1 工业软件概述

1.1 工业软件定义与特点

1.1.1 工业软件的定义与判断

• 简明定义：
  工业软件是工业技术 / 知识、流程的程序化封装与复用。
• 全面描述：
  工业软件是工业技术/知识、流程的程序化封装与复用，能够在数字空间和物理空间定义工业产品和生产设备的形状、结构，控制其运动状态，预测其变化规律，优化制造和管理流程，变革生产方式，提升全要素生产率，是现代工业的“灵魂”。
• 判断工业软件两点依据：
  一是实际内容——软件中的技术/知识以工业内容为主；
  二是最终作用——软件直接为工业过程和产品增值。

1.1.2 工业软件的基本特征

1 工业软件是工业技术和知识的容器

工业软件是工业技术/知识和信息技术的结合体，其中工业技术/知识包含工业领域知识、行业知识、专业知识、工业机理模型、数据分析模型、标准和规范、最佳工艺参数等， 是工业软件的基本内涵，图形引擎、约束求解器、图形交互技术、工业知识库、算法库、模型库、过程开发语言、编译器、测试环境等，虽然单独评估大多不具有工业属性，但是 却都是构建工业软件必不可少的数字底座和有机组成部分， 都在各自的角色上发扬光大工业软件的作用。无论上述的哪 一种技术内容，都关系到工业软件本身的自主与可控。相关 内容将在《工业知识工程白皮书（2021）》中具体展开。
没有丰富的工业技术/知识和经验积累，对于只掌握计算 机专业知识的工程师，难以设计出先进的工业软件。工业软件是工业技术/知识的最佳“容器”，其源于工业领域的真实需求，是对工业领域研发、工艺、装配、管理等工业技术/ 知识的积累、沉淀与高度凝练。工业软件可以极大增强工业 技术/知识的可复用性，有效提升和放大工业经济的规模效益。

2 工业软件是对模型的高效最优复用

模型是软件的生命力所在，没有模型就没有软件。模型来源于工业实践过程，来源于具体的工业场景，是对客观现实事物的某些特征与内在联系所作的一种模拟或抽象。模型由与其所分析问题有关的因素构成，体现了各有关因素之间 的关系。工业软件的核心优势是对模型的最优复用。工业软 件常用模型为机理模型和数据分析模型。一般来说，机理模型是根据对象、生产过程的内部机制或者物质流的传递机理 建立起来的精确数学模型。机理模型表达明确的因果关系，是工业软件中最常用的模型。数据分析模型是在大数据分析中通过降维、聚类、回归、关联等方式建立起来的逼近拟合模型。数据分析模型表达明确的相关关系，在大数据智能兴起之后，也经常以人工智能算法的形式被用于工业软件之中。
本白皮书对模型的理解是：机理并不保证对错，而是为 了有用。通过自学习，在特定场景下，数据分析模型通常也能达到可用状态。能用线性模型解决问题的，就不要用非线 性模型；能用简单模型解决问题的，就不要用复杂模型；能 用机理模型解决问题的，就不要用数据分析模型。机理模型 与数据分析模型相互融合是一个发展趋势。

3 工业软件与工业发展息息相关

源于工业，用于工业，优于工业，工业软件从来都带有 天然的工业基因，与工业密不可分。

• 工业软件源于工业需求。
• 工业软件用于工业场景。
• 工业软件优于工业打磨。

4 工业软件是现代化工业水平的体现

5 工业软件是先进软件技术的融合

工业软件不仅仅是先进工业技术的集中展现，更是各种先进软件技术的交汇融合。无论是软件工程、软件架构、开发技巧、开发环境，还是前面提到的图形引擎、约束求解器、 图形交互技术、知识库、算法库、模型库、过程开发语言、编译器、测试环境乃至硬件等，都会加速工业软件发展。半个多世纪以来，每当软件工程领域取得技术进展，都会迅速 地吸收、融汇到工业软件中。以工业软件的人机图形交互界 面（GUI）为例，早期人机交互界面采用“借用屏幕（如阿 波罗工作站）”模式，一旦进入软件交互界面就无法执行其 它操作，但是多窗口技术出现后，迅速发展成为多窗口交互 技术；Web 技术发展成熟后，工业软件则随即从 C/S 部署发展到 B/S 部署；在今天云计算成熟后，又从 B/S 迅速发展到基于云的订阅式工业软件（如云 CAD 等）。算力对工业软件的支撑效果也是非常显著的，尤其是芯片计算速度提高 后，或者多主机高性能并行计算技术成熟后，过去 CAE 软件需要漫长等待的复杂仿真计算问题，伴随着算力的极速提 升而得到了解决。

6 工业软件研发时间长，成本高，成功难复制

工业软件研发不同于一般意义的软件，研发难度大、体 系设计复杂、技术门槛高、硬件条件开销大、复合型研发人 才紧缺、对可靠性要求较高，导致研发周期长、研发迭代速 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。此外，工业软件的研发投入非常高，全球最大的 CAE 厂商 ANSYS 每年的研发投入在 20 亿人民币左右，超高额的研发投入构成了较高的行业壁垒，短时间内工业软件巨头很难被超越。另一个不得 不承认的事实是，工业软件的成功经验很难复制，并不是有 了足够的研发经费就可以复制某个工业软件巨头的成功过 程。如何打破工业软件的现有固化格局，在激烈的市场竞争中能够活下来，冲出去，不仅需要过五关斩六将的高超武艺， 不仅需要口袋里有足够资金，还需要把握十年不遇、转瞬即逝的市场机会和一点点运气。

7 工业软件领域强者愈强、赢者通吃

8 工业软件对可靠性和安全性要求极高

工业软件作为现代工业技术和 ICT 相互融合的成果，对于推动工业产品创新发展、确保产业安全、提升国家整体技 术和综合实力，起着至关重要的作用。工业软件的每一行代 码，在一套软件几百万、几千万行代码的程序海洋中，也许微不足道，但是软件的特点决定了，恰恰是一行代码的错误， 就可能因为马太效应，导致整个软件的运行结果错误，进而造成软件失效，系统宕机，甚至是某种运行装备的停工停产。 因此，工业软件作为生产力工具服务于工业产品的研制和运行，在功能、性能效率、可靠性、安全性和兼容性等方面有着极高的要求。合格的工业软件产品应具备功能正确、性能效率高、可靠性强、数据互联互通等特点。因此，为研发合格工业软件产品，需要针对工业软件研制全生命周期构建测试验证体系，确保工业软件产品的质量水平。
首先，工业软件作为软件产品，在工业软件研发过程中需进行“单元测试”、“部件测试”、“配置项测试”和“系统测试”，对工业软件的功能、性能效率、可靠性、安全性、兼容性、维护性等质量特性进行测试，验证各阶段成果是否符合阶段研制需求，减少软件故障、安全漏洞等软件缺陷； 其次，工业软件来源并聚集于工业需求开发，“工业属性” 是必须保证的最重要属性，必须对工业软件进行“工程化应用验证”，即在实际工业应用场景中对工业软件的功能、性能效率、可靠性等进行系统性的测试，从而验证工业软件是否符合用户需求，确保工业软件产品可用、好用，特别是在一些极端条件下确保软件稳定运行或者安全退出运行。

1.2 工业软件的重要性

1.2.1 工业软件赋能工业发展

工业软件对工业的发展具有极其重要的技术赋能、杠杆放大与行业带动作用。
长期以来工业软件对工业产值的杠杆放大与行业带动作用一直是一个模糊不清、难以统计的数字。本白皮书仅以类比数据和业界估算数据来说明工业软件对工业发展的巨大的杠杆放大与行业带动作用。
类比 1：产品设计阶段的成本仅仅占整个产品开发投入成本的 5%，但是产品设计决定了 75%的产品成本。以研发类工业软件（例如 CAX）来说，可以帮助我们在产品设计阶段从源头控制产品成本，该类比可以引申为研发类工业软件 对最终产品成本有着 15 倍的杠杆效应。
类比 2：在软件开发全过程中，如果在需求收集阶段修复一个所发现的缺陷需花费 1 美元，那么，在设计阶段修复该缺陷则需花费 2 美元。以此类推，如果直至产品投入使用后才发现该缺陷，修复所需的费用则将暴涨至 69 美元。该类比说明，有了软件开发工具的辅助，在产品设计阶段花费 2 美元，即可从源头消灭软件缺陷，可以引申为研发类工业软件对最终产品质量有着近 35 倍的杠杆效应。
综上，在产品研发的早期阶段采用工业软件即可以对最 终产品的成本和质量有着 15-35 倍的杠杆效应，考虑到在产品全生命周期、订单全生命周期和工厂全生命周期中，工业 软件都有几倍到几十倍的杠杆效应。因此，我们可以较为保 守地认为，工业软件对工业产品至少有 10 倍的杠杆放大和行业带动作用。

1.2.2 工业软件赋智工业产品

工业软件对于工业品价值提升有着重要影响，不仅仅是 因为产品研发、生产等软件可以有效地提高工业品的质量和降低成本，更因为软件已经作为“软零件”“软装备”嵌入了众多的工业品之中。前已述及，软件是工业技术/知识的容器，而知识来源于人脑，是人的智力思考过程与内容的结晶。 因此，软件作为一个“大脑”而为其所嵌入的人造系统赋智——从机器、产线、汽车、船舶、飞机等大型工业产品，到 手机、血压计、测温枪、智能水杯等小型工业品，其中都内 置了大量的软件。当前，一辆普通轿车的电子控制单元（Electronic Control Units，ECUs，ECU）数量多达 70-80 个， 代码约几千万行，软件的价值在高端轿车中占整车价值的50%以上，代码超过 1 亿行，其复杂度已超过 Linux 系统内核。如特斯拉新能源电动车中软件价值占整车价值的 60%， 目前轿车中软件代码增速远远高于其他人造系统。未来几年车载软件代码行数有可能突破 10 亿，发展趋势如图 1 所示。

图 1 轿车车载软件代码发展趋势
目前的工业品发展规律是，在常规物理产品中嵌入了工 业软件之后，不仅可以有效地提升该产品的智能程度，也有 效提高其产品附加值。而且，往往是代码数量越多，该产品 的智能程度和附加值就越高。

1.2.3 工业软件创新工业产品

发展工业软件是复杂产品研发创新之必需。今天产品的 结构复杂程度、技术复杂程度以及产品更新换代的迭代速 度，如果离开各类工业软件的辅助支撑，仅仅依靠人力已经 是不可能实现的研发任务。诸如飞机、高铁、卫星、火箭、 汽车、手机、核电站等复杂工业品，研发方式已经从“图纸+样件”的传统方式转型到完全基于研发设计类工业软件的全数字化“定义产品”的阶段。以飞机研制为例，由于采用了“数字样机”技术，设计周期由常规的 2.5 年缩短到 1 年， 减少设计返工 40% ， 制造过程中工程更改单由常规的5000~6000 张减少到 1081 张，工装准备周期与设计同步，确保了飞机的研制进度。近些年，“数字样机”技术已经发展成为数字孪生技术。基于工业软件所形成的数字孪生技术， 企业在开发新产品时，可以事先做好数字孪生体，以较低成本，在数字孪生体上预先做待开发产品的各种数字体验，直到在数字空间中把生产、装配、使用、维护等各阶段的产品状态都调整和验证到最佳状态，再将数字产品投产为物理产品，一次把产品做好做优。基于数字孪生的数字体验是对工业技术的极其重要的贡献与补充，是产品创新的崭新技术手段。

1.2.4 工业软件促进企业转型

1.2.5 工业软件推动信创发展

工业软件凝聚了最先进的工业研发、设计、管理的理念、 知识、方法和工具。国外厂商为维护国际竞争地位，主要对外出售固化了上一代甚至上几代技术和数据的工业软件，甚至采取禁售或者“禁运”关键软件模块等手段进行技术保护。 例如，MATLAB 软件作为全球工业自动化控制系统设计仿真、信号通信和图像处理的标准软件，目前已经形成国际性科学与工程通用开发软件。2020 年 6 月，美国通过实体清单禁止我国部分企业和高校使用 MATLAB 软件，严重影响了我国某些企业的技术开发和某些高校的人才培养。工业软件应用于工业生产经营过程，计算、记录并存储工业活动所产生的数据，工业软件的可控程度直接影响工业数据安全。随着云计算等新一代信息技术的发展，一些国外软件巨头提供订阅式工业软件，用户在应用平台产生的数据存储在云端服务器上，随时可掌握用户关键工程领域核心数据、知识产权信息、产品生产制造等商业信息。随着国际形势变化，我国企业在使用国外软件时将会面临较大的数据泄露风险，存在 极大的数据安全隐患。因此，发展自主工业软件是实现信创 的重要举措。

1.3 工业软件的基础与分类

1.3.1 传统与新型架构碰撞与共存

近几年，工业互联网发展迅猛。工业互联网平台上也出 现了一些诸如工业 APP 之类的新型工业软件。传统架 构工业软件基于单机或局域网本地部署，遵从 ISA95 的五层体系，软件采用紧耦合单体化架构，软件功能颗粒度较大同 时功能综合且强大。新型架构工业软件往往是基于 Web 或云端部署，从五层体系渐变为扁平化体系，松耦合多体化微服 务架构，软件功能颗粒度较小同时功能简明或单一。
目前部署在工业互联网平台上的工业 APP 或云架构软件，目前普遍采用了微服务架构。微服务是一种已经在 IT 领域存在多年的系统架构，但是用在工业 APP 或云架构软件中属于新应用。微服务有很多好处，每个微服务功能相对独 立，低耦合，易于实现系统功能的组件化和服务化，组件化 指独立出来的组件可以单独部署、维护和升级而不会影响到 其他组件，服务化指松耦合的以服务为中心的服务化架构。 组件化和服务化有利于提高软件系统的易维护性和促进软 件向云迁移。例如在云 CAD 软件中，诸如服务注册中心、应用服务器、调度服务器、建模服务器等可以用微服务实现 组件化和服务化。但是在工业 APP 和云化软件的开发实践中，不少工业软件企业的架构师发现，微服务强调的功能独 立、低耦合，也有可能把经典架构下的简单问题复杂化，提高了系统设计与开发的难度：一是并不是所有的传统架构软件功能都能直接转化为微服务。例如在 CAD 的云化过程中，诸如投影、装配等算法可以用微服务，但是最基本的造型操 作还不能用微服务；二是工业的业务过程是比较复杂的，例 如计划排程、生产执行、质量检验、仓储管理、物流执行、设备维护等这些服务没办法单独部署和运行，许多模块之间 存在双向的集成和协同，这与微服务之间尽量解耦、单向依 赖是有冲突的。因此，一味地强调全部使用微服务，有可能 又会增加系统复杂度，让服务调用关系变得错综复杂。有专 家称“微服务架构是一把双刃剑”。因此，在一个云架构软 件中，哪些功能用微服务，哪些暂不使用，怎样才能在用和 不用之间匹配出来最好的系统效率，是需要斟酌和平衡的问 题。
仔细考察当今的工业软件市场，无论是传统架构还是新型架构的工业软件，都在扮演着极其重要的工业基础和工业 赋能器的作用，都是现阶段工业产品研发和生产不可或缺的 数字化生产要素。即使新型架构的软件在不断涌现，软件上 云是一个大趋势，但是从目前工业软件的基本格局来看，现 在担纲工业发展的工业软件，还是以传统架构的工业软件为 主。未来会逐渐进入到两种架构的工业软件长期并存的时 期。至于是否所有的工业软件全部进化到云端，要看具体的 应用场景、用户的需求，以及算法、算力、微服务架构等相 关技术的演进程度。

1.3.2 三足鼎立同时彼此交汇融合

工业软件历史悠久，自成体系，在工业发展中处于“软装备”的地位，既是产品研发手段，也是产品中的“软零件”，至关重要，不可或缺。工业软件的可靠运行和良性发展，已经成为国家级的战略问题。
嵌入式软件包括嵌入式操作系统、嵌入式应用软件、嵌入式支撑软件。对嵌入式软件的认识要从嵌入式系统谈起。参考美国 CMP Books 出版的Embedded Systems Dictionary 的中译本的定义：“嵌入式系统是一种计算机硬件和软件的组合，也许还有机械装置或其他部件，用于实现一个特定功能。”嵌入式系统往往是某个大系统或产品的一部分，例如汽车中的防抱死制动系统。每一个嵌入式系统至少有一个嵌入式微处理器（或微控制器）， 运行在嵌入式微处理器中的软件就称为嵌入式软件，也称为固件（Firmware）。嵌入式软件特点是软件硬件可裁剪，对功能可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求。如今嵌入式软件已经无处不在。
工业互联网平台由边缘层、IaaS 层、平台层、应用层组成。工业互联网平台本身，以及运行在其上 的工业APP，是新型架构的软件。因为工业互联网已经被国 家确定为“新基建”的内容之一，预计未来 5-10 年，工业互联网将会呈现爆发式的增长态势。
工业软件、工业互联网平台（含 APP）和嵌入式软件共同服务于工业体系。鉴于此，如何正确描述、定位和区分上述三种软件异同，明确各自边界，实现合理分类，就显得极 为重要了。本白皮书给出了一个“三足鼎立”式的三种软件的交集示意图，如图 2 所示。

1.3.3 工业软件现有分类方法汇总

1 国家标准提出的工业软件分类方法

国标 GB/T-36475-2018 中，将工业软件（F 类）分为工业总线、计算机辅助设计、计算机辅助制造等 9 类（表 1）。
表 1 国标GB/T-36475-2018 中工业软件分类示例（F 类）


简要分析：该分类的优点是较大程度地集合了工业领域 中的常用工业软件。缺点是没有明确列出嵌入式工业软件（可能归类于 F.9），缺失了能源业和探/采矿业工业软件。

2 工信部运行局给出的工业软件分类

在2019 年11 月，经国家统计局批准工信部发布的《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、业务管理类软件。
表2 软件和信息技术服务业统计报表中工业软件分类示例


简要分析：该分类的优点是三类工业软件分类比较简明，缺点是以制造业为主，忽略了能源业和探/采矿业工业软件。

3 基于产品生命周期的聚类分类方法

通常情况下，工业软件可以按照产品生命周期的阶段或 环节，大致划分为研发设计类软件、生产制造类软件、运维 服务类软件和经营管理类软件，这是一种在业界较为常用的 聚类划分方法。这种聚类划分方法并不严谨，也并未完整地 覆盖工业所有的生命周期（如工厂生命周期、订单生命周期 等），即使是产品生命周期，也缺乏前期客户需求和后期产 品报废等阶段。鉴于业内约定俗成，频繁使用，因此本白皮 书也将其作为一种分类方法予以介绍，并在本白皮书后续章 节中予以采用。如表 3 所示。
表 3 工业软件安装聚类划分


简要分析：该分类是业内较为常见的工业软件聚类分类 方式，其优点比较简明易懂，缺点是分类集中于制造业，基 本上是“制造业信息化软件”的划分，忽略了能源业和探/采矿业工业软件。

4 基于企业经营活动特征的分类方法

通常企业的经营具有三个维度：业务执行维、业务管理维和业务资源维。
业务执行包括需求、研发、生产、 营销、供应和运维等全生命周期各阶段，“业务执行”是企 业生存的主线，本质是“满足客户需求”；
业务管理包括数据、需求、质量、项目、市场等贯穿业务阶段的全生命周期 的管理领域，“业务管理”的目的是保障业务执行按照既定 的时间、路线和质量达成既定的目标——产出满足客户需求的产品；
业务资源包括知识、设备、采购、人力、成本、财务等支撑业务执行的，贯穿全生命周期的资源。业务资源维 以事务处理为导向，一是保障业务执行具有可行性和高效 率，二是通过对于企业资源的有效管理，降低间接成本，实 现“节流”、“省钱”的目的。

图3 制造业大型工业软件全局图
上述三个维度的各个阶段、各个领域以及各种资源都具有相应的工业软件支撑（详见表4）：
表4 工业软件按照企业经营活动的特征进行分类


简要分析：该分类的优点是以业务作为牵引进行工业软件分类，视角较为新颖，比较适用于咨询业务；缺点与前两种分类一样，聚焦于制造业，未涉及工业中的能源业和探/采矿业工业软件。

5 按照工业软件基本功能的分类方法

在《铸魂：软件定义制造》书中，作者按照基本功能， 将工业软件分为工研、工制、工采、工管等软件。
表 5 工业软件基本功能分类及内涵解读表

简要分析：该分类优点是以“工X 软件”的方式命名，四字一词，简明易懂，分类清晰，中国独创，尽可能地覆盖了工业领域所有细分领域；缺点是分类较细，自成体系，尚待得到业界认可。该书作者也认为，最简明的分类方式是分成交互式工业软件、嵌入式工业软件两大类。

6 其它工业软件分类方法及注意问题

内专家也往往将工业软件按照行业属性划分为：对原材料勘探、测量、分析、加工的软件；对电力、燃气、生物等能源的管理、检测、维修的软件；对物料、工具、技术、人力、信息和资金等制造资源进行加工、管理的软件等。其它实际用到的“二分法”分类还有，按照算法划分工业软件， 可以分为常规算法软件和人工智能算法软件；按照工业信息化与自动化来划分，可分为工业 IT 软件和工业 OT 软件等。还有一些本白皮书不推荐使用的分类“口径”，这些分类维度相对模糊，令人难以把握。例如“高端工业软件”、“大型工业软件”、“核心工业软件”等说法，这类描述不易清晰界定，在实践中难以准确衡量。本白皮书提醒业界人士， 谨慎使用“核心、高端、大型”之类的形容词描述工业软件。

7 本白皮书采用的工业软件分类方法

本白皮书认为，分类越简明越有利于理解和传播，分类 越细致越有利于各类软件发展。总体上，在编写本白皮书过 程中采用前者。在后续章节中，本白皮书将交替使用以下两 种工业软件分类方式：
二分法——交互式工业软件、嵌入式工业软件；或者，传统架构工业软件、新型架构工业软件；或者，工业 IT 软件、工业 OT 软件；
五分法——研发设计类、生产制造类、运维服务类、经营管理类、新型架构类工业软件。
需要说明的是，采用上述两种分类方法，并不是这两种 分类多么准确和科学，而恰恰是因为目前找不到非常准确和 科学的分类方法，但是本白皮书的内容又要求必须使用分类 来进行内容阐述，不得已而按照如下原则——词语相对简 明，内涵容易理解，业界经常使用——而采用的。

2 国内工业软件产业发展现状

2.1 工业软件产业规模及国产化推进

2.1.1 中国工业软件市场规模

近年来，国内工业软件产业规模占全球比重小，但增长 率远高于全球水平。2013 年以来，制造业进入了新旧动能加速转换的关键阶段，全球工业软件产业稳步增长，中国工业软件市场更是呈现出快速发展的态势。2019 年，全球工业软件市场规模达到 4107 亿美元，近三年同比增长率均在 5%以上，2012-2019 复合增长率为 5.4%。国内工业软件产业规模仅占全球工业软件市场规模的 6%，但国内产业规模增长速度较快，近三年同比增长率在 15%左右，2012-2019 复合增长率为 13%。2012-2020 年全球工业软件产业规模及增长率见图 4，2012-2020 年中国工业软件产业规模及增长率见图 5，其中 2020 年数据为预测值。

国内工业软件产业规模仍有较大的增长空间。2019 年， 我国工业增加值 38.1 万亿，其中制造业增加值达 26.9 万亿元，占全球比重 28.1%，连续十年保持世界第一制造大国地位。结合 2019 年我国工业软件产业规模仅占全球 6%的份额，可以预见我国的工业软件市场存在近 5 倍的增长空间。

2.1.2 工业软件国产化推进情况

各行业国产化差距明显。流程行业生产制造类工业软件 国产化应用已相对成熟。
石化、钢铁等流程类生产企业业务耦合性强，在生产管理方面经验积累丰富，自主研发优势明显，具有剥离培育行业国产工业软件公司的天然优势。例如， 浙大中控的控制系统在化工行业的国内市场占有率达到40.7%。家具服贸行业国产化进程加快。家具服贸行业对精度要求不高，同时，数码大方、中望龙腾等工业软件企业在 家具服贸行业具有长时间积累，能够满足行业应用需求，具备一定竞争力，这也促进了家具服贸行业企业敢试敢用国产软件。
船舶行业国产化基础相对较好。船舶产品型号多、批量小、体型大，但对精度要求不高，产品个性化强，且国产 船舶工业软件基础相对较好，在推动国产化应用方面具有很大潜力。
电子行业开始推进国产化。电子行业对国外工业软件依赖度相对较高，面对工业软件供应链面临的禁用风险， 电子行业企业国产化意识逐步提高，开始主动寻找国内厂商合作，提早化解断供风险。
汽车、航空、航天等复杂装备行业国产化程度不容乐观。复杂装备行业装配复杂、建模精度要求高、产品安全责任大。当前，航空、航天、汽车行业中 使用的传统的复杂设计类软件、仿真模拟类软件和流体计算 类软件等关键软件几乎全部采购国外产品。但航天由于长期 被国外封锁，工业知识自主化程度高，在系统设计与仿真软 件牵引发展方面取得显著成果；在管理软件方面大多基于国 外 ERP 等基础平台做二次开发，自主可控程度较低，面临较大的“卡脖子”风险。

2.2 工业软件产业细分领域市场格局

根据工业软件常规分类方式，我们从制造业的生产周期维度 ， 将工业软件划分为研发设计类软件（CAD/CAM/CAE/EDA/PLM ）、生产制造类软件（PLC/DCS/SCADA/MES）、经营管理类软件（ERP/SCM） 和运维服务类软件（MRO）。各个细分领域横向比较来看， 产品类别齐全但发展不均衡。综合 2019 年国产工业软件细分领域占国内的市场份额的数据（见图 6）、2019 年国内市场前十大供应商中国内外企业数量对比的数据（见图 7），以及我们对 30 余家知名工业软件供给侧企业和 28 家头部工业软件需求侧企业的调研结果得出，95%的研发设计类工业软件依赖进口，国产可用
的研发设计类产品主要应用于工业机理简单、系统功能单 一、行业复杂度低的领域。例如，中望龙腾、山大华天、数码大方等公司的三维 CAD 产品在模具、家具家电、通用机械、电子电器等行业应用较为广泛。从龙头企业数量的角度来看，研发设计类各细分领域的前十大供应商中，国内企业 数量处于明显劣势。生产制造类工业软件占据 50%的国内市场，在部分领域已经具备一定实力，涌现了上海宝信、和利时、浙大中控等行业领军企业，但在高端市场中还不占优势。 经营管理软件占有国内 70%的市场份额，但高端市场领域仍以 SAP、Oracle 为主。例如调研发现，国内有些企业在创建初期使用国产ERP 软件，但当企业发展到一定规模时，因国产软件功能难以支撑业务需求，企业将国产 ERP 软件替换成SAP，出现了逆国产化现象。70%的运维服务类工业软件依赖进口，国内运维服务类工业软件较多关注数据采集与数据监控以及简单的评估预测能能力，缺少成熟工程应用，缺乏 数据和经验积累。

2.2.1 研发设计类：差距较大，核心技术缺失多

研发设计类软件主要包括计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程（CAE）、电子设计自动化（EDA）及新兴的系统级设计与仿真软件等。目前， 国内部分软件厂商虽然有了一定的产品和客户积累，但传统国产研发设计类软件还存在整体水平不高、关键技术对外高度依存等问题。国产新兴系统级设计与仿真软件整体水平与 国外差距不大，但目前尚处于技术导入推广阶段与市场培育 成长期，市场规模不大，暂归入 CAE 一并阐述。

1 CAD/CAM 软件

2018 年全球 3D CAD 软件市场规模约为 86.6 亿美元， 由法国达索系统公司（Dassault Systemes）、德国西门子公司（Siemens）和美国参数技术公司（PTC）三家垄断，占据全球市场份额的 60%以上。国内 CAD 软件市场规模约为 7.33 亿美元，占比 8.5%，95%以上的市场被国外软件所占据，主要有法国达索（32%）、美国 PTC（18%）、西门子（18%）、美国Autodesk（20%）、美国 Bentley（6%）等。国内CAD 软件的公司主要有中望龙腾、山大华天和数码大方等，虽然出现了中望 3D、SINOVATION 等国内领先的产品，但是在功能上与国外软件相差较大，未能实质性地打破国外软件的垄断。

2 CAE 软件

2018 年全球 CAE 软件市场的规模为 65.75 亿美元，国内市场规模约为 6 亿美元，占比约为 9%。全球 CAE 市场的12 大领导厂商处于垄断地位，占据国际市场的 95%以上，有美国 ANSYS 、MathWorks ， 德国 Siemens， 法国 Dassault Systemes、ESI Group 等。国外 CAE 软件覆盖范围广、功能完善，并逐渐在数据传输等技术上与其上下游产品打通，形 成 CAD/CAE/CAM/PDM 一体化综合软件平台。
国产通用 CAE 软件有安世亚太 PERA SIM、英特仿真INTESIM、前沿动力 ADI.SimWork、中船重工奥蓝托前后处理 simWorks 等，主要包括多款多物理场仿真及优化平台软件和综合仿真及优化平台，相比于国外通用 CAE 产品，关键技术自主可控程度较低，并且在产品化、集成化和规模化上与国外软件还有非常大的差距。专用 CAE 软件主要有大连理工大学开发的 JIGFEX、中国飞机强度研究所开发的HAJIF、中国科学院数学与系统科学研究所开发的 FEPG 等， 但这些专用 CAE 产品在覆盖度、成熟度、易用性等方面相比国外软件，仍有较大差距。国产新兴系统级设计与仿真工业软件有同元软控 MWorks，自主程度较高并具有底层求解内核，已在系列重大型号工程中开展验证应用，并出口欧美为国外大型工业软件厂商提供内核授权，整体水平位居国际前列。

3 EDA 软件

2018 年全球 EDA 软件市场规模为 97.15 亿美元，国内市场规模为 5.03 亿美元，占比 5.1%。EDA 市场主要由美国Synopsys、美国 Cadence 和德国 Mentor Graphics10三家厂商垄断，他们占全球市场的份额的 60%以上，占国内市场份额95%以上，华大九天、芯禾科技、广立微等国内 EDA 厂商占据国内市场份额不足 5%。国内厂商以提供点工具为主，仅有华大九天一家可以提供面板和模拟集成电路全流程设计 平台，其他的厂商只能提供某领域内的部分工具，如芯禾科 技仅可以提供射频设计中的三维电磁仿真、信号完整性分析、电源完整性分析以及参数分析工具。而三巨头经过一系 列收购并购基本打通 EDA 全流程工具链，能够覆盖全领域的设计需求。相比之下国内 EDA 厂商还需要进一步加快研发覆盖全领域的全流程设计平台。

2.2.2 生产制造类：高端乏力，细分领域有优势

2.2.3 运维服务类：前景广阔，国外技术仍领先

2.2.4 经营管理类：份额占优，高端市场待突破

2.2.5 新型架构类：开疆辟土，发展潜力无限量

2.3 国内工业软件企业发展经验研究

2.4 国产工业软件面临的问题

3 国外工业软件产业发展研究

4 我国工业软件发展形势研判

5 促进我国工业软件发展的建议

参考

1、《中国工业软件产业白皮书 （ 2020）》