2022-01-11 00:00

CAD 行业壁垒高，未来 CAX+PLM 将融合发展，国产替代空间大。海外高端工业软件公司包括达索、西门子和 PTC，我们通过案例分析总结其发展规律。中望软件是最具潜力的国产工业软件龙头。本文内容参考自“CAD行业报告：从海外工业软件巨头到中望软件（2021）”。

一、CAD 介绍及行业概览

1.1 CAD 介绍，CAX 融合是方向

CAD（Computer Aided Design）是计算机辅助设计的简称，是计算机科学技术发展和应用中的一门重要技术。所谓 CAD 技术，就是指利用计算机快速的数值计算和强大的图文处理功能来辅助工程师、设计师、建筑师等工程技术人员进行产品设计、工程绘图和数据管理的一门计算机应用技术，如制作模型、计算、绘图等。目前，CAD 技术已被广泛地应用在机械、电子、航天、化工以及建筑等行业。与 CAD 相关的概念还有 CAE 和 CAM：

1> CAE（Computer Aided Engineering）指计算机辅助分析：把 CAD 设计或者组织好的模型，用计算机辅助分析软件对原设计进行仿真设计成品分析，通过反馈的数据，对原 CAD 设计或模型进行反复修正，以达到最佳效果。

2> CAM（Computer Aided Manufacture）指计算机辅助制造：把计算机应用到生产制造过程中，以代替人进行生产设备与操作的控制。CAM 不仅能提高产品加工精度、产品质量，还能逐步实现生产自动化，对降低人力成本、缩短生产周期有很大作用。计算机数控机床、加工中心等都是计算机辅助制造的例子。

CAD、CAE 以及 CAM 能共同参与一项产品的全生产流程，包括概念形成、设计以及生产，节省了相当多的时间和投资成本，并且通过计算机技术保证了操作的高精度，最终保证了产品质量。

经历了四次技术革命，CAD 技术正处于全面普及阶段。1959 年 12 月，在 MIT 召开的一次计划会议上，CAD 概念被明确提出。20 世纪 60 年代，CAD 还只是极为简单的线框式系统，只能表达基本的几何信息，难以表达曲面信息。进入 70 年代，法国人提出贝塞尔算法，使计算机在处理曲线及曲面问题时变得可以操作。在此基础上，法国的达索飞机制造公司的开发者们也在二维绘图系统CADAM 的基础上，推出了三维曲面造型系统 CATIA，开启了第一次 CAD 技术革命。

随后，CAD又经历了实体造型系统、参数化技术以及变量化技术三次技术革命，目前已经处于全面普及阶段。现在的 CAD 技术和系统都有良好的开放性，图形接口和图形功能日趋标准化，多媒体技术、人工智能、专家系统等技术也大大提高了 CAD 自动化设计的程度，出现了智能 CAD 等新学科。

CAD 涉及多学科技术，其较高的技术壁垒决定了 CAD 具备较高的参与门槛。CAD 作为工业软件体系中研发设计类软件的核心之一，是人类基础学科和工业知识的集大成者，涉及了数学、物理、计算机以及工程四大学科技术，并且经历了漫长的进化和演变，才最终成为成熟可用的工业软件。工业软件首先需要有良好的数学基础，包括计算几何、代数、向量、矩阵等多种数学理论和算法；

其次，工业软件需要对材料及其物理特性进行开发和利用，这离不开物理、生物、化学等多学科的理论支撑；

第三，工业软件需要与硬件设备高度融合，计算机硬件的迭代进步以及软件工程技术的发展都会推动工业软件功能不断完善；最后，由于制造现场涉及大量的工艺过程，工业软件也需要大量的制造经验和丰富的工程知识。因此，CAD 软件具备较高的技术壁垒，开发者需要有充足的技术和知识储备才能制造出满足现代工业生产需要的软件。

CAD 应用领域以从最初的机械制造行业逐步拓展到多个行业。CAD 在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。CAD 技术可以使机械设计人员甩掉图板，更新传统的设计思想，也能使企业由原来的串行式作业转变为并行式作业，大大缩短了产品的开发周期，提高生产效率。在建筑领域，CAD也从最初的二维通用绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件（BIM），大大提高了基本建设的投资收益。随后，CAD 又陆续普及到了其余领域，目前已覆盖机械、建筑、电子、汽车、航天、轻工、影视、广告等多个行业。

未来 CAD 的发展方向是和 CAE/CAM 融合，打造设计、仿真、制造的一体化软件平台。对于制造型企业来说，CAE 的价值在于优化和改进产品设计，帮助 CAD 工程师分析产品设计过程中的一些缺陷，之后工程师再根据分析的结果寻找优化的解决方案。因此，CAE 需要一开始就融入到设计流程当中，如何减少设计人员使用 CAE 的难度也是目前设计类软件开发者最为关心的问题之一。对于 CAM 而言，若得不到 CAD 系统的支持，花巨资引进的设备往往难以得到有效地利用；相反，CAD 所能产生的效益往往是通过精益生产中的 CAM 和 PPC 系统来体现的。因此，未来 CAD 将会朝着与 CAE/CAM 融合的方向发展，打造一体化的工业软件平台将成为趋势。

1.2 市场规模不断扩展，进口替代创造空间

在工业软件细分类别里面，CAD 属于研发设计软件，位于产品全生命周期（PLM）的上游。工业软件从底层架构上可以分为两大类：一类是嵌入式工业软件，主要指嵌入于设备控制器的软件；另一类是非嵌入式软件，是能在通用计算机或工业计算机操作系统上运行的应用软件。按照具体的应用环节，非嵌入式软件又能分为三大类，分别是研发设计软件、生产控制软件以及信息管理软件，CAD 属于研发设计软件的范围。工业软件的应用能够覆盖产品的全生命周期，包括客户需求、设计、生产、销售以及售后等各个环节，对现代化工业生产具有重大意义。CAD 主要应用于从客户需求到实现产品设计的过程，位于产品全生命周期的上游。

未来几年内，随着工业领域内数字化、智能化不断推进，全球 CAD 市场规模增长有望加速。工业数字化技术能有效利用生产各个环节产生的数据流，为企业各个层面提供实时的数据分析和决策支持，也是企业实现智能制造的前提。而工业软件将是支撑企业完成数字化转型的核心要素。

根据BIS Research 数据，2023 年全球 CAD 市场规模预计将达到 112.2 亿美元，2028 年将达到 138.3亿美元。其中，2D CAD 是通用型产品，主要是用于平面图、剖面图绘制（如 AutoCAD），2023年规模将达到 28.3 亿美元；3D CAD 主要用于三维建模，实现设计里的实体、曲面造型（如SoildWorks），2023 年规模将达到 83.9 亿美元。因此，未来三年内，CAD 市场整体增速相较于2018 年之前将有较大提高。

放眼全球，CAD 市场依旧被海外巨头主导。在外国市场，工业软件行业已形成巨头垄断的局面。如研发设计类软件领域由达索、欧特克、西门子等巨头占据着技术和市场优势；在生产控制软件领域，西门子保持行业龙头地位；信息管理类软件领域 SAP、Oracle 占据主导地位。根据 2016 年IDC 提供的数据，达索、欧特克、西门子以及 PTC 占据了全球 CAD 市场 72%的份额，达索、欧特克、Ansys 以及西门子占据了全球 CAE 市场 65%的份额，传统工业巨头具备绝对优势。

目前国内工业软件市场以嵌入式软件为主，研发设计软件占比较低，未来研发设计软件需求有望得到快速释放。根据赛迪顾问数据，2018 年嵌入式软件在国内工业软件规模为 963.0 亿，市场占比高达 57.4%，而研发设计类规模为 142.7 亿，市场占比仅有 8.5%。我们认为，主要原因有两点：

1> 首先，我国过去工业化路径呈现出“重硬轻软”的特点。嵌入式软件基本是与硬件集成销售，过去企业更加注重于设备升级以及机械控制，因此嵌入式软件的销售额远高于非嵌入类软件。

2> 其次，我国过去软件开发环境不利于研发设计软件发展。信息管理以及生产控制类软件主要是根据项目情况进行部署，嵌入式软件基本与硬件打包销售，盗版情况较少。而研发设计类软件基本直接安装于通用计算机，更容易导致盗版的出现。

在未来，随着企业在工业 4.0 时代对研发端的重视提高以及我国知识产权相关法律不断完善，研发设计软件需求有望得到快速释放。

单看研发设计类软件，各个细分类别占比较为均匀，CAD 软件有望保持平稳较快增长。根据赛迪顾问数据，2018 年我国研发设计软件细分类别中，PLM、BIM、CAD 三类软件市场份额位居前列，分别为 27.05%/14.41%/13.58%。由于赛迪顾问对研发设计类软件在 2019-2021 年的规模预测为165.5/192.3/223.9 亿元，若假设 CAD 的份额维持在 13.58%，那么可以计算出 CAD 在 2019-2021年的规模分别为 22.5/26.1/30.4 亿元，CAGR 为 16.31%。

我国研发设计软件头部企业市场份额落后于海外厂商较多，未来国内有望逐步实现国产替代：

1> 海外龙头在国内具有绝对优势：根据走向智能研究院的研究评估，在核心工业软件领域中的CAD 研发设计类软件市场，法国达索、德国西门子、美国 PTC 以及美国 Autodesk 公司在我国市场占有率达 90%以上，国内数码大方、中望软件、山大华天等只占不到 10%的市场；CAE仿真软件市场领域，美国 ANSYS、ALTAIR、NASTRAN 等公司占据了 95%以上的市场份额。

2> 国产替代是趋势：随着我国工业现代化程度不断提高，逐步实现国产化以及自主可控成为主流趋势，培养出有竞争力的本土工业软件厂商更是国家战略层面上的考量。因此我们认为，未来国内工业软件核心功能将不断完善和提高，我国工业软件各个细分领域都将逐步实现国产替代。

在 CAD 方面，2D 领域国产软件已可基本实现国产替代，在高端的 3D 领域距海外公司仍有差距。作为国产产品代表，中望 CAD 在软件的功能、运行速度等核心指标而言，已经基本与第一梯度的欧特克、达索处于同一水平。但由于 3D CAD 的核心基础是几何建模内核，目前市面上知名的几何建模内核均被海外领先企业所开发并运用，国产 3D CAD 距离先进水平还有一定距离，功能上在高端领域应用会受到较大限制。目前，国产 CAD 更多的是在非高端领域和海外厂商的软件竞争，并主要性价比优势抢占市场。

1.3 对比：海外处于发展第三阶段，国内处于第一阶段

国外厂商进入发展第三阶段，国内仍在第一阶段。工业软件行业发展可以分为三个阶段，第一阶段是软件自身发展阶段；第二阶段是软件的协同应用，业务流程实现串通和优化阶段；第三阶段是“工业云”的阶段，这个阶段软件公司由向客户提供单一工具向为客户提供“软件+服务”的整体解决方案转型。

1> 国外工业软件行业发展已经处于第三阶段，以研发设计类软件为例，外资企业以达索、欧特克、西门子为代表已实现软件本身的技术积累，并在国家工业化的实践中实现软件的应用协同，实现流程串通和优化。目前上述巨头均在向“软件+服务”的整体解决方案转型升级。

2> 中国的工业软件行业目前仍处于第一阶段，大量的设计、制造等核心工业软件均为国外品牌所占领，中国企业仍屈指可数，并且总体可以概括为“管理软件强、工程软件弱；低端软件多，高端软件少”。未来有望从第一阶段向第二阶段迈进。

海外高端的工业软件公司包括了达索、西门子和 PTC，三家公司的共同点包括：

1> 核心产品在重要的工业部门或者公司的帮助和扶持下，经过长时间打磨而成：与波音交往密集的 CV 公司所出走的管理层创立了独树一帜的 PTC 公司，达索飞机直接诞生了 CATIA，麦道公司一手成就了 UG（现在的西门子 PLM 部门）。

2> 通过收并购完善产品线，并向 CAD/CAE/CAM+PLM 一体化迈进。早年间，达索通过收购形成了自有的 Catia（高端）和收购的 Soliworks（中低端）双产品线，并收购了 IBM 的 PLM 的销售运营业务提升销售能力；近几年，公司大举并购进入 CAE 领域，并推动云化和全生命周期的业务协同（3D Expenrience 平台）；西门子是 PLM 领域的龙头，在汽车行业的 PLM 市占率处于绝对领导地位，公司通过收并购丰富 CAE 产品矩阵，并在汽车行业做深做透；PTC 则另辟蹊径，在守住 CAD 基本盘的同时，与 CAE 龙头公司 Ansys 深度合作，并向物联网、虚拟现实等蓝海领域伺机突破。而 Autodesk 的产品以 Inventor 和云化的 Fusion360 为主。

3> 在云化和在线化持续投入。欧特克近几年推出了 A360、Fusion360、BIM 360 TEAM 等一系列在线创建、协作和计算产品；达索推出了新一代网页端 3D 建模软件 xDesign-3D 创成式设计平台；PTC 公司收购了目前全球领先的在线 3D CAD 在线设计公司 Onshape。但由于工业软件行业的特点，目前上述云化产品仍处于发展阶段，市场占有率较低。

国内厂商仍处于单品发展阶段，价格优势显著，产品性能有待提升。国内的参与方包括中望、苏州浩辰、数码大方。这些公司以 CAD 的二维和三维产品为主，其中中望已经在 CAE 领域进行研发。国内公司的整体具备价格优势，但是产品性能有待提升。