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2018年中国计算机仿真行业发展概况、市场容量及未来发展趋势分析[图]

2019年12月06日 14:35:51字号:T|T

    一、计算机仿真技术的定义、发展历程及应用

    (1)计算机仿真的定义

    计算机仿真技术是以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础,以计算机和专用物理效应设备为工具,借助系统模型对实际或设想设备进行动态试验研究的综合性技术。计算机仿真技术采用建模和物理的方法对真实环境中客观事物进行抽象、影射、描述和复现,基于系统原理和数据,应用计算机技术建立仿真环境,对客观事物(包括真实环境中的实体或系统、自然环境、以及人的行为等)进行研究,具有经济、安全、可重复和不受气候、场地、时间限制的优势。按照仿真技术的应用特点可分为计算机仿真测试、仿真模拟训练、虚拟制作等领域。

    (2)计算机仿真技术在国际上的发展及应用

    从国际上来说,仿真技术最初主要应用于军事领域。20世纪50、60年代,仿真技术开始应用于洲际导弹研制、阿波罗登月计划及核电站运行等。到了70年代中期,仿真技术开始拓展至民用领域,主要用来培训民航客机驾驶员等。从80年代开始,仿真技术借助计算机仿真技术的发展开始进入了计算机仿真的崭新时代,计算机仿真技术开始大规模地应用于仪器仪表、虚拟制造、电子产品设计、仿真训练等生产、生活各方面。

    (3)计算机仿真技术在我国的发展及应用

    我国仿真技术自20世纪60、70年代首先应用于自动控制领域,这一时期我国自行设计的飞机模拟器、坦克模拟器等相继研制成功,民用领域的火电机组培训仿真系统、化工过程培训仿真系统、机车培训仿真器、汽车模拟器等也相继研制成功。自90年代开始,以计算机仿真技术为基础,国内建设了一批水平较高、规模较大的半实物仿真系统,主要用于国防装备研发,如射频制导导弹半实物仿真系统、红外制导导弹半实物仿真系统、歼击机工程飞行模拟器等。进入21世纪,我国开始对分布交互式仿真、虚拟现实等先进仿真技术及其应用进行研究,开展了较大规模的复杂系统仿真。

    二、市场容量

    (1)轨道交通

    轨道交通市场分为铁路交通和城市轨道交通,其中铁路交通是指国家铁路、合资铁路、地方铁路等跨省际城际运行的铁路干线与支线。城市轨道交通是指以地铁、轻轨为主的城市客运轨道交通形式。

    ①铁路交通

    自2014年以来我国铁路固定资产投资维持在年均8,000亿元水平。2018年全国铁路行业固定资产投资完成8,028亿元,其中国家铁路完成7,603亿元;新开工项目26个,新增投资规模3,382亿元;投产新线4,683公里,其中高铁4,100公里。到2018年底,全国铁路营业里程达13.1万公里以上,其中高铁2.9万公里以上。

2011-2018年我国铁路固定资产投资金额(单位:亿元)

数据来源:公开资料整理

    根据国家发展改革委、交通运输部和中国铁路总公司2016年7月共同发布的《中长期铁路网规划》(2016年),到2020年一批重大标志性项目建成投产,铁路网规模达到15万公里,其中高速铁路3万公里,覆盖80%以上的大城市。到2025年,铁路网规模达到17.5万公里左右,其中高速铁路3.8万公里左右,网络覆盖进一步扩大,路网结构更加优化,骨干作用更加显著,更好发挥铁路对经济社会发展的保障作用。展望到2030年,基本实现内外互联互通、区际多路畅通、省会高铁连通、地市快速通达、县域基本覆盖。随着我国铁路固定资产投资保持高位和全国铁路营业里程的不断累积,铁路交通所需人才及相应配套仿真实训设备需求亦将不断增长。

    ②城市轨道交通

    A、运营线路长度持续增加,城市轨道交通人才需求量大。

2011-2018年我国城市轨道交通运营线路长度(单位:公里)

数据来源:公开资料整理

    自2011年以来,我国城市轨道交通运营线路长度各年度都保持14%以上的增长率,截至2018年末,中国大陆地区共35个城市开通城轨交通,共计开通城轨运营线路185条,运营线路总长度达5,761.4公里,其中地铁4,354.3公里,占比75.6%。2018年新增运营线路20条,新增运营线路长度同比增长14.58%。

    截至2018年末,中国内地共53个城市开工建设城市轨道交通(部分地方政府批复项目暂未纳入统计),共计在建城轨交通线路258条,在建线路长度达到6,374公里。截至2018年末,发改委批复的44个城市规划线路总投资达38,911.1亿元。据不完全统计,2018年底,中国大陆地区在建线路可研批复投资累计42,688.5亿元。初设批复投资累计35,035.2亿元。2018年当年完成投资5,470.2元,同比增长14.9%,占可研批复投资的12.9%。

    以地铁为例,每公里地铁需要运营人员约50-70人。城市轨道交通运营线路长度与投资建设的快速发展将导致巨大的人才缺口,城市轨道交通行业的未来人才需求很大程度上决定了上游仿真实训系统行业的市场容量。

    B、职业技能鉴定站建站条件标准化,模拟驾驶仿真实训设备迎来新的市场需求。

    2018年1月15日,交通运输部职业资格中心发布《关于印发机动车驾驶教练员等3个交通运输行业职业技能鉴定站建站条件的通知》(职考发[2018]4号),城市轨道交通列车司机职业技能鉴定站实行统一标准建站条件,要求现有交通运输行业职业技能鉴定站中,鉴定范围包括轨道列车司机等3个职业的,需对照建站条件进行自检、申请复核。新申请成立的鉴定站,严格按照新的建站条件执行。建站条件要求,城市轨道交通列车司机职业技能鉴定站必须配备列车模拟驾驶考核系统等设备。随着鉴定站的建设和推行,城市轨道交通机务系列细分领域将迎来新的市场需求。

    (2)安全作业

    根据《中华人民共和国安全生产法》(2014修正)的规定,特种作业人员必须按照国家有关规定经专门的安全作业培训,取得相应资格,方可上岗作业。特种作业人员获取相关从业资格通常要参与特种作业培训机构的培训并通过特种作业安全考试机构组织的考试。

    截至2019年3月22日,全国境内有31个省(区、市)建立省级特种作业安全考试机构,共有550个发证机关,全国300多个地级行政区建成特种作业人员考试点及培训机构2000多家。

    (3)船舶、军工

    ①船舶

    国际公约对船员使用模拟器进行的适任评估和持续熟练程度的训练提出了要求,交通运输部积极落实建立健全船员教育培训规范标准,改革和创新船员教育培训方式,并于2017年3月发布《海船船员培训大纲(2016版)》,对海船船员驾驶和通讯、轮机和电子电气等方面的理论知识、实践技能要求等作出具体规定。

    截至2018年底,我国共有注册船员157.52万人,同比增长6.2%;其中海船船员73.77万人,同比增长4.0%;内河船舶船员83.76万人,同比增长8.2%。我国船员数量整体保持增长的同时,素质和质量亦稳步提升。

    计算机仿真技术应用于船舶驾驶、通讯、轮机和电子电气等领域培训将有效提升实训的便利性、安全性和效率,海员数量的增长和培训方式的创新将显著提升对计算机仿真实训设备的需求。

    ②军工

    近年来随着经济的高速发展和周边安全形势的日趋严峻,我国国防费预算总体金额持续增加,国防工业建设进入补偿式发展阶段。根据财政部《关于2017年中央和地方预算执行情况与2018年中央和地方预算草案的报告》,2018年我国国防支出将增长8.1%,达11,069.51亿元人民币。我国国防开支占GDP比重近年来一直低于军事强国平均水平,这与我国的经济增长速度和国际地位提升对国防安全的需求匹配失衡,未来国防开支及军费预算仍有较大提升的空间。

    2018年10月中央军民融合发展委员会第二次会议审议通过了《关于加强军民融合发展法治建设的意见》,随着军民融合政策在各省份和细分领域的落地,政策红利将引导市场需求的进一步释放,越来越多民营企业有望涉足传统军品业务,成为军品配套系统集成商、专业承包商和市场供应商。

    计算机仿真技术可应用于武器技术仿真、武器系统仿真和作战仿真等多领域。借助计算机仿真技术,武器装备研制、军事人才培养和作战指挥训练等活动可有效节约资源,提高研发和训练活动的效率与安全性。

    三、行业竞争状况

    (1)国际竞争状况

    计算机仿真行业为全球范围内竞争的行业。欧美发达国家厂商凭借先发优势和成熟仿真产品,在全球计算机仿真市场占据领先地位。其中,轨道交通细分领域的国际厂商主要有法国CORYS公司和德国克诺尔集团。法国CORYS公司主要业务板块为电力仿真和交通模拟,交通模拟业务主要提供应用于货运、高铁、客运、有轨电车、城铁和地铁的驾驶培训模拟机,客户覆盖全球范围内主要机车车辆制造商以及世界各地的城轨和铁路运营商。德国克诺尔集团系世界领先的轨道车辆和商用车辆制动系统制造商,其轨道车辆系统业务部为城市交通工具如地铁、客运列车和高速列车等提供驾驶员辅助系统、驾驶模拟装置和电子学习系统。

    (2)国内竞争状况

    仿真实训系统产品具有高度专业化、定制化的特点,且需要满足实地应用条件和安全性要求,使得该行业具有较高的技术门槛,对行业内企业在特定领域的经验也有较高需求。轨道交通、安全作业、船舶和军工等细分领域客户在进行设备采购时普遍采用市场化招投标制度,对供应商的综合技术实力、行业经验、产品成熟度和稳定性、成本控制等多方面均提出较高要求,因此形成了较高的竞争门槛。各细分产品市场的竞争格局如下所述:

    ①轨道交通

    轨道交通相关市场被公司、成都运达科技股份有限公司、上海凯延计算机科技发展有限公司、四川新科电子技术工程有限责任公司、湖南高铁时代数字化科技有限公司等所占据。

    ②安全作业

    国内安监考培市场主要由徐州市广联科技有限公司、杭州申邦科技有限公司和公司占据。虚拟焊接市场主要由武汉湾流科技股份有限公司和公司等国内企业占据。

    ③船舶、军工

    船舶仿真实训领域,国内市场早期由于技术条件限制,一度被英国船商有限公司(TransasMarineLimited)和挪威康士伯集团公司(KongsbergGruppen)占据。上世纪末上海海事大学和大连海事大学先后实现技术突破,陆续开发出应用于船舶驾驶和轮机训练的航海模拟器,且具有较高的性价比。在军工仿真实训领域,由于仿真实训设备关系到国家安全与国防建设,自主可控性要求高,国内自主品牌易受军事类客户所接受。

    四、影响行业发展的有利和不利因素

    1、有利因素

    (1)国家政策有利于促进行业发展

    近年来,国务院、发改委、教育部、交通运输部、国家安全生产监督管理总局(现国家应急管理部)等机构陆续出台一系列政策,鼓励轨道交通、安全作业、军工等行业仿真培训的发展。在轨道交通领域,政策对城市轨道交通人才总体规模、职业教育专业教学标准和具体培训考核岗位等作出明确规定。在安全作业领域,政策对特种作业安全技术考试培训大纲、考核标准和考点用设备等作出系列规定,各省市安监局亦先后出台关于特种作业安全技术考试实操点建设的具体指导意见。在军工领域,十三五规划纲要等再次提出促进军民深度融合发展。国家政策的陆续出台,有利于为轨道交通、安全作业和军工等行业营造良好的外部发展环境,激发市场需求,推动行业快速发展。

    (2)行业发展带来巨大需求和机遇

    随着经济持续增长和城市化进程的加快、安全作业实操点的全面推广、船配行业产值和国防军工投入的持续增长,轨道交通、安全作业、船舶和军工领域将持续保持快速发展。硬件设备的持续增加将带来巨大的操作人才缺口,进而拉动对仿真实训设备的需求,为计算机仿真实训系统供应商提供了稳定且日益增长的市场需求和发展机遇。

    (3)信息技术的进步将持续拓展计算机仿真应用的广度和深度

    近年来,虚拟现实(VR)、增强现实(AR)等新兴技术发展如火如荼,研发厂商众多,配套软硬件和应用等层出不穷,设备性能亦不断提升,应用领域涵盖娱乐、教育、军事、旅游和购物等领域。依托成熟的软硬件设备和VR、AR等新技术的拓展应用,计算机仿真技术的应用领域将进一步拓宽至传统应用外的领域,用户也将获得更加细腻、逼真的沉浸式仿真体验。

    2、不利因素

    (1)缺少完整的行业标准

    计算机仿真在我国仍处于快速发展阶段,除教育部职业教育与成人教育司的轨道交通相关专业和焊接技术相关专业实训教学设备出台相关建设标准、国家安全生产监督管理总局对特种作业技术实际操作设备配备标准作出统一规定外,轨道交通、安全作业领域仍然存在较大的行业标准空白,不利于计算机仿真行业的统一管理。

    (2)市场竞争加剧

    以轨道交通与军工行业为例,因其具备广泛的市场前景,发展空间巨大,国内越来越多的企业和科研机构加大对轨道交通和军工类仿真软件的投入力度,部分厂商凭借自主创新能力和贴近终端用户的个性化服务参与极细分市场的竞争,具有一定的竞争优势,未来国内仿真实训行业的竞争将逐步加剧。

    (3)与国外先进厂商的技术存在差距

    我国计算机仿真行业从业公司普遍进入行业较晚,经营规模较小,缺乏具有在全球范围内进行全面竞争的核心产品,技术水平与欧美先进计算机仿真企业差距较大。虽然我国计算机仿真技术在某些方面达到了国际先进水平,但总体上技术水平尤其是应用水平与国外先进厂商还存在一定的差距。

    五、行业技术水平和发展趋势

    (1)行业技术水平

    欧美发达国家较早进入计算机仿真领域,并凭借先发优势和成熟仿真产品,在全球计算机仿真市场占据领先地位。

    国内计算机仿真技术首先应用于军工领域,民用计算机仿真系统的研发和生产起步较晚,技术水平与国外知名厂商存在较大差距。随着下游客户对计算机仿真实训系统的关注和重视,计算机仿真技术应用越来越广泛,目前我国计算机仿真行业处于技术和市场快速提升的发展阶段。

    (2)行业技术发展趋势

    随着计算机仿真相关技术的进步和行业应用需求的牵引,计算机仿真技术获得了长足的发展,并呈现以下发展趋势:

    ①半实物仿真越来越受重视

    传统纯数字仿真开发过程中仅实现系统结构、原理及算法的验证,系统硬件部分未进行仿真测试,会出现软件代码与硬件环境不匹配,甚至硬件环境不可靠等问题,致使最终硬件系统性能难以保证。随着构建半实物仿真系统的成本不断降低、技术不断进步以及对仿真逼真度要求的日益提高,越来越多的系统在开发初期阶段即引入可靠性高的半实物仿真,并贯穿于整个系统研发过程中,满足现代装备系统高效、精确、快速的设计要求,最大限度减少试制次数,提高设计和开发效率,降低成本。

    ②虚拟现实、增强现实技术向计算机仿真领域不断渗透

    虚拟现实技术利用电脑模拟产生三维空间的虚拟环境,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟。增强现实技术将虚拟的信息应用到真实世界,虚拟影像和真实环境实时叠加在同一空间。虚拟现实和增强现实技术正越来越广泛地应用于计算机仿真领域,为计算机仿真实训系统使用者创造更多更逼真的仿真环境和更便捷的操作方式,允许使用者深度沉浸在虚拟仿真实训场景中,自由和不受限制地观察和应对各类实训场景。

    ③计算机仿真技术正全面渗透到社会生产和生活的各个领域

    随着计算机仿真技术的飞速发展,其应用已逐步渗透到医疗、影视、娱乐等各个领域,如运用计算机仿真技术实现的“虚拟手术”为指导医学手术制定计划、手术排练演习、手术教学、手术技能训练、术中引导手术和术后康复等方面提供了重要手段。计算机仿真技术正全面渗透到人类社会生产和生活的各个领域,对经济、社会以及人们的观念产生巨大影响。

    相关报告:智研咨询发布的《2020-2026年中国计算机仿真行业市场行情监测及未来前景展望报告

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