核心观点
本篇行研 告将分四个部分——产品与技术、行业市场、赛道融资、汽车场景相关来向大家介绍自动驾驶仿真测试。
01
产品与技术
/ / CAE概念
CAE （computer aid engineer）即计算机辅助工程设计。主要指用计算机对工程和产品进行 性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷 ，并证实未来工程、 产品功能和性能的可用性与可靠性。
CAE是一个很广的概念，从字面上讲它可以包括工程和制造业信息化的所有方面。随着行业细分领域的发展，比如EDA 、CFD发展出独立的分支，CAE的概念也在逐步弱化和抽象。广义的CAE主要指利用计算机仿真分析来帮助或者解决实际工程应用中的查验，设计，验证，优化等问题。在谈到CAE时，有可能是指CAD/EDA/CFD/TCAD，或者结构动力分析、热分析、电磁分析、 耦合分析等等其中一种或多种。狭义上的CAE，更多是指利用CAE软件进行仿真优化分析。
/ / CAE的产业价值
CAE工具最大的产业价值就是能够简化产品设计过程， 提高试错、降低成本。
/ / 产品结构
CAE软件的基本结构主要组成部分包括： 用户界面、数据管理系统、数据库、专家系统和知识库五大模块。
数据管理系统是使用CAE软件进行性能分析或模拟时用到的核心部件，一方面通过接口实现CAD、CAM等格式文件的输入，另一方面提供前处理、求解分析（大多为有限元分析）、后处理三个流程实现仿真模拟。
求解分析模块根据处理问题的类型，可以细分为静力线性子系统、动力分析子系统等众多分支。
/ / 产品流程
从核心工作流程来看，CAE软件仿真过程包括 前处理、求解、后处理、优化、 告。
/ / CAE仿真软件的核心模块——求解器
求解器是还原仿真的核心工具：求解器指的是针对特定场景（比如液体流动、温度传播以及结构变形），用程序编码的方式实现的对场景中的物理规律、数学原理进行客观还原，也就是实现所谓的“仿真”。 而仿真软件的核心竞争力正是仿真结果与现实场景的匹配度，即求解器结果的匹配能力。
底层的数学求解和物理逻辑：底层仿真的数学物理模型通常有两种求解方法， 解析解和数值解。解析解精准而且高效，但现实中很多问题找不到解析解（即精准答案）。CAE软件主要是使用数值解，也就是以结构离散化为主的数值计算方法。 目前市面上最主流的是利用有限元法（FEM）进行计算。
/ / 技术点拆分
仿真软件研发内容从上到下分为4层：
第1层为上层应用层，属于计算机前端处理；
第2层为工业软件上层应用的支柱或者说是核心内容和框架；
第3层是整体工业软件的核心技术；
第4层属于底层基础理论。
即使仿真软件的开发围绕了多个技术点，但随着资金和人力的支持，短期（1-2年）完成一款工业软件产品的开发也并非难事。 真正需要关注的是产品在长期使用过程中的数据累积、场景还原、对工程问题的还原程度以及底层基础研究的迭代。
/ / 技术痛点与潜在解决方案
CAE软件的技术痛点主要是 仿真误差，而造成该误差的原因又分为 底层计算误差和求解效率太低。
底层计算误差：
- 物理模型误差+数学计算误差 ；
- 人为误差： 由于CAE软件需要使用人员在模型建立、仿真参数设置、工艺经验等专业领域有大量的经验积累才能成功输出，因此人为操作导致的误差一方面提高了软件的铺开难度，另一方面也使输出结果更加不稳定可靠。
求解效率太低：
- 前处理错误： CAD与CAE不打通导致复杂模型在软件之间转变的时候操作人员需要花费大量时间去建立模型、处理拓扑错误、重新划分 格等前处理工作；
- 算力不够 导致的求解时间过长。
解决方案主要有四点。
3D渲染引擎；
底层物理数学理论的突破。
对I/O（输入输出）加入AI进行优化。
CAE 软件通过积极发展对各 CAD 软件的专用接口，将高质量模型的导入，减少几何清理的难度，增强软件的前处理能力。
增加业务协同性；
节省本地算力，减少求解时间。
02
行业市场
/ / 市场容量
市场规模：Credence研究数据，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%。 根据赛迪顾问2016-2021年中国工业软件市场规模数据，2020年中国CAE市场规模达到18亿元，预计2021年达到21亿元，年均复合增速为16.2%，明显高于全球增速水平。
市场CR3： 2020年全球CAE市场前三大供应商分别是Siemens、ANSYS和达索，市占率达到47%。中国本土仿真解决方案供应商包括中望软件、霍莱沃等。 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%。
/ / 市场驱动力
政策鼓励（参见APPENDIX1）：21世纪以来政府陆续出台了一系列扶持政策以推动 CAE 行业发展。此类政策有助于推动 CAE 技术发展、健全行业标准体系、促进 CAE 软件行业应用、加快建立产业生态体系，对于助力下游工业企业智能化、信息化进程具有重要意义。
需求升级：国内需求弱的表面原因是盗版软件横行。随着国内版权意识和行业竞争的提升，国产CAE靠着完善的功能和高性价比会逐渐进入市场。而国内高端制造业的发展将为CAE提供足够的本土仿真软件市场，从根本上带动国产CAE行业发展。
基础技术支持：CAE/CAD是工业4.0、数字孪生和数字化交付的基础。 随着云计算，数字孪生和工业互联 的兴起，为CAE提供了更加有力和密切的细分场景。B/S架构的软件相比传统C/S架构的软件，在更有利的细分场景内，能更快速完成计算任务
/ / 市场发展
工业软件行业发展可分为 三个阶段：
国内厂商发展阶段：中国CAE行业处于 第一阶段到第二阶段之间，向协同应用的转型成为大势所趋。目前，国内大量的设计、制造等核心工业软件均为国外品牌所占领。在中国制造业转型升级的大背景下，工业企业均开始加快两化融合（工业化与信息化的融合）的步伐，逐步转变发展模式。
海外厂商发展阶段：国外CAE行业发展已经处于 第三阶段。达索、西门子等领先企业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，正向“软件+服务”的整体解决方案转型升级。
/ / 头部玩家生态Mapping
/ / 国外头部玩家历史沿革
海外工业软件厂商多成立于上世纪60年代，在90年代开始高速发展一度冲击国内CAE市场。发展至今的 海外巨头们产品应用铺满各行各业，在CAE产品的通用性、可靠性和稳定性上都有着强大的先发优势。
行业巨头 利用频繁收购细分领域的技术公司来补足自己的生态闭环以实现更完整的工具链。收购不光实现了不同CAE算法功能的不足，也体现出CAD/CAE/CAM逐渐一体化的趋势。纵观2020年至2021年一季度，CAE市场发生了 15起主要收购事件。其中，Altair完成7家公司的收购，是收购数量最多的厂商；其次是海克斯康（4家）和Ansys（2家）。
03
赛道融资
/ / 国内主要玩家及情况
/ / 海内外龙头对比：中望 VS 达索
整体规模：相对于达索，可以看出中望软件目前的整体规模还较小，但营收增速更高， 随着国内高端制造市场的增长与工业软件国潮，可以预见中望（中国厂商）还有很高的市场天花板。
/ / 国内玩家发展趋势
市场局势变化：行业加速发展
21世纪初期开始，国内CAE软件逐渐开始发展，但受两方面限制，对外有成熟的海外产品已经在国内完成商业落地，用户替换意向低；对内的应用又受到需求场景和数量的限制。进入2006年以来，为了满足符合“中国制造”特色的需求， 国内的CAE软件公司从二次开发国外软件业务开始进入行业视野。
产品发展：CAX一体化
工业软件从单项应用到实现对制造企业研发、生产、经营、物流等各业务环节的全覆盖和深度渗透后，逐步朝综合集成的方向发展，实现业务流程和生产经营模式变革。 打造贯穿工业生产前端和后端的系统化软件解决方案，以此提升整个流程的管理效率和准确率成为了工业软件发展的新方向。CAD/CAE一体化之后，CAE对CAD模型进行仿真分析，通过反馈的数据，对原设计或模型进行反复修正，以求达到最佳效果。
融资历史变化：产业基金入局
1998-2009：国产CAE软件刚刚起步，大部分在此时期成立的公司都经历了漫长的研发周期且基本都在2010年后才逐渐对股权市场开放融资机会， 目前大部分公司已成为国产行业龙头，但上市企业屈指可数。
2009-2019：随着国家政策鼓励与产业资源的升级，更多高科技人才选择在CAE赛道创业。但可以看出， 许多企业是以仿真计算为入口，瞄准的是比工业软件更大的市场，如云计算、工业互联 、数字孪生等。而这些新兴公司的资方背景也更加多样化，除了政府基金，CVC也不甘落后。制造企业如比亚迪，互联 公司如华为都在仿真软件赛道不断布局。
/ / 投资特点
以并购为导向结合政策驱动的投资策略可能成为主流。
04
汽车场景相关
/ / 应用场景：汽车生产制造
汽车是目前CAE软件最主要的应用场景。从 CAE应用的具体场景看，汽车是目前最主要的应用场景， 据 marketintellica，2019 年全球 CAE 市场中 36%的收入来自汽车行业的应用，其次是电子电气、航空航天及国防，占比分别为 22%、21%。
汽车开发场景：
- 系统动力学分析： 主要分析汽车的行驶性、操纵性等，常采用多体（多刚体、多柔体）系统动力学分析方法；
- 疲劳寿命分析： 汽车疲劳寿命分析主要研究汽车整车及各部件的动、静疲劳寿命；
- 碰撞分析： 碰撞分析方法主要包括有限元法、多刚体系统动力学法河机械振动学法。汽车碰撞分析主要进行车身结构的耐撞性研究、碰撞生物力学研究和乘员约束系统及安全内饰件研究；
- NVH分析： 工程中常用的NVH分析方法有：多刚体系统动力学方法、有限单元法、边界元法、统计能量分析法；
- 空气动力学分析： 主要进行汽车高速行驶时的气动噪声分析，分析汽车高速行驶时空气流场对操纵稳定性的影响。
汽车开发中的主要CAE：
/ / 应用场景：自动驾驶
由于车载硬件发展的另外一个趋势是越来越小，仿真可以和硬件结合，类似于现在的FPGA编程。自动驾驶是一个典型的例子，自动驾驶实际上就是一个实时的仿真系统、摄像头、传感器实时收集数据。处理器根据收集的数据进行驾驶路线计算和预测，并采取相应的策略，在这个过程中依赖于数据的传输和对数据仿真处理。 如果将碰撞仿真软件固化在汽车硬件里，汽车在行驶过程中能实时仿真与其它车碰撞的结果，从而让自动驾驶在遇到危险时采取更有利的预防和避险措施，其意义不言而喻。
目前，仿真功能被用于自动驾驶算法研发中的测试和验证决策模块以及路径规划模块。但是，当前的仿真环境的能力仍有待开发。如基于游戏引擎的Carla和LGLVS尝试使用计算机图形模型、渲染算法和物理模型来尝试产生一个高保真环境。但这只是基于底层引擎渲染能力从视觉上实现了“高保真”，从物理反馈、运行逻辑、结构感知等层面目前的虚拟仿真想要真的与现实环境贴合仍有一段差距。
/ / Appendix：国家工业软件相关政策
加入璞跃中国
科技创新生态
加入创新者 群
及时掌握最新资讯
点击图片，了解更多
关于 Plug and Play China 璞跃中国
2006年成立于硅谷的璞跃（Plug and Play）是全球科技创新平台引领者，曾先后成功早期投资孵化了Google、PayPal、Dropbox 等多家互联 行业科技巨头公司，业务涵盖：早期投资、企业创新服务、创新生态空间运营等。经过10余年的发展和超过20年的长期积累，目前在全球设立40多个创新生态空间和区域办公室；累计投资超过1600家初创企业，为超过17000家初创企业进行孵化加速，为超过500家全球领先大企业提供联合创新服务，年平均举行初创企业和大企业间的对接交流活动1000余场。
2015年，在中国双创浪潮下，璞跃入华，2016年“璞跃中国（Plug and Play China）”成立。
璞跃中国立足北京——中国总部，布局上海、深圳两大区域创新中心，联动南京、武汉、无锡等城市创新合作伙伴开展中国创新业务。
璞跃中国现开设有企业创新服务、城市创新服务、科技投资、创新空间四大业务板块，构建了中国领军的线上线下创新平台，并为之配套构建了包括大企业、初创公司、城市伙伴、风险投资机构、高校科研院所、行业导师等多维度的创新生态伙伴体系。
迄今璞跃中国已服务100余家行业领军企业，累计孵化加速1700余家创业公司，并投资了包括ApplyBoard、AutoX、非夕科技、纵行科技、银基安全、大界机器人、海飞科、Authing、优时科技等超过150家科技创新企业。
了解更多信息请访问 www.pnpchina.com
声明：本站部分文章及图片源自用户投稿，如本站任何资料有侵权请您尽早请联系jinwei@zod.com.cn进行处理,非常感谢！