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    工业软件CAD行业(yè)专题研究(jiū):政策助(zhù)推国产(chǎn)化替(tì)代,成长(zhǎng)空间巨大

     

    一、CAD:工业软件基石产品

    1 什么是CAD?

    CAD,即计算机辅助设计(jì),是一(yī)种可以在工程设计和产品设(shè)计(jì)中,进行计算、信息存(cún)储(chǔ)和制图等项工 作的交互式制图系统,其(qí)处于产业链的上游位(wèi)置(zhì),主要应用于建(jiàn)筑(zhù)业和汽车制(zhì)造、通用(yòng)机械等制造业。

    2D CAD:2D CAD软件提供了一个二维设计(jì)平台。由(yóu)于2D CAD不允许创建透视图(tú)或比例,因此通常用于绘图 、草(cǎo)图(tú)和草(cǎo)图概念设计,这为用户提供了尺寸和(hé)比 例的基本概览,然(rán)后(hòu)再(zài)进行 3D 设计。

    3D CAD:3D CAD提供了(le)一(yī)个设计三维对象的平台(tái)。这类 CAD软(ruǎn)件的主要特点是3D实体建(jiàn)模。这让设计(jì)师可 以创建具有(yǒu)长度、宽度(dù)和高度的对象,从(cóng)而实现(xiàn)更 准确的缩放和可(kě)视化。

    1.2 CAD技术发(fā)展历程:四大重大技术革(gé)命

    第一次技术革命:曲面(miàn)造(zào)型

    60年代出现的(de)三维CAD系统(tǒng)只是极为简单(dān)的线框式(shì)系统,只 能(néng)表达基本的几(jǐ)何信息,经常发生设计完成(chéng)后,制作(zuò)出来的(de)样 品与设计者所想象的有很大差距甚至完全(quán)不同的(de)情况。 这时候法(fǎ)国(guó)人提出(chū)贝塞尔算法,使得(dé)人们在用计算(suàn)机处理曲(qǔ)线 及曲面问题(tí)时变得可以操作,标志着计(jì)算机辅助设计技术从单 纯模仿(fǎng)工程图纸的三视图(tú)模式中解(jiě)放(fàng)出来,曲面造型系统 CATIA为人类带来了第一次CAD技术革命。

    第二次技术革命:实(shí)体造型

    CAD的表面模型技术只能表达形体的表面信息,难(nán)以准确表(biǎo)达(dá) 零件(jiàn)的其它特性,而(ér)实体造型技术能够精确表达(dá)零(líng)件的(de)全部属 性,在理论上有(yǒu)助于(yú)CAD模(mó)型的(de)表达。 SDRC公司(sī)于1979年发布了世界上(shàng)第一个完全基于实体造型技 术的(de)大型CAD软件I-DEAS.实体造型技术的普及(jí)标志着CAD发 展(zhǎn)史上的第二次技术革(gé)命。

    第三次技(jì)术革命(mìng):参数化技术

    进入20世纪80年代(dài)中期,CV公司内部(bù)以(yǐ)高(gāo)级副总裁为首的(de)一批 人提出了参数化实体造型方法。这是(shì)一(yī)个很(hěn)好的想法(fǎ),但是碍(ài) 于当时参数化技术还有很多技术难点有待攻克,CV公司(sī)内部否 决了(le)参数化方案。 就是这(zhè)一批被CV公司拒绝(jué)的(de)人,离开CV成立了一家新的(de)参数化 技术公司,开始研制名为Pro/ENGINEER的参数化软件。而这(zhè) 家(jiā)公(gōng)司就是历史上CAD领域最具代表(biǎo)性的软(ruǎn)件(jiàn)公司之(zhī)一PTC公 司,于1989年上市并引(yǐn)起机械CAD界的(de)巨大轰动。

    第四次技术革命:变量(liàng)化技术

    参(cān)数化技(jì)术的成功应用,使它几乎成为(wéi)CAD业界的(de)标准。但是 重新开始一套完全参数化的造型系统将花费很大的人力(lì)和(hé)财力(lì) 。因(yīn)此许多应用软件采用(yòng)的参数化(huà)模型都是在原有模型上进(jìn)行 局部、小块的(de)修(xiū)补。 SDRC公司的(de)开发人员大胆地提出了一(yī)种更为先进的实体造型技 术——变量化技术。SDRC公司于1993年推(tuī)出了全新体系结(jié)构 的I-DEAS Master Series软件。在早期的大型CAD软件中,这 是唯一一家在90年代将软件彻底重(chóng)写(xiě)的(de)公司。

    1.4 CAD基本技(jì)术

    人机交互技术

    人机交互技(jì)术即通过计(jì)算机输入、输出设备,以(yǐ)有效的方(fāng)式(shì)实现(xiàn)人与计算(suàn)机对话的技术(shù) 。人(rén)机交互(hù)技(jì)术包括机器通过输出或显示设备给(gěi)人提供大量(liàng)有关信息及提示(shì)请示等,人通过输入(rù)设备给 机器输入有(yǒu)关信息,回(huí)答问题及提示请(qǐng)示等。涉及到的技术包括:

    模板匹配技术:一种(zhǒng)最简单(dān)的识别技术(shù),将传感器输(shū)入的原始数据与预先存储的模板进行匹配, 通过(guò)度量两者之间的相似度完成识别任(rèn)务。

    神经网络技术:一种较新的模式识别(bié)技术,具有自组织和自学习能力(lì),具有分布(bù)性特点,抗噪声 能力比较强,能处(chù)理不完整的模(mó)式,并具有(yǒu)模(mó)式推广(guǎng)能力。

    统计(jì)分析技术:通过统计样(yàng)本特征(zhēng)向量来(lái)确(què)定分类器的一种基于概(gài)率的分类方法(fǎ)。在模式识别中(zhōng) 一般(bān)采用贝叶斯(sī)极(jí)大似(sì)然理论确定分类函数。

    而在(zài)计算机(jī)辅助设计(jì)中,交互技术是必(bì)不(bú)可少的。交互式cad系统,指(zhǐ)用户在使用计算机系统进(jìn)行设 计时,人和机(jī)器可以及时地交换信息。采用交互式系统(tǒng),人(rén)们(men)可(kě)以边

    实体造型(xíng)技术(shù)

    实体造(zào)型(xíng)技术是(shì)计算机(jī)视觉、计算机动画(huà)等领域(yù)中建立(lì)3D实体模型的关键技术(shù)。 实(shí)体造型技术是指描(miáo)述几(jǐ)何(hé)模型的形状和属性(xìng)的信息并(bìng)存于计算机内,由计算机生成具有真实感的可 视的三(sān)维图(tú)形的技术,主要(yào)应用领域是(shì)计算机辅助设计、工(gōng)程分析(xī)、计(jì)算机图形学(xué)、动(dòng)画、快速原型 (rapid prototyping)、医疗测(cè)试和科学研(yán)究的可视(shì)化(huà)(visualization)。

    设计的图纸(zhǐ)是(shì)设计师(shī)表达设计创意的语(yǔ)言工具(jù),一(yī)个(gè)复杂(zá)的(de)零件(jiàn),往(wǎng)往(wǎng)需要许(xǔ)多不同投影方向的图才 能表达。而要读懂这些(xiē)图并准确想象出其空间效(xiào)果,将花(huā)费很多时间和(hé)精力。一旦读图有误,将会给 生(shēng)产、制(zhì)造带来巨大损失。然而,如果采(cǎi)用(yòng)实体造型的软件进行零件设计(jì),设(shè)计(jì)师就能在(zài)屏幕上(shàng)见到 实时的三维模型,大大减(jiǎn)少(shǎo)了失误,而(ér)且还能方便(biàn)地进行(háng)后续环(huán)节的设计(jì),如模拟装配、总体布局、 干涉(shè)检查、仿真动画及模拟加工等。实体(tǐ)造型(xíng)理论为实现产品由(yóu)设计到生(shēng)产的环节采用同一数据信息 提供了技术上的可行性,大大地(dì)促进了(le)CAD产业的发展。

    1.5 CAD应(yīng)用场景

    制造业:CAD在制造业中处于关(guān)键地位,国产(chǎn)化趋势显著(zhe)

    制造行业中常常需要(yào)设计新(xīn)产品,设计一个产品的步骤是概(gài)念引入、详细的几何设计、详细的结构分 析(xī)和结构优(yōu)化、模拟(nǐ)仿(fǎng)真等。将(jiāng)整个设计过(guò)程引入工程概念就(jiù)是现代设计技术(shù)的手段,在应用CAD 后,就(jiù)可(kě)以在(zài)设计阶段综(zōng)合考虑设计出产品的整个生(shēng)命周期。

    而CAD技(jì)术(shù)已广泛应用于制造业中,其中汽车、 机床(chuáng)、船舶、飞机和(hé)航天器等行业应用最为广泛。 三维CAD系统是支撑制造业(yè)发展最(zuì)核心的技(jì)术之一(yī)。大到满街奔跑的汽车,小(xiǎo)到(dào)人手一(yī)部(bù)的手机, 离开三维CAD软件都(dōu)无法(fǎ)设计和(hé)制造,但此前国(guó)内三维CAD市场长期被(bèi)进口软件垄断。而近年来随(suí) 着(zhe)互联网(wǎng)、云计算(suàn)的(de)深(shēn)度(dù)发展(zhǎn),国外软件已不能满足(zú)中国制造业的快速发展,并(bìng)且随着国产化的发 展,国(guó)产软(ruǎn)件(jiàn)在市场中(zhōng)占比逐渐(jiàn)扩大。

    电子电路与(yǔ)电气:电子电气行业内(nèi)CAD未来发展(zhǎn)前景(jǐng)广阔

    CAD在(zài)电子电气领域的应用被称为电(diàn)子电气CAD。主要包括电气原理图(tú)的编辑、电路(lù)功能仿真、 工作环境仿真(zhēn)、PCB设计(自动布线、自动布线)、检(jiǎn)测。使用电子(zǐ)和电(diàn)气CAD软件也(yě)可以快速形成 各种报表文件(如组件清单报表),为采购组件和工程(chéng)预算及决算提供方便。

    曾经CAD技术主要(yào)用于绘制布线(xiàn)图和电(diàn)路(lù)原理图(tú)。而目前,CAD逐(zhú)渐往(wǎng)印(yìn)刷(shuā)电路板设(shè)计应用扩(kuò)散 ,并大显身手于大(dà)规模(mó)和(hé)超大规模(mó)的集成电路设(shè)计制造中(zhōng),并在计算技术和微电子技术这两方面(miàn) 的发展得到了(le)很(hěn)大的推动。

    二(èr)、CAD行业(yè)迎来爆发期,国产(chǎn)软件(jiàn)高增速发(fā)展

    2.1 工(gōng)业软件市场规(guī)模(mó)

    工业软件有(yǒu)望(wàng)迎(yíng)来行业爆发期,国内增速远高于全球(qiú)水平(píng)。工业软件本身(shēn)是工业(yè)技术(shù)软件化的产物,是(shì)工业化(huà)的顶级产品。它(tā)既是研制复杂产品的关键工具和 生产要素,也是机械装备中的(de)“软零件”“软(ruǎn)装备(bèi)”,是工业(yè)品的基本构(gòu)成要素。工业软件作为工 业和软件产业的重要组(zǔ)成部分(fèn),是推动(dòng)智能制(zhì)造高质量(liàng)发展的核心要素,也是实现工业智能化(huà)的前 提,因此在传统行业数字化转型的道(dào)路上,工业软(ruǎn)件至(zhì)关重要。 从(cóng)全球市场来看,工业软件将继续保持每(měi)年5%左右的(de)稳(wěn)健增(zēng)速,行业增长较为(wéi)稳定。从中国市场来 看,工业软件行业受(shòu)益(yì)于产业升级(jí)、政策加(jiā)持、国产化转型三大因(yīn)素,市(shì)场规模迅速扩大,增速远(yuǎn) 高于全球平均(jun1)水(shuǐ)平,而未(wèi)来随(suí)着核(hé)心技(jì)术的(de)不断突破,我国(guó)工业软件市场可能(néng)迎(yíng)来高(gāo)速增长。

    2.2 CAD市场规(guī)模

    CAD市场规模保持稳健增长,国内市场(chǎng)增(zēng)速略高于(yú)全球水平。作为(wéi)工(gōng)业软件中极(jí)为(wéi)重要(yào)的一部分,CAD的应(yīng)用领域已(yǐ)经(jīng)从(cóng)最(zuì)初(chū)的(de)机械制造业逐渐拓展到建筑、 电子、汽车、航(háng)天等(děng)其他(tā)行业(yè)领(lǐng)域,据艾瑞咨(zī)询(xún)统计,2020年全球CAD市场规模接近100亿(yì)美元 ,其(qí)中2D CAD市场规模为26亿(yì)美元,3D CAD市场规模为73亿美元。2021年(nián)-2023年,CAD全 球市场预计将以8%-9%的增速快(kuài)速扩张。 根据P&S Intelligence和工(gōng)信部运(yùn)行监测协调局等测算(suàn),2019年全球和中国2D市场空间分别为 24.2亿美元和12.5亿元,全球市场空间约为中国的13倍;全球和中国3D市场空间分(fèn)别为56.8亿(yì) 美元(yuán)和38亿(yì)元,全球市场空间(jiān)约为中国的10倍。而中(zhōng)国2D CAD市场(chǎng)和3D CAD市场(chǎng)均保持高于 全球市场的复合(hé)增速(sù),可见国(guó)内(nèi)CAD市场成(chéng)长空间依然广阔

    2.3 CAD全球竞争(zhēng)格局

    海外CAD企业居(jū)于龙头地位,占据(jù)全(quán)球市场大部分份额。由于CAD产品诞生(shēng)自海外发达国(guó)家(jiā),目前(qián)全球市场主(zhǔ)要由海外龙头(tóu)厂商(shāng)的产品(pǐn)所(suǒ)占据。其(qí)中,2D CAD市场(chǎng)中(zhōng)Autodesk的AutoCAD产(chǎn)品一家独大;3D CAD产品的现状为达(dá)索的CATIA把握高端市 场,其另一款产品Solidworks与(yǔ)西门子(zǐ)的NX、PTC的Creo主要瓜分(fèn)中低端(duān)市场。 根据(jù) BIS Research 数据, 2018 年全球 CAD 市场规模约80亿美元,法国达索系(xì)统公司( Dassault Systemes)、德国西门(mén)子公司(Siemens)和美国参数技术公司(PTC)三家处于垄断 地位, 占据全球市场份额的 60%以上。 2019年(nián)全球CAD市场份(fèn)额的90%以上被国外龙头(tóu)厂商占 据,主要有达索、Autodesk、西门子、Hexagon、PTC等(děng)。

    2.4 CAD国内竞争格局

    国外领(lǐng)先厂商(shāng)占据大部分国内市场份额,国产替代趋势明显。根据中(zhōng)国工业技术软(ruǎn)件化产业联(lián)盟测算,2018年全球CAD软件市场主(zhǔ)要由法国达索系统公(gōng)司、德 国(guó)西门(mén)子公(gōng)司和(hé)美国参数技术公司(PTC)三(sān)家垄断,占(zhàn)据全(quán)球市场份额的60%以(yǐ)上;中国CAD软 件市(shì)场(chǎng)规模约为7.33亿美元,占比8.5%,其(qí)中95%以(yǐ)上的市场被(bèi)国外软件所占据,中国厂(chǎng)商主(zhǔ)要布 局(jú)在2D CAD市场。虽然现阶段绝大(dà)数市场份额依旧被国外厂(chǎng)商(shāng)所垄断,但随着我国工业(yè)化程度的不断提高(gāo),以及国家 对这一领域的重(chóng)视,国产替(tì)代进口将成为大势(shì)所趋。从我国CAD发(fā)展现状来看,2D CAD在诸多细 分领域已经基本(běn)可(kě)实现国产替代进(jìn)口,在3D CAD领域部分国内厂商也(yě)在不断更新迭(dié)代(dài)、打磨产品 ,未来(lái)预计也(yě)将逐步替代(dài)国外(wài)厂商。

    三、行业竞争激烈,国产厂商积(jī)极追赶

    3.1 国(guó)外CAD厂商(shāng)-Autodesk

    公司简(jiǎn)介:AAutodesk是世界(jiè)领先的(de)设计软件(jiàn) 和数字内容创建公司,用(yòng)于(yú)建筑设计、土地资 源开发、生产、公用设(shè)施、通信(xìn)、媒体和娱乐 。公司始(shǐ)建于(yú)1982年,Autodesk 提供设计 软件、Internet 门户服务、无(wú)线(xiàn)开发平台及定 点(diǎn)应用,帮助遍及150多(duō)个(gè)国家的(de)四百万用户 推动业(yè)务,保持竞争(zhēng)力。

    行业(yè)地位: Autodesk的AutoCAD系列软(ruǎn)件在专(zhuān)业设计领 域深耕(gēng)接近30年(nián),第一(yī)个(gè)版本(běn)AutoCAD 1.0 早于1982年问世(shì),随后便(biàn)不(bú)断更新版本,并 横向伸(shēn)延(yán)至不同专(zhuān)业领(lǐng)域。Autodesk Revit 、AutoCAD Civil 3D、AutoCAD Electrical 、AutoCAD Map 3D等(děng),可用于(yú)建筑工程设 计、机械(xiè)设计,以(yǐ)至数码媒体娱乐等(děng)应用。目 前公司业务分为4大范畴:建筑(zhù)、工程与建设 、制(zhì)造业以及媒体和娱乐。 AutoDesk在CAD软件市场占有率达到31%, 位居(jū)第二(èr)大CAD软(ruǎn)件(jiàn)开发商。同时,公司在 2D CAD时代制定(dìng)了(le)DWG数据标准和(hé)ARX二 次开发标(biāo)准,在我国稳(wěn)居2D CAD行业龙(lóng)头(tóu)地 位。

    Autodesk持续(xù)改(gǎi)革,业(yè)绩(jì)不断增(zēng)长。 自金融海啸后,公司经营表现一直不佳,一度停(tíng)滞不前(qián),2008年(nián)至2019年营业收入(rù)一直(zhí)处于(yú)21-25 亿美元之间。为了改善(shàn)公司的经(jīng)营情(qíng)况,管理(lǐ)层积极采取应对(duì)措施,大胆改革,2016年1月取消了永 久版权销售制度(dù),采取服务订(dìng)用(yòng)制度。改革初期虽(suī)不受客户以及投资者的(de)看好,但通过不断的努力(lì), 公司(sī)的改(gǎi)革最终(zhōng)还是取得了成功(gōng),2020年(nián)公(gōng)司的营业收入首(shǒu)次突破了(le)30亿美元,并且利(lì)润扭亏为盈 ,从2019年的-0.8亿美元增长至(zhì)2.2亿美元。其次(cì),2021年公司也保持了正增长的趋势(shì),营业收入同(tóng) 比(bǐ)增长15.9%,归母净(jìng)利润同比(bǐ)增长495%,业(yè)绩有望在未来(lái)持(chí)续增长。

    3.2 国外CAD厂商(shāng)-达索系(xì)统

    公司简介:达索(suǒ)系(xì)统负(fù)责系统性的软件供应, 并为制(zhì)造厂商提供(gòng)具有Internet整合(hé)能力的支 援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周(zhōu)期的 系统,包括设计、工程、制造和产品数据管理(lǐ) 等各(gè)个领域中(zhōng)的最佳软件系统 , 著名的 CATIAV5就(jiù)出自该公(gōng)司之手,达索(suǒ)的CAD产品 市(shì)场占(zhàn)率居世界前列(liè)。

    主要(yào)CAD产品

    CATIA :CATIA可(kě)用于产(chǎn)品开发的整个过程——从概念 化和(hé)设计 (CAD) 到工程 (CAE) 再到制造 (CAM)。用户不仅可以设计(jì)产品,还可以在现 实生(shēng)活中的行为环境(jìng)中(zhōng)进行设计(jì)。

    SoildWorks :SolidWorks 是一个(gè)实体建模CAD和(hé)CAE程序(xù) 。设计人员(yuán)可以使用 SolidWorks 使用基于参 数(shù)化(huà)特征的(de)方法(fǎ)创建自动生成的 2D 工程图和 高级 3D 模(mó)型。SolidWorks 还使用户能够执 行分析和模拟,包括有限元分(fèn)析。该产品强(qiáng)调 更快的(de)建模、新的设计(jì)工具和增强的协作。

    营(yíng)业收入增长稳(wěn)定,净利润在(zài)一定区间(jiān)内波动。公(gōng)司2016年(nián)-2020年营业收入分别为33.8、36.5、41.1、45、50.9亿美(měi)元,营业(yè)收入2020年同比增 加13.1%,期间(jiān)内(nèi)年复合增长率为(wéi)8.5%;公司2016年-2020年归母净利润(rùn)分别为(wéi)5、5.9、6.7、6.9 、5.6亿美元,归母净利润(rùn)2020年同比减少19%,期间内(nèi)年复(fù)合增长率(lǜ)为2% 2020年净利润下(xià)滑(huá)严重主要与(yǔ)无形资产摊销增加和财务亏损有关,但公司(sī)营业(yè)收入增长稳(wěn)定,依然 保持(chí)着市(shì)场领(lǐng)导者的地位(wèi),预计未来公司净利(lì)润有望扭亏为盈。

    3.3 国外CAD厂商(shāng)-PTC

    公司简介:自(zì) 1985 年以来,PTC 一直为顶尖的(de) 客(kè)户提供服务、收购重要的公司并(bìng)创(chuàng)造在业内领 先的产品,以帮助用户(hù)获得持久(jiǔ)的产(chǎn)品(pǐn)和服(fú)务优 势。公司为工业软(ruǎn)件领域最具代表性的软(ruǎn)件公司 ,包括产品生命周期管理 (PLM)、计算机辅助(zhù)设 计 (CAD)、应用程序生命周期(qī)管理 (ALM)、供(gòng) 应链管理 (SCM)和(hé)服务(wù)生命(mìng)周期管理 (SLM)解 决方案等明星产品(pǐn)。

    CAD产(chǎn)品地位: 1985 年 , Samuel Geisberg 博 士 创 办 了 Parametric Technology Corporation (PTC), 为 CAD 软件定义了一种全新的方法(fǎ)。这(zhè)项创新 产生了市场上参数化和基于特(tè)征的(de)实体建模 CAD软件,如今称为Creo软件(jiàn),该软件(jiàn)已成为 领先的产品设计和(hé)开发软件(jiàn)。 Creo 提(tí)供了(le)当今市场上具有可扩(kuò)展性(xìng)的各种 3D CAD产品开发包和工具。丰富的特性、功能 和工具可(kě)帮助工程师更好地(dì)构思、设计和(hé)打造产(chǎn) 品。Creo包含(hán)了增材(cái)制(zhì)造、创成式设计、物联 网、基于模型的定(dìng)义(yì) (MBD) 和(hé)增强现实 (AR) 方面的突破性功(gōng)能。

    营(yíng)业收入(rù)增长稳定,净利润(rùn)实现大幅度增长。 公司2017年-2021年营业收(shōu)入分别为11.6、12.4、12.6、14.6、18.1亿(yì)美(měi)元,营业收入2020年同比 增(zēng)加24%,期间(jiān)内年复合增(zēng)长(zhǎng)率为9.3%;公司(sī)2016年-2020年归母净(jìng)利润(rùn)分别(bié)为0.1、0.5、-0.2、 1.3、4.8亿美(měi)元,归母净利润2020年同比增加269%,期间内年复(fù)合增长(zhǎng)率(lǜ)为117%。 公司的(de)营收情况一直处(chù)于稳步上升的态势,但2019年公司净利润(rùn)出现了大幅下降的(de)情况,主要是由(yóu) 于公司(sī)在2019年(nián)将软件(jiàn)产品收费(fèi)模(mó)式转为订阅收费,以即(jí)用即付的模式购买产(chǎn)品(pǐn),因此拉低了公司(sī) 利润。

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    更新时间:2025-07-17 13:30 来源:www.zunyi.jiaxing.zz.pingliang.ww38.viennacitytours.com