自從2009年中國(guó)成為全球最大的汽車銷售市場(chǎng)，連續(xù)十一年保持不變。而自主品牌也很爭(zhēng)氣，市場(chǎng)份額也達(dá)到40%以上。這背后是一個(gè)巨大的零部件市場(chǎng)，2021年規(guī)模將達(dá)到4.3萬(wàn)億元。然而，目前只有不到20%的零部件實(shí)現(xiàn)了完全自主供應(yīng)，絕大多數(shù)零部件產(chǎn)業(yè)仍然由外企壟斷。實(shí)際上，汽車整車及零部件仍是我國(guó)第二大類進(jìn)口工業(yè)品，僅次于集成電路。

而作為民用工業(yè)品的皇冠，汽車由超過(guò)2萬(wàn)個(gè)零件構(gòu)成。一輛汽車的總成本中，零部件成本要占到70%-80%。汽車零部件的質(zhì)量決定了汽車整個(gè)生命周期質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性。汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的零部件和整車產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)值比例，一般超過(guò)1.7:1，而我國(guó)只有1:1，國(guó)內(nèi)汽車零部件外資、合資企業(yè)平均利潤(rùn)率約為10-15%，而自主企業(yè)利潤(rùn)率大部分在2-3% 。

那么皇冠制造中的低端制造區(qū)，如何破局？

CAE仿真是答案之一。

計(jì)算機(jī)仿真CAE軟件可以顯著減少試驗(yàn)頻次，降低研發(fā)成本，而且研發(fā)周期也縮短了40%以上（由過(guò)去5年縮減至3年）。最近上汽通用五菱的爆款車，宏光Mini作為電動(dòng)車銷量冠軍，僅用了不到2年時(shí)間。經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，汽車行業(yè)基本形成了從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)到樣車試制，從性能優(yōu)化到后續(xù)量產(chǎn)的全過(guò)程覆蓋的仿真體系，顯著增強(qiáng)了汽車設(shè)計(jì)的創(chuàng)新力度。

正是CAE技術(shù)和汽車工業(yè)的緊密結(jié)合，使得汽車核心零部件行業(yè)在研發(fā)和設(shè)計(jì)上不斷取得質(zhì)的飛躍。

CAE軟件在全球制造業(yè)的應(yīng)用日益成熟，2019年市場(chǎng)總量達(dá)到73億美金，并保持著9.3%的平均增速，預(yù)計(jì)2027年全球市場(chǎng)總量將達(dá)到149億美金。聚焦國(guó)內(nèi)CAE市場(chǎng)，2019年市場(chǎng)總量達(dá)到15億美金，并保持將近15%的強(qiáng)勁增速。

從細(xì)分領(lǐng)域來(lái)看，航空航天及軍工行業(yè)CAE市場(chǎng)總量將近30億美金，約占42%的市場(chǎng)份額；其次是汽車等交通運(yùn)輸行業(yè)，將近14.6億美金，約占20%市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)外細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)份額的占比差異不大，但從應(yīng)用趨勢(shì)看，國(guó)內(nèi)CAE市場(chǎng)主體主要是大中型制造業(yè)，而歐美市場(chǎng)主體則由中小型企業(yè)構(gòu)成，這從側(cè)面也印證了我國(guó)制造業(yè)大而不強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)。

聚焦汽車領(lǐng)域，如上所述，2019年CAE市場(chǎng)總量達(dá)到14.6億美金，按年增速11%預(yù)測(cè)，2025年總體量將達(dá)到29億美金。從市場(chǎng)分布來(lái)看，2019年北美CAE市場(chǎng)總量達(dá)到5.5億美金，約占全球38%的份額；以中國(guó)、日本為主的亞洲市場(chǎng)，市場(chǎng)總量與北美相當(dāng)；其次是歐洲市場(chǎng)，市場(chǎng)總量將近3.5億美金，約占全球22%的市場(chǎng)份額。進(jìn)一步分解亞洲市場(chǎng)，中國(guó)的汽車領(lǐng)域中，CAE市場(chǎng)尚不足1億美金（約8000萬(wàn)美金），這一數(shù)據(jù)表明：CAE應(yīng)用的普及程度和汽車制造第一大國(guó)的地位尚有一定距離。

從汽車工業(yè)CAE應(yīng)用的四個(gè)方面來(lái)看，以安全碰撞和空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化為主的汽車主機(jī)廠，CAE市場(chǎng)總量約為3.5億，占汽車CAE總量的24%，而以輕量化和制造工藝仿真為主的一二級(jí)供應(yīng)商，CAE市場(chǎng)總量總計(jì)為11億美金，占比分別為63%和13%。三四級(jí)供應(yīng)商CAE市場(chǎng)已歸并在一二級(jí)供應(yīng)商市場(chǎng)總量?jī)?nèi)，不單獨(dú)列出。

汽車領(lǐng)域仿真軟件的服務(wù)模式仍然以本地部署桌面版軟件為主，市場(chǎng)總量約為11.2億美金，占比為75%；與之相對(duì)應(yīng)，云計(jì)算模式占比約為30%，市場(chǎng)總量約4.4億美金。但需要指出，以云計(jì)算為核心的SaaS（軟件即服務(wù)）模式由于其易于快速部署和擴(kuò)容，同時(shí)維護(hù)使用成本低，將迎來(lái)更為迅猛的增長(zhǎng)。

近十年間，新能源汽車的蓬勃發(fā)展正在引領(lǐng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的不斷革新，尤其是越來(lái)越嚴(yán)苛的汽車輕量化要求，使汽車零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

加大汽車鋁合金壓鑄件的比例是新能源汽車輕量化的主要措施，以鋁化率30%計(jì)算，預(yù)計(jì)2025年鋁合金零部件市場(chǎng)將有望達(dá)到3400億元規(guī)模，而壓鑄件市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)將達(dá)到60%，約為2100億元規(guī)模。傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼沖壓+焊接的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝正在被鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件全方位顛覆，引領(lǐng)這場(chǎng)變革的正是美國(guó)電動(dòng)車企特斯拉。

特斯拉Model S系列車型中，95%的結(jié)構(gòu)采用鋁合金材料。Model Y通過(guò)采用一體化鋁合金車架壓鑄件，在實(shí)現(xiàn)輕量化需求的同時(shí)，大幅縮短了白車身的生產(chǎn)時(shí)間。一體化壓鑄件消除了將近1500個(gè)焊點(diǎn)，總共節(jié)省了近120分鐘的生產(chǎn)時(shí)間。特斯拉掀起了以鋁代鋼，以壓鑄代替沖壓的汽車核心零部件產(chǎn)業(yè)鏈的變革新潮。

一體式鋁合金壓鑄技術(shù)通過(guò)減少零部件、模具和連接點(diǎn)的數(shù)量，從而提高生產(chǎn)效率，最終實(shí)現(xiàn)綜合成本的降低，對(duì)全球汽車行業(yè)的變革產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。而CAE仿真技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用對(duì)變革進(jìn)程具有決定性的意義。特斯拉在2019年的研發(fā)費(fèi)用約為13.4億美金，其中很大一部分用于一體式壓鑄技術(shù)的研發(fā)。特斯拉在該工藝研發(fā)過(guò)程中，專門成立了壓鑄CAE仿真技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)了多壓室壓鑄成型仿真軟件，通過(guò)虛擬仿真快速驗(yàn)證可行性，大幅縮短了開(kāi)發(fā)周期。可以看出，CAE在汽車核心零部件的開(kāi)發(fā)過(guò)程扮演著相當(dāng)關(guān)鍵的角色，但在國(guó)內(nèi)自主車企中，其價(jià)值被一直低估。

影響汽車壓鑄件成品率的因素眾多，但70%取決于壓鑄模具的設(shè)計(jì)水平。觀察國(guó)內(nèi)外技術(shù)領(lǐng)先的壓鑄企業(yè)，如中信戴卡，豐田合成等，模具前期方案開(kāi)發(fā)周期約為1-2個(gè)月，在此期間，模具設(shè)計(jì)師會(huì)做3-5種不同的方案，通過(guò)CAE仿真確認(rèn)較優(yōu)的方案，然后基于該方案進(jìn)行深入的迭代優(yōu)化，設(shè)計(jì)變革高達(dá)二、三十次，有時(shí)甚至上百次。通過(guò)這種迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)的模具，一次試模成功率可以高達(dá)95%，壓鑄成品率則可以高達(dá)98%。而反觀國(guó)內(nèi)大多數(shù)壓鑄企業(yè)，模具前期方案開(kāi)發(fā)周期僅為1-2周，通常只足夠三維CAD建模。如此短的設(shè)計(jì)周期，對(duì)于核心的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和模具熱平衡冷卻設(shè)計(jì)的迭代優(yōu)化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。1-2周時(shí)間只允許模具設(shè)計(jì)師出具1-2種設(shè)計(jì)方案，CAE模擬仿真也僅用于預(yù)測(cè)并避免重大的設(shè)計(jì)失誤，對(duì)于迭代優(yōu)化根本發(fā)揮不出應(yīng)有的價(jià)值。

壓鑄件成品率和企業(yè)利潤(rùn)息息相關(guān)，如果鑄件的盈虧平衡點(diǎn)為85%，98%成品率所帶來(lái)的利潤(rùn)率是90%，成品率對(duì)應(yīng)利潤(rùn)率的2.5倍。國(guó)內(nèi)壓鑄廠的平均成品率為92%，德國(guó)壓鑄廠的平均成品率為98%，可以看出利潤(rùn)率差距會(huì)非常大，德國(guó)約為中國(guó)的2倍。

國(guó)內(nèi)一家前50強(qiáng)的壓鑄企業(yè)，從國(guó)外鑄件獲取訂單，到第一批樣件交付，僅有2個(gè)月的時(shí)限。該企業(yè)不具備模具設(shè)計(jì)加工能力，模具通過(guò)外委的方式交由寧波當(dāng)?shù)匾患抑＞咂髽I(yè)設(shè)計(jì)加工。由于工期和成本的壓縮，模具設(shè)計(jì)質(zhì)量很差，僅能勉強(qiáng)交付樣件。后隨著訂單上量批量生產(chǎn)時(shí)，鑄件成品率僅有5%不到，產(chǎn)能嚴(yán)重不足。迫于訂單壓力，該公司只能硬著頭皮繼續(xù)虧損生產(chǎn)，依靠X射線探傷儀來(lái)遴選合格鑄件。這種模式離企業(yè)盈利已經(jīng)相去甚遠(yuǎn)了。值得一提的是，這不是該企業(yè)獨(dú)有的問(wèn)題，相反，這是中小型壓鑄企業(yè)一種常態(tài)，大部分企業(yè)疲于奔命，一方面訂單獲取越來(lái)越難，一方面又由于產(chǎn)能低下、成本無(wú)法控制而游走在奔潰的邊緣。

由于歷史原因，國(guó)內(nèi)壓鑄企業(yè)多重設(shè)備輕技術(shù)，導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)能力多掌握在模具廠手中。而模具廠大多數(shù)是由機(jī)加工起家，通常只精通機(jī)加工工藝，對(duì)壓鑄工藝技術(shù)原理一知半解，因此導(dǎo)致很多模具設(shè)計(jì)形似神不似，甚至完全違背了壓鑄工藝設(shè)計(jì)原則。

雪上加霜的是，國(guó)內(nèi)自主零部件供應(yīng)商，連基本的鑄造模擬仿真軟件都不具備。國(guó)內(nèi)壓鑄及模具企業(yè)將近三萬(wàn)家，整體大而不強(qiáng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化，大部分企業(yè)面臨著極大的生存壓力。為提高市場(chǎng)反應(yīng)能力和控制成本，國(guó)內(nèi)零部件廠家對(duì)CAE的需求相對(duì)國(guó)外廠家表現(xiàn)的更為旺盛和迫切。但由于現(xiàn)有仿真軟件多為桌面版軟件（許可證授權(quán)），動(dòng)輒上百萬(wàn)元的部署成本很大程度上束縛了企業(yè)建設(shè)數(shù)字化能力的雙手。但這種局面已經(jīng)在被國(guó)產(chǎn)云化CAE軟件所打破。實(shí)際上，云化CAE軟件，有可能彌補(bǔ)知識(shí)的不足，為企業(yè)大幅度降低使用門檻。智鑄超云就是一種國(guó)產(chǎn)CAE軟件的創(chuàng)新嘗試，通過(guò)云計(jì)算的模式，可以將計(jì)算成本降低90%，讓零部件企業(yè)無(wú)需購(gòu)置硬件和仿真軟件；而底層高性能算法技術(shù)創(chuàng)新并依托國(guó)家超算硬件，將計(jì)算速度提升10倍以上。無(wú)論是專業(yè)知識(shí)，還是計(jì)算成本和速度，都可以為國(guó)內(nèi)企業(yè)的研發(fā)設(shè)計(jì)提供全新的知識(shí)助力。

可以說(shuō)，無(wú)論是對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈頂端的主機(jī)廠，還是核心零部件，數(shù)字化設(shè)計(jì)能力很多時(shí)候并非是成本制約，而是認(rèn)識(shí)水平導(dǎo)致。

國(guó)內(nèi)零部件供應(yīng)鏈的自主化進(jìn)程乏力，如果深究其原因，可以用“嚴(yán)重路徑依賴”幾個(gè)字概括。早期國(guó)內(nèi)汽車主機(jī)廠，包括零部件產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，多由國(guó)外合資品牌直接進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓，以幾大自主車企為例，研發(fā)投入多用在車身開(kāi)發(fā)和總成設(shè)計(jì)上，對(duì)零部件的研發(fā)缺乏重視。同時(shí)由于主機(jī)廠缺乏專門人才，零部件研發(fā)多直接轉(zhuǎn)移到一二級(jí)供應(yīng)商手里。而供應(yīng)商對(duì)零部件功能缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)創(chuàng)新乏力，無(wú)法產(chǎn)生顛覆式的創(chuàng)新。這也導(dǎo)致了技術(shù)難度大，高附加值的零部件仍然依賴國(guó)外供應(yīng)商，供應(yīng)鏈本土化依舊停留在較低水平。反觀國(guó)外，汽車零部件的研發(fā)多由主機(jī)廠主導(dǎo)，零部件供應(yīng)商深度參與，主機(jī)廠將核心競(jìng)爭(zhēng)力牢牢掌握在自己手中，同時(shí)零部件供應(yīng)商通過(guò)與主機(jī)廠深度合作，也能從中形成強(qiáng)大的技術(shù)儲(chǔ)備和市場(chǎng)話語(yǔ)權(quán)。

國(guó)內(nèi)零部件廠商缺乏零部件原創(chuàng)性的開(kāi)發(fā)能力，大多數(shù)走仿制的老路，對(duì)仿真軟件的認(rèn)識(shí)水平參差不齊。主要呈現(xiàn)兩種極端：1、仿真無(wú)用論；2、仿真萬(wàn)能論。仿真工程師從業(yè)人員素質(zhì)參差不齊，有的不理解CAE仿真底層技術(shù)原理，盲目迷信經(jīng)驗(yàn)或固執(zhí)于狹隘淺顯的慣常認(rèn)知，對(duì)仿真軟件的理解多停留在軟件基本操作和參數(shù)設(shè)置層面，嚴(yán)重缺乏仿真分析能力，真正優(yōu)秀的仿真工程師是比較缺乏的。另外由于國(guó)內(nèi)企業(yè)仿真應(yīng)用多以盜版軟件為主，工程師多自學(xué)成才，野蠻生長(zhǎng)，缺乏系統(tǒng)全面的專業(yè)培訓(xùn)，導(dǎo)致其對(duì)仿真認(rèn)識(shí)存在很多誤區(qū)，甚至以訛傳訛。

國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)仿真軟件的使用主要分為以下三類用途：1、優(yōu)化設(shè)計(jì)；2、交付甲方；3、增強(qiáng)公司品牌。僅有不到2%的前50強(qiáng)壓鑄企業(yè)選擇購(gòu)買正版軟件，另有60%企業(yè)以優(yōu)化設(shè)計(jì)為主，且囿于成本，多采用功能殘缺的盜版軟件。但是盜版軟件通常版本老舊且非漢化界面，故企業(yè)需尋找具備盜版軟件操作能力的專業(yè)人員，往往這類人員具有較高的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，一般都會(huì)顯著增加企業(yè)用工成本。因此還存在另外一種業(yè)務(wù)形態(tài)：企業(yè)通過(guò)很多專門做模擬仿真的小微企業(yè)（個(gè)體戶為主），甚至兼職設(shè)計(jì)師，進(jìn)行模擬仿真服務(wù)。上面兩種方式基本是中小企業(yè)的常態(tài)，不具備常態(tài)的研發(fā)設(shè)計(jì)能力，或者將研發(fā)設(shè)計(jì)能力完全外包出去。但可以明確的是，上述兩種方式都無(wú)法讓企業(yè)形成核心的競(jìng)爭(zhēng)力。

作為產(chǎn)業(yè)鏈下游零部件企業(yè)，無(wú)論從主機(jī)廠還是一級(jí)供應(yīng)商，拿到訂單后通常工期已經(jīng)非常緊迫。復(fù)雜零件如變速箱殼體，作為二級(jí)或三級(jí)供應(yīng)商的壓鑄廠，從簽署訂單合同到第一批樣件的交付，周期大概為兩個(gè)月，而留給下游的模具廠模具設(shè)計(jì)加工時(shí)間則不到1個(gè)月?？紤]到機(jī)械加工環(huán)節(jié)缺乏彈性，因此為了保證工期，通常模具企業(yè)只會(huì)壓縮模具設(shè)計(jì)時(shí)間（一般為1-2周，取決于供應(yīng)商的議價(jià)談判能力）。緊張的模具設(shè)計(jì)時(shí)間使得工程師無(wú)法對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深入、系統(tǒng)的仿真評(píng)估，導(dǎo)致失敗的模具比比皆是，壓鑄企業(yè)利潤(rùn)率低下的癥結(jié)正源于此。

綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)核心零部件產(chǎn)業(yè)鏈自主化程度低，主要是由零部件及工裝模具的設(shè)計(jì)能力低下導(dǎo)致的，而這種軟實(shí)力的建立離不開(kāi)數(shù)字化設(shè)計(jì)和仿真能力。大眾汽車在狼堡的鑄造公司，采用自主研發(fā)的拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)；而特斯拉的一體化鑄造技術(shù)，都是基于數(shù)字化建模和仿真技術(shù)所取得的顛覆式創(chuàng)新。

實(shí)現(xiàn)汽車核心零部件產(chǎn)業(yè)鏈自主可控還是要從底層出發(fā)，借助數(shù)字化建模、仿真軟件和技術(shù)實(shí)現(xiàn)原發(fā)性創(chuàng)新，才能避免邯鄲學(xué)步的窘境。而依靠數(shù)字化建模和仿真能力，完全照搬國(guó)外現(xiàn)成的模式是不現(xiàn)實(shí)的。通過(guò)自身成熟的軟件體系和用盜版培育的市場(chǎng)戰(zhàn)略，以法國(guó)達(dá)索、德國(guó)西門子、美國(guó)PTC為首的歐美公司，在我國(guó)CAD市場(chǎng)占有率高達(dá)90%以上，而在仿真軟件CAE市場(chǎng)領(lǐng)域，歐美公司的占有率更是高達(dá)95%以上。盡管國(guó)外軟件在市場(chǎng)占有率很高，但也給國(guó)內(nèi)軟件留下很多機(jī)會(huì)。

首先，國(guó)外軟件費(fèi)用高昂，顯著增加企業(yè)成本；其次，國(guó)外仿真軟件技術(shù)很大程度面臨水土不服的問(wèn)題，軟件要匹配工程師水平。國(guó)外仿真軟件脫胎于其國(guó)家工業(yè)企業(yè)現(xiàn)狀和工程師水平，是和其國(guó)企業(yè)的發(fā)展水平保持一致的。國(guó)外仿真軟件無(wú)法提供深入的技術(shù)支持和工程咨詢服務(wù)，這也使得CAE應(yīng)用水平大打折扣。這些都是可以拓展的空間。

工業(yè)軟件，尤其是建模仿真類軟件，一定不能脫離工業(yè)現(xiàn)實(shí)，無(wú)論底層技術(shù)還是商業(yè)模式，都要符合本國(guó)工業(yè)發(fā)展水平和自身需求。建立自主可控的CAE仿真軟件生態(tài)是破局的關(guān)鍵。通過(guò)研發(fā)符合中國(guó)工業(yè)發(fā)展水平和工程師技術(shù)水平，且根植于自身工業(yè)發(fā)展需求的仿真軟件，加上引入云計(jì)算服務(wù)等創(chuàng)新模式，才能讓建模仿真成為企業(yè)日常研發(fā)流程的一部分。而這正是中國(guó)零部件強(qiáng)身健體的關(guān)鍵一環(huán)。

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