一、CAD：工业软件基（jī）石产品

1 什（shí）么是CAD？

CAD，即计算机（jī）辅助设计，是一（yī）种可以在工程（chéng）设计和产品设计中，进行计算、信息存储和制图（tú）等项工（gōng） 作的交互式制（zhì）图系统，其处（chù）于（yú）产业链的上（shàng）游（yóu）位置（zhì），主要应（yīng）用（yòng）于建（jiàn）筑业和汽车制造、通用机（jī）械等制造（zào）业。

2D CAD：2D CAD软件提（tí）供（gòng）了一个二维设（shè）计平台。由于（yú）2D CAD不允许创建透视图或比（bǐ）例，因此通（tōng）常用于绘（huì）图（tú） 、草图和草图概念设计，这为用户提供了尺寸和比 例的（de）基本概览（lǎn），然（rán）后再进行 3D 设计。

3D CAD：3D CAD提供了一个设计三（sān）维对象的平台。这类 CAD软件的（de）主要（yào）特点是3D实体建模。这让设计师（shī）可 以（yǐ）创建具有（yǒu）长度、宽度和高（gāo）度（dù）的对象，从而实现更 准（zhǔn）确（què）的缩放和可视（shì）化。

1.2 CAD技术（shù）发展历程（chéng）：四大重（chóng）大技（jì）术革命

第（dì）一次（cì）技（jì）术革命：曲面造型

60年代（dài）出现的三维CAD系统只是极为简单的线框（kuàng）式系统，只 能表达基本的几何信息（xī），经常（cháng）发生（shēng）设（shè）计完（wán）成后（hòu），制（zhì）作（zuò）出来的样 品与设计者所想象的有很大差距甚（shèn）至完全不同的情况（kuàng）。 这时候（hòu）法国人提出（chū）贝塞（sāi）尔（ěr）算（suàn）法，使得人们在用计算机处理曲（qǔ）线（xiàn） 及曲面问（wèn）题时变得可以操作，标志着计算（suàn）机辅助设计技术从单 纯模仿工程（chéng）图纸的三视图模式中解放出来，曲（qǔ）面（miàn）造型（xíng）系统 CATIA为人类带来了第一次CAD技（jì）术革（gé）命。

第二次技术革命：实体造型

CAD的表面（miàn）模型技术只（zhī）能表达形体的（de）表面信息，难以准（zhǔn）确（què）表达（dá） 零件的其它特（tè）性，而实体造型技（jì）术能够精确表达零件的全部属 性，在理论上有（yǒu）助于CAD模型（xíng）的表（biǎo）达（dá）。 SDRC公司于1979年发布了世界（jiè）上第一个完全基于实（shí）体造型（xíng）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（fā） 展史上（shàng）的第二次技术（shù）革命。

第三次技（jì）术革命：参数（shù）化技术

进入20世纪80年代中期（qī），CV公（gōng）司内部以高级副总裁为首的一批 人提出（chū）了（le）参数化实体造型（xíng）方（fāng）法。这是一个（gè）很好（hǎo）的想（xiǎng）法（fǎ），但是碍 于当时参数化技（jì）术还有很多（duō）技（jì）术难点（diǎn）有待（dài）攻克，CV公司内部否 决了（le）参数（shù）化方案。 就是这一批被CV公司拒绝的人，离开CV成立了（le）一家新的（de）参数化 技术公司（sī），开始研制名（míng）为Pro/ENGINEER的参数化软件。而这 家公司就是（shì）历史上CAD领域最具（jù）代表（biǎo）性的软件公司（sī）之一PTC公 司（sī），于1989年上市（shì）并引起机械CAD界的巨大轰（hōng）动。

第（dì）四次技（jì）术革命：变量化技术

参（cān）数化技术（shù）的成功应用，使它几乎成为（wéi）CAD业界（jiè）的标准（zhǔn）。但是 重新开始（shǐ）一（yī）套完全参（cān）数化的造（zào）型系统将（jiāng）花费很大的（de）人力和财（cái）力 。因（yīn）此许多（duō）应用软件采用的参数（shù）化模型都是在（zài）原有模型上（shàng）进行 局部、小块的修补。 SDRC公司的开发人员大胆（dǎn）地提出了一种更为先进的实体造型技 术——变（biàn）量化技术。SDRC公司于（yú）1993年推（tuī）出了全新体（tǐ）系结构 的I-DEAS Master Series软件。在早期的（de）大型CAD软件中，这 是（shì）唯一一（yī）家（jiā）在（zài）90年代将软件（jiàn）彻底重（chóng）写（xiě）的公司。

1.4 CAD基（jī）本技术

人机（jī）交（jiāo）互技术（shù）

人机交互（hù）技术即通过计算机输入、输出（chū）设备（bèi），以有效（xiào）的方式实现人与（yǔ）计算机对话的技术 。人机交互（hù）技（jì）术包括机器通过输出或显示设备给（gěi）人提供大量有（yǒu）关信（xìn）息（xī）及提示请示等，人通过（guò）输入设（shè）备给 机器输（shū）入有（yǒu）关信息（xī），回答问题及提示请示等。涉及到的技术包括：

模板匹配技术：一种最简单的识（shí）别（bié）技术，将传感器输入的原始数据与（yǔ）预先存储的模板进行匹配， 通过度量两者之间的相似度完成识别（bié）任务。

神（shén）经网络技术：一种较新的模式（shì）识别（bié）技术，具有自（zì）组织（zhī）和自学习（xí）能力，具有（yǒu）分布（bù）性特点，抗（kàng）噪声（shēng） 能力比较（jiào）强，能处理不完整（zhěng）的（de）模式，并（bìng）具有模（mó）式推广能力。

统计分析技术：通（tōng）过统计样（yàng）本（běn）特征向量来确定分类器的一种基于概（gài）率的（de）分类方法。在模式（shì）识别中 一般采用贝叶斯极大似然理（lǐ）论确定分类函数。

而在（zài）计算机（jī）辅助设计中，交互（hù）技术是必不可少的。交互式（shì）cad系统，指（zhǐ）用（yòng）户在使用计算（suàn）机系统进（jìn）行设 计时，人（rén）和机器（qì）可以及（jí）时地交换信息。采用交互式（shì）系统，人们可以边

实体造型技术

实体造型技术是计（jì）算机视觉（jiào）、计算机动画（huà）等领域中建立3D实体模型的关键（jiàn）技术。 实（shí）体造（zào）型技术（shù）是（shì）指描述几何模（mó）型（xíng）的形状和（hé）属性的信息（xī）并存于计算机内，由（yóu）计算机生成具有真实感的可 视（shì）的三维图形的技术，主要应用领域是计算机辅助设计、工程分析、计算机图形（xíng）学、动画、快（kuài）速原（yuán）型 （rapid prototyping）、医疗测试和科学研究的可视化（visualization）。

设计的图纸是设计（jì）师表达设计创意的语言工具，一个复杂的（de）零（líng）件，往往需（xū）要许多不同投影方向的（de）图才（cái） 能表达。而（ér）要读懂这（zhè）些图并准确想（xiǎng）象出其空间（jiān）效果，将花费很多时间和精（jīng）力（lì）。一旦（dàn）读图有（yǒu）误，将会给 生产、制造带来巨大损失。然而，如果（guǒ）采用实（shí）体造（zào）型的软件进行零件设计，设（shè）计师就能在屏幕上见（jiàn）到 实时的三维模型，大大减（jiǎn）少了失误，而且还能方（fāng）便地进行（háng）后续环节的设（shè）计，如（rú）模拟装配、总体布局（jú）、 干涉检（jiǎn）查（chá）、仿真动画及模（mó）拟加（jiā）工（gōng）等。实（shí）体造型理论为实现产品由设计到生产的环节采用同（tóng）一数据信息 提供了技术上的可行性，大大地促进了（le）CAD产业的发（fā）展。

1.5 CAD应用场景

制造业：CAD在制造业中处于（yú）关键地（dì）位，国产化趋势显著

制（zhì）造行业中常（cháng）常需要设（shè）计新（xīn）产品,设计一个产品的步骤是概念引入、详（xiáng）细的几何（hé）设计、详细的结构分 析和（hé）结（jié）构优（yōu）化、模拟（nǐ）仿（fǎng）真等（děng）。将整个设（shè）计过程引（yǐn）入工程概念就是现代设计技术（shù）的手（shǒu）段，在（zài）应用CAD 后，就（jiù）可以在设计阶（jiē）段综合考虑设计出产品的整个（gè）生（shēng）命周（zhōu）期（qī）。

而CAD技术已广泛（fàn）应用于制（zhì）造业中，其中汽车（chē）、 机床、船舶（bó）、飞机和航（háng）天器等行业应（yīng）用最为广泛。 三维CAD系统是（shì）支撑制造业发展最核心的技术（shù）之一（yī）。大到满街奔跑的汽车，小到人手一部（bù）的手机， 离开三维CAD软件都无法设计（jì）和制造，但此前国内三（sān）维CAD市场（chǎng）长期（qī）被（bèi）进口软件垄断。而近年来随 着（zhe）互（hù）联网、云计算的深度发展，国外软件已不能满足（zú）中国制造业的快速发（fā）展，并且随（suí）着国（guó）产（chǎn）化的（de）发（fā） 展，国（guó）产软件（jiàn）在市场中（zhōng）占比逐渐扩大。

电子电路（lù）与电（diàn）气：电子（zǐ）电气行业内CAD未来发展前景广阔（kuò）

CAD在电子电气领域（yù）的应用被称为电子电气CAD。主要包括电气原（yuán）理（lǐ）图（tú）的编辑（jí）、电路功能仿（fǎng）真、 工（gōng）作环境仿真（zhēn）、PCB设计(自动布线（xiàn）、自动布线)、检测。使用（yòng）电子（zǐ）和电气CAD软件也（yě）可以快速形成 各种报表（biǎo）文件（jiàn）(如组件清（qīng）单报表)，为采购组件和工程（chéng）预算及决算提（tí）供方便。

曾（céng）经CAD技术主要（yào）用于绘制布线图和（hé）电路原理（lǐ）图。而目（mù）前，CAD逐渐往印刷电路板设计应用（yòng）扩（kuò）散（sàn） ，并大显身手于大（dà）规模和超大规模（mó）的集成电路（lù）设计（jì）制造（zào）中，并在计算技术（shù）和（hé）微电子技术这两方面 的发展得到（dào）了（le）很大（dà）的推动。

二、CAD行（háng）业迎来爆发期，国产软件高增速（sù）发展

2.1 工业软件市场规模（mó）

工业软件有望迎来行（háng）业爆发期，国内增速远高于（yú）全球水平（píng）。工（gōng）业软（ruǎn）件本身是工业技（jì）术软件化的产物（wù），是工业（yè）化的顶级产品。它既是（shì）研制复杂产品（pǐn）的关键工具和 生产要素（sù），也是机械装备中（zhōng）的“软零件”“软（ruǎn）装备”，是工业（yè）品的基本构（gòu）成要素。工业软件作为（wéi）工 业和软件产业的重要组成部分，是推动智能制造高质（zhì）量发展的核心要素，也是实现工业智能化的前 提，因此在（zài）传统行业数字化转型的道路上，工业软件（jiàn）至关重要（yào）。 从全球市场来看，工业软件（jiàn）将继续保持每年5%左右的稳健增速，行业增长较为（wéi）稳定（dìng）。从中国市（shì）场来 看，工业软（ruǎn）件行业受益于（yú）产业升级、政策（cè）加（jiā）持、国产化转型三大因素（sù），市场规模迅速扩（kuò）大，增速远 高（gāo）于全球（qiú）平均（jun1）水平（píng），而未来随（suí）着核心技术的不断突破，我国（guó）工业软件市场可能迎来高速增长。

2.2 CAD市场（chǎng）规模

CAD市场规模保持稳健增长，国内市场增速略高（gāo）于全球水平。作为工业软件中极为重要的一部分，CAD的应用领域已经从最初的机械（xiè）制造业逐渐拓展到（dào）建筑、 电子、汽车、航天等其他行业（yè）领域，据艾瑞咨询统计，2020年（nián）全球CAD市场（chǎng）规模（mó）接近100亿美元 ，其中2D CAD市场规模为26亿（yì）美元，3D CAD市场规模为73亿美（měi）元。2021年（nián）-2023年，CAD全（quán） 球市场预计将以8%-9%的增速快速扩张。 根据P&S Intelligence和工信部运（yùn）行监测协调（diào）局等测算（suàn），2019年全球和中国2D市场空间分别为（wéi） 24.2亿美元和12.5亿元，全（quán）球市场空间约为中国的（de）13倍；全球和中国3D市场空间（jiān）分别为56.8亿 美元和（hé）38亿元，全球市场空间约为中国的10倍。而中国（guó）2D CAD市场和（hé）3D CAD市场均（jun1）保持高于（yú） 全球市场（chǎng）的复合增速，可见国内CAD市场成（chéng）长空间依然广（guǎng）阔

2.3 CAD全球竞争格局

海外CAD企（qǐ）业居于（yú）龙头地位，占据全球市场大部分份额。由于CAD产（chǎn）品诞生自海外发达（dá）国（guó）家，目前全球（qiú）市（shì）场主要由海（hǎi）外（wài）龙（lóng）头（tóu）厂商的产（chǎn）品所占据。其（qí）中（zhōng），2D CAD市场中（zhōng）Autodesk的AutoCAD产（chǎn）品一家独（dú）大；3D CAD产（chǎn）品的现状为达索的CATIA把握高端市 场，其另一款产品Solidworks与西门子的NX、PTC的Creo主要（yào）瓜分中低端市场。 根据 BIS Research 数据， 2018 年（nián）全球 CAD 市场规模（mó）约80亿（yì）美元，法国达索（suǒ）系统公司（ Dassault Systemes）、德国西（xī）门子公（gōng）司（Siemens）和美国参数技（jì）术公司（PTC）三家（jiā）处（chù）于垄断 地位， 占据全球市场份额的 60%以上。 2019年（nián）全球（qiú）CAD市场份（fèn）额的90%以上被国外龙头厂商（shāng）占 据，主要有（yǒu）达（dá）索、Autodesk、西门（mén）子、Hexagon、PTC等。

2.4 CAD国内（nèi）竞（jìng）争格局

国外领先厂商占（zhàn）据大部分国内（nèi）市场份额，国产替代趋（qū）势明显。根据中国工业（yè）技（jì）术软（ruǎn）件化（huà）产业联（lián）盟测算，2018年全球（qiú）CAD软件市场主要（yào）由（yóu）法国达索系统公司、德 国西门（mén）子公司和美国参数（shù）技术公（gōng）司（sī）（PTC）三家垄断，占据全球市（shì）场份额（é）的60%以（yǐ）上；中国CAD软 件市场（chǎng）规模（mó）约（yuē）为7.33亿美（měi）元，占比8.5%，其中95%以上（shàng）的市场（chǎng）被国外软件（jiàn）所占（zhàn）据（jù），中国厂商主要布（bù） 局在2D CAD市场。虽然现阶段（duàn）绝（jué）大数市场份额依（yī）旧被国外厂商所垄断，但随着我（wǒ）国工业化（huà）程度的不断提高，以及国家 对（duì）这一（yī）领域的重视（shì），国产替代进（jìn）口将成为大势所趋。从（cóng）我国CAD发展现状来看，2D CAD在诸多细 分领域已经基本可（kě）实现国产替代进（jìn）口，在3D CAD领域部分国内厂商（shāng）也在不断更新迭（dié）代、打磨（mó）产品 ，未来（lái）预计也将逐步替代国外厂商。

三、行业（yè）竞（jìng）争（zhēng）激烈（liè），国产厂商积极（jí）追（zhuī）赶

3.1 国外CAD厂（chǎng）商-Autodesk

公司（sī）简介：AAutodesk是世界领先的设计软（ruǎn）件 和数（shù）字内容（róng）创（chuàng）建（jiàn）公司，用于（yú）建筑设计、土地资 源开（kāi）发、生产、公（gōng）用（yòng）设施（shī）、通信、媒体和娱乐 。公司始建于1982年，Autodesk 提供（gòng）设计 软件、Internet 门户服务、无线开发平台及定 点应（yīng）用，帮（bāng）助遍及150多个国家的四百万用（yòng）户 推动业务（wù），保持竞（jìng）争力。

行业地（dì）位： Autodesk的AutoCAD系（xì）列软件在专业（yè）设计领 域（yù）深耕接近30年，第一个版本AutoCAD 1.0 早于1982年问世，随后（hòu）便不断（duàn）更新版本（běn），并（bìng） 横（héng）向伸延至不同专业（yè）领域。Autodesk Revit 、AutoCAD Civil 3D、AutoCAD Electrical 、AutoCAD Map 3D等，可用于建筑工程设 计、机械设计，以至数码媒体娱乐（lè）等应（yīng）用。目（mù） 前（qián）公司（sī）业务分为4大（dà）范畴（chóu）：建（jiàn）筑（zhù）、工程与建设 、制造（zào）业以及媒（méi）体和（hé）娱乐。 AutoDesk在CAD软件市场占有（yǒu）率达（dá）到31%， 位（wèi）居第（dì）二大CAD软件开发商（shāng）。同时，公司在 2D CAD时代制定了DWG数据标准和ARX二 次开发标准（zhǔn），在（zài）我国稳（wěn）居2D CAD行业（yè）龙头（tóu）地 位。

Autodesk持续改革，业绩不断增长。 自（zì）金融海（hǎi）啸后（hòu），公司经营表现一直（zhí）不佳（jiā），一度停滞不前，2008年（nián）至2019年营业收入一直处于21-25 亿（yì）美元之（zhī）间。为了改善公（gōng）司的经营情况，管理层（céng）积极（jí）采取应对措施（shī），大胆改革（gé），2016年1月取消了永 久版（bǎn）权销售（shòu）制（zhì）度，采取服务订用制度。改（gǎi）革初期虽（suī）不受客户以（yǐ）及投资（zī）者的看（kàn）好，但（dàn）通过不（bú）断的努力， 公司的改革最终（zhōng）还是取得了成功，2020年公司（sī）的营业（yè）收（shōu）入（rù）首次（cì）突（tū）破了30亿美元，并且利润扭亏为盈（yíng） ，从2019年（nián）的-0.8亿（yì）美元（yuán）增长至2.2亿（yì）美元。其（qí）次，2021年公司也保持了正增长的趋势，营业（yè）收入同 比增（zēng）长（zhǎng）15.9%，归（guī）母净利润同比增长495%，业（yè）绩有望（wàng）在未（wèi）来持续增长（zhǎng）。

3.2 国（guó）外CAD厂（chǎng）商-达（dá）索系统

公司简介：达索（suǒ）系统负责系统（tǒng）性的软件（jiàn）供应， 并为（wéi）制（zhì）造厂商提（tí）供具有（yǒu）Internet整合能力的（de）支（zhī） 援服务。该集团提供涵盖整个产品（pǐn）生命周期的（de） 系统，包括（kuò）设计、工程、制造和（hé）产（chǎn）品（pǐn）数据管理 等各个领域中（zhōng）的最佳软件系统 ， 著名的（de） CATIAV5就出自该公司之手（shǒu），达（dá）索的CAD产品 市场占率居（jū）世界前列。

主要CAD产品

CATIA ：CATIA可用于（yú）产品开发的整个（gè）过程——从概念 化（huà）和设计 (CAD) 到工程 (CAE) 再到制造 (CAM)。用（yòng）户不仅可以（yǐ）设计产品，还可（kě）以在现 实生活（huó）中（zhōng）的行为环境中进（jìn）行设计。

SoildWorks ：SolidWorks 是一个实体（tǐ）建模CAD和CAE程序 。设计人员可以使用 SolidWorks 使用基于参 数化特（tè）征（zhēng）的方法创建自动生成（chéng）的 2D 工程图和 高级 3D 模型。SolidWorks 还使用户能够执 行分析和模拟，包（bāo）括有限元分析。该产品强调 更快（kuài）的建模、新的（de）设（shè）计工具和增强的（de）协（xié）作（zuò）。

营业收入增长稳定，净（jìng）利润在一定区间内波动（dòng）。公司2016年-2020年营业收入分别（bié）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%，期间内年复合增（zēng）长率（lǜ）为8.5%；公司2016年-2020年归母净利润分别为5、5.9、6.7、6.9 、5.6亿美元（yuán），归母净利润2020年同比减少19%，期间内年复（fù）合增长率为2% 2020年（nián）净利润下滑严重主（zhǔ）要与无形（xíng）资产摊销（xiāo）增（zēng）加（jiā）和财务亏损（sǔn）有（yǒu）关，但公司营（yíng）业收入增长稳定，依然 保持着（zhe）市（shì）场（chǎng）领导者的地位，预计未来公司净利润有望扭亏（kuī）为盈。

3.3 国外CAD厂商-PTC

公司简介：自 1985 年以（yǐ）来，PTC 一（yī）直为顶尖的（de） 客户提供服务、收购重要的（de）公司并（bìng）创造在（zài）业内领 先的（de）产品，以帮助用户获得持久的（de）产品（pǐn）和服务优 势。公司为（wéi）工业软件领域（yù）最具代表性（xìng）的（de）软件公司 ，包括产品生命周期管理 (PLM)、计算（suàn）机辅（fǔ）助设 计（jì） (CAD)、应用程序生命周期管理 (ALM)、供 应链（liàn）管（guǎn）理 (SCM)和（hé）服（fú）务生命周期管理 (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（le） Parametric Technology Corporation (PTC)， 为（wéi） CAD 软件（jiàn）定义了（le）一种（zhǒng）全新（xīn）的方法。这项（xiàng）创新（xīn） 产生了市场上（shàng）参数化和基于特（tè）征的实体（tǐ）建模 CAD软件，如今称为（wéi）Creo软（ruǎn）件，该软件已成为 领（lǐng）先的产品（pǐn）设计和开发软件。 Creo 提供了当（dāng）今市场上具有（yǒu）可扩展（zhǎn）性（xìng）的各种 3D CAD产品（pǐn）开（kāi）发包（bāo）和工（gōng）具。丰富（fù）的（de）特性、功能 和工具可帮（bāng）助（zhù）工程（chéng）师更好地构思、设计和打（dǎ）造（zào）产 品。Creo包含了增材制造、创成式设计、物（wù）联 网、基于模型的定义 (MBD) 和增强现实（shí） (AR) 方面的突破性功能。

营（yíng）业收入（rù）增长稳定，净利润实现大幅度增长（zhǎng）。 公（gōng）司2017年-2021年营业收入分别为（wéi）11.6、12.4、12.6、14.6、18.1亿（yì）美元（yuán），营业收入2020年同（tóng）比 增加24%，期间内年（nián）复合增（zēng）长率为9.3%；公（gōng）司（sī）2016年-2020年归母净利润分（fèn）别为0.1、0.5、-0.2、 1.3、4.8亿美（měi）元（yuán），归（guī）母净利润（rùn）2020年同（tóng）比增加269%，期间内年复（fù）合增长率为117%。 公司的营（yíng）收（shōu）情况一直处于稳步上升的（de）态势，但2019年公司净利润出（chū）现（xiàn）了大幅下降的情况（kuàng），主要是由 于（yú）公司（sī）在2019年将软（ruǎn）件（jiàn）产（chǎn）品收费（fèi）模（mó）式转为订阅收费，以（yǐ）即用即付的模式（shì）购买产品，因此拉低了公（gōng）司 利润。