研发设计软件国产化加速，国内CAE仿真龙头受益

研发设计类工业软件“卡脖子”环节，国产替代需求强 CAE（Computer Aided Engineering计算机辅助工程）作为工业软件中设计研发软件的核心一环，通常用于产品设计阶段的仿真，可大幅减少物理实验的次数、对于研发环节的增收降本效果显著。根据Credence Research数据，2021年全球CAE市场规模预计为90亿美元；根据观研天下数据，2020年国内CAE市场规模为61.8亿元。按照《中国工业软件产业白皮书(2020)》的统计，研发设计类软件国产化率约为5%，是工业软件中最容易出现“卡脖子”的环节，国产替代需求强、空间大。近年来，CAE相关工业软件国产化政策持续推出，2023年发改委发布的《重点集成电路设计领域和重点软件领域》中，将研发设计类工业软件（CAD/CAE/CAM/PDM等）归入重点软件领域。 CAE产品在航空航天、国防军工等领域的国产替代进程有望加速。 国内CAE仿真软件龙头企业，多重驱动力保障业绩持续增长 索辰科技成立于2006年，是国内CAE仿真软件龙头企业，秉承“仿真引领未来，成就客户创新”的理念，主营业务为通用型CAE仿真软件与定制型仿真产品，产品覆盖流体、结构、声学、电磁、光学等学科。2022年公司实现营收2.68亿，同比增长39.11%；归母净利润为0.54亿元；综合毛利率保持在60%以上，其中工程仿真软件毛利率维持在95%以上，公司近三年在研发方面的投入强度高，研发费用占比分别为38.59%/31.70%/32.68%，截至2022H1，公司形成13项CAE核心技术，取得21项发明专利、196项软件著作权。公司未来的业绩驱动力主要有以下三点：1)军工数字化高景气度下，国防科技领域CAE国产化率的持续提升；2）民用市场的开拓。CAE软件基础技术具有通用性，特种领域技术和产品积累在民用市场能够复用，产品优势得以持续深化；此外，公司募投项目也加强了渠道方面的建设；3）推出云仿真平台，扩大潜在客户群体，优化商业模式。我们认为，短期来看，公司受益于下游国防科技领域国产替代的需求加速，业绩确定性强；中长期来看，公司布局新产品，开拓民用市场，优化商业模式，成长路径清晰。 行业壁垒高，竞争格局向头部集中，远期对标Ansys空间大 从行业壁垒来看，CAE行业壁垒高，主要由于1)技术壁垒：数学、物理、工况Know-How的相关知识与积累。2)投入成本：CAE软件的研发周期为3-5年，培养生态则需要10年左右，时间及研发投入成本高。3)客户粘性及生态：使用者生态、算例积累会大幅影响产品的迭代以及精确度，先发卡位的厂商往往有优势。从竞争格局来看，参考海外的行业演进路径，由于CAE产品特征，厂商往往选择自研加收/并购的模式进行扩张，根据IDC数据，2021年全球CAE市场份额CR3达77%，国内制造业CAE市场份额CR3也达45.8%，行业持续向头部集中。从海外龙头厂商来看，Ansys2022年营收体量超过20亿美金，净利率保持在25%左右，下游行业和客户分布广泛，市场份额领先优势大，在商业模式上公司也正在进行SaaS化转型，可持续性收入占比超过7成。我们认为，CAE是非常优质的产业投资赛道，头部厂商会持续受益。 投资建议 CAE作为研发设计类工业软件中重要的一环，具有自主可控的战略意义。公司为国内CAE行业龙头，产品较全、产品性能对标海外龙头Ansys，具有稀缺性。短期来看，公司受益于下游国防科技领域国产替代的需求加速，业绩确定性强；中长期来看，公司布局新产品，开拓民用市场，优化商业模式，成长路径清晰，空间大。我们预计公司2023年-2025年的营业收入分别为3.60/4.76/6.19亿，归母净利润分别为0.62/0.99/1.05亿。首次覆盖，给予买入-A的投资评级，6个月目标价为261.59元，相当于2023年30倍的动态市销率。 风险提示：军用领域需求不及预期、民营客户拓展风险、市场竞争加剧。 1.产业升级需求叠加自主可控政策推动，CAE国产化进程不断加速 1.1CAE：多学科融合铸就行业高壁垒，研发设计环节降本增效价值显著 研发设计基础工具软件，自主可控下成长空间广阔。CAE软件仿真方法是与理论方法、实验方法并列的人类认识世界的三大方法。CAE（Computer Aided Engineering计算机辅助工程）是指在产品/工程设计阶段用计算机软件对产品/工程项目的工作状态、行为进行基于物理模型的模拟，来预测其功能可用性、可靠性、效率和安全性等，实现产品/工程的设计优化，保证产品/工程达到预期功能并满足各种性能指标。CAE可广泛应用于机械、航空航天、汽车、船舶、石化、电子、土木、电力等行业，属于核心的研发设计基础工具软件。根据Credence Research数据，2021年全球CAE市场规模预计为90亿美元；根据观研天下数据，2020年国内CAE市场规模为61.8亿元。按照《中国工业软件产业白皮书(2020)》的统计，研发设计类软件国产化率约为5%，自主可控下对国产软件需求高。 图1.2016-2021全球CAE市场规模 图2.2016-2020国内CAE市场规模 图3.CAE部分典型产品示例 CAE软件开发依赖多学科融合，市场由通用型和专用型软件两大类构成。CAE是物理、数学、计算机及工程学结合而形成的软件应用，以有限元法、有限差分法及有限体积法等为数学基础，用计算机辅助求解并优化复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等性能的近似数值分析方法。因为其发展依赖于多学科融合，因此该领域产品的研发有着很高的壁垒。CAE可以分为通用型和专用型软件，主要应用在机械、流体、电磁和其他领域。1）通用型CAE适用范围广，可针对多种类型的产品的物理力学性能进行模拟仿真、评价和优化，典型的产品有：Ansys、CFX等。2）专用型CAE能够针对特定类型的产品提供较好的性能分析、预测以及设计优化等功能，典型的产品有：Matlab、Motion等。 图4.CAE是物理、数学、计算机、工程学的结合应用 表1：CAE软件分类情况 CAE核心三个环节，求解器体现行业底层Know-how。CAE软件包含前处理、求解计算与后处理三个过程。1）前处理：将产品设计形态进行离散化处理后，选择物理模型和数值求解算法及其参数，再根据实际工况设置求解的边界条件，如边界条件、载荷、约束等。该阶段核心在于将产品整体进行离散化，并且将产品情况尽量调制为真实使用环境，从而更好的对每个离散点进行计算及仿真。2）求解计算：求解计算即运用求解器对离散点进行仿真结果计算。 求解器是CAE软件的核心底层架构，直接决定仿真的精度，其将CAE软件底层的物理、数学算法用计算机语言展示并计算求解。其源代码是由数学、力学、材料、物理等多学科的代码组成，难度和复杂度高。3）后处理：处理和显示CAE求解器生成的结果数据，提供可视化的画面。 图5.CAE仿真软件流程 CAE仿真可大幅减少物理实验次数，对于研发环节的增收降本效果显著。产品的生命周期通常包括构思、设计和分析、制造、运维，CAE仿真覆盖研发全流程，主要在设计和分析环节发挥作用。1）降本：CAE软件可模拟多种实际情景，大幅减少实验次数，减少物理实验所引发的时间和资金成本，2）增效：CAE软件可协助设计人员预先发现潜在问题，助力企业寻求理想的产品设计方案，为设计决策提供支持，提升研发设计效率；3）增收：CAE软件可以推动产品更快的发行，促进企业与行业的发展。4）效果：根据Aberdeen调查报告表示，集成的CAE平台能够节约22%的时间。根据Ansys发布的《5G白皮书》数据显示，其提供的电磁模拟与仿真领域的5G解决方案能够提供显著的竞争优势：1）能够降低60%的成本；2）提升3倍的开发时间；3）减少70%的闲置功率；4）降低80%的天线重量。 图6.CAE仿真覆盖研发全流程，增收降本作用显著 图7.传统产品开发流程与CAE驱动产品开发流程对比 研发设计类软件是工业软件重要组成部分，CAE基础工具软件属于核心一环。工业软件主要包括研发设计、生产制造、运维服务、经营管理四大类，CAE与CAD、EDA同属于工业软件中的研发设计类软件，处于工业软件的上游，是最能体现工业属性和底层物理原理的部分。CAE处于CAD（设计软件）与CAM（制造软件）的中间环节，1）传统产品开发流程：每做一次设计均需要进行试验，再不断地进行设计调整和相应试验，直到找出最优解，才能进行产品的制造；2）CAE驱动的产品开发流程：由CAD进行设计，设计过后使用CAE代替大部分的试验，从而进行最后的产品定型，再由CAM帮助制造，CAE作为基础工具软件是连接CAD和CAM的核心一环。可以看出，在CAE软件的配合下，诸多依靠经验进行调试的环节转化为数据驱动的产品设计方式，整体流程更加高效。 图8.工业软件体系架构 海外厂商起步早、收入体量大，头部企业集中度高。美国于上世纪五六十年代起投入开发CAE，之后在工业和信息业发展的背景下，促生了大量细分领域CAE企业，并于21世纪掀起的并购热潮中不断被集成，最终形成数家产品矩阵全面、商业体量庞大的CAE巨头。以Ansys为例，其旗下通用及定制型CAE软件覆盖结构、流体、机械等多领域功能模块，在汽车、航空、机械等行业充分应用，22年营收达20.66亿美元，收入体量大。目前CAE市场已经形成高集中度的市场格局。根据IDC数据，2021年全球CAE前三大供应商Ansys、西门子和达索系统市占率总计77%，行业集中度非常高。国内CAE软件起步较晚且发展缓慢，20世纪90年代引入海外厂商后始终被其占据主要市场。根据IDC数据，2021年中国制造业CAE市场中，前三大厂商均为海外CAE厂商，共占45.8%的份额。 图9.2021年全球CAE市场份额 图10.2021年国内CAE市场份额 高技术壁垒、高成本投入、先发企业优势明显。1)技术壁垒：从CAE所需要的知识结构来看，CAE软件开发需要更多数学、物理相关知识。CAE软件本质上是把复杂的物理公式写到软件里，再运用有限元分析、数值计算等数学方法，借助计算机技术快速实现运算。尤其在流体力学与多物理场耦合领域，以流体力学为例，其中各分子受各自影响形成的波动较大，若没有特别契合的物理公式，需要先推导公式，具有较高的技术壁垒。2)投入成本：CAE技术研发需要很高的时间与成本。通常大型CAE软件的研发周期需要3-5年的时间，培养生态并得到市场认可则需要10年左右。3)客户粘性高及生态：生态培养对于研发设计类工业软件至关重要，投入足够的研发经费打磨产品之后，使用者生态、算例积累会大幅影响产品的迭代以及精确度，CAE软件往往需要丰富的算例积累，使其不断地迭代，产品精确度才会越来越高，也会形成较大的先发优势。此外，CAE软件客户的数据积累、使用习惯等会形成较高的客户粘性，也是CAE软件的重要护城河。 图11.CAE行业壁垒高（技术、产品、客户及生态） 1.2研发设计工业软件核心环节，国产替代需求强、空间大 海外CAE发展早，政策加持加速产业成熟。以美国为例，其CAE行业发展经历了四个阶段， 1）早期探索期：20世纪60年代，在国家资金支持下，NASA支持推出首套有限元分析软件Nastran，同时期MSC、SDRC和Ansys先后成立。2）蓬勃发展期：70-80年代，CAE进入蓬勃发展期，美国国家科学基金会资助“计算机科学工程和研究”等计算科学项目，国防部推进构造数据集成环境的CALS计划，为这一时期的CAE发展提供了技术和环境支持。3）成熟壮大期：90年代，CAE软件向各细分领域发展，市场规模强劲增长。这亦得益于1995年美军建模仿真主计划给基于仿真的采办构建了框架，为CAE产业发展提供稳定的市场需求。4）并购扩张期：21世纪以来，大软件公司为提升分析技术、拓宽应用领域和市场范围，不断加强对中小CAE软件企业的并购。这一时期美国政府依然重视CAE发展，美国国防部2010