū)動(dòng)力。

無(wú)論是智慧城市還是智慧交通，都離不開(kāi)工程安全的保障，而工程事故有可能是發(fā)生在運(yùn)維的階段，也有可能是發(fā)生在施工期。目前，世界上很多國(guó)家都已經(jīng)把基礎(chǔ)設(shè)施的災(zāi)變機(jī)理、預(yù)測(cè)方法等，納入到未來(lái)的重要規(guī)劃中。同時(shí)，基礎(chǔ)設(shè)施災(zāi)害的發(fā)生，往往既有自然因素的影響，也有人為因素的影響。天災(zāi)可以通過(guò)對(duì)環(huán)境的預(yù)測(cè)，如氣象、水文、地質(zhì)災(zāi)害來(lái)預(yù)報(bào)，人禍可以通過(guò)法規(guī)、設(shè)計(jì)和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)避免。

以云廬科技為例，他們基于其“云朏”、“云奚”、“云摶”等多款產(chǎn)品，決定首先布局交通、市政、智慧樓宇、能源等行業(yè)的垂直領(lǐng)域。云廬科技希望打造貫穿于工程全生命周期的數(shù)字孿生系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，避免或減少工程質(zhì)量和安全事故的發(fā)生。

云廬科技認(rèn)為，基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的數(shù)字孿生雖然已經(jīng)發(fā)展了20多年，但目前大部分應(yīng)用還處于利用傳統(tǒng)的傳感器，收集、采集數(shù)據(jù)的水平，無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確有效的分析。在他們看來(lái)，基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字孿生是一個(gè)跨學(xué)科、多領(lǐng)域融合的行業(yè)。首先，需要有傳感器、網(wǎng)絡(luò)、云平臺(tái)以及系統(tǒng)集成等技術(shù)支持，也需要計(jì)算力學(xué)，以及建筑、橋梁、水利等專業(yè)技術(shù)的支撐配合。另外，我們還需要對(duì)數(shù)據(jù)建模，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，以及基于人工智能的數(shù)據(jù)挖掘。

以橋梁建筑為例，我們要得出有效的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別情況、結(jié)構(gòu)剛度矩陣修正與重分析，還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的壽命預(yù)測(cè)等。CAE 有限元分析為AI提供對(duì)應(yīng)的樣本。

同時(shí)，從全球范圍來(lái)看，“數(shù)字孿生城市”目前已經(jīng)成為廣受關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域。CAE軟件與BIM、3DGIS之間的結(jié)合也越來(lái)越密切，在一定程度上提供了一種解決城市大規(guī)模工程協(xié)同分析的方法。這種方法對(duì)于城市規(guī)劃、災(zāi)害分析等方面有著很大的幫助。后續(xù)，隨著仿真技術(shù)不斷的進(jìn)步，領(lǐng)域間的結(jié)合也將會(huì)更加深入，數(shù)字孿生城市的進(jìn)程也會(huì)相應(yīng)加快。當(dāng)然，在基建行業(yè)之外，云廬科技針對(duì)其他行業(yè)的應(yīng)用滲透也已經(jīng)在開(kāi)展之中。

與行業(yè)類似，CAE廠商對(duì)具體場(chǎng)景環(huán)節(jié)的覆蓋，也要兼顧理想和現(xiàn)實(shí)。

理想的狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)對(duì)行業(yè)內(nèi)的全生命周期覆蓋，實(shí)現(xiàn)全棧仿真。比如達(dá)索的3DE平臺(tái)，Bentely分別對(duì)應(yīng)項(xiàng)目管理和資產(chǎn)管理兩個(gè)階段的產(chǎn)品，都是實(shí)現(xiàn)了對(duì)行業(yè)產(chǎn)品的全生命周期覆蓋。這種全棧仿真對(duì)廠商和用戶都有很大好處。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，全棧仿真、效率更高。如Ansys 總裁兼首席執(zhí)行官Ajei S. Gopal 所說(shuō)，他們的產(chǎn)品組合可以使客戶能從芯片級(jí)開(kāi)始仿真，增加了產(chǎn)品成功的可能性，也為客戶節(jié)省了時(shí)間、金錢和其他關(guān)鍵資源。而對(duì)廠商來(lái)說(shuō)，能夠同用戶那里擴(kuò)展業(yè)務(wù)，是一種的典型的“l(fā)and and expand”打法，自然可以挖掘出更高的營(yíng)收、利潤(rùn)，客戶粘性也更強(qiáng)。

與頭部CAE廠商對(duì)場(chǎng)景環(huán)節(jié)的全棧仿真不同，對(duì)于成長(zhǎng)期的中國(guó)CAE廠商來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段更現(xiàn)實(shí)的情況率先完成對(duì)某些場(chǎng)景環(huán)節(jié)的覆蓋，或者設(shè)計(jì)、或者運(yùn)維，不一而足。這種覆蓋考驗(yàn)的不僅僅是產(chǎn)品技術(shù)的先進(jìn)性和可用性，還有行業(yè)用戶本身的技術(shù)滲透率。如果是新能源、5G等前沿新興行業(yè)，更容易切入的場(chǎng)景可能是研發(fā)環(huán)節(jié)；但如果是基建、市政、交通等其他行業(yè)，更容易起量的場(chǎng)景可能就是日常運(yùn)維、檢測(cè)等環(huán)節(jié)。

CAE廠商對(duì)于場(chǎng)景環(huán)節(jié)的選擇很大程度上會(huì)直接決定他們的商業(yè)模式。

比如有的廠商甚至?xí)x擇在CAE產(chǎn)品業(yè)務(wù)（授權(quán)費(fèi)+咨詢服務(wù)）的基礎(chǔ)上，直接介入到終端設(shè)備和產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)，跨度的確很大。

也有像云廬科技這類公司，專注在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，不斷通過(guò)場(chǎng)景驗(yàn)證豐富自己的產(chǎn)品平臺(tái)，認(rèn)認(rèn)真真的打磨商業(yè)模式。在供熱管網(wǎng)領(lǐng)域，云廬科技幫助客戶定位漏損位置，精度可以達(dá)到十米；在智慧城市的內(nèi)澇預(yù)演中，云廬科技的計(jì)算速度可以以分鐘計(jì)算，已經(jīng)做到國(guó)內(nèi)最強(qiáng)。

總起來(lái)看，云廬科技的成長(zhǎng)路徑，首先是基于其核心的CAE產(chǎn)品形成一整套數(shù)字孿生體系，然后把這套數(shù)字孿生體系在不同行業(yè)（比如交通、市政、水利、能源等）、不同業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)（比如制造、施工、運(yùn)維等）進(jìn)行落地，“長(zhǎng)坡厚雪”均已到位。

03 跑步迎接行業(yè)整合期

CAE軟件等研發(fā)設(shè)計(jì)類工業(yè)軟件，有一個(gè)特點(diǎn)：全球市場(chǎng)規(guī)?？瓷先タ赡懿⒉皇呛艽螅?yàn)樘幵诋a(chǎn)業(yè)鏈的上游，對(duì)很多行業(yè)的產(chǎn)業(yè)撬動(dòng)能力非常巨大。

如果只看純CAE產(chǎn)品市場(chǎng)的話，根據(jù)Credence Research數(shù)據(jù)，2020年預(yù)計(jì)全球CAE市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到81億美元，預(yù)計(jì)2025年達(dá)到 128億美元，年均復(fù)合增速9.6%。根據(jù)賽迪顧問(wèn)2016-2021年中國(guó)工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模數(shù)據(jù)，2020年中國(guó)CAE市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到18億元，預(yù)計(jì) 2021年達(dá)到21億元，年均復(fù)合增速為 16.2%，明顯高于全球增速水平。如果我們結(jié)合CAE在具體行業(yè)場(chǎng)景中的應(yīng)用，則會(huì)發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)規(guī)模更為可觀。

以上文提到的基礎(chǔ)設(shè)施為例，無(wú)論對(duì)基于目前存量還是未來(lái)增量，相關(guān)數(shù)字化工具在未來(lái)20年中都將迎來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)機(jī)遇。根據(jù)牛津經(jīng)濟(jì)研究院發(fā)布的《 2017年全球基礎(chǔ)設(shè)施展望》（“《牛津經(jīng)濟(jì)展望》”），在2015年，全球涉及公路、電力、鐵路、電信、水、機(jī)場(chǎng)和港口的支出為2.3萬(wàn)億美元； 2016年至2040年期間，這一支出將平均每年增加3.2萬(wàn)億美元。

對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的需求增加歸因于各種因素，包括城市化以及對(duì)人口和氣候變化的適應(yīng)。根據(jù)《牛津經(jīng)濟(jì)展望》，到2040年，世界人口的10％和亞洲人口的15％將遷入城市或發(fā)現(xiàn)其周圍地區(qū)已成為城市，而在全球基礎(chǔ)設(shè)施支出的預(yù)期中，僅中國(guó)就占去30％。與基建投資同步，數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施工程的需求也會(huì)不斷加強(qiáng)。CAE產(chǎn)品和數(shù)字孿生可以滿足各類基礎(chǔ)設(shè)施投資者對(duì)跨項(xiàng)目和資產(chǎn)生命周期的數(shù)字工作流程的改進(jìn)期望。

智研咨詢發(fā)布的《2019-2025 年中國(guó)建筑工程行業(yè)市場(chǎng)調(diào)研及投資方向研究報(bào)告》表示，2019 年，相比于發(fā)達(dá)國(guó)家，中國(guó)的建筑信息化水平還十分落后。我國(guó)建筑施工企業(yè)信息化投入占總產(chǎn)值的比例約為 0.08%，而發(fā)達(dá)國(guó)家則為1%， 中國(guó)僅約為發(fā)達(dá)國(guó)家的 1/10，仍有較大提升空間。

眼下，各國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的投資者和建設(shè)者們對(duì)本行業(yè)低下的生產(chǎn)率和成本超支越來(lái)越不滿意（尤其與已經(jīng)嘗到數(shù)字技術(shù)甜頭的制造業(yè)相比時(shí)），他們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到通過(guò)數(shù)字化解決這些低效率問(wèn)題的必要性。換句話說(shuō)，基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的“工業(yè)化”可能是未來(lái)十年里最引人注目的話題之一，他帶來(lái)的行業(yè)利好不亞于“智能制造”，也必將成為CAE等工業(yè)設(shè)計(jì)軟件最為肥美的目標(biāo)市場(chǎng)之一。

根據(jù)美股上市公司Bentley在上市招股書中援引的研究機(jī)構(gòu)Cambashi的數(shù)據(jù)顯示，如果全球基礎(chǔ)設(shè)施工程軟件支出的強(qiáng)度與制造業(yè)產(chǎn)品工程軟件支出的強(qiáng)度相等，那么全球基礎(chǔ)設(shè)施工程軟件支出將為292億美元。在這個(gè)數(shù)百億的市場(chǎng)中，基于CAE、BIM、GIS等技術(shù)形成的數(shù)字孿生解決方案將占有相當(dāng)大的比例。

此外，對(duì)于這一行業(yè)，除了上文中提到了產(chǎn)品力和行業(yè)場(chǎng)景覆蓋之外，還有一些問(wèn)題值得進(jìn)一步探討。

一是云化CAE的價(jià)值。

軟件云化在全球來(lái)看幾乎都是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。國(guó)外領(lǐng)先CAE廠商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)上云，國(guó)內(nèi)廠商仍處于完善軟件的階段，但有觀點(diǎn)認(rèn)為，上云技術(shù)壁壘較低，國(guó)內(nèi)廠商有望實(shí)現(xiàn)短時(shí)快速趕超。

從應(yīng)用上看，的確能看到明顯的增長(zhǎng)。Ansys 公司總裁兼首席執(zhí)行官Ajei戈帕爾在2020 年第四季度收益會(huì)議上說(shuō)，對(duì) Ansys Cloud 的需求持續(xù)增加，其使用量在 2019 年到 2020 年之間增加了 100%。從云化的速度看，廠商的確在加速。比如Ansys Cloud已經(jīng)在機(jī)械流體、電磁學(xué)、光學(xué)等方面提供了大部分旗艦產(chǎn)品。但他也提醒說(shuō)：“今天我們的大多數(shù)客戶依然選擇都在自己的數(shù)據(jù)中心或自己的私有云中使用 Ansys 產(chǎn)品。Ansys Cloud 顯然正在快速增長(zhǎng)，但在今天和可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，它仍然是我們業(yè)務(wù)的一小部分?！?/span>

同樣，對(duì)于國(guó)產(chǎn)CAE軟件廠商來(lái)說(shuō)，云化CAE看上去需要成為標(biāo)配，但具體在營(yíng)收上能不能打，這個(gè)可能還是需要有一個(gè)客觀的判斷。

二是CAD/CAE / CAM等研發(fā)設(shè)計(jì)軟件的一體化發(fā)展。

眼下，的確出現(xiàn)了工業(yè)軟件產(chǎn)品一體化發(fā)展的趨勢(shì)。這一點(diǎn)其實(shí)與CAE軟件實(shí)現(xiàn)全棧仿真這一趨勢(shì)是一脈相承的。工業(yè)軟件從單項(xiàng)應(yīng)用到實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)客戶研發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、物流等各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的全覆蓋和深度滲透后，逐步朝綜合集成的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式變革。

所以，我們看到越來(lái)越多的廠商（尤其西門子、達(dá)索、Ansys等頭部大廠）都在不斷整合CAD/CAE / CAM等產(chǎn)品，不斷通過(guò)兼并收購(gòu)搶占市場(chǎng)。

在國(guó)內(nèi)，像中望軟件在過(guò)去20年也經(jīng)歷了兩次轉(zhuǎn)型。先是2002年，向CAD軟件提供商轉(zhuǎn)型，推出自主研發(fā)的 CAD平臺(tái)軟件中望CAD；然后2018年成立CAE研究中心，并在2019年推出首款全波三維電磁仿真軟件 ZWSim-EM，進(jìn)軍CAE領(lǐng)域；2020年，中望又發(fā)布All- in-One CAx發(fā)展戰(zhàn)略，正式開(kāi)啟一體化之路。

坦率來(lái)說(shuō)，CAD/CAE / CAM等研發(fā)設(shè)計(jì)軟件的一體化發(fā)展必然會(huì)加劇產(chǎn)業(yè)的內(nèi)卷，相關(guān)廠商的確需要加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)業(yè)時(shí)間窗口的把握。

綜上所述，從全球來(lái)看，國(guó)產(chǎn)CAE落后國(guó)外CAE至少一個(gè)發(fā)展階段；當(dāng)國(guó)外CAE基于水平分工編織起了強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)平臺(tái)和生態(tài)時(shí)，國(guó)產(chǎn)CAE可能還需要在核心技術(shù)組件、行業(yè)場(chǎng)景、解決方案和服務(wù)交付等各方面獨(dú)力完成垂直整合的工作。

當(dāng)然，從另一方面看，國(guó)產(chǎn)CAE的客戶需求和政策紅利也都非常確定。盡管國(guó)外 CAE 軟件廠商在眼下的市場(chǎng)中依然具有較強(qiáng)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，但并不能完全滿足中國(guó)制造業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域內(nèi)研發(fā)、生產(chǎn)、建設(shè)、運(yùn)維等環(huán)節(jié)中的仿真設(shè)計(jì)需求，市場(chǎng)中存在很多圍繞特定行業(yè)、特定場(chǎng)景的 CAE 解決方案需求。

在我們看來(lái)，未來(lái)5年肯定是國(guó)產(chǎn)CAE廠商大發(fā)展的黃金時(shí)期，但不同廠商可能會(huì)選擇了不同的發(fā)展路線，此刻看來(lái)或許沒(méi)有對(duì)錯(cuò)之分，主要看誰(shuí)跑得快。誰(shuí)能盡快做到龍頭（可以是CAE行業(yè)維度，也可以是細(xì)分行業(yè)、細(xì)分場(chǎng)景維度），誰(shuí)就能以最佳的姿態(tài)迎接行業(yè)整合期的到來(lái)。

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