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工业软件产业研究:CAX类工业软件趋势、空间、格局与投资主线

发表时间:2022-08-08 浏览次数:113

核心观点:

基于对CAX产业的分析与判断,对标国外主流的达索、西门子、Autodesk等工业软件巨头发展路径的分析,我们归纳出如下三个推荐逻辑:

核心逻辑一:当前中国制造业从粗放式向精细化管理模式转变,百亿级全球市场看空间,中国CAX类工业软件市场增速明显高于全球。

从市场空间看,全球CAD/CAE/CAM市场空间分别为20亿美元级(2028年)、130亿美元级(2025年)和40亿美元级(2025年)。

从行业增速看,中国CAD/CAE/CAM市场复合增速均明显高于全球水平,中国市场对工业软件的需求持续加大。

核心逻辑二:无论是全球还是中国CAX软件市场,海外巨头几乎都占据垄断。在CAX细分市场中,国产替代进程由高到底分别为:2D CAD>3D CAD>CAE/CAM。

从国产替代程度看,当前国产2D CAD逐步国产替代,3D CAD实现基本可用,CAE和CAM仍处于核心技术亟待突破阶段。从应用场景来看,国产CAD/CAE/CAM较多应用于建筑、工业工程等中低端场景,航空航天、精密制造等高端场景尚待突破。

核心逻辑三:CAX三大产品一体化发展是大势所趋,数据交互是产品无缝衔接的关键,工业软件的演进史就是行业巨头发展的并购史。

欧美已经诞生了众多综合性的工业巨头,包括西门子(1149亿欧元)、达索(501亿欧元)、Autodesk(645亿美元)、ANSYS(294亿 美元)、PTC(155亿美元),中国CAD龙头厂商中望软件(349亿元)长期成长空间巨大。

01 综述:CAX一体化趋势,数据交互是关键

1.1 CAX三大产品一体化发展是大势所趋,数据交互是关键

CAD/CAE / CAM 一体化发展大势所趋:一般来说,产品生产过程可分为初步设计、详细设计、生产准备和生产制造 4 个阶段。

初步设计和详细设计流程环节:利用CAD进行产品几何实体建模,为CAE所用;利用 CAE 对产品几何实体模型进行性能、强度、动力 学等方面的数值模拟计算,根据CAE计算结果不断利用 CAD 修改几何实体模型, 最终设计出符合性能和经济性要求的最优化产品。

生产准备和生产制造流程环节:利用 CAD 输出产品三维图形、工程图纸等,并保存所有产品数据信息为CAM所用;利用 CAM 完成 产品生产制造所需的工艺设计、NC 编程、机器人编程等工作以及实际制造工作。

1.2 CAD/CAE/CAM通过建模和分析,编程成为自动化一条龙

CAD,CAE,CAM建模分析自动编程一条龙

技术层面:CAD和CAE是两大技术方向,CAD的核心是基于 集合模型的造型建模,CAE是基于物理模型的数值 拟合求解,而CAM是将CAD建模转化为数控加工程 序的功能。

应用层面:CAD、CAE、CAM三者环环相扣,由CAE软件读 取CAD的初步建模,进行工程分析(仿真模拟), 再将结果反馈给CAD继续优化产品设计,最后由 CAM进行自动化数控编程。该流程结束后,与生产 管控和管理运营软件结合起来进行生产作业,由生 产控制系统进行加工制造。

CAM与CAD的高度集成是大趋势:CAM与CAD的集成将极大的提高设计生产效率, 主流CAD/CAM软件多会集成CAE模块,满足轻度 仿真分析需求。

02 分述:CAX三大品类的空间、格局与差距

2.1 中国CAD市场增速明显高于全球,呈巨头垄断行业格局

中国CAD市场增速明显高于全球:根未来几年全球CAD市场规模增速预计保持6.5%,2028年将达到138.3亿美元。 其中,同期中国CAD市场规模增速明显高于全球。

无论是中国还是全球,四大CAD巨头垄断行业:全球CAD市场仍然由海外巨头主导,四大巨头占据全球CAD市场的80%,包括达索 ( 31% )、 Autodesk(28% )、西门子( 21% )、PTC(8%)。

2.2 国产2D CAD可基本实现国产替代,非高端领域逐步国产替代

2D CAD 方面:国产软件(以中望软件为例)已可基本实现国产替代 ,国产化率约11%。已有国产2D CAD产品采用多核处理器,运行速度 基本赶上AutoCAD。兼容性方面国产软件较海外软件有一定差距。

行业分布:海外主流2D CAD产品可适用于高端设备,如精密机械、电 脑软硬件、医疗企业、汽车等的生产。国内主流2D CAD产品主要适用 于基础机械制造和建筑行业等相对中低端场景。

2.3 国产3D CAD基本实现可用,主要应用相对中低端工业场景

国产3D CAD在非高端领域已基本可用,未来3-5年有望逐步替代达索 Solid Works,但与海外高端产品还有明显差距。国产三维几何建模能力,国产软件较海外软件有一定差距,不能运用 于高端的航空航天、精密制造行业。海外主流3D CAD产品广泛应用于 该类行业,而国内主流3D CAD产品主要用于工业工程、汽车机械等行业,预计追赶CATIA还需要较长时间。

2.4 中望3D CAD掌握核心自主技术,实力比肩国际第三阵营

针对不同复杂场景及曲面设计需求,体量装配数量,3D CAD 产品满足各层次需求:3D CAD 主要分第一阵营平均技术指标、第二阵营平均技术指标、第三阵营平均技术指标,分别对应三维几何建模能力自由曲面建模质 量、大体量装配设计能力、行业应用模块、典型应用领域等技术特征。三维几何建模能力场景主要划分为:简单场景建模质量可用,一般复杂场景建模质量可靠,超复杂场景建模质量高稳定好。

2.5 CAE三巨头主导全球市场,中国CAE市场国产化率不足5%

中国CAE市场增速高于全球6.6个百分点:2020年预计全球CAE市场规模达到81亿美元,预计2025年达到 128亿美元,年均复合增速9.6%。

全球CAE市场基本被海外企业主导,中国CAE市场国产化率不足5%:2020年排名前三厂商占据全球CAE市场的47%,分别是西门子、 ANSYS和达索。在中国市场,全球CAE三巨头的市占率超过95.7%,国产化率不足5%。

2.6 中国CAM市场增速26.8%,国产CAM厂商核心技术亟待突破

中国CAM市场增速26.8%,明显高于全球7%的增速水平:2017年全球CAM市场规模为20.9亿美元,预计 2025年将达到35.7亿美元,对应2017-2025年均增速为7%。根据中国研发类工业软件类型占比中CAM软件占比11%,乘上中国研发设计 类工业软件市场规模,估算出的中国CAM市场规模来看,2012-2017年均增速26.8%,远远超过全球CAM市场增速。

竞争格局:无论是全球还是中国CAM市场,达索、西门子、PTC三巨头几乎占据了大部分市场,国产CAM厂商仅山大华天SINOVATION相 对成熟,国产CAM厂商核心技术亟待突破。

2.7 CAM软件存在三种解决方案,功能特点各有侧重

与CAD套件一起打包的CAM工具:

优点:具有相关性,由于刀具路径链接回CAD设计,因 此所有更改都会立即反映在刀具路径中,不必手动将 CAD文件重新导入外部CAM软件,然后从头开始重新编 程刀具路径。

缺点:功能不够强大,无法为具有许多特征的高度复杂零 件创建刀具路径。

独立的CAM程序:

优点:专用CAM软件具有强大的CAM操作功能,可以创 建复杂的几何图形,如涡轮机。

缺点:CAD软件本地不能导入,丧失结合性。

需要CAM软件和CAD程序支持相同的文件格式,因此独 立的CAM程序在处理行业标准格式的文件时比较方便, 否则操作将会变得十分复杂。

用于CAD程序的CAM插件:上述两种解决方案之间有一个中间地带,它具有前两种方案所有 优点。既为原生CAD软件提供全面的CAM功能,使得相关性得以 保留,又可以让用户从专用CAM软件中找到的大量工具获益。

03 风险提示

疫情导致全球经济的下行的风险:疫情蔓延全球,宏观经济下滑导致企业IT支出增长放缓,下游客户对工业软件的需求下降的风险。

制造业升级进展过慢的风险:中国制造业产业升级过程中,技术和产品迭代过慢,升级进程低于预期。

行业竞争加剧导致盈利水平下降:国外工业软件巨头扩张进一步加剧行业竞争格局,导致行业盈利水平下降。

核心技术突破进程低于预期的风险:核心技术突破困难,进程低于预期导致的产品性能更新放缓,竞争力下降。