一、計算機仿真技術的定義、發展歷程及應用

    （1）計算機仿真的定義

    計算機仿真技術是以控制論、系統論、相似原理和信息技術為基礎，以計算機和專用物理效應設備為工具，借助系統模型對實際或設想設備進行動態試驗研究的綜合性技術。計算機仿真技術采用建模和物理的方法對真實環境中客觀事物進行抽象、影射、描述和復現，基于系統原理和數據，應用計算機技術建立仿真環境，對客觀事物（包括真實環境中的實體或系統、自然環境、以及人的行為等）進行研究，具有經濟、安全、可重復和不受氣候、場地、時間限制的優勢。按照仿真技術的應用特點可分為計算機仿真測試、仿真模擬訓練、虛擬制作等領域。

    （2）計算機仿真技術在國際上的發展及應用

    從國際上來說，仿真技術最初主要應用于軍事領域。20世紀50、60年代，仿真技術開始應用于洲際導彈研制、阿波羅登月計劃及核電站運行等。到了70年代中期，仿真技術開始拓展至民用領域，主要用來培訓民航客機駕駛員等。從80年代開始，仿真技術借助計算機仿真技術的發展開始進入了計算機仿真的嶄新時代，計算機仿真技術開始大規模地應用于儀器儀表、虛擬制造、電子產品設計、仿真訓練等生產、生活各方面。

    （3）計算機仿真技術在我國的發展及應用

    我國仿真技術自20世紀60、70年代首先應用于自動控制領域，這一時期我國自行設計的飛機模擬器、坦克模擬器等相繼研制成功，民用領域的火電機組培訓仿真系統、化工過程培訓仿真系統、機車培訓仿真器、汽車模擬器等也相繼研制成功。自90年代開始，以計算機仿真技術為基礎，國內建設了一批水平較高、規模較大的半實物仿真系統，主要用于國防裝備研發，如射頻制導導彈半實物仿真系統、紅外制導導彈半實物仿真系統、殲擊機工程飛行模擬器等。進入21世紀，我國開始對分布交互式仿真、虛擬現實等先進仿真技術及其應用進行研究，開展了較大規模的復雜系統仿真。

    二、市場容量

    （1）軌道交通

    軌道交通市場分為鐵路交通和城市軌道交通，其中鐵路交通是指國家鐵路、合資鐵路、地方鐵路等跨省際城際運行的鐵路干線與支線。城市軌道交通是指以地鐵、輕軌為主的城市客運軌道交通形式。

    ①鐵路交通

    自2014年以來我國鐵路固定資產投資維持在年均8,000億元水平。2018年全國鐵路行業固定資產投資完成8,028億元，其中國家鐵路完成7,603億元；新開工項目26個，新增投資規模3,382億元；投產新線4,683公里，其中高鐵4,100公里。到2018年底，全國鐵路營業里程達13.1萬公里以上，其中高鐵2.9萬公里以上。

2011-2018年我國鐵路固定資產投資金額（單位：億元）

數據來源：公開資料整理

    根據國家發展改革委、交通運輸部和中國鐵路總公司2016年7月共同發布的《中長期鐵路網規劃》（2016年），到2020年一批重大標志性項目建成投產,鐵路網規模達到15萬公里，其中高速鐵路3萬公里，覆蓋80%以上的大城市。到2025年，鐵路網規模達到17.5萬公里左右，其中高速鐵路3.8萬公里左右，網絡覆蓋進一步擴大，路網結構更加優化，骨干作用更加顯著，更好發揮鐵路對經濟社會發展的保障作用。展望到2030年，基本實現內外互聯互通、區際多路暢通、省會高鐵連通、地市快速通達、縣域基本覆蓋。隨著我國鐵路固定資產投資保持高位和全國鐵路營業里程的不斷累積，鐵路交通所需人才及相應配套仿真實訓設備需求亦將不斷增長。

    ②城市軌道交通

    A、運營線路長度持續增加，城市軌道交通人才需求量大。

2011-2018年我國城市軌道交通運營線路長度（單位：公里）

數據來源：公開資料整理

    自2011年以來，我國城市軌道交通運營線路長度各年度都保持14%以上的增長率，截至2018年末，中國大陸地區共35個城市開通城軌交通，共計開通城軌運營線路185條，運營線路總長度達5,761.4公里，其中地鐵4,354.3公里，占比75.6%。2018年新增運營線路20條，新增運營線路長度同比增長14.58%。

    截至2018年末，中國內地共53個城市開工建設城市軌道交通（部分地方政府批復項目暫未納入統計），共計在建城軌交通線路258條，在建線路長度達到6,374公里。截至2018年末，發改委批復的44個城市規劃線路總投資達38,911.1億元。據不完全統計，2018年底，中國大陸地區在建線路可研批復投資累計42,688.5億元。初設批復投資累計35,035.2億元。2018年當年完成投資5,470.2元，同比增長14.9%，占可研批復投資的12.9%。

    以地鐵為例，每公里地鐵需要運營人員約50-70人。城市軌道交通運營線路長度與投資建設的快速發展將導致巨大的人才缺口，城市軌道交通行業的未來人才需求很大程度上決定了上游仿真實訓系統行業的市場容量。

    B、職業技能鑒定站建站條件標準化，模擬駕駛仿真實訓設備迎來新的市場需求。

    2018年1月15日，交通運輸部職業資格中心發布《關于印發機動車駕駛教練員等3個交通運輸行業職業技能鑒定站建站條件的通知》（職考發[2018]4號），城市軌道交通列車司機職業技能鑒定站實行統一標準建站條件，要求現有交通運輸行業職業技能鑒定站中，鑒定范圍包括軌道列車司機等3個職業的，需對照建站條件進行自檢、申請復核。新申請成立的鑒定站，嚴格按照新的建站條件執行。建站條件要求，城市軌道交通列車司機職業技能鑒定站必須配備列車模擬駕駛考核系統等設備。隨著鑒定站的建設和推行，城市軌道交通機務系列細分領域將迎來新的市場需求。

    （2）安全作業

    根據《中華人民共和國安全生產法》（2014修正）的規定，特種作業人員必須按照國家有關規定經專門的安全作業培訓，取得相應資格，方可上崗作業。特種作業人員獲取相關從業資格通常要參與特種作業培訓機構的培訓并通過特種作業安全考試機構組織的考試。

    截至2019年3月22日，全國境內有31個省（區、市）建立省級特種作業安全考試機構，共有550個發證機關，全國300多個地級行政區建成特種作業人員考試點及培訓機構2000多家。

    （3）船舶、軍工

    ①船舶

    國際公約對船員使用模擬器進行的適任評估和持續熟練程度的訓練提出了要求，交通運輸部積極落實建立健全船員教育培訓規范標準，改革和創新船員教育培訓方式，并于2017年3月發布《海船船員培訓大綱（2016版）》，對海船船員駕駛和通訊、輪機和電子電氣等方面的理論知識、實踐技能要求等作出具體規定。

    截至2018年底，我國共有注冊船員157.52萬人，同比增長6.2%；其中海船船員73.77萬人，同比增長4.0%；內河船舶船員83.76萬人，同比增長8.2%。我國船員數量整體保持增長的同時，素質和質量亦穩步提升。

    計算機仿真技術應用于船舶駕駛、通訊、輪機和電子電氣等領域培訓將有效提升實訓的便利性、安全性和效率，海員數量的增長和培訓方式的創新將顯著提升對計算機仿真實訓設備的需求。

    ②軍工

    近年來隨著經濟的高速發展和周邊安全形勢的日趨嚴峻，我國國防費預算總體金額持續增加，國防工業建設進入補償式發展階段。根據財政部《關于2017年中央和地方預算執行情況與2018年中央和地方預算草案的報告》，2018年我國國防支出將增長8.1%，達11,069.51億元人民幣。我國國防開支占GDP比重近年來一直低于軍事強國平均水平，這與我國的經濟增長速度和國際地位提升對國防安全的需求匹配失衡，未來國防開支及軍費預算仍有較大提升的空間。

    2018年10月中央軍民融合發展委員會第二次會議審議通過了《關于加強軍民融合發展法治建設的意見》，隨著軍民融合政策在各省份和細分領域的落地，政策紅利將引導市場需求的進一步釋放，越來越多民營企業有望涉足傳統軍品業務，成為軍品配套系統集成商、專業承包商和市場供應商。

    計算機仿真技術可應用于武器技術仿真、武器系統仿真和作戰仿真等多領域。借助計算機仿真技術，武器裝備研制、軍事人才培養和作戰指揮訓練等活動可有效節約資源，提高研發和訓練活動的效率與安全性。

    三、行業競爭狀況

    （1）國際競爭狀況

    計算機仿真行業為全球范圍內競爭的行業。歐美發達國家廠商憑借先發優勢和成熟仿真產品，在全球計算機仿真市場占據領先地位。其中，軌道交通細分領域的國際廠商主要有法國CORYS公司和德國克諾爾集團。法國CORYS公司主要業務板塊為電力仿真和交通模擬，交通模擬業務主要提供應用于貨運、高鐵、客運、有軌電車、城鐵和地鐵的駕駛培訓模擬機，客戶覆蓋全球范圍內主要機車車輛制造商以及世界各地的城軌和鐵路運營商。德國克諾爾集團系世界領先的軌道車輛和商用車輛制動系統制造商，其軌道車輛系統業務部為城市交通工具如地鐵、客運列車和高速列車等提供駕駛員輔助系統、駕駛模擬裝置和電子學習系統。

    （2）國內競爭狀況

    仿真實訓系統產品具有高度專業化、定制化的特點，且需要滿足實地應用條件和安全性要求，使得該行業具有較高的技術門檻，對行業內企業在特定領域的經驗也有較高需求。軌道交通、安全作業、船舶和軍工等細分領域客戶在進行設備采購時普遍采用市場化招投標制度，對供應商的綜合技術實力、行業經驗、產品成熟度和穩定性、成本控制等多方面均提出較高要求，因此形成了較高的競爭門檻。各細分產品市場的競爭格局如下所述：

    ①軌道交通

    軌道交通相關市場被公司、成都運達科技股份有限公司、上海凱延計算機科技發展有限公司、四川新科電子技術工程有限責任公司、湖南高鐵時代數字化科技有限公司等所占據。

    ②安全作業

    國內安監考培市場主要由徐州市廣聯科技有限公司、杭州申邦科技有限公司和公司占據。虛擬焊接市場主要由武漢灣流科技股份有限公司和公司等國內企業占據。

    ③船舶、軍工

    船舶仿真實訓領域，國內市場早期由于技術條件限制，一度被英國船商有限公司（TransasMarineLimited）和挪威康士伯集團公司（KongsbergGruppen）占據。上世紀末上海海事大學和大連海事大學先后實現技術突破，陸續開發出應用于船舶駕駛和輪機訓練的航海模擬器，且具有較高的性價比。在軍工仿真實訓領域，由于仿真實訓設備關系到國家安全與國防建設，自主可控性要求高，國內自主品牌易受軍事類客戶所接受。

    四、影響行業發展的有利和不利因素

    1、有利因素

    （1）國家政策有利于促進行業發展

    近年來，國務院、發改委、教育部、交通運輸部、國家安全生產監督管理總局（現國家應急管理部）等機構陸續出臺一系列政策，鼓勵軌道交通、安全作業、軍工等行業仿真培訓的發展。在軌道交通領域，政策對城市軌道交通人才總體規模、職業教育專業教學標準和具體培訓考核崗位等作出明確規定。在安全作業領域，政策對特種作業安全技術考試培訓大綱、考核標準和考點用設備等作出系列規定，各省市安監局亦先后出臺關于特種作業安全技術考試實操點建設的具體指導意見。在軍工領域，十三五規劃綱要等再次提出促進軍民深度融合發展。國家政策的陸續出臺，有利于為軌道交通、安全作業和軍工等行業營造良好的外部發展環境，激發市場需求，推動行業快速發展。

    （2）行業發展帶來巨大需求和機遇

    隨著經濟持續增長和城市化進程的加快、安全作業實操點的全面推廣、船配行業產值和國防軍工投入的持續增長，軌道交通、安全作業、船舶和軍工領域將持續保持快速發展。硬件設備的持續增加將帶來巨大的操作人才缺口，進而拉動對仿真實訓設備的需求，為計算機仿真實訓系統供應商提供了穩定且日益增長的市場需求和發展機遇。

    （3）信息技術的進步將持續拓展計算機仿真應用的廣度和深度

    近年來，虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等新興技術發展如火如荼，研發廠商眾多，配套軟硬件和應用等層出不窮，設備性能亦不斷提升，應用領域涵蓋娛樂、教育、軍事、旅游和購物等領域。依托成熟的軟硬件設備和VR、AR等新技術的拓展應用，計算機仿真技術的應用領域將進一步拓寬至傳統應用外的領域，用戶也將獲得更加細膩、逼真的沉浸式仿真體驗。

    2、不利因素

    （1）缺少完整的行業標準

    計算機仿真在我國仍處于快速發展階段，除教育部職業教育與成人教育司的軌道交通相關專業和焊接技術相關專業實訓教學設備出臺相關建設標準、國家安全生產監督管理總局對特種作業技術實際操作設備配備標準作出統一規定外，軌道交通、安全作業領域仍然存在較大的行業標準空白，不利于計算機仿真行業的統一管理。

    （2）市場競爭加劇

    以軌道交通與軍工行業為例，因其具備廣泛的市場前景，發展空間巨大，國內越來越多的企業和科研機構加大對軌道交通和軍工類仿真軟件的投入力度，部分廠商憑借自主創新能力和貼近終端用戶的個性化服務參與極細分市場的競爭，具有一定的競爭優勢，未來國內仿真實訓行業的競爭將逐步加劇。

    （3）與國外先進廠商的技術存在差距

    我國計算機仿真行業從業公司普遍進入行業較晚，經營規模較小，缺乏具有在全球范圍內進行全面競爭的核心產品，技術水平與歐美先進計算機仿真企業差距較大。雖然我國計算機仿真技術在某些方面達到了國際先進水平，但總體上技術水平尤其是應用水平與國外先進廠商還存在一定的差距。

    五、行業技術水平和發展趨勢

    （1）行業技術水平

    歐美發達國家較早進入計算機仿真領域，并憑借先發優勢和成熟仿真產品，在全球計算機仿真市場占據領先地位。

    國內計算機仿真技術首先應用于軍工領域，民用計算機仿真系統的研發和生產起步較晚，技術水平與國外知名廠商存在較大差距。隨著下游客戶對計算機仿真實訓系統的關注和重視，計算機仿真技術應用越來越廣泛，目前我國計算機仿真行業處于技術和市場快速提升的發展階段。

    （2）行業技術發展趨勢

    隨著計算機仿真相關技術的進步和行業應用需求的牽引，計算機仿真技術獲得了長足的發展，并呈現以下發展趨勢：

    ①半實物仿真越來越受重視

    傳統純數字仿真開發過程中僅實現系統結構、原理及算法的驗證，系統硬件部分未進行仿真測試，會出現軟件代碼與硬件環境不匹配，甚至硬件環境不可靠等問題，致使最終硬件系統性能難以保證。隨著構建半實物仿真系統的成本不斷降低、技術不斷進步以及對仿真逼真度要求的日益提高，越來越多的系統在開發初期階段即引入可靠性高的半實物仿真，并貫穿于整個系統研發過程中，滿足現代裝備系統高效、精確、快速的設計要求，最大限度減少試制次數，提高設計和開發效率，降低成本。

    ②虛擬現實、增強現實技術向計算機仿真領域不斷滲透

    虛擬現實技術利用電腦模擬產生三維空間的虛擬環境，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬。增強現實技術將虛擬的信息應用到真實世界，虛擬影像和真實環境實時疊加在同一空間。虛擬現實和增強現實技術正越來越廣泛地應用于計算機仿真領域，為計算機仿真實訓系統使用者創造更多更逼真的仿真環境和更便捷的操作方式，允許使用者深度沉浸在虛擬仿真實訓場景中，自由和不受限制地觀察和應對各類實訓場景。

    ③計算機仿真技術正全面滲透到社會生產和生活的各個領域

    隨著計算機仿真技術的飛速發展，其應用已逐步滲透到醫療、影視、娛樂等各個領域，如運用計算機仿真技術實現的“虛擬手術”為指導醫學手術制定計劃、手術排練演習、手術教學、手術技能訓練、術中引導手術和術后康復等方面提供了重要手段。計算機仿真技術正全面滲透到人類社會生產和生活的各個領域，對經濟、社會以及人們的觀念產生巨大影響。

    相關報告：智研咨詢發布的《2020-2026年中國計算機仿真行業市場行情監測及未來前景展望報告》