一（yī）、CAD：工业软（ruǎn）件基（jī）石产品（pǐn）

1 什么是CAD？

CAD，即计算机辅助设计，是一种可以在工（gōng）程设计和产品设计中，进行计（jì）算、信息（xī）存储（chǔ）和制（zhì）图等项（xiàng）工（gōng） 作的交（jiāo）互式（shì）制图系统（tǒng），其处于（yú）产业（yè）链的上游位（wèi）置（zhì），主要应用于建（jiàn）筑（zhù）业（yè）和汽（qì）车制造、通用机械等制造业。

2D CAD：2D CAD软件提（tí）供（gòng）了一个二（èr）维（wéi）设计平台（tái）。由于2D CAD不允许（xǔ）创建透（tòu）视图（tú）或比例（lì），因此（cǐ）通常（cháng）用于绘图 、草图和草图（tú）概念设计，这为用户提供了尺寸和比 例的基本概览，然后（hòu）再进行 3D 设计。

3D CAD：3D CAD提供了一个（gè）设计三维对象的（de）平台。这类 CAD软件的主要特点是3D实体建模。这让（ràng）设计师可（kě） 以创（chuàng）建具有长度（dù）、宽度和高度的（de）对象，从而实现更 准确的缩放（fàng）和可视化。

1.2 CAD技术发展历程：四大重大（dà）技术（shù）革命

第一次技术革命：曲面造型（xíng）

60年代（dài）出现的三（sān）维（wéi）CAD系统只（zhī）是极为简（jiǎn）单的线框式系统（tǒng），只 能表（biǎo）达基本的几何信息，经（jīng）常发生设计完成后，制作出（chū）来（lái）的样 品与设（shè）计者所想象的有（yǒu）很（hěn）大差距甚（shèn）至完全不同的（de）情况（kuàng）。 这（zhè）时候法国（guó）人提出贝塞尔（ěr）算法，使得人们在用计算机处理（lǐ）曲线 及曲面问（wèn）题时变得可以操作，标（biāo）志（zhì）着计算机（jī）辅助设计技术从单 纯模仿（fǎng）工（gōng）程图纸的三视（shì）图模式中解（jiě）放出（chū）来（lái），曲面造型（xíng）系（xì）统 CATIA为人类带来（lái）了第一次CAD技术革（gé）命。

第二次（cì）技术革（gé）命：实体造型

CAD的表面模型技术只能表达（dá）形（xíng）体的（de）表面信（xìn）息，难以准确表达 零件（jiàn）的其它特性，而实体（tǐ）造型技术能够（gòu）精确表达零件的全部属 性（xìng），在（zài）理论上有助于CAD模型的表（biǎo）达。 SDRC公（gōng）司于1979年（nián）发布了世（shì）界上第（dì）一个（gè）完全基于实体造（zào）型技 术的大型CAD软件（jiàn）I-DEAS.实体造型技术的普及标志（zhì）着CAD发 展史上的第（dì）二（èr）次技术革（gé）命。

第三（sān）次技术革（gé）命：参数化技术

进入20世纪80年（nián）代中期（qī），CV公司内（nèi）部（bù）以高级副（fù）总裁（cái）为（wéi）首的（de）一批（pī） 人提出了参数化实体造型方（fāng）法。这是一个很（hěn）好的想法，但是（shì）碍 于当时参数化（huà）技术还有很多技（jì）术难点有待攻克（kè），CV公司内部否 决了参（cān）数化（huà）方案。 就是这一批被CV公司拒绝的（de）人（rén），离开CV成立（lì）了（le）一家新的（de）参数化 技术公司，开始（shǐ）研制名为Pro/ENGINEER的参（cān）数化软件。而这 家公司就是历（lì）史（shǐ）上CAD领域最（zuì）具代表性（xìng）的软件公司之一PTC公 司，于1989年上市并引起机械（xiè）CAD界（jiè）的巨大轰（hōng）动。

第四次技术革（gé）命：变量化技术

参数化技术的（de）成（chéng）功应用，使它几乎成为CAD业界的标准。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和财力 。因此许多应（yīng）用软件采用的参数化模（mó）型都是在原（yuán）有模型上进行 局部（bù）、小块的修补。 SDRC公司的开（kāi）发人员大胆（dǎn）地（dì）提出了一种更为先（xiān）进（jìn）的实体（tǐ）造型（xíng）技（jì） 术（shù）——变量化技术（shù）。SDRC公（gōng）司于1993年推出了（le）全新体系结（jié）构 的I-DEAS Master Series软件。在早期的大型（xíng）CAD软件中，这 是唯（wéi）一一家在90年（nián）代将软件彻底（dǐ）重写的公司。

1.4 CAD基（jī）本技术

人机交互（hù）技术

人机交互技术即通过计算机输入、输（shū）出设备，以有效的方式实现（xiàn）人与计算机对话的（de）技术（shù） 。人机交互技术包括（kuò）机器（qì）通过输出或（huò）显示设备（bèi）给（gěi）人提（tí）供大量有关信息及提示请示等，人通过输入设备（bèi）给 机（jī）器输入有关信（xìn）息，回答（dá）问题及提示请示等。涉及到的技术包括：

模板匹配技术：一种最简单的识别技术，将传感器（qì）输入的原始（shǐ）数据与预先存储的（de）模板进行匹配， 通过度（dù）量两者之间的相似度完（wán）成识别任（rèn）务。

神经网络技术：一种较新的模式识别技术，具有（yǒu）自组织和自学习能力，具有分布性特点，抗噪声 能力比较（jiào）强，能（néng）处理不完整的模式，并具有（yǒu）模式推（tuī）广（guǎng）能力。

统计分析（xī）技术（shù）：通（tōng）过统计样（yàng）本特征（zhēng）向（xiàng）量来确（què）定分类器的一种基于概率的分类方法。在（zài）模式识别（bié）中 一（yī）般采用（yòng）贝叶（yè）斯极大似然（rán）理（lǐ）论确（què）定分类函数。

而在（zài）计算机辅助设计（jì）中，交互（hù）技术是必不可少的。交互式cad系统（tǒng），指用户在使用计算（suàn）机系统（tǒng）进（jìn）行设 计（jì）时，人和（hé）机器可（kě）以及时地交换（huàn）信息。采用交互式系统，人（rén）们可以边

实（shí）体造型技术

实体造型技术是计算机视觉、计算机动画等领域中建（jiàn）立3D实体模型的关（guān）键技术。 实（shí）体造型技术（shù）是指描述（shù）几何模型的形状和属性的（de）信息并存于计算机内，由计算机生成具有（yǒu）真实感的可 视的三维图形（xíng）的技术（shù），主要应（yīng）用领域是计算机辅助（zhù）设计、工程分析、计算机图形（xíng）学、动画、快速原型 （rapid prototyping）、医疗测试和科（kē）学研究的（de）可视化（visualization）。

设计的图纸是设计师（shī）表（biǎo）达设（shè）计（jì）创意的语言工具，一（yī）个复杂的零件，往往（wǎng）需要许多不同投影方向的图才 能（néng）表达。而要读懂（dǒng）这些（xiē）图并准确想象出其（qí）空间效果，将花费很多（duō）时间和精力。一旦读（dú）图有误，将会给 生产（chǎn）、制造带来巨大损失。然而，如果（guǒ）采用（yòng）实体造型（xíng）的软件进行零（líng）件设计，设计（jì）师（shī）就能在屏幕（mù）上见到 实时（shí）的三维模型，大（dà）大减少了失误，而且还能（néng）方便地进（jìn）行后（hòu）续环节的设计，如模拟（nǐ）装（zhuāng）配、总体布局、 干涉检查、仿真动画及模拟加（jiā）工等。实（shí）体造型理论（lùn）为实现（xiàn）产（chǎn）品由（yóu）设计到生（shēng）产的环（huán）节采用同一数（shù）据信息 提（tí）供了技（jì）术上的可（kě）行性，大大（dà）地促进了CAD产业的发展。

1.5 CAD应用场（chǎng）景

制造业：CAD在（zài）制造业中处于（yú）关（guān）键地位，国产化趋势（shì）显（xiǎn）著

制造（zào）行业中常常需要设（shè）计新产（chǎn）品,设计一（yī）个产品（pǐn）的步骤是概念（niàn）引入、详细的几何设计、详细的结构分 析和结构（gòu）优化、模（mó）拟仿真等。将整个设计过程引入工程概（gài）念就（jiù）是现代设（shè）计技术的手段（duàn），在应用CAD 后，就（jiù）可以在设计阶段综合考虑设计（jì）出产（chǎn）品的整个生命周期（qī）。

而CAD技术已广泛应用（yòng）于制（zhì）造业中，其中汽（qì）车、 机床（chuáng）、船舶（bó）、飞机和航天器等行（háng）业（yè）应（yīng）用（yòng）最为广泛。 三维CAD系统是支撑制造业（yè）发（fā）展最核心（xīn）的技术之一。大到满街奔跑的汽车，小到人手一部的手机（jī）， 离开三（sān）维CAD软件都（dōu）无法设计和制造，但此前国内三（sān）维CAD市场长期被进口软件（jiàn）垄断。而近年来随 着互（hù）联（lián）网（wǎng）、云计算的深度发展，国外软件已不能满足中国制造业的快（kuài）速发展（zhǎn），并且随着国产化（huà）的发 展（zhǎn），国产软（ruǎn）件在市场中占比逐（zhú）渐扩（kuò）大（dà）。

电子电路与电气：电（diàn）子电气行业内（nèi）CAD未来发展（zhǎn）前景广阔

CAD在电子电气领域的应用（yòng）被称为电子电气CAD。主要（yào）包（bāo）括电气原理图的编辑、电路（lù）功（gōng）能仿（fǎng）真、 工作环（huán）境仿真、PCB设计（jì）(自动布线、自动布线)、检（jiǎn）测。使（shǐ）用电子和电气CAD软件也可以快速形（xíng）成 各种报表文件（jiàn）(如组件清单报表)，为（wéi）采购组（zǔ）件和工程（chéng）预（yù）算及决算提（tí）供方便。

曾经CAD技术主要用于（yú）绘制布线图和（hé）电路原理图。而目前（qián），CAD逐渐往印刷（shuā）电路板设计应用扩散 ，并大（dà）显身（shēn）手于大规模和超大规模（mó）的集（jí）成电路设计制造中（zhōng），并（bìng）在计算技术和微电（diàn）子技术这两方（fāng）面 的发展得到了很大的推动。

二、CAD行（háng）业迎来爆发期，国产软件高（gāo）增速发展

2.1 工（gōng）业软（ruǎn）件（jiàn）市（shì）场规（guī）模

工业软件有望迎来行业爆（bào）发期，国（guó）内增（zēng）速远（yuǎn）高于（yú）全球水平（píng）。工业软件本（běn）身是工业技术软件化的产物，是工业化（huà）的（de）顶级（jí）产品（pǐn）。它既是研（yán）制复杂产品（pǐn）的关键（jiàn）工具和（hé） 生产（chǎn）要（yào）素（sù），也是机械（xiè）装（zhuāng）备中（zhōng）的“软零件”“软装备”，是工业品的基本构成要素（sù）。工业（yè）软件作为工（gōng） 业和软件产业的重要组成部分，是推动智能制造高质量发展的核心要（yào）素，也是实（shí）现（xiàn）工业智能化的前 提，因此在传统行业数字（zì）化转型的道（dào）路上，工（gōng）业软件至关重要。 从全球市场来看，工业（yè）软件将继（jì）续保持每年5%左右的稳健增速，行业增长较为稳定（dìng）。从中国（guó）市场来 看，工业（yè）软件行（háng）业（yè）受益于产业（yè）升级、政策加持、国产化（huà）转型三（sān）大因素，市（shì）场规模迅速扩大，增速远 高于（yú）全球平均水平，而未（wèi）来随着核（hé）心技术的不断突破（pò），我国（guó）工业软件市场（chǎng）可能（néng）迎来高速（sù）增长。

2.2 CAD市场规（guī）模

CAD市场规模保持稳健增长，国内市场增速（sù）略高于全球水平。作为工业软件中（zhōng）极为重要（yào）的一部分，CAD的（de）应用领域（yù）已经从最初的机（jī）械制造业逐渐（jiàn）拓展（zhǎn）到建筑、 电子、汽车（chē）、航天等其他（tā）行业（yè）领域，据艾瑞咨询统计，2020年全球CAD市场规模接近（jìn）100亿美元 ，其中2D CAD市场规模（mó）为（wéi）26亿美元，3D CAD市（shì）场规模为73亿美元。2021年-2023年，CAD全 球市场（chǎng）预计将以（yǐ）8%-9%的（de）增速快速（sù）扩（kuò）张（zhāng）。 根据P&S Intelligence和工信部运行监测协调局等（děng）测算，2019年全球和中国2D市场空间（jiān）分（fèn）别为 24.2亿美元和12.5亿元，全球（qiú）市场空间约为中国的13倍；全球（qiú）和（hé）中国3D市场空（kōng）间分别为（wéi）56.8亿 美元和（hé）38亿元，全球市场空间约为中国的（de）10倍。而中国2D CAD市（shì）场（chǎng）和3D CAD市场均保持高（gāo）于 全球市场的复（fù）合增速，可见（jiàn）国（guó）内（nèi）CAD市场成长空间依（yī）然广阔

2.3 CAD全球竞争格局

海（hǎi）外CAD企业（yè）居于（yú）龙头地位，占据全球市（shì）场大部分份额（é）。由于CAD产品诞生自海外发达（dá）国家，目前全球市（shì）场主要由海外龙头厂商的产品（pǐn）所（suǒ）占据。其中，2D CAD市场中Autodesk的AutoCAD产品一家独大；3D CAD产品（pǐn）的现状为达索的CATIA把握高端市 场，其（qí）另一款产品Solidworks与西（xī）门子的NX、PTC的Creo主要瓜分（fèn）中低端市场。 根据 BIS Research 数据， 2018 年（nián）全球 CAD 市场规模（mó）约80亿美（měi）元（yuán），法国达索系统公司（ Dassault Systemes）、德国（guó）西门子公司（Siemens）和（hé）美国参数技（jì）术公司（PTC）三家处于垄断（duàn） 地位， 占据全球市场份额的 60%以上（shàng）。 2019年全（quán）球CAD市（shì）场（chǎng）份额的90%以（yǐ）上被国（guó）外龙头厂（chǎng）商占 据，主要有达索、Autodesk、西门子、Hexagon、PTC等。

2.4 CAD国内竞争格局（jú）

国外领先厂商占（zhàn）据大部分国内市场份（fèn）额，国产替（tì）代趋势（shì）明显。根据（jù）中国工业技术软件化产业联盟测算，2018年全球（qiú）CAD软件（jiàn）市场主要由法（fǎ）国达（dá）索系统公司、德 国西门（mén）子（zǐ）公司和美国参数技术公（gōng）司（PTC）三家垄断（duàn），占（zhàn）据全球市场份（fèn）额的60%以上；中国CAD软（ruǎn） 件市场规模（mó）约为（wéi）7.33亿美元（yuán），占（zhàn）比8.5%，其中95%以上的市场被（bèi）国外软件所（suǒ）占据，中国厂商主要布 局在2D CAD市场。虽然现阶段绝大（dà）数（shù）市场份额依旧被国外厂商所垄（lǒng）断，但随着我国（guó）工（gōng）业化（huà）程度的不断提高，以及国家 对这一领域的（de）重视，国产（chǎn）替代进口将成为（wéi）大势所趋。从我国（guó）CAD发展现状来看，2D CAD在诸（zhū）多细 分领域已经基本可实现国产替代进口，在3D CAD领域部分（fèn）国（guó）内厂商也在（zài）不断（duàn）更新迭（dié）代（dài）、打磨产品（pǐn） ，未来预计也将逐步替代国外（wài）厂商（shāng）。

三、行（háng）业竞争激烈，国产（chǎn）厂商积（jī）极追赶

3.1 国外（wài）CAD厂商（shāng）-Autodesk

公司简介（jiè）：AAutodesk是世界领先的设计软件 和数字内容创建公司，用于（yú）建筑设计、土地资 源开发、生产、公（gōng）用（yòng）设施、通信、媒体和娱乐 。公司始建（jiàn）于1982年，Autodesk 提（tí）供设计 软件（jiàn）、Internet 门户服务、无线开（kāi）发平台及定 点应用，帮（bāng）助遍及150多个国（guó）家（jiā）的（de）四百万用户 推动业务，保（bǎo）持（chí）竞（jìng）争（zhēng）力。

行业（yè）地（dì）位： Autodesk的AutoCAD系列软件在专业设计领 域深耕接近30年，第一个版本AutoCAD 1.0 早于1982年问世，随（suí）后便不断更新版本，并 横向伸延至不（bú）同（tóng）专业领（lǐng）域（yù）。Autodesk Revit 、AutoCAD Civil 3D、AutoCAD Electrical 、AutoCAD Map 3D等，可用于（yú）建筑工程设 计、机械设计，以至数码媒体娱乐（lè）等应用。目 前公司业务分为4大范畴：建筑、工程与建设 、制造业以及媒（méi）体和（hé）娱乐。 AutoDesk在（zài）CAD软件市场占有率达到31%， 位居第二大CAD软件（jiàn）开发（fā）商。同时，公司在（zài） 2D CAD时代制定了DWG数据标准和ARX二 次开发标准，在我国稳（wěn）居2D CAD行（háng）业龙（lóng）头地 位。

Autodesk持续改革，业绩（jì）不断增长。 自金融海啸后，公司经营表现一（yī）直（zhí）不佳，一（yī）度停（tíng）滞不（bú）前（qián），2008年（nián）至2019年营业收入一（yī）直处于21-25 亿美元之间。为了改善（shàn）公司（sī）的经营情况（kuàng），管理（lǐ）层积极（jí）采（cǎi）取应对措施，大胆（dǎn）改革（gé），2016年1月取消了永 久版权销售制度，采取服务订用制（zhì）度。改革初期虽不受客（kè）户以及（jí）投资者的看好（hǎo），但通过不（bú）断的努力， 公司的改革最终还是取得了成功，2020年公司的营业收入首次突破了30亿美（měi）元，并（bìng）且利润扭亏为（wéi）盈（yíng） ，从2019年的-0.8亿美（měi）元增长至2.2亿美元。其次，2021年公司也保持了正（zhèng）增长的趋势，营（yíng）业收（shōu）入（rù）同 比（bǐ）增长（zhǎng）15.9%，归（guī）母净利润同比（bǐ）增（zēng）长495%，业绩有望在（zài）未来持续增长。

3.2 国外CAD厂商-达索系统

公（gōng）司（sī）简介：达索（suǒ）系统（tǒng）负责系统性的（de）软件（jiàn）供（gòng）应（yīng）， 并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支 援服务。该集团提（tí）供涵（hán）盖整个（gè）产品生命（mìng）周期的 系统，包括（kuò）设计（jì）、工程（chéng）、制造和产品数据管理 等各个领域中的（de）最佳软件系统 ， 著名的 CATIAV5就（jiù）出（chū）自该公司之手，达索的CAD产品 市场（chǎng）占（zhàn）率居世界（jiè）前（qián）列（liè）。

主要（yào）CAD产品

CATIA ：CATIA可用于（yú）产品（pǐn）开发的整个过程——从概念 化和设计 (CAD) 到（dào）工程 (CAE) 再到制造 (CAM)。用户不仅可以设计产品，还可（kě）以在现 实生活中的行为（wéi）环境中进行设计。

SoildWorks ：SolidWorks 是一（yī）个实体建模CAD和CAE程序（xù） 。设计人（rén）员可以使用 SolidWorks 使（shǐ）用（yòng）基于参 数化特（tè）征的（de）方法创建自动生成的 2D 工程图和 高级 3D 模型。SolidWorks 还（hái）使（shǐ）用户（hù）能（néng）够（gòu）执（zhí） 行分（fèn）析和模（mó）拟，包括有限元（yuán）分析。该产品强（qiáng）调 更（gèng）快的建模、新的设计工具（jù）和增强（qiáng）的协（xié）作。

营业收入增长稳（wěn）定，净利（lì）润在一定区（qū）间内波动。公司2016年（nián）-2020年营业收（shōu）入分别为33.8、36.5、41.1、45、50.9亿美元，营业收入2020年同比（bǐ）增 加13.1%，期间内年（nián）复合增长率为8.5%；公司2016年（nián）-2020年归母净（jìng）利润分别为5、5.9、6.7、6.9 、5.6亿美元，归母净利润2020年同比减（jiǎn）少19%，期间内年复合增长率为2% 2020年净利润下滑严重主要与无形资（zī）产摊销（xiāo）增加和财务亏损有关，但公司营业收（shōu）入（rù）增长稳定，依（yī）然 保持着市（shì）场领（lǐng）导（dǎo）者的地位（wèi），预计未（wèi）来公司净利润有望扭亏为盈。

3.3 国外CAD厂（chǎng）商-PTC

公司简介：自（zì） 1985 年（nián）以来，PTC 一直为顶尖的 客户提供服务、收购重（chóng）要（yào）的公司并创造（zào）在业内（nèi）领 先的产品，以帮助用户获得持久的产品（pǐn）和服（fú）务优 势。公司为工业软件（jiàn）领域最具代表性（xìng）的软件公（gōng）司 ，包括产品生命周（zhōu）期管理 (PLM)、计算机（jī）辅助（zhù）设 计 (CAD)、应用程序生命周期（qī）管理（lǐ） (ALM)、供 应链（liàn）管理 (SCM)和服务生命周期（qī）管理 (SLM)解 决方案等（děng）明星产品。

CAD产（chǎn）品地位： 1985 年 ， Samuel Geisberg 博 士 创 办 了（le） Parametric Technology Corporation (PTC)， 为 CAD 软件定（dìng）义了一（yī）种全新的方法。这项创新（xīn） 产生了市场上参数化（huà）和（hé）基于特征的实体建模（mó） CAD软件，如（rú）今（jīn）称为Creo软件，该软件（jiàn）已成为 领先的产（chǎn）品设计和（hé）开发软件。 Creo 提（tí）供了当今市（shì）场上具有（yǒu）可扩展性的各种 3D CAD产（chǎn）品开发包和工具（jù）。丰富的（de）特性、功（gōng）能 和工（gōng）具可（kě）帮（bāng）助工程师更好地构思、设计（jì）和打造产 品。Creo包含了增材制造、创（chuàng）成式设计、物联 网（wǎng）、基于模（mó）型的定（dìng）义 (MBD) 和增强现实（shí） (AR) 方面的突破性功能。

营（yíng）业（yè）收入增（zēng）长（zhǎng）稳定，净（jìng）利润实现大幅（fú）度增长（zhǎng）。 公司2017年-2021年营业收入分别为（wéi）11.6、12.4、12.6、14.6、18.1亿美元，营业收入（rù）2020年同比 增加24%，期间（jiān）内（nèi）年复合增长率为9.3%；公司2016年-2020年归（guī）母净利润分别（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（bǐ）增加269%，期间内（nèi）年复合增（zēng）长率为117%。 公司的营收情（qíng）况一（yī）直（zhí）处（chù）于稳步上升的态（tài）势，但2019年公司净利润（rùn）出现了大幅（fú）下降的（de）情况（kuàng），主（zhǔ）要是由 于公（gōng）司（sī）在2019年将软件产品收（shōu）费模式转为（wéi）订阅（yuè）收（shōu）费，以（yǐ）即用即付的模（mó）式购买产品（pǐn），因此拉低了公司 利润。