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工業(yè)軟件行業(yè)發(fā)展情況及未來發(fā)展趨勢
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 神舟航天    2023-11-10

工業(yè)軟件是工業(yè)技術(shù)軟件化的產(chǎn)物和工業(yè)化中的頂級產(chǎn)品， 是工業(yè)裝備中的“軟零件” “軟裝備” ， 是工業(yè)產(chǎn)品的基本構(gòu)成要素， 是智能制造的核心內(nèi)容和現(xiàn)代工業(yè)體系的“大腦” ， 是推進我國工業(yè)化進程的重要手段和關(guān)系國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)性、 戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。

（1） 工業(yè)軟件概況

① 工業(yè)軟件簡介

工業(yè)軟件是工業(yè)技術(shù)/知識、 流程的程序化封裝與復(fù)用， 能夠在數(shù)字空間和物理空間定義工業(yè)產(chǎn)品和生產(chǎn)設(shè)備的形狀、 結(jié)構(gòu)， 控制其運動狀態(tài)， 預(yù)測其變化規(guī)律， 優(yōu)化制造和管理流程， 變革生產(chǎn)方式， 提升全要素生產(chǎn)率， 是現(xiàn)代工業(yè)的“靈魂” 。

工業(yè)軟件最基本的特征包括兩點： 一是實際內(nèi)容—工業(yè)軟件中的技術(shù)/知識以工業(yè)內(nèi)容為主； 二是最終作用—工業(yè)軟件直接為工業(yè)過程和產(chǎn)品增值。工業(yè)軟件的創(chuàng)新、 研發(fā)、 應(yīng)用和普及已成為衡量一個國家制造業(yè)綜合實力的重要標(biāo)志之一， 是確保工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈安全與韌性的根本所在。

② 工業(yè)軟件分類

根據(jù)工業(yè)軟件常規(guī)分類方式， 工業(yè)軟件主要可分為研發(fā)設(shè)計軟件、 生產(chǎn)控制軟件、 信息管理軟件和嵌入式軟件四類， 具體分類情況如下所述：

A、 研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件

研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件處于工業(yè)制造的上游， 對工業(yè)制造智能化具有重大意義。 通過研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件賦能工業(yè)制造的產(chǎn)品研發(fā)數(shù)字化， 可以顯著降低研發(fā)成本、 提升研發(fā)效率、 縮短研發(fā)周期、 提高產(chǎn)品質(zhì)量， 進而提高工業(yè)制造的智能化水平， 支撐整個工業(yè)體系創(chuàng)新發(fā)展， 對工業(yè)制造具有舉足輕重的影響。 但是，目前我國研發(fā)設(shè)計類軟件國產(chǎn)化率僅 5%左右， 是進口依賴最為嚴(yán)重的工業(yè)軟件類別。

研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件是基礎(chǔ)學(xué)科和工程知識的集大成者， 其復(fù)雜性及技術(shù)難點主要體現(xiàn)在其龐雜而深奧的技術(shù)體系， 以及與軟件開發(fā)、 工程實際的緊密耦合。從數(shù)學(xué)方程式出發(fā)， 經(jīng)過漫長的物理機理的冶煉、 計算機科學(xué)與技術(shù)的萃取， 最后還必須經(jīng)過工程知識的淬火， 才能成為一個成熟可用的工業(yè)軟件。

在計算機技術(shù)出現(xiàn)之前， 工程設(shè)計主要依靠設(shè)計師手工繪圖實現(xiàn)設(shè)計， 后來逐步從過渡到計算機 CAD 軟件繪圖， 大幅提升了設(shè)計的精度和效率。 但隨著工業(yè)產(chǎn)品復(fù)雜程度的日益提升， 復(fù)雜產(chǎn)品各設(shè)計制造部門之間的協(xié)作愈發(fā)頻繁和緊密， 因此滿足多專業(yè)協(xié)同管理的 PDM 產(chǎn)品應(yīng)運而生， 并進一步演化為提供貫穿需求分析、 物理設(shè)計、 工藝設(shè)計、 生產(chǎn)制造、 維護服務(wù)、 報廢回收等全生命周期的 PLM 產(chǎn)品。

B、 經(jīng)營管理類軟件

經(jīng)營管理類軟件是指建立在管理信息化、 信息安全化等基礎(chǔ)上， 以系統(tǒng)化、流程化、 網(wǎng)絡(luò)化的管理思想， 通過軟件系統(tǒng)對企業(yè)主要經(jīng)營管理活動進行支撐，為企業(yè)管理者及員工提供業(yè)務(wù)運行的平臺和支持決策的手段， 可以提升企業(yè)的管理治理水平和運營效率。 經(jīng)營管理類軟件是實施企業(yè)信息化改造的重要工具之一， 目前已在全球大部分企業(yè)的日常經(jīng)營管理運行中得到了廣泛應(yīng)用， 主要包括企業(yè)資源計劃、 財務(wù)管理、 供應(yīng)鏈管理、 客戶關(guān)系管理、 人力資源管理、 企業(yè)資產(chǎn)管理和知識管理等。

C、 生產(chǎn)控制類軟件

生產(chǎn)控制類軟件向下連接底層的車間級設(shè)備、 儀表、 傳感器和邊緣組件， 向上承接頂層的企業(yè)經(jīng)營管理系統(tǒng)和軟件， 承擔(dān)著采集各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)、 控制底層設(shè)備、 實時監(jiān)控調(diào)度、 執(zhí)行企業(yè)計劃等一系列工作， 可以改善生產(chǎn)設(shè)備的效率和利用率， 提升生產(chǎn)質(zhì)量， 提高制造過程的管控水平和實際生產(chǎn)能力。

生產(chǎn)控制類軟件按照制造業(yè)金字塔中的層級可以分為兩大類別： 一類是向下連接并控制車間各類設(shè)備、 儀表、 傳感器、 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及邊緣側(cè)組件的生產(chǎn)控制層軟件和系統(tǒng)， 典型代表包括 DCS、 SCADA 和 PLC； 另一類是向上承接并落實企業(yè)經(jīng)營管理和決策的制造運營層的管理軟件和系統(tǒng)， 典型軟件是生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES） ， 目前逐步向生產(chǎn)運營維護系統(tǒng)（MOM） 發(fā)展。

D、 嵌入式工業(yè)軟件

嵌入式工業(yè)軟件是指嵌入在工業(yè)裝備、 控制器、 通信裝置、 傳感裝置等工業(yè)領(lǐng)域相關(guān)硬件設(shè)備之中， 且與硬件緊密相連的軟件。 嵌入式工業(yè)軟件可提升工業(yè)產(chǎn)品制造的自動化程度和智能化程度， 是智能制造與物聯(lián)網(wǎng)的重要一環(huán)。 嵌入式工業(yè)軟件是我國工業(yè)軟件整體市場中占比最高的軟件， 主要包括嵌入式應(yīng)用軟件、 嵌入式支撐軟件等。

（2） 工業(yè)軟件市場規(guī)模及未來發(fā)展趨勢

① 我國工業(yè)軟件市場規(guī)模及競爭格局

根據(jù)中國工業(yè)技術(shù)軟件化產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《 中國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)白皮書（2020） 》 ， 目前我國 95%以上的研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件依賴進口， 國產(chǎn)化比例不足 5%。 而且， 國產(chǎn)可用的研發(fā)設(shè)計類產(chǎn)品主要應(yīng)用于工業(yè)機理簡單、 系統(tǒng)功能單一、 行業(yè)復(fù)雜度低的領(lǐng)域。 例如， 三維 CAD 產(chǎn)品在模具、 家具家電、 通用機械、 電子電器等行業(yè)應(yīng)用較為廣泛， 在汽車、 航空航天等復(fù)雜裝備行業(yè)應(yīng)用較少，國內(nèi)企業(yè)整體處于明顯劣勢。

根據(jù)中國工業(yè)技術(shù)軟件化產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《 中國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)白皮書（2020） 》 ， 2020 年國內(nèi)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為 1,974.00 億元， 雖然僅約占全球工業(yè)軟件市場規(guī)模的 6%左右， 但國內(nèi)制造業(yè)已進入產(chǎn)業(yè)升級和信息化改造的關(guān)鍵階段， 2012-2020 年復(fù)合增長率為 13.27%， 增長速度高于全球平均水平。

② 我國工業(yè)軟件行業(yè)未來發(fā)展趨勢

A、 工業(yè)產(chǎn)品復(fù)雜度不斷上升推動工業(yè)軟件集成化、 平臺化發(fā)展

目前， 越來越多工業(yè)產(chǎn)品是集機械、 電子、 電氣等多學(xué)科領(lǐng)域于一體的復(fù)雜系統(tǒng)， 其創(chuàng)新開發(fā)是從單專業(yè)到多專業(yè)、 從單一應(yīng)用軟件工具到多種軟件的綜合應(yīng)用， 所涉及的研發(fā)單位、 研發(fā)人員、 開發(fā)知識、 數(shù)據(jù)資源更加廣泛， 開發(fā)過程的綜合與協(xié)同更加復(fù)雜。

這就相應(yīng)地要求將多學(xué)科領(lǐng)域的知識、 技術(shù)和軟件相關(guān)的信息整合到一個綜合平臺中， 以便開展整個價值鏈的協(xié)同。 工業(yè)軟件競爭已經(jīng)不局限于單個環(huán)節(jié)的功能或者工具軟件， 而是要為客戶提供可以集成設(shè)計、 制造和管理等功能， 并且整合全系統(tǒng)、 全領(lǐng)域、 全流程的數(shù)字化研發(fā)平臺。

B、 應(yīng)用場景多樣化推動工業(yè)軟件逐漸走向工程化、 大型化、 復(fù)雜化

隨著產(chǎn)品、 工藝以及需求的日趨復(fù)雜化， 掌握不同細(xì)分領(lǐng)域的行業(yè)和工程知識并提供專業(yè)化軟件已經(jīng)成為國際主流工業(yè)軟件廠商的重要戰(zhàn)略方向。 尤其是航空、 航天、 國防等重點領(lǐng)域， 涉及的知識領(lǐng)域眾多且較為特殊， 不同于一般制造業(yè)， 因此對針對性工程化提出了較高的要求。

在衛(wèi)星、 火箭、 導(dǎo)彈、 飛機等復(fù)雜裝備的數(shù)字化研制中， 在研制后期隨著設(shè)備逐步集成會導(dǎo)致設(shè)計模型、 仿真模型規(guī)模龐大， 設(shè)計仿真計算量巨大， CAD 模型可能要支持幾十萬個零部件裝配，系統(tǒng)仿真可能要處理幾十萬至幾百萬個混合方程系統(tǒng)的分析計算， 而且各種工程場景會非常復(fù)雜。 在這種大規(guī)模系統(tǒng)、 復(fù)雜流程場景下， 對大型復(fù)雜工程問題的處理能力直接決定了工業(yè)軟件的可用性， 也決定了工業(yè)軟件的能力與好壞。

C、 國家重大工程推動國產(chǎn)工業(yè)軟件技術(shù)創(chuàng)新與升級

“十四五” 期間乃至其后更長時間內(nèi)， 我國將持續(xù)建設(shè)一批重大創(chuàng)新型號工程， 如嫦娥工程四期、 載人登月、 新型大飛機、 民用航空發(fā)動機等。 重大創(chuàng)新型號工程具有帶動工業(yè)軟件發(fā)展的屬性和責(zé)任， 歐美諸多大型工業(yè)軟件都是在重大型號工程中錘煉而成。 重大型號工程對于新時代工業(yè)軟件提出了全面完整的需求， 提供了深入打磨的試煉場和迭代機會。