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1.竞争优势:无网格法打造领先仿真能力,“高性能计算+云平台”加码夯实壁垒
随着计算技术和计算机计算水平的不断提高,数值模拟方法逐渐应用到了仿 真的各个领域。网格离散法,包括有限元、有限差分、有限体积等方法,作 为出现较早的数值模拟方法,广泛地应用到了力学的相关计算中。但是,网 格数值模拟方法并非完美无缺,也存在一些难以解决的问题。例如在流体力 学模拟中,由于流体力学模拟是个复杂的过程,存在极端变形、自由液面以 及物质运动交界面等问题,在应用网格数值模拟时,会出现网格扭曲导致计 算不收敛或者产生很大的计算误差;再如在模拟大变形问题时,包括高速碰 撞、水底爆炸现象、裂纹动态扩展、流固耦合以及金属冲压成型等,用网格 数值模拟方法也不能得到理想效果。在以上背景下,无网格方法逐渐发展起 来。
什么是无网格法?无网格法是在数值计算中不需要生成网格,而是按照一些 任意分布的坐标点构造插值函数离散控制方程,就可方便地模拟各种复杂形 状的流场。扩展到其他力学领域,无网格法可以理解为根据节点来构造近似 函数,以消除由于依赖网格而带来的问题。相对于传统的、以有限元方法为代表的有网格方法,无网格法的主要优点包 括但不限于:不需要网格(至少函数近似不需要网格),大大减少了网格划分工作 所带来的负担;容易构造高阶形状函数,这不但有利于提高精度 ,也减少了后处理的 工作量;能够解决一些传统数值方法很难解决的问题,如超大变形问题,裂纹 扩展问题,高速冲击问题等;易于进行自适应分析。
公司一定程度通过无网格技术的研发和应用实现对主要竞争对手的追赶, 并在部分细分领域已具备一定的技术和算法优势。在流体仿真领域,市场上诸如 ANSYS 的 Fluent、西门子的 StraCCM+软件为代表的主流流体仿真软件均采用有限体积法模型。公司流 体仿真产品 Aries 则以无网格法为出发点,主要采用基于气体动理学格 式的数值算法,Aries 还支持粒子模型的直接模拟蒙特卡洛方法和光滑 粒子流算法。其中,气体动理学算法系公司率先将该算法与其他技术 相结合商业化应用于通用流体仿真分析,具有较高的前瞻性;
直接模 拟蒙特卡洛方法则可用于稀薄气体环境仿真,而该细分领域国外同行 在国内均不提供对应的算法支撑,公司通过自主研发实现该方面的技 术突破,并提供稀薄气体流动仿真模块,从而使软件仿真精度达到国 际行业标准,并形成自身在产品上的差异化亮点与竞争优势。在结构仿真领域,以 ANSYS 的 Mechanical、达索的 ABAQUS 软件为 代表,市场主流的算法为线性、非线性有限元分析算法模型,同行也 一般采用网格进行物理区域的离散。而公司的 Virgo 产品既提供有限元 法求解器,同时也支持再生核粒子求解器、近场动力学求解器,其中, 再生核粒子求解器相比有限元法等传统求解器能够更加真实的模拟位 移场,近场动力学求解器基于非局部作用思想建立模型,并采用粒子 法对物理区域离散,适用于空间不连续问题的分析,例如高速撞击和 裂纹扩展。
无网格法大放异彩的背后,离不开公司在云化+算力平台布局上的与投入。 相对而言,无网格法的研究起步较晚,至今仍缺少极为坚实的理论基础和严 格的数学证明,特别是无网格法一般计算量较大,计算效率低,这些都导致 无网格法在较长一段时间内只能停留在纸面理论上。但随着近年来算力相关 基础设施与计算能力的飞跃式发展,无网格法面临的困难得到了较好的解决, 其应用也迅速发展起来。公司加强力度研发高性能计算、云平台等技术,充 分发挥无网格法下多种算法具备的较强的并行计算潜力,并以无网格的方 式节省仿真中的前处理网格划分时间,在保证仿真精度的同时大幅提升软 件的计算速度与仿真效率。
仿真基础设施与能力具备外延潜力,为客户提供更高质量的仿真产品与服 务。公司的高性能计算平台、工业仿真云平台具体如下:高性能计算平台:通过聚合结构,使用多台计算机和存储设备以极高 速度处理大量数据,使多个节点以集群的形式协同作业。高性能集群 上运行的应用程序一般使用并行算法,把一个大的计算问题根据一定 的规则分为许多小的计算单元,在集群内的不同节点上进行计算,而 这些计算单元的处理结果,经过处理可合并为原问题的最终结果,从 而缩短问题的处理时间,在短时间内执行海量计算。
工业仿真云平台:工业仿真云以云服务方式提供仿真分析所需 CAE 工 具软件、高性能计算资源、存储资源、网络资源、高性能图形显示资 源等,通过在本地及云端运行大量并行任务和分时使用,可以实现客 户计算资源的充分利用,提升仿真效率,实现快速处理极复杂模型的 高级仿真、降低计算成本的效果。工业仿真云平台包括私有云服务和 公共云服务两种部署,其中私有云方式对接客户本地部署的高性能计 算平台,公共云平台则对接外部的计算资源。公司经过多年的研发,已在高性能计算环境搭建与调试适配方面形成较为深 厚的经验与方法积累。目前,公司致力于将高性能计算平台与工业仿真云平 台两项产品技术对外赋能,解决下游客户计算资源不足的带来的仿真软件产 品性能表现瓶颈,为客户提供更好的仿真使用体验。
2.军工领域基础稳固,民用仿真突破打造新成长极
2.1军工单位及科研院所是公司主要营收来源,稳定增长可期
军工单位及科研院所占公司营收主要部分。公司的仿真产品及服务主要向 军工单位及科研院所提供,而公司与科研院所的业务合作也主要针对军工领 域。目前,十大军工集团中,除中国兵器装备集团有限公司外,中国航发、 中国船舶、航空工业、航天科技、航天科工、中国电子、中国电科、中核集 团、中国兵工等九大军工集团的下属单位及科研院所均为公司报告期内的合 作客户,是公司销售收入的主要来源;同时,公司与中科院下属长春光学精 密机械与物理研究所、上海光学精密机械研究所、南京天文光学技术研究所 等单位的合作也日益密切,相关收入持续增长。2019-2021 年,公司来自军 工单位及科研院所的营收分别为 0.85/1.32/1.29 亿元、350/1042/3165 万元, 军工领域营收合计分别为 0.88/1.42/1.61 亿元,占公司主营业务营收的比重 分别为 91.29%/88.18%/83.91%,占比虽有下降但仍为公司营收主要部分。
军工领域对仿真能力的要求较高,获得军工客户认可也意味着较强的能力 背书。军工领域如航空航天、船舶等属于高端应用领域,涉及场景复杂,且 对产品开发与生产制造的要求极高,特别是部分场景很难甚至根本无法通过 实验的方式来检验,因此军工领域对高性能的仿真需求非常大。公司已取得 从事军工业务相关资质,长期与军工集团、下属单位及科研院所合作,其产 品仿真能力已得到客户的广泛认可,我们认为,这一认可是对公司仿真产品 与技术能力的最好背书。
军工信息化持续稳定投入,公司营收基本盘稳定。根据智研咨询的数据, 2012-2020 年我国军工信息化市场规模从 559 亿元增至 1057 亿元,期间复 合增速为 8.29%。考虑到当前我国国防军事建设逐渐向智能化、电子化、 高端化方向发展,我们认为军工领域仿真需求增速应一定程度上不低于军工 信息化市场整体增速,且我国国防支出力度大、支出保障性高,整体而言, 我们认为公司在军工领域仿真业务上的营收稳定性与确定性较高,其基本盘 属性愈发巩固。
2.2突破民用领域:搭建营销网络,工业仿真云平台助力拓展中小客户
民用仿真领域收入占比快速提升。随着公司产品成熟度的提升和公司市场影 响力的扩大,公司逐步加强在国有和民营企业中的市场开拓力度,来自民用 领域的营收及占比均快速提升。2019-2021 年,公司来自民营企业的营收分 别 为 841/1908/3078 万 元 , 占 当 年 主 营 业 务 营 收 比 重 分 别 为 8.71%/11.82%/16.09%。

民用领域仿真需求量较高,军工领域技术有望得以较好复用。民用仿真所 面对的行业与应用领域更为广泛,对仿真产品的通用性、基础技术的复用性 也有较高的要求。同时,我国民营制造业经济体量也大于军工相关制造业产 值,其对仿真产品的需求体量也相应较大。公司深耕军工领域,其产品能力 在军工领域复杂的场景下得到验证与认可,我们认为公司在向民用领域拓展 中具备较好的技术能力基础,具有一定的技术先发优势。 拓展民用领域客户的方式:两大募资项目——工业仿真云&营销网络建设。 具体来看:
工业仿真云:CAE 使用门槛大幅降低,公司商业模式持续优化。本项 目中,公司将 CAE 仿真以云服务的形式提供给用户。公司将流体、结 构、光学、声学、电磁、测控及多学科等多个方向的仿真软件部署到 云端,包括前处理器、求解器和后处理器等模块的云化,借助索辰工 业仿真云平台的云端 CAE 仿真软件,用户可以随时随地进行模拟仿真, 无需下载安装软件,在任何一台电脑上都可以打开网页进行仿真分析。 对于中小企业而言:1)企业使用仿真服务经费上的壁垒下降;2)企 业使用仿真服务人才上的壁垒下降;3)企业使用仿真服务技术上的壁 垒下降。同时,以云服务形式提供仿真服务是对公司商业模式的重要 优化方式,有望持续提升公司毛利率,并形成较为稳定的现金流。
营销网络建设:深挖市场需求,提升客户触达密度与服务效率。通过营销网络建设,公司将加强营销队伍组建,大幅提升营销网络的广度 与密度,有利于为客户提供更具特色的深度服务,同时更好的挖掘市 场需求,提升公司的综合竞争力。根据招股说明书,公司拟在上海、 北京、成都、西安、武汉等 7 个城市分三年增设营销中心。