淺談高性能汽車仿真技術(shù)定義及發(fā)展歷程

仿真技術(shù)在汽車生產(chǎn)過程中扮演重要角色，根據(jù)汽車產(chǎn)品制造階段可分為CAD、CAE、CAM三種。 其中CAD用于前期產(chǎn)品設(shè)計(jì)，CAE用于產(chǎn)品性能及結(jié)構(gòu)分析；CAM用于產(chǎn)品生產(chǎn)制造的落地；CAD將工業(yè)設(shè)計(jì)以數(shù)字化模型的方式，協(xié)助工程技術(shù)人員完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而提升產(chǎn)品開發(fā)效率、降低開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期，據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在應(yīng)用CAE技術(shù)后，開發(fā)期的費(fèi)用占開發(fā)成本的比例從80%下降至8%。 頭豹預(yù)測，未來中國汽車仿真市場在下游汽車滲透率將保持平穩(wěn)增長，汽車仿真將從2021年33.0億元的市場規(guī)模，以15.4%的復(fù)合增長率在2026年達(dá)77.8億元。

1.?汽車仿真技術(shù)行業(yè)定義

仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)并通過建立模型進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一門多學(xué)科綜合性制作，具備經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用、安全、重復(fù)使用等特點(diǎn)。仿真技術(shù)根據(jù)產(chǎn)品制造階段可分為CAD、CAE、CAM三種，其中CAD用于前期產(chǎn)品設(shè)計(jì)，CAE用于產(chǎn)品性能及結(jié)構(gòu)分析，CAM用于產(chǎn)品生產(chǎn)制造的落地CAD將工業(yè)設(shè)計(jì)以數(shù)字化模型的方式，協(xié)助工程技術(shù)人員完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而提升產(chǎn)品開發(fā)效率、降低開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期。

CAE則是在CAD的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行仿真分析，實(shí)現(xiàn)全過程的科學(xué)化、信息化管理，不僅減少制造損耗，還能節(jié)約成本，以良好的經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的工程質(zhì)量。CAM是依靠CAD、CAE的數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)，使產(chǎn)品快速落地CAE是三種技術(shù)的核心及仿真領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)，其應(yīng)用于多個產(chǎn)業(yè)，特別是汽車、航天等制造復(fù)雜，且試驗(yàn)成本高的行業(yè)。未來隨著CAE愈發(fā)成熟，仿真技術(shù)運(yùn)用范圍將不斷擴(kuò)大

2.?汽車仿真技術(shù)行業(yè)分類

汽車仿真技術(shù)行業(yè)分為CAE/CAD/CAM三個行業(yè)，其中CAE是三種技術(shù)的核心及仿真領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)，其應(yīng)用于多個產(chǎn)業(yè)，特別是汽車、航天等制造復(fù)雜，且試驗(yàn)成本高的行業(yè)。從技術(shù)2.0起，仿真技術(shù)已在汽車研發(fā)領(lǐng)域中扮演重要角色，求解器是CAE的核心，其價(jià)值最高，且開發(fā)難度大。

3.?汽車仿真技術(shù)行業(yè)特征

汽車仿真技術(shù)行業(yè)是利用計(jì)算機(jī)建立模型進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程，在汽車設(shè)計(jì)空氣動力學(xué)分析、車輛碰撞模擬、剛度與強(qiáng)度分析等多個場景實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。由于國外技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢，行業(yè)當(dāng)前仍處在國外壟斷的市場環(huán)境，但未來國產(chǎn)替代規(guī)模大，本土企業(yè)有望蓄勢騰飛。

4.?汽車仿真技術(shù)發(fā)展歷程

汽車研發(fā)技術(shù)按人為參與度劃分為四個階段——純?nèi)藶楦深A(yù)的物理測試驅(qū)動的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助的仿真驅(qū)動的設(shè)計(jì)、以計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的大數(shù)據(jù)驅(qū)動的設(shè)計(jì)、AI加超級大腦決策的人工智能驅(qū)動的設(shè)計(jì)。 從技術(shù)1.0到技術(shù)3.0，人均為最關(guān)鍵、最核心的要素，但在技術(shù)4.0的情況下，工程師的角色被顛覆，從研發(fā)的主要執(zhí)行者變成超級大腦的監(jiān)控人員，確保超級大腦準(zhǔn)確無誤地執(zhí)行任務(wù)。 自技術(shù)2.0起，仿真技術(shù)已在汽車研發(fā)領(lǐng)域中扮演重要角色。即使未來人為參與度逐漸降低，但是仿真技術(shù)依舊被廣泛應(yīng)用。大數(shù)據(jù)驅(qū)動及人工智能驅(qū)動僅僅是省去人為操作與決策的步驟，而底層架構(gòu)仍需仿真技術(shù)為超級大腦提供數(shù)據(jù)支撐，所以仿真技術(shù)在汽車制造的作用將無法撼動。 5.?汽車仿真技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈分析 中國汽車仿真產(chǎn)業(yè)鏈上游主要玩家是以西門子、微軟、蘋果為主的核心軟件的基礎(chǔ)軟件及硬件設(shè)備供應(yīng)商；

中游以ANSYS、西門子Autodesk為主的汽車仿真軟件開發(fā)商及咨詢服務(wù)商，以整合行業(yè)的核心模擬技術(shù)CAE、CAD、CAM為中心向汽車領(lǐng)域延伸布局。

下游為汽車制造企業(yè)，需運(yùn)用汽車仿真技術(shù)增加自身競爭力，以長安汽車為例，通過運(yùn)用汽車仿真技術(shù)節(jié)省樣車，使動態(tài)表現(xiàn)及熱管理系統(tǒng)具備量產(chǎn)版本的同等效果，同時將車輛風(fēng)阻大幅降低汽車仿真技術(shù)上游主要為核心軟件求解器、基礎(chǔ)軟件、以及硬件設(shè)備，其中因求解器基于本身開發(fā)周期長（3-5年）、開發(fā)難度高（知識產(chǎn)權(quán)壁壘）的特點(diǎn)，作為上游核心軟件價(jià)值最高，也是最難實(shí)現(xiàn)短期突破的“卡脖子”環(huán)節(jié)。 中游玩家以ANASYS(31.4%份額)；Mathworks（22.2%份額）西門子（10.6%份額）等國際企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，而以英特工程和中望龍騰為主的中國廠商市場份額不足10%，而基礎(chǔ)軟件及硬件設(shè)備對中游影響進(jìn)一步壓榨作為中國廠商的利潤率，例如當(dāng)前行業(yè)龍頭的達(dá)索和ANSYS在2021年分別有15.6%和21.3%的凈利潤率，而作為中國唯一同時掌握CAD、CAM、CAE核心技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)能力的廠商中望國際，2021年的利潤率僅為2%； 中游為汽車仿真軟件開發(fā)商及咨詢服務(wù)，主要的CAE、CAD等工業(yè)軟件涵蓋多個基礎(chǔ)學(xué)科門類，需要參與者長期技術(shù)沉淀。而產(chǎn)業(yè)下游對接汽車制造廠商，盡管一套完整的仿真系統(tǒng)需要高額的安裝、服務(wù)費(fèi)用（以仿真行業(yè)頭部廠商Ansys為例，NASA花了3910萬美元，約2.5億人民幣買了Ansys 5年使用權(quán)），以完成在航天設(shè)計(jì)階段省去大量的驗(yàn)證環(huán)節(jié)。

而下游車企更愿意節(jié)省的大量研發(fā)費(fèi)用及研發(fā)時間使車企更愿意購買汽車仿真軟件，汽車仿真軟件為車企帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，能有效地優(yōu)化產(chǎn)品性能，節(jié)省大量在從設(shè)計(jì)到測試環(huán)節(jié)的時間和花費(fèi)成本分析師認(rèn)為，未來車企將廣泛應(yīng)用汽車仿真技術(shù)，中游將發(fā)揮巨大潛力帶動上游行業(yè)發(fā)展的同時，幫助下游降本增效，具有較大價(jià)值，中國汽車仿真市場規(guī)模將從2021年的33.0億元增長至2026年的77.8億元。

6.?汽車仿真技術(shù)行業(yè)規(guī)模 到2026年汽車仿真市場規(guī)模將從2021年以15.4%的CAGR達(dá)到2026年77.8億的市場規(guī)模，其中CAE在2021明年后的市場規(guī)模增速最快，CAGR接近20%，而CAM和CAD的增速則為12.7% 當(dāng)前汽車仿真行業(yè)在企業(yè)往智能制造轉(zhuǎn)型以及下游客戶對仿真技術(shù)的認(rèn)知度與重視度日益加強(qiáng)的背景下，仿真軟件對輔助企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的重要性逐步凸顯，其滲透率逐步提高，整體仿真行業(yè)市場規(guī)模將呈高速增長態(tài)勢。其中，仿真軟件在汽車制造的應(yīng)用占比為31%，為下游最高占比，汽車仿真市場亦將呈現(xiàn)快速增長的趨勢。中國汽車仿真軟件廠商收入來源為仿真軟件銷售及仿真業(yè)務(wù)咨詢服務(wù)。其中，一套較為基礎(chǔ)的企業(yè)版汽車仿真軟件單價(jià)達(dá)100萬元人民幣。同時汽車仿真軟件為車企更愿意節(jié)省的大量研發(fā)費(fèi)用及研發(fā)時間使車企更愿意購買汽車仿真軟件，汽車仿真軟件為車企帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，能有效地優(yōu)化產(chǎn)品性能。

分析師預(yù)測：未來汽車仿真軟件技術(shù)端，將在新能源汽車以及航天航空的需求下不斷擴(kuò)大，帶動更多仿真技術(shù)在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用，從而加速國內(nèi)廠家對CAE、CAD等技術(shù)領(lǐng)域國產(chǎn)替代，國內(nèi)汽車仿真領(lǐng)域有望釋放巨大潛力。另一方面，政策鼓勵推動制造業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提高生產(chǎn)效率亦會增加車企應(yīng)用汽車仿真軟件推動產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)，從而帶動仿真軟件的銷售量及咨詢業(yè)務(wù)的增長

7.?汽車仿真技術(shù)競爭格局 國際企業(yè)在汽車仿真軟件上處于壟斷地位，中國企業(yè)與國際企業(yè)相比差距較大。從2020年全球3D/2D的CAD以及CAE綜合市場份額來看，業(yè)務(wù)線全部覆蓋到的企業(yè)有西門子(CAE占10.6%的市場份額，CAD占0.6%）、達(dá)索（CAE占31%,CAD為11.1%的市場份額）以及ANSYS（61.5%的份額領(lǐng)先在CAE市場）等國際企業(yè)，以價(jià)值量占比較高的CAE市場份額來看，國際廠商幾乎占據(jù)所有的市場份額，其中CR5份額占比高達(dá)88.9%，其中包括美國的Ansys、Mathworks、Altair，法國的達(dá)索及德國的西門子。此外，國際汽車仿真軟件巨頭不僅提供CAE軟件，還提供求解器、通用模塊等核心技術(shù)的銷售及CAE咨詢方案，而CAE咨詢業(yè)務(wù)要求極高，需工程經(jīng)驗(yàn)積累及物理分析能力，為客戶提供定制化服務(wù)。

相比于國際廠商在汽車仿真軟件上覆蓋范圍廣、核心技術(shù)領(lǐng)先、功能齊全完善的優(yōu)勢，中國CAE軟件開發(fā)商關(guān)鍵技術(shù)自主可控程度低，且在產(chǎn)品化、集成化和規(guī)?；吓c國際廠商存在非常大的差距，整體仍處于發(fā)展階段，當(dāng)前。因此，在5年內(nèi)以國際企業(yè)為主導(dǎo)的競爭格局將不會發(fā)生變化，但長期來看，基于整車企業(yè)面對智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)快速迭代的需要，汽車仿真軟件相應(yīng)增加了許多維度，如持續(xù)拓展性及兼容性等，這對市場參與者而言仍是空白，為中國汽車仿真軟件廠商提供彎道超車的契機(jī)。隨著中國政策大力推動汽車仿真核心技術(shù)發(fā)展，中國企業(yè)有望實(shí)現(xiàn)新的突破從而打破壟斷。

編輯：黃飛