□ 文 云夢妍 賈 斐

0 引言

隨著制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化變革的加快和深入，工業(yè)軟件的戰(zhàn)略意義愈加凸顯?！笆奈濉逼陂g，工信部在關鍵基礎材料、基礎零部件（元器件）、先進基礎工業(yè)、產(chǎn)業(yè)技術基礎等傳統(tǒng)工業(yè)“四基”的基礎上，又追加了工業(yè)基礎軟件，構成了產(chǎn)業(yè)基礎再造工程的“新五基”。因此，有必要把握工業(yè)軟件的特征和發(fā)展趨勢，研判工業(yè)軟件市場競爭格局，找到我國工業(yè)軟件發(fā)展的機遇與路徑。

1 工業(yè)軟件分類與特征

1.1 工業(yè)軟件分類

工業(yè)軟件為智能制造提供了關鍵支撐，可以說是現(xiàn)代工業(yè)的“大腦”和“靈魂”。工業(yè)軟件是工業(yè)技術軟件化的產(chǎn)物，本質(zhì)是將工業(yè)技術和經(jīng)驗知識以軟件工具的形式封裝和沉淀下來，以解決工業(yè)場景下的特定問題。

工信部在《軟件和信息技術服務業(yè)統(tǒng)計調(diào)查制度》中將工業(yè)軟件劃分為產(chǎn)品研發(fā)設計類軟件、生產(chǎn)控制類軟件和業(yè)務管理類軟件。其中，產(chǎn)品研發(fā)設計類軟件用于提升企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)工作領域的能力和效率，包括3D虛擬仿真系統(tǒng)、計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助制造（CAM）等；生產(chǎn)控制類軟件用于提高制造過程中的管控水平，改善生產(chǎn)設備的效率和利用率，包括工業(yè)控制系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、先進控制系統(tǒng)（APC）等；業(yè)務管理類軟件用于提升企業(yè)的管理治理水平和運營效率，包括企業(yè)資源計劃（ERP）、供應鏈管理（SCM）、客戶關系管理（CRM）等。

1.2 工業(yè)軟件特征

工業(yè)軟件賦能工業(yè)轉型升級。一方面，工業(yè)軟件通過數(shù)字化手段變革了生產(chǎn)方式，促進了生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的提升，是支撐工業(yè)新舊動能轉換的關鍵要素；另一方面，工業(yè)軟件將分散在技術人員頭腦中的知識和經(jīng)驗予以固化和傳承，大大推動了工業(yè)技術知識的復用與重構，筑牢工業(yè)生產(chǎn)基礎。工業(yè)軟件具有不同于一般應用軟件的特征。

1.2.1 工業(yè)軟件技術門檻高，需要大量綜合知識與經(jīng)驗

工業(yè)軟件具有高度的技術復雜性。幾何建模引擎、約束求解器等關鍵核心算法難度極大，模型的優(yōu)化需要海量生產(chǎn)和運行數(shù)據(jù)作基礎，這些都建立在長期實踐和積累的基礎之上。渲染組件、人機交互等前端技術也對工業(yè)軟件的可用性有重要影響。此外，開發(fā)工業(yè)軟件不僅需要軟件技能，還需要數(shù)學、物理學、機械工程等眾多學科的專業(yè)知識，需要對制造工藝和工業(yè)機理有深刻的理解。這些都構成了工業(yè)軟件領域的技術壁壘。

1.2.2 工業(yè)軟件根植于工業(yè)領域的實際需求，需要與工業(yè)企業(yè)深度互動

工業(yè)軟件是應用驅(qū)動的產(chǎn)品，與工業(yè)企業(yè)聯(lián)系非常緊密。工業(yè)企業(yè)在深度應用工業(yè)軟件的過程中，對其中的功能和機理提出改進建議，協(xié)助工業(yè)軟件快速優(yōu)化迭代，進而更好地支撐工業(yè)生產(chǎn)和運營。工業(yè)技術的發(fā)展與工業(yè)軟件的成長是相輔相成、相互促進的，工業(yè)軟件企業(yè)與工業(yè)企業(yè)良性互動機制是雙贏的基礎。

1.2.3 工業(yè)軟件研發(fā)周期長，投入大

工業(yè)軟件研發(fā)需要多領域知識，對可靠性要求高，體系也遠比一般應用軟件復雜，研發(fā)難度大，研發(fā)周期長，版本迭代速度慢。據(jù)估計，一般大型工業(yè)軟件的研發(fā)周期需要3-5年的時間，要被市場認可則需要10年左右。另外，工業(yè)軟件企業(yè)需要很大研發(fā)投入。2020財年，全球計算機輔助工程頂尖企業(yè)ANSYS研發(fā)投入3.55億美元，在營業(yè)收入中占比21.1%；電子設計自動化（EDA）龍頭廠商Synopsys研發(fā)投入12.79億美元，在營業(yè)收入中占比34.7%。

1.2.4 工業(yè)軟件通用性較低，規(guī)模效益較小

工業(yè)軟件客戶行業(yè)差異大，需求多種多樣，很難通過通用的標準化產(chǎn)品解決所有問題，常常需要針對不同工業(yè)場景進行定制或二次開發(fā)。專用的工業(yè)軟件往往適用于某個細分行業(yè)或特定場合，不具備普適性，市場空間有限，難以形成規(guī)模效益。還有部分工業(yè)巨頭會根據(jù)項目需求自行開發(fā)“in house（自用）”軟件，并不會商業(yè)化推廣。例如波音787整個研制過程用到8000多種軟件，其中只有不到1000種是常見的商業(yè)化軟件，其余7000多種軟件都是波音公司經(jīng)過多年經(jīng)驗積累自行開發(fā)的私有（自用）軟件。

2 工業(yè)軟件發(fā)展新趨勢

云計算、人工智能等新技術的興起帶來了工業(yè)軟件的不斷創(chuàng)新與重構，工業(yè)軟件已進入技術變革的新時代，在產(chǎn)品、開發(fā)、部署和商業(yè)模式等方面，都呈現(xiàn)出新的趨勢。

2.1 在產(chǎn)品模式上，工業(yè)軟件正在由單一、孤島式的產(chǎn)品向一體化和集成化轉變

工業(yè)軟件企業(yè)通過集成強關聯(lián)的軟件產(chǎn)品，加強軟件間協(xié)作，為客戶提供全流程的一體化解決方案，能夠有效增強客戶黏性，擴大品牌效應，提升制造業(yè)全價值鏈效率。CAD、CAE、CAM的集成有助于企業(yè)推進設計制造仿真一體化，優(yōu)化生產(chǎn)流程；ERP、SCM、CRM的集成則能夠幫助企業(yè)提高管理水平，降低運營成本。此外，工業(yè)軟件正在朝著輕量化的方向演進，部分大型工業(yè)軟件在加速解構，工業(yè)APP等新型架構的工業(yè)軟件不斷涌現(xiàn)。

2.2 在開發(fā)模式上，工業(yè)軟件開發(fā)逐漸向組件化、模塊化的方式轉變

“松耦合”的微服務架構通過應用和功能拆分，幫助工業(yè)軟件企業(yè)進行敏捷開發(fā)和靈活維護。工業(yè)軟件開發(fā)環(huán)境更加開源和開放，為軟件功能拓展和二次開發(fā)奠定基礎，依托云平臺，產(chǎn)業(yè)鏈各主體都能夠參與到開發(fā)過程中，實現(xiàn)工業(yè)軟件協(xié)同開發(fā)。另外，低代碼開發(fā)技術的成熟有望降低工業(yè)軟件的開發(fā)門檻，通過可視化的方式，使大量企業(yè)，特別是中小企業(yè)能夠加入到開發(fā)和應用工業(yè)軟件的過程中，助力企業(yè)數(shù)字化轉型。

2.3 在部署模式上，工業(yè)軟件向云端遷移的步伐明顯加快

工業(yè)軟件從最初部署于企業(yè)內(nèi)部，逐漸轉向在私有云、公有云或混合云上部署、更新和維護。這種部署模式顯著減少了工業(yè)企業(yè)的基礎設施投資和運維成本，降低企業(yè)數(shù)字化轉型的門檻。特別是對有多個生產(chǎn)地點的企業(yè)客戶而言，本地部署無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，部署在云端的工業(yè)軟件能夠幫助企業(yè)匯集、處理和共享多地數(shù)據(jù)，滿足企業(yè)剛性需求。同時，云轉型也使工業(yè)軟件企業(yè)能夠更便捷地為客戶提供更新維護服務，優(yōu)化客戶體驗，增強客戶黏性。

2.4 在商業(yè)模式上，工業(yè)軟件云端遷移推動了商業(yè)模式由一次性購買向訂閱模式轉變

訂閱模式打開了工業(yè)企業(yè)和工業(yè)軟件企業(yè)雙贏的新局面。一方面，工業(yè)企業(yè)將一次性的大額資本性支出轉為了長期的訂閱支出，緩解企業(yè)的現(xiàn)金流壓力。另一方面，工業(yè)軟件企業(yè)收入更加具有持續(xù)性，促進企業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展，如果客戶訂閱時間較長，訂閱收入將超過一次性購買的收入。在訂閱模式下，更多客戶，特別是中小企業(yè)客戶，能夠負擔得起工業(yè)軟件，這將幫助企業(yè)更好地應對廉價替代品的競爭。訂閱模式還增加了企業(yè)定價策略的靈活性，如按功能定價、按使用時間定價等，為業(yè)務拓展提供更多可能。

3 工業(yè)軟件市場競爭格局

3.1 全球市場競爭格局

目前，全球工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)已形成較為穩(wěn)定的市場格局，產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)定增長。2020年全球產(chǎn)業(yè)規(guī)模估計為4358億美元，2015-2020年五年復合增長率約為5.3%（如圖1所示）。

圖1 2012-2020年全球工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模及增長率

各細分領域的頭部企業(yè)已形成較為堅固的競爭壁壘。在產(chǎn)品研發(fā)設計軟件領域，歐美巨頭基本形成了壟斷態(tài)勢，CAD設計軟件由Autodesk、PTC、達索系統(tǒng)、西門子等企業(yè)主導，CAE仿真軟件幾乎被ANSYS、ALTAIR、NASTRAN壟斷，EDA芯片設計軟件由Synopsys、Cadence、Mentor Graphics（2016年被西門子收購）三巨頭引領市場。在生產(chǎn)控制軟件領域，傳統(tǒng)工業(yè)巨頭占據(jù)領先優(yōu)勢，西門子、施耐德、羅克韋爾等處于行業(yè)龍頭地位。在業(yè)務管理軟件領域，產(chǎn)品比較成熟，市場競爭更加激烈，市場集中度明顯低于其他兩類工業(yè)軟件，這一市場由SAP、Oracle領跑，Workday、Infor、Sage等位于第二梯隊。

短期內(nèi)工業(yè)軟件巨頭很難被追趕和超越。一方面，大型頭部企業(yè)加快收購步伐，不斷拓展產(chǎn)品線，構建產(chǎn)品生態(tài)，打造從研發(fā)設計到生產(chǎn)控制再到業(yè)務管理的全產(chǎn)業(yè)鏈、一體化產(chǎn)品體系，提高了客戶的依賴程度。另一方面，巨頭企業(yè)掌握著自主核心技術知識產(chǎn)權，且每年仍在持續(xù)投入巨額研發(fā)經(jīng)費，這也提高了全行業(yè)的進入門檻。

3.2 中國市場競爭格局

近年來，我國工業(yè)軟件市場發(fā)展較快，國內(nèi)供應商競爭力有所提升，自主可控的工業(yè)軟件產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。產(chǎn)業(yè)規(guī)模增速明顯高于全球平均水平。2020年我國產(chǎn)業(yè)規(guī)模估計為1974億元，2015-2020年五年復合增長率約為12.8%（如圖2所示）。

圖2 2012-2020年我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模及增長率

但同時也要看到，我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模與工業(yè)規(guī)模高度不匹配。我國已形成了獨立完整的現(xiàn)代工業(yè)體系，是全世界唯一擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類中所列全部工業(yè)門類的國家。根據(jù)世界銀行數(shù)據(jù)，2020年，我國工業(yè)增加值在全球占比約為25%，工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模在全球僅占7%左右。

在技術上，盡管我國工業(yè)軟件產(chǎn)品的少量技術取得突破性進展，但大量關鍵核心技術仍舊缺失，特別是產(chǎn)品研發(fā)設計類軟件，內(nèi)核高度依賴進口，主要面向中低端市場進行二次開發(fā)。在產(chǎn)業(yè)上，工業(yè)軟件企業(yè)與工業(yè)企業(yè)產(chǎn)用脫節(jié)，產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，工業(yè)企業(yè)認為國內(nèi)工業(yè)軟件無法滿足生產(chǎn)需求而不愿使用，國內(nèi)工業(yè)軟件產(chǎn)品無法在實際使用場景中得到迭代優(yōu)化，更加無法為工業(yè)企業(yè)提供支持。

當前，我國工業(yè)軟件市場整體呈現(xiàn)出“管理軟件強，工程軟件弱，低端軟件多，高端軟件少”的特點。

在產(chǎn)品研發(fā)設計軟件領域，除軍工、航天等個別垂直領域外，高端研發(fā)設計軟件是我國工業(yè)數(shù)字化轉型的一大痛點，軟件算法、機理和性能成為“卡脖子”難題。國產(chǎn)軟件產(chǎn)品工業(yè)機理模型簡單，對先進工藝支撐能力弱，無法滿足高端客戶的復雜場景需求。目前，我國絕大多數(shù)研發(fā)設計軟件依賴進口，CAD、CAE、EDA等國內(nèi)細分市場中，九成以上的市場份額均被歐美龍頭企業(yè)占據(jù)。

在生產(chǎn)控制軟件領域，國內(nèi)供應商將復雜的生產(chǎn)工藝和工業(yè)機理封裝成軟件產(chǎn)品的能力有限，主要滿足的是生產(chǎn)鏈條中某個環(huán)節(jié)的需求，無法提供全系統(tǒng)、全流程、體系化的一站式解決方案。國際巨頭在國內(nèi)市場上的綜合競爭力仍舊有明顯優(yōu)勢，但在鋼鐵冶金、石油化工等部分垂直行業(yè)中，寶信軟件、石化盈科等廠商常年深耕，正在逐漸向高端市場切入。

在業(yè)務管理軟件領域，我國已有較為成熟的軟件產(chǎn)品，ERP等傳統(tǒng)軟件的競爭格局較為穩(wěn)定，用友、金蝶等國內(nèi)供應商占據(jù)了主要市場，特別是中小企業(yè)用戶市場，但高端用戶仍以國外產(chǎn)品為主，且國內(nèi)供應商的客戶絕大多數(shù)分布于中國大陸，在產(chǎn)品和技術海外輸出方面無法與國際巨頭競爭。

4 我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機遇

當前，我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)迎來了重要的戰(zhàn)略機遇期。

首先，美國對我國高科技產(chǎn)業(yè)的技術封鎖持續(xù)加劇，多家中國公司和機構被列入“實體清單”，以EDA為代表的研發(fā)軟件和以MATLAB為代表的工程軟件先后被禁用，中美貿(mào)易摩擦帶來的外部壓力倒逼工業(yè)軟件國產(chǎn)化替代加速，構建自主可控、安全可靠的國產(chǎn)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)體系勢在必行。

其次，國家層面高度重視，近年發(fā)布多項政策支持國產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展。2020年8月，國務院發(fā)布《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，要求聚焦集成電路設計工具、基礎軟件、工業(yè)軟件、應用軟件的關鍵核心技術研發(fā)。2021年7月，工信部、科技部等六部委聯(lián)合發(fā)布《關于加快培育發(fā)展制造業(yè)優(yōu)質(zhì)企業(yè)的指導意見》，要求推動產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展，大力推動自主可控工業(yè)軟件推廣應用，提高企業(yè)軟件化水平。

再有，我國正在由“制造大國”向“智造強國”轉變，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉型升級不斷加速，工業(yè)企業(yè)技術賦能需求迫切，新冠疫情這一突發(fā)事件助推工業(yè)生產(chǎn)方式的變革，作為促進實體經(jīng)濟增長的新動能，工業(yè)軟件等新一代信息技術具有廣闊的市場空間。

最后，工業(yè)軟件上云已成必然趨勢，原先的單機產(chǎn)品需要重建整體架構，工業(yè)APP等輕量化產(chǎn)品的發(fā)展也建立在傳統(tǒng)大型工業(yè)軟件解耦的基礎上，工業(yè)軟件產(chǎn)品面臨的這些重大調(diào)整和改變，在一定程度上削弱了海外巨頭構筑的競爭優(yōu)勢，為國內(nèi)供應商的加速追趕甚至是彎道超車提供了寶貴機會。

5 結束語

在研判了工業(yè)軟件的技術趨勢和市場格局后，本文嘗試提出我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)未來幾年發(fā)展的主線——深入推進工業(yè)軟件供給側結構性改革，打造龍頭供應商，培育產(chǎn)業(yè)核心競爭力。

在政府層面，中央和國家機關應當建立切實可行的長期總體規(guī)劃，為工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明方向，各級政府應當根據(jù)地方發(fā)展實際，積極利用政策工具落實中央規(guī)劃，充分調(diào)動企業(yè)積極性，持續(xù)提供良好的政策和制度保障。

在工業(yè)軟件企業(yè)層面，一方面要堅定自主創(chuàng)新，加大研發(fā)投入，深入研究工業(yè)機理模型，加強與需求方的溝通合作，建立快速迭代優(yōu)化機制，提供高質(zhì)量的工業(yè)軟件產(chǎn)品以建立競爭優(yōu)勢；另一方面要延伸企業(yè)布局，嘗試通過并購優(yōu)質(zhì)標的實現(xiàn)技術補充或市場拓展，與自身產(chǎn)品和業(yè)務進行有效整合，增強自身實力。

在高校、聯(lián)盟等社會機構層面，應當重視工業(yè)軟件人才的體系化培養(yǎng)，為市場儲備優(yōu)質(zhì)勞動力資源；加快科研成果轉化，支持新興技術產(chǎn)業(yè)化落地；促進產(chǎn)研融合和供需對接，培育良好產(chǎn)業(yè)生態(tài)。