GPT&工业设计软件：产业分析

华泰研究

2023 年 3 月 30 日│中国内地

人工智能是工业软件的重要赋能器

从工业软件角度看，ChatGPT 尚未像微软 365 Copilot 那样与工业软件深度融合。目前 ChatGPT 在工业软件中的应用，主要聚焦于辅助代码生成。就AI 技术而言，已经开始赋能 Autodesk、Dassault、Siemens、PTC、Ansys等全球 CAD/CAE龙头公司的相关产品，主要形式包括建筑等专业领域的设计规划、嵌入软件中的助手工具或插件、草图绘制、创成式设计等。工业软件作为 GPT 和 AI 技术在应用端落地的产品载体，推荐广联达（建筑设计软件），相关标的包括中望软件（CAD）、盈建科（结构设计仿真）、霍莱沃（CAE），以及华大九天（EDA）、概伦电子（EDA）和广立微（EDA）等。

ChatGPT 用于生成工业研发设计软件代码

GPT 系列模型先后经过 GPT-2/3/3.5/4 等多个大版本，模型参数量、性能不断优化。2021 年 8 月，在数十亿行代码的训练下，基于 GPT-3 的 Codex 具备了代码生成能力，并不断进行优化，最终由 ChatGPT 继承。2022 年 3 月，ChatGPT开始基于GPT-4对外提供服务，代码生成能力进一步提升。在CAD领域，ChatGPT 能够支持 Autodesk 公司开发的 LISP、MEL、MAXScript 等语言，根据用户自然语言描述生成相关代码，并给出解释。但是，生成结果中出现编造“函数名和语法”、语法错误等情况，未达到实用水平。

人工智能已广泛应用于 CAD 和 CAE 软件

CAD 和 CAE 软件中已集成了人工智能相关功能。我们研究了全球 CAD 和CAE 龙头公司，包括 Autodesk、Dassault、Siemens、PTC、Ansys 等，发现人工智能技术已在各公司旗下的产品中得到了实际应用。例如，Autodesk 将 AI 应用到施工与建筑设计中，Dassault 在云解决方案3DEXPERIENCE 推出基于 AI 的设计助手，Siemens 推出业界首个 AI 驱动的 CAD 草图绘制技术，PTC 引入 AI 驱动的创成式设计，Ansys 提出基于AI 的流体求解器和数字孪生技术等。

创成式设计是基于 AI 的重要工业设计应用方向

在 AI 和云计算能力的支持下，创成式设计技术能够根据现实世界的制造约束和产品性能要求，快速循环、测试和生成多个 CAD 就绪解决方案，产生设计师和工程师难以有效发现和建模的选项，并筛选出最优结果。与传统设计方法相比，优点在于：1）能够提供大量设计方案，简化设计流程，缩小设计师选择范围；2）可以模仿自然的进化设计方法，从参数设置出发，开发出独特的解决方案和零件几何形状；3）设计师可以在更短的时间内探索更多的选择，选择更优的解决方案。

ChatGPT 对工业软件的影响探讨

除了使用 ChatGPT 生成代码来辅助开发者开发外，ChatGPT 还可能在其他方面对工业软件产生影响。1）信息搜索与归纳。内嵌或集成在工业软件中，实现网络信息的搜索、归纳、整理。2）软件需求分析和设计。用户输入需求信息，即可生成 UML 组件图，或帮助开发人员完成文档工作。3）优化工业软件设计和研发参数。利用 ChatGPT 的大模型技术，迁移训练出优化设计和研发参数的小模型。4）更智能的“Copilot”助手。借鉴微软 Office 365和 Copilot 经验，在工业软件中集成更智能的软件助手。

风险提示：宏观经济波动，技术进步不及预期。本报告内容均基于客观信息整理，不构成投资建议。

专题研究

计算机

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谢春生

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袁泽世，PhD

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行业走势图

资料来源：Wind，华泰研究

重点推荐

目标价
股票名称	股票代码	(当地币种)	投资评级
广联达	002410 CH	82.50	买入

资料来源：华泰研究预测

正文目录

ChatGPT 用于生成工业研发设计软件代码......
CAD & CAE：工业研发设计软件重要组成 ..3
ChatGPT：能够生成代码的大语言模型. .3
ChatGPT 在 CAD 中的应用：生成代码 .. .4
人工智能已广泛应用于 CAD 和 CAE 软件...
创成式设计：基于 AI的大规模生成式设计方法.. ..5
Autodesk：将 AI 应用到施工与建筑设计中.. ..6
Dassault：推出基于 AI 的设计助手 .... ..7
Siemens：业界首个 AI 驱动的 CAD 草图绘制技术 . ...9
PTC：引入 AI驱动的创成式设计.... ...10
Ansys：基于 AI 的流体求解器和数字孪生. .. 11
ChatGPT 对工业软件的影响探讨.. ...13
相关标的.. ..13
风险提示... ..14

ChatGPT用于生成工业研发设计软件代码

CAD & CAE：工业研发设计软件重要组成

CAD 和 CAE 是工业研发设计软件的重要组成部分。CAD（Computer-aided design，计算机辅助设计）侧重设计，利用计算机及图形设备辅助设计人员进行设计工作，用自动化的流程替代手动制图。CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程）侧重于分析，基于有限元分析理论，产品对现实世界中的力、振动、热、流体流动和其他物理效果做出的反应，判断产品是否会断裂、磨损或者是否在按照设计的方式工作。

图表1： CAD和 CAE是工业研发设计软件的重要组成部分

资料来源：各公司官网、华泰研究

ChatGPT：能够生成代码的大语言模型

ChatGPT 是 OpenAI 开发的生成式人工智能大语言模型。GPT 系列模型诞生于 2018 年的GPT-1，先后经过 GPT-2/3/3.5/4 等多个大版本，模型参数量、性能不断优化。2021年 8月，在数十亿行代码的训练下，基于 GPT-3的 Codex 具备了代码生成能力，并不断进行优化，最终由 ChatGPT 继承。2022 年 3 月，最新版 GPT-4 发布，ChatGPT 开始基于 GPT-4对外提供服务，代码生成能力进一步提升。

图表2： GPT系列模型发展路径

资料来源：OpenAI 官网、华泰研究

ChatGPT 在 CAD 中的应用：生成代码

ChatGPT能够按照开发者的自然语言指示生成CAD代码，并给出相应的解释。目前在CAD领域，ChatGPT 能够支持 Autodesk 公司开发的 Visual LISP/AutoLISP 语言、Maya 核心脚本语言 MEL、3ds Max 相关产品的通用脚本语言 MAXScript，以及用于 AutoCAD 平台二次开发软件包 ObjectARX 的 VisualC++语言等。例如，询问 ChatGPT“编写 ObjectARX以实现 AutoCAD 选择矩形的中心”，ChatGPT 将返回相应代码，并给出相应解释，辅助开发人员进行开发。

图表3： ChatGPT返回的部分代码及相应的解释（代码未经验证）

资料来源：Autodesk blog、华泰研究

ChatGPT 生成的代码未能达到直接使用的水平，仅能做辅助参考。虽然 ChatGPT 能够按照开发人员要求生成代码，但是从实际效果来看，并未达到直接使用的水平。例如，在Autodesk 3ds Max 社区，有开发者利用 ChatGPT 生成了一段 MAXscript 代码，但是未能成功运行。其它开发者则指出生成的代码“与正确的 MAXscript 语法相去甚远”，甚至存在编造“函数名和语法”情况。这一现象或是大语言模型常出现的“幻觉”现象，即生成一些看似有道理但实际并不正确的内容。ChatGPT 生成的代码或只能作为辅助参考使用。

图表4： ChatGPT生成的代码存在较多错误

资料来源：Autodesk 官方社区、华泰研究

人工智能已广泛应用于 CAD和 CAE 软件

CAD 和 CAE 软件中已集成了人工智能相关功能，创成式设计是重要方向。创成式设计（Generative Design）是人工智能在 CAD 和 CAE 等研发设计软件中重要的应用方向，创成式设计可以让设计师和工程师专注于“设计”本身，而将具体的实现交给人工智能、云计算和机器学习，大大提高产出效率。此外，我们还研究了全球 CAD 和 CAE 龙头公司，包括 Autodesk（欧特克）、Dassault（达索）、Siemens（西门子）、PTC、Ansys 等，发现人工智能技术已在各公司旗下的产品中得到了实际应用，主要形式包括建筑等专业领域的设计规划、嵌入软件中的助手工具或插件、草图绘制、创成式设计等。

创成式设计：基于 AI 的大规模生成式设计方法

创成式设计基于 AI、云计算和机器学习技术，提供更多更有效的工业设计方案。在AI 和云计算能力的支持下，创成式设计技术能够根据现实世界的制造约束和产品性能要求，快速循环、测试和生成多个 CAD 就绪解决方案，产生设计师和工程师难以有效发现和建模的选项，并筛选出最优结果。制造约束和产品性能要求包括尺寸、重量、强度、风格、材料、成本、进度、可制造性等。创成式设计的优点在于：

1）生成更多可替换方案。创成式设计能够提供大量的设计方案，简化了设计流程，使设计师能够快速缩小选择范围，并专注于发现符合可用材料或制造能力的可行替代品。

2）生成更具特点的方案。在人工智能和机器学习的支持下，创成式设计平台可以模仿自然的进化设计方法，从参数设置出发，开发出独特的解决方案和零件几何形状，超越人类想象。

3）消耗更少的时间。设计师可以在更短的时间内探索更多的选择，选择更优的解决方案，并在没有常规验证的情况下进行方案完善。

图表5：传统设计与创成式设计对比

GENERATIVEDESIGN 创成式设计

资料来源：Autodesk 官网、华泰研究

Autodesk：将 AI 应用到施工与建筑设计中

Autodesk 与 DAISY 合作提高施工设计流程的效率。DaisyAI 是第一款由人工智能（AI）提供支持的木材设计 CAD 软件，可在 10分钟内生成符合规范的最佳设计，每天为工程师节省 2-3小时，减少 80%木材浪费。Autodesk 的 Kratos 研究项目则使用 AI 方法快速评估包括混凝土在内的多种材料的结构设计。2022 年，Kratos 与 DAISY合作，使用 Kratos 计算木结构中的承重墙，并将结果输出给 Daisy 来生成详细的平面图，减少了地基中使用的混凝土，并用来设计房子的地板部分。

图表6： Autodesk与 DAISY合作提高施工设计流程的效率

资料来源：Autodesk 官网、华泰研究

Autodesk 与 Obayashi 合作将人工智能用于建筑中的体积设计和规划。Obayashi 是日本建筑、工程和房地产开发公司。2021 年，Obayashi 与 Autodesk Research 合作开发了人工智能解决方案，让建筑师输入建筑的基本参数，并在最少的人类指导下，获得体积估计和室内布局。该应用程序的人工智能主要用于办公空间，使用 Obayashi 的 2800 多个Autodesk Revit 文件组合中的子集进行训练。人工智能工具可以理解程序之间的抽象关系以及建筑体积中所需的连接、大小和比例，人类只需要用简单的语言指定建筑元素及其位置关系等。

图表7： AI 平台实现建筑中体积估计和内部布局

资料来源：Autodesk 官网、华泰研究

Dassault：推出基于 AI 的设计助手

Dassault 在云解决方案 3DEXPERIENCE 中推出设计助手 Design Assistant。DesignAssistant 包括四个工具，使用内置的机器学习算法，根据设计人员的工作流程提供设计帮助，帮助完成耗时和重复的任务，让设计人员更加关注创造力工作。

Selection Helper：根据当前的工作状况，识别相似、对称、长度相当或位于附近的其他边等元素，并预测设计人员可能选择的其他边、圆角或倒角。若设计人员手动添加某些选项后，Selection Helper 将进一步细化结果。最后，当设计人员同意结果，Selection Helper将自动执行相应操作。

Mate Helper：能够识别重复零部件的位置并提出建议，自动将多个零部件实例插入到部件中，提高效率并减少安装重复组件（如紧固件）所花费的时间。

Sketch Helper：下一步要绘制的草图，并将选定的草图对象和实体快速复制到具有相似周围特征的多个位置。

Smart Mate：当设计人员拖动某个零部件到能够与周围其他部件结合的地方时，SmartMate 能够自动识别结合处，并动态生成相应的零件与结合处完美结合。

图表8： Dassault 在云解决方案 3DEXPERIENCE 中推出设计助手 Design Assistant

Ha
根据几何体的大小、形状和方向为用户建议一系列选择，图中黄色部分

识别重复组件的其他实例，并将自动放置组件，如图中黄色所示
可识别与周围几何图元相关的现有草图几何图元，并建议放置草图图元的其他位置，如图中红色圆圈

实现元件的拖拽和结合
资料来源：Dassault 官网、华泰研究

SOLIDWORKS Visualize 2018 SP3 引入了 AI Denoiser（降噪器）。AI Denoiser 由 NVIDIA和 Dassault 合作提出，基于机器学习和人工智能，经过数千张图像和示例项目文件的训练，能够可视化并消除场景中的噪点，并将渲染完成速度提高 10 倍，能够用于静止图像、动画、360-VR 等场景。

图表9： AI Denoiser 使用前后对比图

注：左侧为使用前，右侧为使用后资料来源：Dassault 官网、华泰研究

Siemens：业界首个 AI 驱动的 CAD草图绘制技术

Siemens 推出业界首个人工智能驱动的 CAD 草图绘制技术。在当前的设计环境中，大多数概念草图是在 CAD 软件之外进行的，因为用户必须预先决定并构建到草图中的规则和关系级别。2020年6月，Siemens推出的NX Sketch软件基于人工智能即时的进行关系推断，用户将要拖动或修改的内容，并根据周围的几何图形识别几何关系，支持用户在没有预定义参数、设计意图和关系的情况下进行草图绘制，摆脱纸质手绘草图。该技术在概念设计草图绘制方面提供了极大的灵活性，能够处理导入的数据，并对旧数据进行快速迭代，实现单个草图中处理数万条曲线。

图表10： Siemens 推出的 AI 驱动 CAD 草图绘制技术

资料来源：Siemens 官网、华泰研究

Siemens 在新版 NX 软件中利用了人工智能和高级仿真功能等先进技术。NX 是 Siemens的高端 CAD 软件，也是 Xcelerator 软件和服务产品组合的一部分。2022 年 10 月，Siemens在发布的 NX中引入人工智能和高级仿真功能等先进技术，基于人工智能和机器学习，在选择相似命令中，利用形状识别来快速识别几何相似的组件。此外，NX 语音命令辅助允许用户调用命令、导航多级菜单和操作，甚至通过教给系统单词或短语来让系统执行常见任务。例如，询问 NX“Have we done something like this before?”，NX 将使用 Siemens 的 Geolus技术实现形状搜索。

图表11： NX软件中利用了人工智能和高级仿真功能

资料来源：Siemens 官网、华泰研究

PTC：引入 AI 驱动的创成式设计

PTC通过 AI 驱动的创成式设计提高工程生产力。PTC借助 AI驱动的创成式设计软件，使得工程师可以交互式地指定要求和目标，包括首选材料、制造工艺等，创成式引擎将自主创建最佳设计。创成式设计的优点在于：1）允许用户在短时间内探索许多设计备选方案；2）通过考虑材料、制造工艺和性能要求等多种因素，创成式设计可以帮助用户创建针对特定目标进行优化的设计；3）可以通过自动化设计过程和快速探索许多设计备选方案来大大减少设计产品或组件所需的时间。

图表12：使用创成式设计来设计办公椅支架

注：使用创成式设计来设计办公椅支架之前（左）和之后（中）对比。最右边为将零件组装起来的示意图。资料来源：PTC 官网、华泰研究

PTC 的 Creo 集成了创成式拓扑优化扩展和基于云的创成式设计扩展。创成式拓扑优化扩展（Generative Topology Optimization，GTO）能够快速探索创新设计选项，从而减少开发时间和费用；基于云的创成式设计扩展（Generative Design Extension，GDX）能够使用不同的材料和制造方案同时创建多个设计，并突出显示更好的选项供用户查看。比较 GTO和 GDX，前者更适合针对特定材料和制造设计流程优化模型，后者更适合快速开发和并行比较多个方案。

图表13： Creo集成了创成式设计功能

资料来源：PTC 官网、华泰研究

Ansys：基于 AI 的流体求解器和数字孪生

ActivationNet 或将被整合到结构和流体求解器中，以提高接触的 3D表面质量。2022 年 5月，Ansys团队提出了基于 3D卷积神经网络（CNN）的新架构—ActivationNet。ActivationNet算法为产品模型中的每对 3D 表面接触（surface contact）计算 1 到 100 之间的分数。得分90 及以上的表面相互作用模型为可信任结果，可以用来进行准确的仿真；得分 20 以下的相互作用模型可以直接删除；得分 20-90 的相互作用模型应进行复查或重塑。在通过 Ansys软件开发团队的测试后，据 Ansys 信息，ActivationNet 算法或将被整合到结构和流体求解器中，以提高接触 3D表面的质量。

图表14： ActivationNet 算法能够准确评估各类表面接触建模质量

资料来源：Ansys 官网、华泰研究

Ansys 的 Twin Builder 软件帮助创建设备或流程的数字孪生，以使用 AI 实现自动化。Microsoft Project Bonsai 通过图形连接已经编程并用于执行某些 AI 功能的软件模块，帮助工程师在不使用数据科学的情况下创建人工智能自动化。但是，仅在物理世界进行训练成本过高。因此，Microsoft Project Bonsai 与 Ansys Twin Builder 合作，通过同时运行机器或应用程序的数百个虚拟模型，并将数字孪生生成的数据直接进行优化，大大降低了训练时间和成本。此外，虚拟模型还支持工程师引入极端情况，提高训练性能。

图表15：人工智能在混合数字孪生中发挥着关键作用

资料来源：Ansys 官网、华泰研究

ChatGPT对工业软件的影响探讨

除了使用 ChatGPT 生成代码来辅助开发者开发外，ChatGPT 还可能在其他方面对工业软件产生影响。

1）信息搜索与归纳。类似于微软新 Bing，内嵌或集成在工业软件中，实现快速在海量的网上数据中搜索到用户感兴趣的信息，并进行归纳整理，而不需要依赖用户的搜索技巧、知识储备、文档整理、外语等其他方面。

2）软件需求分析和设计。用户输入需求信息，ChatGPT 能够生成 UML 组件图（构件图），用来描述在软件系统中遵从并实现一组接口的物理的、可替换的软件模块。此外，在规范软件分析和流程中，能够帮助开发人员完成文档工作。在软件设计阶段，利用 ChatGPT 获得接口定义，模块划分，技术选型等知识和帮助。

3）优化工业软件设计和研发参数。利用 ChatGPT 的大模型技术，添加少量的工业软件设计和研发参数信息作为训练数据，迁移训练出针对性的小模型，节约算力资源、实现参数优化、提高优化效率。

4）更智能的“Copilot”助手。借鉴微软 Office 365 和 Copilot 经验，工业软件也可以训练出更智能的软件助手，让用户通过自然语言的形式，指导软件进行相关操作和设计，并能够针对当前的设计情况进行提炼和分析，并预测用户的下一步指令等。

广联达：目标价 82.50 元，“买入”评级

广联达 2022 年收入 65.91 亿元，同增 17.3%，归母净利 9.67 亿元，同增 46.3%，扣非净利 9.19 亿元，同增 41.2%；22Q4 单季收入 21.30 亿元，同增 5.5%，归母净利 3.28 亿元，同增 77.0%，扣非归母净利 3.10 亿元，同增 57.4%。预计 2023-2025 年总收入81.91/102.36/128.41 亿元，EPS 为 1.00/1.35/1.78 元。可比公司 2023 年平均 10.4x PS（Wind），考虑公司在 AI+领域丰富的应用场景，给予 2023 年 12.0xPS，目标价 82.50 元，维持“买入”评级。风险提示：宏观经济波动，市场竞争加剧。

图表16：重点公司推荐表

（单位：元）	股价	目标价	评级	EPS			PE
（单位：元）	股价	目标价	评级	2023E	2024E	2025E	2023E	2024E	2025E
广联达	69.66	82.50	买入	1.00	1.35	1.78	69.66	51.60	39.13

注：股价为 2023 年 3 月 29 日收盘价
资料来源：Wind、华泰研究预测

图表17：提及公司列表

公司代码	公司简称
ADSK US	Autodesk
DASTF US	Dassault
SIE EU	Siemens
PTC US	PTC
ANSS US	Ansys
MSFT US	微软
未上市	OpenAl

资料来源：Bloomberg、华泰研究

风险提示

宏观经济波动。若宏观经济波动，产业变革及新技术的落地节奏或将受到影响，宏观经济波动还可能对 AI 投入产生负面影响，从而导致整体行业增长不及预期。

技术进步不及预期。若 AI技术和大模型技术进步不及预期，或将对相关的行业落地情况产生不利影响。

本报告内容均基于客观信息整理，不构成投资建议。

免责声明

分析师声明

本人，谢春生，兹证明本报告所表达的观点准确地反映了分析师对标的证券或发行人的个人意见；彼以往、现在或未来并无就其研究报告所提供的具体建议或所表迖的意见直接或间接收取任何报酬。

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本报告由华泰证券股份有限公司（已具备中国证监会批准的证券投资咨询业务资格，以下简称“本公司”）制作。本报告所载资料是仅供接收人的严格保密资料。本报告仅供本公司及其客户和其关联机构使用。本公司不因接收人收到本报告而视其为客户。

本报告基于本公司认为可靠的、已公开的信息编制，但本公司及其关联机构(以下统称为“华泰”)对该等信息的准确性及完整性不作任何保证。

本报告所载的意见、评估及预测仅反映报告发布当日的观点和判断。在不同时期，华泰可能会发出与本报告所载意见、评估及预测不一致的研究报告。同时，本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可能会波动。以往表现并不能指引未来，未来回报并不能得到保证，并存在损失本金的可能。华泰不保证本报告所含信息保持在最新状态。华泰对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修改。

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• 有关重要的披露信息，请参华泰金融控股（香港）有限公司的网页 https://www.htsc.com.hk/stock_disclosure其他信息请参见下方 “美国-重要监管披露”。

美国

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美国-重要监管披露

• 分析师谢春生本人及相关人士并不担任本报告所提及的标的证券或发行人的高级人员、董事或顾问。分析师及相关人士与本报告所提及的标的证券或发行人并无任何相关财务利益。本披露中所提及的“相关人士”包括 FINRA 定义下分析师的家庭成员。分析师根据华泰证券的整体收入和盈利能力获得薪酬，包括源自公司投资银行业务的收入。

• 华泰证券股份有限公司、其子公司和/或其联营公司, 及/或不时会以自身或代理形式向客户出售及购买华泰证券研究所覆盖公司的证券/衍生工具，包括股票及债券（包括衍生品）华泰证券研究所覆盖公司的证券/衍生工具，包括股票及债券（包括衍生品）。

• 华泰证券股份有限公司、其子公司和/或其联营公司, 及/或其高级管理层、董事和雇员可能会持有本报告中所提到的任何证券（或任何相关投资）头寸，并可能不时进行增持或减持该证券（或投资）。因此，投资者应该意识到可能存在利益冲突。

评级说明

投资评级基于分析师对报告发布日后 6 至 12个月内行业或公司回报潜力（含此期间的股息回报）相对基准表现的预期（A 股市场基准为沪深 300 指数，香港市场基准为恒生指数，美国市场基准为标普 500 指数），具体如下：

行业评级

增持：预计行业股票指数超越基准

中性：预计行业股票指数基本与基准持平

减持：预计行业股票指数明显弱于基准

公司评级

买入：预计股价超越基准 15%以上

增持：预计股价超越基准 5%\~15%

持有：预计股价相对基准波动在-15%\~5%之间

卖出：预计股价弱于基准 15%以上

暂停评级：已暂停评级、目标价及预测，以遵守适用法规及/或公司政策

无评级：股票不在常规研究覆盖范围内。投资者不应期待华泰提供该等证券及/或公司相关的持续或补充信息

法律实体披露

中国：华泰证券股份有限公司具有中国证监会核准的“证券投资咨询”业务资格，经营许可证编号为：91320000704041011J香港：华泰金融控股（香港）有限公司具有香港证监会核准的“就证券提供意见”业务资格，经营许可证编号为：AOK809美国：华泰证券（美国）有限公司为美国金融业监管局（FINRA）成员，具有在美国开展经纪交易商业务的资格，经营业务许可编号为：CRD#:298809/SEC#:8-70231

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