工业软件发展趋势与机遇研究

□ 文 云梦妍 贾 斐

0 引言

随着制造业数字化、网络化、智能化变革的加快和深入，工业软件的战略意义愈加凸显。“十四五”期间，工信部在关键基础材料、基础零部件（元器件）、先进基础工业、产业技术基础等传统工业“四基”的基础上，又追加了工业基础软件，构成了产业基础再造工程的“新五基”。因此，有必要把握工业软件的特征和发展趋势，研判工业软件市场竞争格局，找到我国工业软件发展的机遇与路径。

1 工业软件分类与特征

1.1 工业软件分类

工业软件为智能制造提供了关键支撑，可以说是现代工业的“大脑”和“灵魂”。工业软件是工业技术软件化的产物，本质是将工业技术和经验知识以软件工具的形式封装和沉淀下来，以解决工业场景下的特定问题。

工信部在《软件和信息技术服务业统计调查制度》中将工业软件划分为产品研发设计类软件、生产控制类软件和业务管理类软件。其中，产品研发设计类软件用于提升企业在产品研发工作领域的能力和效率，包括3D虚拟仿真系统、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助制造（CAM）等；生产控制类软件用于提高制造过程中的管控水平，改善生产设备的效率和利用率，包括工业控制系统、制造执行系统（MES）、先进控制系统（APC）等；业务管理类软件用于提升企业的管理治理水平和运营效率，包括企业资源计划（ERP）、供应链管理（SCM）、客户关系管理（CRM）等。

1.2 工业软件特征

工业软件赋能工业转型升级。一方面，工业软件通过数字化手段变革了生产方式，促进了生产力和生产效率的提升，是支撑工业新旧动能转换的关键要素；另一方面，工业软件将分散在技术人员头脑中的知识和经验予以固化和传承，大大推动了工业技术知识的复用与重构，筑牢工业生产基础。工业软件具有不同于一般应用软件的特征。

1.2.1 工业软件技术门槛高，需要大量综合知识与经验

工业软件具有高度的技术复杂性。几何建模引擎、约束求解器等关键核心算法难度极大，模型的优化需要海量生产和运行数据作基础，这些都建立在长期实践和积累的基础之上。渲染组件、人机交互等前端技术也对工业软件的可用性有重要影响。此外，开发工业软件不仅需要软件技能，还需要数学、物理学、机械工程等众多学科的专业知识，需要对制造工艺和工业机理有深刻的理解。这些都构成了工业软件领域的技术壁垒。

1.2.2 工业软件根植于工业领域的实际需求，需要与工业企业深度互动

工业软件是应用驱动的产品，与工业企业联系非常紧密。工业企业在深度应用工业软件的过程中，对其中的功能和机理提出改进建议，协助工业软件快速优化迭代，进而更好地支撑工业生产和运营。工业技术的发展与工业软件的成长是相辅相成、相互促进的，工业软件企业与工业企业良性互动机制是双赢的基础。

1.2.3 工业软件研发周期长，投入大

工业软件研发需要多领域知识，对可靠性要求高，体系也远比一般应用软件复杂，研发难度大，研发周期长，版本迭代速度慢。据估计，一般大型工业软件的研发周期需要3-5年的时间，要被市场认可则需要10年左右。另外，工业软件企业需要很大研发投入。2020财年，全球计算机辅助工程顶尖企业ANSYS研发投入3.55亿美元，在营业收入中占比21.1%；电子设计自动化（EDA）龙头厂商Synopsys研发投入12.79亿美元，在营业收入中占比34.7%。

1.2.4 工业软件通用性较低，规模效益较小

工业软件客户行业差异大，需求多种多样，很难通过通用的标准化产品解决所有问题，常常需要针对不同工业场景进行定制或二次开发。专用的工业软件往往适用于某个细分行业或特定场合，不具备普适性，市场空间有限，难以形成规模效益。还有部分工业巨头会根据项目需求自行开发“in house（自用）”软件，并不会商业化推广。例如波音787整个研制过程用到8000多种软件，其中只有不到1000种是常见的商业化软件，其余7000多种软件都是波音公司经过多年经验积累自行开发的私有（自用）软件。

2 工业软件发展新趋势

云计算、人工智能等新技术的兴起带来了工业软件的不断创新与重构，工业软件已进入技术变革的新时代，在产品、开发、部署和商业模式等方面，都呈现出新的趋势。

2.1 在产品模式上，工业软件正在由单一、孤岛式的产品向一体化和集成化转变

工业软件企业通过集成强关联的软件产品，加强软件间协作，为客户提供全流程的一体化解决方案，能够有效增强客户黏性，扩大品牌效应，提升制造业全价值链效率。CAD、CAE、CAM的集成有助于企业推进设计制造仿真一体化，优化生产流程；ERP、SCM、CRM的集成则能够帮助企业提高管理水平，降低运营成本。此外，工业软件正在朝着轻量化的方向演进，部分大型工业软件在加速解构，工业APP等新型架构的工业软件不断涌现。

2.2 在开发模式上，工业软件开发逐渐向组件化、模块化的方式转变

“松耦合”的微服务架构通过应用和功能拆分，帮助工业软件企业进行敏捷开发和灵活维护。工业软件开发环境更加开源和开放，为软件功能拓展和二次开发奠定基础，依托云平台，产业链各主体都能够参与到开发过程中，实现工业软件协同开发。另外，低代码开发技术的成熟有望降低工业软件的开发门槛，通过可视化的方式，使大量企业，特别是中小企业能够加入到开发和应用工业软件的过程中，助力企业数字化转型。

2.3 在部署模式上，工业软件向云端迁移的步伐明显加快

工业软件从最初部署于企业内部，逐渐转向在私有云、公有云或混合云上部署、更新和维护。这种部署模式显著减少了工业企业的基础设施投资和运维成本，降低企业数字化转型的门槛。特别是对有多个生产地点的企业客户而言，本地部署无法实现数据互联互通，部署在云端的工业软件能够帮助企业汇集、处理和共享多地数据，满足企业刚性需求。同时，云转型也使工业软件企业能够更便捷地为客户提供更新维护服务，优化客户体验，增强客户黏性。

2.4 在商业模式上，工业软件云端迁移推动了商业模式由一次性购买向订阅模式转变

订阅模式打开了工业企业和工业软件企业双赢的新局面。一方面，工业企业将一次性的大额资本性支出转为了长期的订阅支出，缓解企业的现金流压力。另一方面，工业软件企业收入更加具有持续性，促进企业的稳健发展，如果客户订阅时间较长，订阅收入将超过一次性购买的收入。在订阅模式下，更多客户，特别是中小企业客户，能够负担得起工业软件，这将帮助企业更好地应对廉价替代品的竞争。订阅模式还增加了企业定价策略的灵活性，如按功能定价、按使用时间定价等，为业务拓展提供更多可能。

3 工业软件市场竞争格局

3.1 全球市场竞争格局

目前，全球工业软件产业已形成较为稳定的市场格局，产业规模稳定增长。2020年全球产业规模估计为4358亿美元，2015-2020年五年复合增长率约为5.3%（如图1所示）。

图1 2012-2020年全球工业软件产业规模及增长率

各细分领域的头部企业已形成较为坚固的竞争壁垒。在产品研发设计软件领域，欧美巨头基本形成了垄断态势，CAD设计软件由Autodesk、PTC、达索系统、西门子等企业主导，CAE仿真软件几乎被ANSYS、ALTAIR、NASTRAN垄断，EDA芯片设计软件由Synopsys、Cadence、Mentor Graphics（2016年被西门子收购）三巨头引领市场。在生产控制软件领域，传统工业巨头占据领先优势，西门子、施耐德、罗克韦尔等处于行业龙头地位。在业务管理软件领域，产品比较成熟，市场竞争更加激烈，市场集中度明显低于其他两类工业软件，这一市场由SAP、Oracle领跑，Workday、Infor、Sage等位于第二梯队。

短期内工业软件巨头很难被追赶和超越。一方面，大型头部企业加快收购步伐，不断拓展产品线，构建产品生态，打造从研发设计到生产控制再到业务管理的全产业链、一体化产品体系，提高了客户的依赖程度。另一方面，巨头企业掌握着自主核心技术知识产权，且每年仍在持续投入巨额研发经费，这也提高了全行业的进入门槛。

3.2 中国市场竞争格局

近年来，我国工业软件市场发展较快，国内供应商竞争力有所提升，自主可控的工业软件产品不断涌现。产业规模增速明显高于全球平均水平。2020年我国产业规模估计为1974亿元，2015-2020年五年复合增长率约为12.8%（如图2所示）。

图2 2012-2020年我国工业软件产业规模及增长率

但同时也要看到，我国工业软件产业规模与工业规模高度不匹配。我国已形成了独立完整的现代工业体系，是全世界唯一拥有联合国产业分类中所列全部工业门类的国家。根据世界银行数据，2020年，我国工业增加值在全球占比约为25%，工业软件产业规模在全球仅占7%左右。

在技术上，尽管我国工业软件产品的少量技术取得突破性进展，但大量关键核心技术仍旧缺失，特别是产品研发设计类软件，内核高度依赖进口，主要面向中低端市场进行二次开发。在产业上，工业软件企业与工业企业产用脱节，产业链不成熟，工业企业认为国内工业软件无法满足生产需求而不愿使用，国内工业软件产品无法在实际使用场景中得到迭代优化，更加无法为工业企业提供支持。

当前，我国工业软件市场整体呈现出“管理软件强，工程软件弱，低端软件多，高端软件少”的特点。

在产品研发设计软件领域，除军工、航天等个别垂直领域外，高端研发设计软件是我国工业数字化转型的一大痛点，软件算法、机理和性能成为“卡脖子”难题。国产软件产品工业机理模型简单，对先进工艺支撑能力弱，无法满足高端客户的复杂场景需求。目前，我国绝大多数研发设计软件依赖进口，CAD、CAE、EDA等国内细分市场中，九成以上的市场份额均被欧美龙头企业占据。

在生产控制软件领域，国内供应商将复杂的生产工艺和工业机理封装成软件产品的能力有限，主要满足的是生产链条中某个环节的需求，无法提供全系统、全流程、体系化的一站式解决方案。国际巨头在国内市场上的综合竞争力仍旧有明显优势，但在钢铁冶金、石油化工等部分垂直行业中，宝信软件、石化盈科等厂商常年深耕，正在逐渐向高端市场切入。

在业务管理软件领域，我国已有较为成熟的软件产品，ERP等传统软件的竞争格局较为稳定，用友、金蝶等国内供应商占据了主要市场，特别是中小企业用户市场，但高端用户仍以国外产品为主，且国内供应商的客户绝大多数分布于中国大陆，在产品和技术海外输出方面无法与国际巨头竞争。

4 我国工业软件产业的发展机遇

当前，我国工业软件产业迎来了重要的战略机遇期。

首先，美国对我国高科技产业的技术封锁持续加剧，多家中国公司和机构被列入“实体清单”，以EDA为代表的研发软件和以MATLAB为代表的工程软件先后被禁用，中美贸易摩擦带来的外部压力倒逼工业软件国产化替代加速，构建自主可控、安全可靠的国产工业软件产业体系势在必行。

其次，国家层面高度重视，近年发布多项政策支持国产工业软件发展。2020年8月，国务院发布《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，要求聚焦集成电路设计工具、基础软件、工业软件、应用软件的关键核心技术研发。2021年7月，工信部、科技部等六部委联合发布《关于加快培育发展制造业优质企业的指导意见》，要求推动产业数字化发展，大力推动自主可控工业软件推广应用，提高企业软件化水平。

再有，我国正在由“制造大国”向“智造强国”转变，产业数字化、网络化、智能化转型升级不断加速，工业企业技术赋能需求迫切，新冠疫情这一突发事件助推工业生产方式的变革，作为促进实体经济增长的新动能，工业软件等新一代信息技术具有广阔的市场空间。

最后，工业软件上云已成必然趋势，原先的单机产品需要重建整体架构，工业APP等轻量化产品的发展也建立在传统大型工业软件解耦的基础上，工业软件产品面临的这些重大调整和改变，在一定程度上削弱了海外巨头构筑的竞争优势，为国内供应商的加速追赶甚至是弯道超车提供了宝贵机会。

5 结束语

在研判了工业软件的技术趋势和市场格局后，本文尝试提出我国工业软件产业未来几年发展的主线——深入推进工业软件供给侧结构性改革，打造龙头供应商，培育产业核心竞争力。

在政府层面，中央和国家机关应当建立切实可行的长期总体规划，为工业软件产业发展指明方向，各级政府应当根据地方发展实际，积极利用政策工具落实中央规划，充分调动企业积极性，持续提供良好的政策和制度保障。

在工业软件企业层面，一方面要坚定自主创新，加大研发投入，深入研究工业机理模型，加强与需求方的沟通合作，建立快速迭代优化机制，提供高质量的工业软件产品以建立竞争优势；另一方面要延伸企业布局，尝试通过并购优质标的实现技术补充或市场拓展，与自身产品和业务进行有效整合，增强自身实力。

在高校、联盟等社会机构层面，应当重视工业软件人才的体系化培养，为市场储备优质劳动力资源；加快科研成果转化，支持新兴技术产业化落地；促进产研融合和供需对接，培育良好产业生态。