工业软件行业发展情况及未来发展趋势
思瀚产业研究院 神舟航天    2023-11-10

工业软件是工业技术软件化的产物和工业化中的顶级产品， 是工业装备中的“软零件” “软装备” ， 是工业产品的基本构成要素， 是智能制造的核心内容和现代工业体系的“大脑” ， 是推进我国工业化进程的重要手段和关系国民经济和社会发展的基础性、 战略性产业。

（1） 工业软件概况

① 工业软件简介

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” 。

工业软件最基本的特征包括两点： 一是实际内容—工业软件中的技术/知识以工业内容为主； 二是最终作用—工业软件直接为工业过程和产品增值。工业软件的创新、 研发、 应用和普及已成为衡量一个国家制造业综合实力的重要标志之一， 是确保工业产业链安全与韧性的根本所在。

② 工业软件分类

根据工业软件常规分类方式， 工业软件主要可分为研发设计软件、 生产控制软件、 信息管理软件和嵌入式软件四类， 具体分类情况如下所述：

A、 研发设计类工业软件

研发设计类工业软件处于工业制造的上游， 对工业制造智能化具有重大意义。 通过研发设计类工业软件赋能工业制造的产品研发数字化， 可以显著降低研发成本、 提升研发效率、 缩短研发周期、 提高产品质量， 进而提高工业制造的智能化水平， 支撑整个工业体系创新发展， 对工业制造具有举足轻重的影响。 但是，目前我国研发设计类软件国产化率仅 5%左右， 是进口依赖最为严重的工业软件类别。

研发设计类工业软件是基础学科和工程知识的集大成者， 其复杂性及技术难点主要体现在其庞杂而深奥的技术体系， 以及与软件开发、 工程实际的紧密耦合。从数学方程式出发， 经过漫长的物理机理的冶炼、 计算机科学与技术的萃取， 最后还必须经过工程知识的淬火， 才能成为一个成熟可用的工业软件。

在计算机技术出现之前， 工程设计主要依靠设计师手工绘图实现设计， 后来逐步从过渡到计算机 CAD 软件绘图， 大幅提升了设计的精度和效率。 但随着工业产品复杂程度的日益提升， 复杂产品各设计制造部门之间的协作愈发频繁和紧密， 因此满足多专业协同管理的 PDM 产品应运而生， 并进一步演化为提供贯穿需求分析、 物理设计、 工艺设计、 生产制造、 维护服务、 报废回收等全生命周期的 PLM 产品。

B、 经营管理类软件

经营管理类软件是指建立在管理信息化、 信息安全化等基础上， 以系统化、流程化、 网络化的管理思想， 通过软件系统对企业主要经营管理活动进行支撑，为企业管理者及员工提供业务运行的平台和支持决策的手段， 可以提升企业的管理治理水平和运营效率。 经营管理类软件是实施企业信息化改造的重要工具之一， 目前已在全球大部分企业的日常经营管理运行中得到了广泛应用， 主要包括企业资源计划、 财务管理、 供应链管理、 客户关系管理、 人力资源管理、 企业资产管理和知识管理等。

C、 生产控制类软件

生产控制类软件向下连接底层的车间级设备、 仪表、 传感器和边缘组件， 向上承接顶层的企业经营管理系统和软件， 承担着采集各类生产数据、 控制底层设备、 实时监控调度、 执行企业计划等一系列工作， 可以改善生产设备的效率和利用率， 提升生产质量， 提高制造过程的管控水平和实际生产能力。

生产控制类软件按照制造业金字塔中的层级可以分为两大类别： 一类是向下连接并控制车间各类设备、 仪表、 传感器、 工业网络及边缘侧组件的生产控制层软件和系统， 典型代表包括 DCS、 SCADA 和 PLC； 另一类是向上承接并落实企业经营管理和决策的制造运营层的管理软件和系统， 典型软件是生产执行系统（MES） ， 目前逐步向生产运营维护系统（MOM） 发展。

D、 嵌入式工业软件

嵌入式工业软件是指嵌入在工业装备、 控制器、 通信装置、 传感装置等工业领域相关硬件设备之中， 且与硬件紧密相连的软件。 嵌入式工业软件可提升工业产品制造的自动化程度和智能化程度， 是智能制造与物联网的重要一环。 嵌入式工业软件是我国工业软件整体市场中占比最高的软件， 主要包括嵌入式应用软件、 嵌入式支撑软件等。

（2） 工业软件市场规模及未来发展趋势

① 我国工业软件市场规模及竞争格局

根据中国工业技术软件化产业联盟发布的《 中国工业软件产业白皮书（2020） 》 ， 目前我国 95%以上的研发设计类工业软件依赖进口， 国产化比例不足 5%。 而且， 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， 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， 在汽车、 航空航天等复杂装备行业应用较少，国内企业整体处于明显劣势。

根据中国工业技术软件化产业联盟发布的《 中国工业软件产业白皮书（2020） 》 ， 2020 年国内工业软件产业规模约为 1,974.00 亿元， 虽然仅约占全球工业软件市场规模的 6%左右， 但国内制造业已进入产业升级和信息化改造的关键阶段， 2012-2020 年复合增长率为 13.27%， 增长速度高于全球平均水平。

② 我国工业软件行业未来发展趋势

A、 工业产品复杂度不断上升推动工业软件集成化、 平台化发展

目前， 越来越多工业产品是集机械、 电子、 电气等多学科领域于一体的复杂系统， 其创新开发是从单专业到多专业、 从单一应用软件工具到多种软件的综合应用， 所涉及的研发单位、 研发人员、 开发知识、 数据资源更加广泛， 开发过程的综合与协同更加复杂。

这就相应地要求将多学科领域的知识、 技术和软件相关的信息整合到一个综合平台中， 以便开展整个价值链的协同。 工业软件竞争已经不局限于单个环节的功能或者工具软件， 而是要为客户提供可以集成设计、 制造和管理等功能， 并且整合全系统、 全领域、 全流程的数字化研发平台。

B、 应用场景多样化推动工业软件逐渐走向工程化、 大型化、 复杂化

随着产品、 工艺以及需求的日趋复杂化， 掌握不同细分领域的行业和工程知识并提供专业化软件已经成为国际主流工业软件厂商的重要战略方向。 尤其是航空、 航天、 国防等重点领域， 涉及的知识领域众多且较为特殊， 不同于一般制造业， 因此对针对性工程化提出了较高的要求。

在卫星、 火箭、 导弹、 飞机等复杂装备的数字化研制中， 在研制后期随着设备逐步集成会导致设计模型、 仿真模型规模庞大， 设计仿真计算量巨大， CAD 模型可能要支持几十万个零部件装配，系统仿真可能要处理几十万至几百万个混合方程系统的分析计算， 而且各种工程场景会非常复杂。 在这种大规模系统、 复杂流程场景下， 对大型复杂工程问题的处理能力直接决定了工业软件的可用性， 也决定了工业软件的能力与好坏。

C、 国家重大工程推动国产工业软件技术创新与升级

“十四五” 期间乃至其后更长时间内， 我国将持续建设一批重大创新型号工程， 如嫦娥工程四期、 载人登月、 新型大飞机、 民用航空发动机等。 重大创新型号工程具有带动工业软件发展的属性和责任， 欧美诸多大型工业软件都是在重大型号工程中锤炼而成。 重大型号工程对于新时代工业软件提出了全面完整的需求， 提供了深入打磨的试炼场和迭代机会。