2024年年初，全球EDA巨头Synopsys宣布，将以350亿美元收购仿真分析龙头厂商Ansys，这一事件标志着海外的EDA公司正在谋求从Design house-Fab-OSAT-System的贯通和覆盖。当我们把视野拉回国内，会发现尽管资本市场热度有所下降（与2022年相比，2023年投资案例减少25.9%，投资金额下降31.8%），但国内的工业软件市场仍有不少值得关注的事件发生：索辰科技、浩辰软件等工业软件企业陆续上市；中望软件收购英国仿真技术服务商CHAM公司100%股权；三维家、新迪数字等公司都获得了数亿元融资……
云岫从2020年来持续追踪行业，也服务了数十家工业软件企业，本期针对工业软件中独具特色的设计研发软件进行专题报告。
工业软件的发展意义
工业软件本质是将工业技术和经验封装为可复用的软件，提升工业品从研发设计到售后服务全流程的产品和服务效益，使工业互联网的价值得以兑现。据中商产业研究院发布的报告，2023年全球工业软件产业市场规模达5027亿美元。
中国工业软件市场也呈现高速增长模式。根据中商产业研究院数据显示，2019-2023年中国工业软件年均复合增长率达13.2%左右，2023年中国工业软件市场规模为2824亿元。随着行业的进一步发展，预计未来将继续保持高速增长态势
工业软件大致可分为设计研发、信息管理、生产控制管理、工业嵌入式软件和工业集成平台五大类。其中工业设计软件作为整个工业流程的起点和产生数据的源头，具有强大的入口效应，在产业链中尤为重要；而且其普适性更强，易实现规模化推广和复制，下游场景需求刚性程度最大。
我国作为全球唯一拥有完整工业体系的国家，从事工业设计软件开发的企业不少，但关键核心技术受制于人，生态不健全，以至于国内领军企业屈指可数，大型制造企业习惯购买国外软件，下游应用的国产化率不足10%。
工业设计软件研发是逐渐将工业知识代码化、标准化的过程，其难点主要在于三个方面：
第一，设计软件是跨学科和产学研一体化的产物，研发和利用CAD需要健全的工业软件知识体系和软硬件支撑平台。
第二，工业设计软件内核至关重要，却因研发难度过高，面临“自研不如引用”的窘境。
第三，我国工业化进程有限，工业化和信息化融而不合，工业设计软件的研发与应用脱节，陷入恶性循环的困局，导致工业软件最大的难点不在于软件开发技术本身，而是IT人员对工业知识数据的掌握和调用。
从外部因素看，中国工业软件的细分领域面临“断供”风险，国家政策大力支持国产替代为工业设计软件生态提供沃土。
内部因素，中国要将原先粗放低效的工业模式向更高科技含量和更高生产质量转变，这个过程对于企业的科技接受力和创造力提出了挑战。尤其是从仿制逐渐走向“正向设计”的研发型企业，若仍按国外工业软件的思路去按图索骥，难免受到限制，此时就有了对中国本土工业设计软件的需求。
工业设计软件的分类和市场梳理
从类型上看，设计软件主要包括:
计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)：产品设计的第一步，用于创建、更改、分析或优化设计模型（包括工程制图和几何造型），它旨在帮助设计师创造质量更好、更精确和更整洁的设计，也通过创建文档及数据库来辅助改善不同研发设计环节间的交流。
计算机辅助工程(CAE-Computer Aided Engineering)：用于分析产品的物理行为得到仿真结果，旨在验证和改善设计，降低试制成本和质量风险。
计算机辅助工艺过程设计(CAPP-Computer Aided Process Planning)：利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定加工工艺过程，旨在解决解决手工效率低、一致性差、质量不稳定等问题。
计算机辅助制造(CAM-Computer Aided Manufacturing)：直接或间接地把计算机与制造过程和生产设备相联系，用计算机系统进行制造过程的计划、管理以及对生产设备的控制与操作的运行，处理产品制造过程中所需的数据等。
严格意义上来说，工业设计软件无法抽象到“行行通用”的水平。应用场景决定工业设计软件的技术架构和形态特征，行业属性影响工业设计软件的发展空间。
当前全球工业设计软件的市场主流产品都集中在Autodesk、Dassualt、Simense和Ansys等巨头手中，他们大多经历了数十年持续的兼并收购。而我国的工业设计软件企业，大部分尚不具备整合能力。因此，可以优先从市场天花板足够高和应用场景足够多的下游市场中去筛选创业公司布局。
机械、电子和基建是有这样潜力的领域——这是国外的工业软件巨头最初的成长起点也是他们发展的主阵地：达索系统源自世界主要军用飞机制造商达索，1981年才从中独立出来；MSC Software在美国航天航空局NASA的羽翼下成长，开创了多项CAE技术；Bentley System长期专注于基建领域，2020年在纳斯达克上市，当前市值超过150亿美元……
我们通过下图展示三大行业的范畴：
（1）机械
机械素有”工业心脏“之称。机械制造是各种机械、机床、工具、仪器、仪表制造过程的总称，与之相关的产品，涵盖了家用电器、汽车零部件、航空机械和工厂设备诸多领域。
车企和航空公司是早期设计软件研发的主要推手，他们从自身生产需求出发，为软件提供了大量明确的工程场景和一线的设计经验。
机械工业设计软件的市场十分庞大，仅以汽车产业链为例。2023年中国汽车工业整体产值 10.09 万亿，其中设计+仿真+工艺规划费用约占产值超8000 亿规模，占比8%。
机械行业所需的工业设计软件包括CAD、CAE、CAPP和CAM。
① 机械CAD
CAD可以分为2D CAD和3D CAD。2D CAD生成二维平面图或者是零件的技术图纸，3D CAD软件创建更精确的几何模型。
目前从2D到3D的转化已经成为共识，突破点一是对曲面造型的描述，二是从线框建模到实体建模再到特征建模的演变，数据结构更加复杂，表现维度更加全面，更贴近现实世界，能够大大提高设计准确率。但由于2D CAD工程图是标准的正式文档，所以2D CAD与3D CAD将长期共存。
国产CAD的探索此前以2D CAD为主，近30年已积累了核心知识产权，凭借性价比优势，中望等国内厂商甚至已出口海外争夺市场。
3D CAD领域，国外厂商凭借技术上的先发优势和强大的销售支持体系在国内普及，再加上盗版盛行，国产3D CAD的成长空间进一步被压缩。但随着版权意识和技术自主意识的觉醒，更多资源向国内的3D CAD厂商倾斜，数码大方、华天、浩辰等厂商向核心技术难点发起攻关，也逐渐取得成果。
② CAE
CAE细分市场中，结构仿真占比最高，约30%，其次是电磁仿真，约20%，再后是流体仿真，占15%。当前，航空航天、军工和汽车是最重要的细分应用领域，客户群体也以大中型离散制造业为主。
CAE的市场格局基本与CAD类似，但CAE的特性在于应用领域高度细分，涉及流体、结构、声场、电磁等，既要包含工程学常规流程，又要考虑到工艺Know-how和用户习惯等实操层面的问题，仅靠通用类型的软件如ANSYS，其实是无法满足市场强烈的定制化开发需求的。而国外厂商的国内代理商往往缺乏这样的能力，给国产仿真软件研发企业留下了生存空间。
对国产CAE厂商而言，从国外大厂覆盖不到的特殊场景或高个性化需求去切入，是早期站稳脚跟的必选项，但这绝非长久之计。项目越大，人员投入越多，人效越低，形成恶性循环，公司的商业模式也会陷入僵局。真正有决心做大的企业，必须在合适的时候进入由项目向产品的转化，对CAE企业而言，这是从技术到运营的全面考验。
③ CAM
机械CAM是工业设计软件中最靠近工厂现场的，同时与CAD软件、机床、刀具和测量工具打交道，但后者的企业规模往往都比CAM的要大，所以CAM很容易成为被并购对象。
全球最知名的四大CAM软件中，CAM鼻祖UG被西门子收购，MasterCAM的公司CNC Software和被全球刀具龙头Sandvik Group收购，PowerMill的所属公司Delcam被Autodesk收购，Esprit被测量仪器龙头海克斯康收购。
但在缺乏工业软件巨头的中国，CAM厂商摸索出了独立发展的路径。
中国的CAM软件可分为通用型和垂直行业专用型。通用型的产品往往源自有一定体量的CAD公司，如中望在3D CAD中集成了CAM模块。
专用型的厂商通过突破软件形态的限制找到了发展壮大的方法。
沿着某一种加工工艺“一条道走到黑”的厂商比如柏楚电子，起家于激光切割的CAM，进而沿着光纤激光领域深耕，进一步推出了控制系统（CAD+CAM+NC），迅速成长为中低功率国内市占份额第一且高功率领域唯一能够与国外主流同类产品竞争的龙头厂商。此后进一步拓展到智能切割头、智能焊接机器人、驱控体等全新增量市场。
也有厂商选择在某一下游行业中潜行，比如苏州千机智能。公司在积累出高精度的整体叶盘、叶环、叶轮CAM软件和FIT（几何自适应加工）软件后，并未拘泥于License销售，而是自购机床和三坐标测量仪直接扎进航空发动机、压气机、压缩机等部件的装配制造，形成in-house解决方案，既实现了一站式满足客户需求，又能够在自主度更大的场景中持续打磨产品。千机智能在2023年也发布了具有2-5轴加工功能的通用CAM软件，标志着公司正式踏入更广阔的工业场景。
（2）建筑
建筑业作为国民经济的支柱产业，2023年总产值达31.59万亿元，与之相关的建筑软件具备广阔的成长空间，其工业设计软件也在三大领域中国产化进程相对较高。
建筑业最常用的工业设计软件是CAD、BIM和CAE。
① BIM
BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，进行建筑模型的建立。
当前的建筑设计正处于从CAD向BIM转变的过程中。
传统的CAD软件设计只关注基础设计环节，工作重点是图纸，而BIM着眼于建筑项目全局，从设计到招标再到施工和运维全程拉通，把多重工艺和工序同时体现在一个模型里，更容易发现不同工序和工艺交叉作业中存在的矛盾，使发包方、设计方、承包商和监理方等各个工种能够在上面协同作业，从而提高建筑行业的生产经营效率。
但CAD在细节呈现方面仍具有不可替代的优势，所以很多设计师会在实操中并用两种软件。
中国BIM行业市场规模由2016年的40.5亿元增长至2022年的99.5亿元（智研咨询），2016-2022年复合增长率为16.16%。未来，BIM的渗透率将持续提升。
Autodesk和Bentley System是全球的BIM领军者，经过30年发展，已经拥有了相对成熟的产品集，其基础平台软件如Revit和Navisworks已经成为业界标准。
中国BIM的起步则晚了很多。1995年成立的广联达是从造价软件起家的，从2010年从开始打造自己的图形平台，2015年开始，在图形平台的基础上做BIM建模应用层的研发。另外一些国产BIM软件厂商虽然数量众多，但产品大多属于应用型软件，运行于国外的基础平台软件环境中，如品茗BIM是基于Revit平台进行二次开发。由于中国建筑市场纵深极大，运营模式也极有特色（如投融资模式就有BT、BOT、PPP等），为了更好地配合本地化业务的需求，本土BIM厂商还会提供相关配套服务和业务解决方案。
装配式建筑为国产BIM带来了新的变革机遇。
装配式建筑是指用预制的构件在工地装配而成的建筑，通过“标准化设计、工厂化生产、装配式施工、一体化装修、信息化管理”，全面提升建筑品质和建造效率。BIM技术能够清晰地表达出其构件的空间关系复杂性，为设计-生产-施工链条上的各方进行数据规范，而为了配合装配式的生产需求，BIM软件需要不断积累虚拟构件的数量、种类和规格等，持续进行迭代。
② 建筑CAE
相较于机械行业，建筑CAE有两大值得注意的特点。
其一，是对多物理场耦合技术的需求更强烈。
多物理场通常是指宏观领域的物理场，包括声光电热、流体、结构等等。
现代土木工程结构正向大型化、复杂化方向发展，需要高精度的结构分析与准确的过程仿真，作为结构设计、施工的基础，比如桥梁工程中需要考虑风力对桥梁的影响，如涡流激振、抖振等，考虑桥基部分的土壤切削应力变化，还需要针对地震场景做多点激励谱分析……多物理场耦合仿真的理论基础是求解偏微分方程组（PDEs），还要解决不同格式数据交互的问题，对求解策略和算力都提出了巨大的挑战，相应的，能够率先在多物理场耦合技术上获得突破的企业，也将抢占建筑CAE的战略高地。
其二是CAE的应用范围不再局限于设计环节，而是延伸到运维环节。
建筑工程对人民生命和财产具有显著而广大的影响，其质量控制必须遵循权威标准，贯彻建筑工程的整个生命周期。并且，中国国内的重资产投资已经进入平缓期，巨大的存量市场亟需数字化改造。以往运维阶段的仿真，只是资产的数据可视化，许多数据在各个环节、各个场景、各个层面间诞生、流转又消散，只有将这些多源异构的数据一以贯之地串联起来，才能挖掘出更多价值。对于CAE厂商来说，切入运维服务的意义还在于打破传统设计软件销售的天花板，开辟新的增长点。
（3）电子
根据观研天下数据显示，2023年全球EDA市场规模达到145.26亿美元，同比增长8.1%，2018-2023年年复合增长率为8.40%。
电子领域的工业设计软件国产化率最低，甚至不足3%，原因在于，电子产品设计精度要求高，对相关设计软件的技术能力和迭代速度都造成了很大挑战，所以用户都优先选择稳定成熟的国外产品。但在当今国际局势不稳定、芯片自主化的大背景下，电子领域的设计软件迎来了前所未有的发展机遇。
电子领域的工业设计软件可分为：芯片级EDA-板级EDA-板级CAM
由于电子的工业软件发展逻辑更多与半导体产业相关，我们在本文中不多阐述。
依据这样的分类，我们进一步制作了图谱，供参考。
工业设计软件的发展趋势
宏观而言，工业设计软件厂商的发展趋势可归纳为三点：跨产品线扩展，跨垂直领域扩张，融合前沿技术。
（1）核心技术势必要攻坚突破
在工业设计软件的国产化进程中，有一些底层的核心模块是“珠穆朗玛峰“，攻关难度颇高却不可绕开。CAD的几何内核是典型代表，几何内核作为一切数字三维表达底层支撑，是数字化设计/建模/仿真/制造，乃至数字化服务和运营的核心根技术，处处制约着上层应用的性能。在工业设计软件中的重要程度不亚于芯片之于集成电路产业。国际主流工业软件巨头都掌握自己的内核，如达索拥有ACIS，西门子拥有Parasolid，二者合计占据全球内核市场70%的份额。
几何内核工程量大、开发难度高，代码量以数百万行数记，在中国长期面临着“造不如买“的局面。大部分厂商以年费形式采购国外内核的License或者使用开源的OCC，也有一些厂商重金收购国外二三梯队的内核源代码，但融合与改造却成了大问题。
我们建议投资人关注致力于解决几何内核从0到1和自主可控问题的创业公司。
如安徽九韶智能。九韶智能成立于2022年1月，由中国科学院院士领衔，中国科学技术大学教授团队和博士团队联合创立。其几何内核技术历经中科大40多年积累、四代学术传承，支持多边形网格建模、参数化特征建模和自由曲面建模等三种建模方式，具备工业设计软件市场规模化推广应用能力。
（2）CAX一体化的产品思路已成为行业共识
CAX一体化指的是将CAD、CAE和CAM关键的的工业设计、仿真和制造过程整合到一个统一平台。长期以来，工业品的研发和制造环节相互割裂，研发-评审-制造呈现串行模式。随着产品多样性提高，新产品导入（NPI）的周期越来越短，对模型在不同环节的适配精度要求也越来越高，CAX一体化的理念下，一套数据模型贯穿始终，设计的过程中就能实时进行仿真，进入制造环节也不存在数据的丢失，还能将制造环节发现的问题积累成数据模型反馈给设计端，大大提高了链条上的整体效率。
达索将自己旗下的产品融合成了3DEXPERIENCE，Autodesk有Fusion 360，西门子则大力推行Xccelerator——背后都是CAX一体化的产品理念在驱动，可以说CAX一体化已经成为了国际工业软件大厂的共识。中国创业公司在这个方向具备一定后发优势。国际大厂直接在现有产品群中建立CAX一体化平台历史包袱较重，需要进行大量的格式调整和软件互联，同一品牌下不同体系内的产品甚至可能面临相互冲突和竞争的情况。
实际上，有前瞻性战略眼光的中国公司在这个领域已经有所动作。中望软件上市后持续布局CAE和CAM领域，致力于为客户提供All-in-One CAx软件和服务。
（3）AI赋能设计优化大有可为
传统的工业设计软件具有极强的工具属性，带领设计实现从手工到数字化的跨越。而工具是中性的，最终的设计质量还是受制于使用者的水平，这也为设计Know-how的代际传承埋下了隐患。
其实，工业品的设计有很大一部分属于工程学问题，所涉及的场景与设计方案间的逻辑关系、不同零件间的装配关系等都存在着与美学无关的“最优解”，天然适合利用AI去提取优秀历史设计方案的数据特征和建立知识图谱，输出综合效益更佳的设计结果。可以说，传统工业设计软件只是解决没有工具的问题，AI则是在解决人在使用工具中的问题。
AI大模型的成熟无疑会加快AI技术在工业设计软件领域的落地应用，能够率先将AI能力融合到自身产品的公司将爆发出更强的生命力。
在中国推行“新质生产力”的当下，工业设计软件作为不可或缺的工具，势必要走向自主可控和智能先进。中国是全球唯一一个拥有完整制造体系的国家，我们相信这片土壤上一定会成长出令人骄傲的工业设计软件巨头，也愿意陪伴优秀的创业公司走完全程。
