前言：
工業(yè)軟件作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系重要的組成部分，是推動(dòng)制造業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要工具。目前，高端工業(yè)軟件基本被國(guó)外廠商壟斷，國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件自給率低、生態(tài)薄弱。近年來(lái)我國(guó)制造業(yè)由中低端向中高端邁進(jìn)，逐步釋放數(shù)字化及智能化需求。以國(guó)內(nèi)大循環(huán)為主、國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局，對(duì)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。
一、產(chǎn)業(yè)背景
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)可以分為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、軟件層、應(yīng)用層等五大板塊。
一切應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的軟件都屬于廣義的工業(yè)軟件，不同類別的工業(yè)軟件之間底層邏輯差異較大。
從最底層的邏輯來(lái)看：
?研發(fā)設(shè)計(jì)類工業(yè)軟件是基于數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)學(xué)科，具有較濃的理科屬性；
?信息管理類工業(yè)軟件是基于企業(yè)的業(yè)務(wù)模型，是出于商科思維的管理類軟件；
?生產(chǎn)控制類工業(yè)軟件是基于生產(chǎn)的流程，是偏向于傳統(tǒng)工科的工業(yè)控制軟件；
?嵌入式工業(yè)軟件更類似于硬件的附屬，提升裝備性能、附加值、智能化水平。
不同類別的工業(yè)軟件都圍繞核心工業(yè)場(chǎng)景，相互彼此關(guān)聯(lián)。不同賽道的工業(yè)軟件在底層邏輯上差異較大，但在具體應(yīng)用中又相互關(guān)聯(lián)，而且任何一個(gè)賽道單拆出來(lái)都有眾多的細(xì)分軟件領(lǐng)域，背后都有廣闊的市場(chǎng)，并支撐起了諸多優(yōu)秀的工業(yè)軟件企業(yè)。
二、研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件
2.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD： (Computer-aided design)
CAD發(fā)展至今已有超過(guò)六十年的歷史。20世紀(jì)70年代，飛機(jī)和汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展，為了能將飛機(jī)外形數(shù)據(jù)發(fā)送到制造部門(mén)，法國(guó)達(dá)索推出三維曲面造型系統(tǒng)CATIA，縮短設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期至1/4，此時(shí)價(jià)格極其昂貴，對(duì)外年租金約15-20萬(wàn)美元。80年代末，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，硬件成本大幅度下降，CAD成本降到幾萬(wàn)美元。
國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)包括達(dá)索、西門(mén)子、Autodesk以及PTC。其中，Autodesk憑借 AutoCAD這款以2D為主的通用型CAD就穩(wěn)居業(yè)界三強(qiáng)之一；達(dá)索、西門(mén)子在3D領(lǐng)域構(gòu)筑了極強(qiáng)的護(hù)城河，而對(duì)通用型的2D幾乎沒(méi)有布局。因此，在CAD領(lǐng)域，2D對(duì)于國(guó)產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)進(jìn)入門(mén)檻更低，國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手較為單一。
3D CAD區(qū)別于2D CAD的核心難點(diǎn)是幾何建模內(nèi)核。幾何內(nèi)核是最基礎(chǔ)的核心組件，也是我們國(guó)家目前最關(guān)注的領(lǐng)域。2D在內(nèi)核上的門(mén)檻相對(duì)較低，除自主開(kāi)發(fā)之外，也有部分公司通過(guò)付費(fèi)成為ITC聯(lián)盟的成員，對(duì)IntelliCAD進(jìn)行包裝并推出產(chǎn)品。而3D的實(shí)體建模、曲面建模本質(zhì)上是數(shù)學(xué)問(wèn)題，算法要求較高，中小廠商很難進(jìn)行獨(dú)立開(kāi)發(fā)。
幾何引擎大部分的技術(shù)實(shí)現(xiàn)都是公開(kāi)的，但是一款優(yōu)秀的幾何引擎經(jīng)過(guò)眾多商業(yè)化軟件以及優(yōu)質(zhì)客戶的反復(fù)淬煉，在性能，穩(wěn)定性，可靠性上可能要經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，這個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有捷徑。
達(dá)索等廠商看到了單獨(dú)銷售3D內(nèi)核的商機(jī)，陸續(xù)將自身的內(nèi)核獨(dú)立出來(lái)作為單獨(dú)的生意，供應(yīng)了全球200多家客戶。國(guó)內(nèi)廠商中望軟件、華天軟件分別擁有 Overdrive、CRUX4內(nèi)核，數(shù)碼大方擁有自主開(kāi)發(fā)的內(nèi)核。
2.2 計(jì)算機(jī)輔助工程 CAE：（Computer Aided Engineering）
CAE是做有限元分析的軟件，主要用于在研發(fā)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度、剛度、熱傳導(dǎo)等物理性能進(jìn)行仿真分析及數(shù)值求解。
主流CAD軟件多會(huì)集成CAE模塊，滿足輕度仿真需求，但它們的能力與專業(yè)CAE軟件有較大的差距，僅會(huì)用于結(jié)構(gòu)分析等簡(jiǎn)單的單學(xué)科仿真。在專業(yè)的仿真分析及求解場(chǎng)景中，仍主要應(yīng)用Ansys、SIMULIA等專業(yè)CAE軟件。
CAE相較于CAD具有更高的技術(shù)門(mén)檻，主體包括前處理模塊（實(shí)體及參數(shù)化建模、布爾運(yùn)算、網(wǎng)格剖分）、有限元分析模塊（結(jié)構(gòu)、流體、熱力、電磁等多領(lǐng)域求解器）、后處理模塊（數(shù)據(jù)處理、物理量展示）。
多物理場(chǎng)的耦合仿真是 CAE 的核心技術(shù)難題。CAE 具有眾多的仿真分析和求解方向，包括結(jié)構(gòu)分析、流體分析、熱分析、電磁分析等。目前單一學(xué)科的仿真已較為成熟，而多學(xué)科仿真、多物理場(chǎng)耦合則是下一步更高的要求。
Ansys、西門(mén)子、達(dá)索等巨頭多是采用外延收購(gòu)的方式，來(lái)補(bǔ)充在多個(gè)仿真方向上的能力。
2.3 計(jì)算機(jī)輔助制造 CAM：（Computer Aided Manufacturing）
根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)建模、幾何造型對(duì)加工制造流程進(jìn)行NC自動(dòng)編程，輸出信息是刀具加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和數(shù)控程序。
CAM與CAD高度集成，目前行業(yè)內(nèi)的主流產(chǎn)品都是集成型的3D CAD/CAM（CATIA、Solidworks、Siemens NX、Creo、Inventor）。
目前全球最主要的CAM組件有德國(guó)的ModuleWorks和英國(guó)的MachineWorks，全球90%的CAM軟件都在使用這兩家公司的組件。
小結(jié)：CAD、CAE、CAM都是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，永久授權(quán)模式下，國(guó)外產(chǎn)品通常10-20萬(wàn)元/套，國(guó)產(chǎn)通常2-6萬(wàn)元/套。
2.4 產(chǎn)品生命周期管理 PLM：（product lifecycle management）
正是CAD的大量應(yīng)用，使企業(yè)認(rèn)識(shí)到了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的重要性。GE、波音這些大型企業(yè)產(chǎn)品都非常復(fù)雜，而且研發(fā)人員遍布全球各地，如何管理數(shù)量龐大的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，尤其是CAD圖紙，成為一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。最早的PLM由簡(jiǎn)單的圖紙版本管理系統(tǒng)起步，逐步擴(kuò)展到產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)管理。
PLM主要提供商包括：PTC、達(dá)索系統(tǒng)、西門(mén)子、Autodesk、Oracle。
PLM產(chǎn)品通常需要20-30%定制化，永久授權(quán)模式下，單價(jià)約50-100萬(wàn)/套。
三、生產(chǎn)控制類軟件
3.1制造執(zhí)行系統(tǒng) MES：（Manufacturing Execution System）
該系統(tǒng)主要作用是填補(bǔ)計(jì)劃層與控制層之間的信息斷層。
MES具有很強(qiáng)的行業(yè)性，不僅是流程制造MES和離散制造MES截然不同，汽車、 機(jī)械、電子等細(xì)分離散制造領(lǐng)域?qū)τ贛ES系統(tǒng)的要求也有一定差異。
MES的實(shí)施牽涉部門(mén)眾多，實(shí)施難度較大。同時(shí)MES實(shí)施的效果又較易于量化，可以通過(guò)客戶實(shí)施后的訂單響應(yīng)時(shí)間、供貨時(shí)間、庫(kù)存水平直接體現(xiàn)出來(lái)，因此實(shí)施能力對(duì)MES廠商來(lái)說(shuō)尤為重要。
國(guó)內(nèi)最早的MES是20世紀(jì)80年代寶鋼建設(shè)初期從西門(mén)子公司引進(jìn)的，隨后本土MES如雨后春筍般快速成長(zhǎng)。寶信軟件等國(guó)產(chǎn)MES廠商在鋼鐵、冶金等流程制造行業(yè)頗有建樹(shù)，但在離散制造MES領(lǐng)域，西門(mén)子、Rockwell 等國(guó)外龍頭仍占優(yōu)勢(shì)。
MES產(chǎn)品通常是通用功能加上40%左右的定制化開(kāi)發(fā)，永久授權(quán)模式下，單價(jià)約60萬(wàn)元/套。
3.2 分布式控制系統(tǒng) DCS：（Distributed control system）
DCS核心設(shè)計(jì)理念是分散控制、集中管理，由傳統(tǒng)的儀表盤(pán)控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，屬于工業(yè)自動(dòng)化的范疇。
中控、和利時(shí)等國(guó)產(chǎn)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)提供商近年來(lái)發(fā)展迅速，在腰部市場(chǎng)快速放量，從市場(chǎng)份額看已超過(guò)Honeywell、西門(mén)子等國(guó)外工業(yè)自動(dòng)化巨頭，目前流程制造業(yè)DCS國(guó)產(chǎn)化率已達(dá)50%。
我國(guó)過(guò)去數(shù)年大力推進(jìn)工業(yè)4.0建設(shè)，工業(yè)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了較快的發(fā)展， DCS/SCADA/PLC都已發(fā)展成為了百億元左右的成熟市場(chǎng)，但由于該賽道工業(yè)屬性和硬件屬性較高的特征，近年來(lái)已經(jīng)進(jìn)入了較為平穩(wěn)的發(fā)展階段。
四、市場(chǎng)規(guī)模
4.1工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模
截至2018年底，全球工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到3893億美元，同比增長(zhǎng)5.2%。
2019年我國(guó)工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模為1,720億元，僅占全球市場(chǎng)規(guī)模的6%，遠(yuǎn)低于我國(guó)GDP的占比（接近16%），中國(guó)工業(yè)軟件市場(chǎng)有待發(fā)展。
2012-2020E工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模
4.2中國(guó)工業(yè)軟件細(xì)分市場(chǎng)
生產(chǎn)控制類占比17%，由于直接服務(wù)企業(yè)客戶，以項(xiàng)目制、場(chǎng)地制的形式部署，目前已基本不會(huì)出現(xiàn)盜版，而且受益于工業(yè)自動(dòng)化、企業(yè)數(shù)字化升級(jí)，過(guò)去幾年實(shí)現(xiàn)了較快的發(fā)展。
研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件占比9%，由于常安裝于通用計(jì)算機(jī)，易受到盜版影響，尤其是2D CAD，正版化率不到20%。隨著我國(guó)對(duì)于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)相關(guān)法規(guī)的進(jìn)一步完善和企業(yè)正版意識(shí)的提升，增速保持在26.75%，快于整體行業(yè)。
中國(guó)工業(yè)軟件細(xì)分市場(chǎng)（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)）
中國(guó)工業(yè)軟件細(xì)分市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)
4.3 中外工業(yè)軟件企業(yè)規(guī)模對(duì)比
2011年我國(guó)以美元計(jì)價(jià)的工業(yè)增加值首次超越美國(guó)，成為世界第一大工業(yè)國(guó)，并且至今一直穩(wěn)居第一位，擁有世界上門(mén)類最齊全的工業(yè)體系，但工業(yè)軟件體系仍是弱項(xiàng)。
我國(guó)高端CAD、CAE、MES、PLM等工業(yè)軟件市場(chǎng)被西門(mén)子、達(dá)索、PTC、ANYSY等國(guó)外廠商壟斷90%，呈現(xiàn)“管理軟件強(qiáng)、工程軟件弱；低端軟件多，高端軟件少”的現(xiàn)狀。
五、行業(yè)趨勢(shì)
5.1國(guó)際局勢(shì)多變，培育本土工業(yè)軟件迫在眉睫
美國(guó)對(duì)中國(guó)高科技產(chǎn)業(yè)的技術(shù)封鎖仍在加劇，斷供案例和安全威脅頻頻發(fā)生。
美國(guó)核安全局對(duì)中國(guó)核電行業(yè)禁售PDS、UG、Teamcenter、AutoCAD、NX等源代碼屬于美國(guó)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)軟件。
法國(guó)達(dá)索旗下SolidWorks被爆料存在安全后門(mén)，國(guó)內(nèi)軍工和保密國(guó)企已經(jīng)全面停用該軟件。
由于被美國(guó)商務(wù)部列入實(shí)體清單，哈工大、哈工程等老牌工科院校無(wú)法繼續(xù)使用正版的計(jì)算仿真軟件MATLAB。
5.2 內(nèi)生需求，伴隨本土制造業(yè)升級(jí)做大做強(qiáng)
整個(gè)制造業(yè)的大鏈條里，中國(guó)大部分企業(yè)都處于利潤(rùn)薄弱的加工制造環(huán)節(jié)，既沒(méi)有能力也沒(méi)有動(dòng)力去使用高端的研發(fā)設(shè)計(jì)類軟件。但是現(xiàn)在基本面正在發(fā)生改變，尤其強(qiáng)調(diào)內(nèi)循環(huán)，中國(guó)的工業(yè)要滿足高質(zhì)量發(fā)展和供應(yīng)鏈安全的需求，為本土工業(yè)軟件的生態(tài)建設(shè)創(chuàng)造了難得的條件。
例如，離散制造行業(yè)普遍存在產(chǎn)品升級(jí)換代迅速、客戶個(gè)性化需求不斷增強(qiáng)、多品種小批量生產(chǎn)常態(tài)化等問(wèn)題，流程行業(yè)普遍存在傳統(tǒng)過(guò)剩產(chǎn)能需要轉(zhuǎn)型、安全生產(chǎn)和節(jié)能環(huán)保壓力大、產(chǎn)品質(zhì)量追蹤需求持續(xù)提升等問(wèn)題，善加利用工業(yè)軟件，能夠幫助傳統(tǒng)企業(yè)更好地完成升級(jí)轉(zhuǎn)型。
到2025年的中國(guó)智造時(shí)代，我國(guó)將形成自主的操作系統(tǒng)與工業(yè)軟件及其標(biāo)準(zhǔn)體系，自主工業(yè)軟件具有滿足市場(chǎng)50%的供給能力，自主工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)在重點(diǎn)行業(yè)的應(yīng)用普及率超過(guò)60%，工業(yè)軟件市場(chǎng)空間可達(dá)數(shù)千億元。
5.3 軟件正版化，國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展環(huán)境逐步改善
國(guó)外軟件極其高昂的費(fèi)用和早期的盜版策略導(dǎo)致企業(yè)仍在大量地使用盜版軟件，形成了依賴。盜版軟件在一定時(shí)期內(nèi)為企業(yè)節(jié)省了軟件采購(gòu)成本，但也暗藏風(fēng)險(xiǎn)隱患。
隨著打盜版成為國(guó)外廠商的重要收入來(lái)源，未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)隱患還會(huì)不斷加大。近年來(lái)國(guó)家對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的越來(lái)越重視，企業(yè)用戶正版化意識(shí)也在逐步提升。
國(guó)內(nèi)軟件正版化率近年來(lái)持續(xù)上升，正版工業(yè)軟件整體的市場(chǎng)規(guī)模增速為全球水平的3-4倍。
使用盜版工業(yè)軟件的用戶對(duì)價(jià)格較為敏感，有一部分被轉(zhuǎn)化為國(guó)產(chǎn)軟件的用戶。
六、海外巨頭
6.1達(dá)索系統(tǒng)
法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)已成立近40年，3D CAD的老牌龍頭企業(yè)，通過(guò)收購(gòu)進(jìn)入CAE、PLM、MES市場(chǎng)。
2019年達(dá)索系統(tǒng)軟件業(yè)務(wù)的總收入35.39億歐元中，占比最大的是CATIA，收入為11億歐元，占比高達(dá)30%；SOLIDWORKS緊隨其后，占比23.15%；ENOVIA次之，占比10.79%。
主要產(chǎn)品線：
?CAD：CATIA、Solidworks
?CAE：SIMULIA
?PLM：ENOVIA
? MES：DELMIA
6.2 歐特克Autodesk
歐特克成立于1982年，從2D CAD起家，縱向擴(kuò)張至3D CAD/CAM/CAE，橫向擴(kuò)張至工業(yè)（MFG）、建筑（AEC）、動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)（M&E）等領(lǐng)域。
公司自 2016年開(kāi)始向SaaS激進(jìn)轉(zhuǎn)型，僅用3年將SaaS營(yíng)收占比提升到86%，自轉(zhuǎn)型以來(lái)，股價(jià)累計(jì)提升4倍。
主要產(chǎn)品線：
CAD：AUTOCAD、Inventor
BIM：Revit、Naviworks
6.3 西門(mén)子
西門(mén)子于2007年通過(guò)收購(gòu)UGS進(jìn)軍工業(yè)軟件領(lǐng)域，UGS旗下產(chǎn)品包括NX、Solid Edge、Teamcenter等，收購(gòu)后將其改造成為Siemens PLM。
2012年收購(gòu)全球領(lǐng)先的CAE廠商LMS，啟動(dòng)在仿真領(lǐng)域的布局，之后又將Camstar（MES）、Mentor Graphics（EDA） 、CD-adapco（CAE，流體仿真）等收入囊中。
主要產(chǎn)品線：
?CAD：Siemens NX、Solid Edge
?CAE：Simcenter
?PLM：Teamcenter
?MES：Simatic
6.4 PTC
成立于1985年，從3D CAD軟件Pro/ENGINEER（已改名Creo）起家，后又收購(gòu)了Computervision并推出WindChill（PLM）。
2013年，收購(gòu)ThingWorx， PTC工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系規(guī)劃是將公司原有的CAD/PLM產(chǎn)品作為數(shù)字部分，而以ThingWorx物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為物理部分。
2017年，與Ansys達(dá)成合作，將Creo與Ansys集成為聯(lián)合解決方案，彌補(bǔ)公司產(chǎn)品體系中在仿真領(lǐng)域的不足。
主要產(chǎn)品線：
?CAD：Creo (Pro/Engineer)
?PLM：WindChill
尾聲：
我國(guó)信息化、數(shù)字化建設(shè)一直存在“重硬輕軟”的問(wèn)題，在基礎(chǔ)薄弱、信息化程度低的工業(yè)市場(chǎng)中，國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件的生存空間被擠壓，自身造血能力不足。過(guò)去十幾年，我國(guó)對(duì)發(fā)展自主工業(yè)軟件重視程度不足，資金投入偏低。
在十五、十一五期間，我國(guó)在三維CAD軟件研發(fā)方面的投入約4000-5000萬(wàn)元，CAE投入約1億元，再加上十二五“兩化融合”的間接促進(jìn)，在三個(gè)五年計(jì)劃之中，國(guó)家對(duì)三維CAD/CAE等核心工業(yè)軟件的投入強(qiáng)度不足2億元。而國(guó)外企業(yè)在已經(jīng)發(fā)展壯大的情況下，依然能獲得大量的國(guó)家/軍工企業(yè)資金支持，Ansys一年的研發(fā)投入約20億元，Cadence一年的研發(fā)投入約60億元，美國(guó)政府和產(chǎn)業(yè)界從未停止過(guò)前進(jìn)的腳步。
國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件的發(fā)展應(yīng)尊重客觀規(guī)律，做好長(zhǎng)期突圍的準(zhǔn)備。工業(yè)軟件的“工業(yè)”部分來(lái)自長(zhǎng)期工程實(shí)踐積累的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，如材料知識(shí)庫(kù)、設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)。“軟件”部分則需要求解器、高性能計(jì)算和各類底層IT技術(shù)。以零件與裝配體模塊為例，通常需要150人開(kāi)發(fā)2年的時(shí)間，而工程圖至少需要開(kāi)發(fā)1.5年時(shí)間。如果要開(kāi)發(fā)一款對(duì)標(biāo)SolidWorks的主流CAD軟件，代碼量差不多在3000-4500萬(wàn)行代碼，相當(dāng)于3000-4500人一年以上的開(kāi)發(fā)工作量。
國(guó)外的工業(yè)軟件發(fā)展了幾十年，早已從單一工具形成了環(huán)環(huán)相扣的產(chǎn)品矩陣，進(jìn)而推動(dòng)云化，改“賣軟件”為“賣服務(wù)”，實(shí)現(xiàn)商業(yè)模式的進(jìn)化和整體估值的抬升，龍頭格局清晰。國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件需要借鑒國(guó)外頭部企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，但不能一味拿來(lái)主義。忽視“工具”的原始積累，盲目效仿 “云化”，試圖彎道超車，實(shí)為沙上建塔。國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件的發(fā)展仍需解決核心技術(shù)缺失、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力不足的問(wèn)題。生產(chǎn)制造類軟件國(guó)內(nèi)企業(yè)尚且具備一定競(jìng)爭(zhēng)力，研發(fā)設(shè)計(jì)軟件與國(guó)外水平差距仍然懸殊。企業(yè)需要勤修內(nèi)功，立足為客戶創(chuàng)造價(jià)值，才能在復(fù)雜多變的工業(yè)應(yīng)用需求中找到自身的生存之道。
金科君創(chuàng)已投部分TMT企業(yè)
（以投資先后順序排列）
