郭 剛，魯金屏，竇俊豪，王 憧，陳怡紅

（1.重慶市工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展研究中心（中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院重慶分院），重慶 400707；2.西南大學經(jīng)濟與管理學院，重慶 400715）

0 引言

工業(yè)數(shù)字化時代的到來，推動制造業(yè)企業(yè)開始由大規(guī)模標準化制造向定制化制造轉(zhuǎn)型，信息技術(shù)在轉(zhuǎn)型中起到關(guān)鍵性作用，工業(yè)化與信息化的融合，離不開工業(yè)軟件的支撐［1］。工業(yè)軟件通過軟件技術(shù)將工業(yè)的關(guān)鍵流程和知識以軟件的形式進行封裝和展示，且不斷通過軟件版本的升級來迭代升級的工業(yè)技術(shù)［2］。工業(yè)軟件主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，其目的在于提高和增強工業(yè)研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)調(diào)度、業(yè)務(wù)管理和過程控制水平。作為“兩化融合”的抓手與突破口，工業(yè)軟件的普及和廣泛應(yīng)用，涵蓋了幾乎每個工業(yè)領(lǐng)域的核心環(huán)節(jié)，構(gòu)筑成了當今產(chǎn)業(yè)體系的“靈魂”。在生產(chǎn)上，工業(yè)軟件使用數(shù)字化手段進行變革，以此促進了生產(chǎn)力與生產(chǎn)效率在一定幅度上的提升，在推動我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提升產(chǎn)業(yè)水平和促進經(jīng)濟增長等方面具有重要意義，高端工業(yè)軟件是實現(xiàn)我國從制造大國走向制造強國目標的重器之一。

1 國外工業(yè)軟件發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 德國

德國擁有世界第五大信息與通信技術(shù)市場，同時也是歐洲最大的軟件市場。2020 年收入達到276 億歐元，是歐洲軟件收入最高的國家，德國軟件業(yè)2007-2020 年收入情況如圖1 所示［3］。德國基礎(chǔ)軟件行業(yè)有3 萬多家公司，專門從事軟件開發(fā)與銷售，約占ICT 行業(yè)公司總數(shù)的46%。在歐洲前5 名軟件公司中，德國占據(jù)了3 個席位，前100 名軟件公司中，德國有14 家公司入選，公司收入達到總收入的49.4%，具有非常高的市場集中度。不管是客戶群還是制造商，德國軟件業(yè)擁有歐盟國家最大的所有權(quán)［4］。

德國作為歐洲的軟件第一大國，擁有SAP、西門子等頂級工業(yè)軟件企業(yè)。SAP 是全球最大的企業(yè)管理和協(xié)同化電子商務(wù)解決方案供應(yīng)商、全球第三大獨立軟件供應(yīng)商和世界上最大的商業(yè)應(yīng)用、企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）解決方案獨立軟件供應(yīng)商，在全球企業(yè)應(yīng)用軟件市場上占有率超過三成。西門子通過對UGS 公司和Mentor 等一系列仿真軟件公司的收購，實現(xiàn)了生產(chǎn)控制類、研發(fā)設(shè)計類和嵌入式3個大類的覆蓋，產(chǎn)品包含MES、CAD、CAE、PLM 等多個細分品類。作為工業(yè)軟件和自動化的巨頭，西門子的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于世界各個高精尖產(chǎn)業(yè)，西門子PLM 工業(yè)軟件是NASA 開發(fā)與設(shè)計“好奇號”火星探測器的平臺軟件系統(tǒng)、NX 和Teamcenter 軟件實現(xiàn)了對蘇-27 戰(zhàn)斗機的氣動布局與機動性的整體優(yōu)化，西門子數(shù)控系統(tǒng)代表世界數(shù)控系統(tǒng)的最高水平。

Fig.1 German software industry revenues 2007-2020（billion euros）圖1 德國軟件業(yè)2007-2020年收入（10億歐元）

1.2 美國

20 世紀60 年代，人工繪圖逐漸無法滿足更加高級化與復雜化的產(chǎn)品需要，為了更好地表達產(chǎn)品需求，美國航天巨頭開始研發(fā)出繪圖更精準的工業(yè)軟件替代人工制圖。在美國對工業(yè)軟件開發(fā)的重視與支持下，美國工業(yè)軟件在每個細分領(lǐng)域都逐漸處于領(lǐng)先水平，成為工業(yè)軟件全球領(lǐng)先的國家之一，擁有洛克希德·馬丁、谷歌、蘋果、波音等軟件和制造業(yè)等巨頭公司，其中洛克希德是世界上最大的工業(yè)軟件公司。

在CAE 領(lǐng)域，美國是最早開發(fā)CAE 的國家，NASA 開發(fā)的有限元分析軟件Nastran 是美國仿真軟件的鼻祖，在CAE 的市場上，Ansys（美國安斯科技）、Altair（美國澳汰爾軟件）、MSC（美國諾世創(chuàng)）基本壟斷了CAE 領(lǐng)域。在CAD的4 家頭部企業(yè)中，有兩家公司——Autodesk（歐特克）、PTC（美國參數(shù)技術(shù)公司）屬于美國。在EDA 領(lǐng)域，EDA 軟件的三巨頭中——Cadence（美國鏗騰電子）、Synopsys（美國新思科技）、Mentor（德國西門子的子公司明導電子），美國占據(jù)兩個席位。

1.3 日本

作為世界第三大經(jīng)濟體，日本一向以高技術(shù)硬件產(chǎn)品聞名于世，但軟件產(chǎn)業(yè)卻普遍存在人才培養(yǎng)困難、利潤率低等諸多問題。在行業(yè)高技術(shù)人才流失、政府產(chǎn)業(yè)政策制約、企業(yè)文化差異以及語言障礙等多重因素制約下，日本多為軟件密集較低的產(chǎn)業(yè)，相較于美國和德國，日本工業(yè)軟件產(chǎn)品缺乏全球競爭力。日本雖然軟件競爭力不強，但是在嵌入式軟件的運用上卻具有較大優(yōu)勢，數(shù)控機床、智能機器人和汽車，是日本嵌入式軟件的三大載體。日本帶有數(shù)字接口的設(shè)備幾乎都使用了嵌入式軟件，嵌入式軟件分布領(lǐng)域廣泛，在微小電子產(chǎn)品領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

2 我國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

2.1 我國工業(yè)軟件市場規(guī)模

信息化發(fā)展在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、軍事、金融、教育、醫(yī)療等各個行業(yè)起著重要作用，“積極推進國民經(jīng)濟與社會信息化”和“以信息化促進工業(yè)化”是我國提出的基本國策。國家統(tǒng)計局數(shù)字顯示，2014-2020 年，我國軟件行業(yè)市場規(guī)模發(fā)展迅速，在軟件業(yè)務(wù)領(lǐng)域的收入逐年增長，如圖2 所示。作為信息產(chǎn)業(yè)的主導產(chǎn)業(yè)，軟件產(chǎn)業(yè)是國家重點發(fā)展扶持的產(chǎn)業(yè)，與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相比，軟件行業(yè)一直處于高速增長的勢態(tài)。2020 年我國軟件業(yè)務(wù)收入為81 586 億元，同比增速達到13.2%，2014-2020 年平均增速高達14.1%。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，雖然我國軟件業(yè)務(wù)收入增速受疫情影響有所回落，但總體有較高的增長水平，且運行平穩(wěn)，軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展方興未艾。

Fig.2 China's software business revenues（Billion RMB）圖2 我國軟件業(yè)務(wù)收入（億元）

2014-2020 年，我國工業(yè)軟件的市場規(guī)模在不斷增加，從2014 年 的695 億美元到2020 年1 974 億美元，6 年間翻了接近2 番，增長勢頭迅猛。中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，我國工業(yè)軟件市場規(guī)模占世界市場總規(guī)模的比重也在逐漸上升（見圖3），2020 年占比已經(jīng)達到6.57%，2014-2020年世界工業(yè)軟件規(guī)模復合增長率為7.5%，我國達到19%，我國市場的增長速度明顯高于全球市場。在“中國制造2025”的大背景下，中國將從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國不斷邁進，加快兩化緊密深度融合是大勢所趨。對于工業(yè)軟件和信息化服務(wù)的需求將持續(xù)增長，2016-2021 年我國工業(yè)軟件市場將保持持續(xù)增長態(tài)勢，未來繼續(xù)高速發(fā)展。

Fig.3 The size of China's industrial software market and its share in the world圖3 我國工業(yè)軟件市場規(guī)模及占世界的比重

2.2 我國工業(yè)軟件產(chǎn)品市場占有分析

工業(yè)軟件作為智能制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)和核心支柱，對于促進信息化和工業(yè)化的融合、推動我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級以及實現(xiàn)制造強國的目標具有十分重要的意義，是國家信息技術(shù)水平的重要綜合體現(xiàn)。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，近年來，國內(nèi)工業(yè)軟件市場保持快速增長，如經(jīng)營管理類、生產(chǎn)制造類等軟件在國內(nèi)已經(jīng)得到了比較快速的發(fā)展，國產(chǎn)軟件占據(jù)市場的比重達到一半以上，如圖4所示。

Fig.4 Industrial software market segmentation of domestic software share圖4 工業(yè)軟件細分市場國產(chǎn)軟件占有率

當前，我國工業(yè)軟件總體表現(xiàn)為產(chǎn)品類別較全，但軟件企業(yè)整體實力不強，軟件產(chǎn)品主要集中在例如OA（辦公自動化軟件）以及CRM（客戶關(guān)系管理）等多種低門檻的軟件類型，國外軟件產(chǎn)品仍是主流，稱霸軟件市場?！吨袊I(yè)軟件產(chǎn)業(yè)白皮書（2020）》數(shù)據(jù)顯示，在研發(fā)設(shè)計類軟件中，國產(chǎn)軟件占比最低，只占到市場5%的比重，且多數(shù)研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件僅應(yīng)用于系統(tǒng)功能單一、工業(yè)機理簡單、產(chǎn)業(yè)復雜度較低的領(lǐng)域。而在生產(chǎn)制造類的軟件中，部分中國企業(yè)已經(jīng)掌握了一定的技術(shù)，但是與國外工業(yè)軟件巨頭相比，仍然存在較大的差距。經(jīng)營管理類軟件方面，國產(chǎn)軟件占比達到67%，占據(jù)了中國中小企業(yè)大部分市場，但高端市場仍以SAP、Oracle 為主。運維服務(wù)類軟件方面，國內(nèi)軟件主要關(guān)注數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控等簡單能力，缺乏對數(shù)據(jù)應(yīng)用和對決策的輔助，底層核心技術(shù)依賴國外。國內(nèi)工業(yè)軟件產(chǎn)品無論是技術(shù)、性能，還是市場占有率，都與國外的產(chǎn)品存在一定的差距。國內(nèi)外工業(yè)軟件主要品牌統(tǒng)計如表1所示。

Table 1 Major brands of industrial software表1 工業(yè)軟件主要品牌

3 我國工業(yè)軟件發(fā)展中存在的問題

3.1 技術(shù)受到限制，產(chǎn)品競爭力不強

工業(yè)軟件的發(fā)展需要長期的時間積累與技術(shù)進步，對工業(yè)化與信息化都有較高要求。歐美國家先后完成了三次工業(yè)革命，積累了豐富的工業(yè)經(jīng)驗，為信息化的萌芽與發(fā)展提供了良好基礎(chǔ)，并促進了工業(yè)化、信息化的結(jié)合與工業(yè)軟件的誕生。在實踐中全面而充分的試錯以及對于經(jīng)驗的總結(jié)，歐美地區(qū)的工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)在市場規(guī)模、知識以及人才儲備方面都具有較大優(yōu)勢［5］。我國工業(yè)化進程起步晚，基礎(chǔ)薄弱，在關(guān)鍵技術(shù)、工業(yè)需求結(jié)合方面，核心技術(shù)掌握不足，部分核心算法需向國外廠商購買［6］。目前，我國面向工業(yè)軟件的開發(fā)生態(tài)尚未建立，數(shù)據(jù)采集和邊緣計算能力亟待提升，工業(yè)專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域微服務(wù)功能模塊賦能不足，產(chǎn)品性能、穩(wěn)定性與用戶體驗感仍有許多不足，工業(yè)軟件市場占有率較低，國產(chǎn)工業(yè)軟件競爭力不強。

3.2 研發(fā)投入不足，缺乏政策支持

技術(shù)進步離不開資金支持。我國工業(yè)軟件研發(fā)也曾取得一定成效，但隨著改革開放的深入，我國信息化開始走兩化融合道路，國家補貼的資金主要用于國外工業(yè)軟件的購買。在融資方面，輕資產(chǎn)因缺乏抵押品難以獲得銀行貸款，我國工業(yè)軟件存在融資難、融資渠道不暢的問題，資金缺乏不能滿足工業(yè)研發(fā)需求。與我國相比，美國則高度重視工業(yè)軟件研發(fā)，為大力扶持工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)，2018 年推出電子復興計劃（ERI），計劃5 年內(nèi)投入15 億美元，等同于中國三個“五年計劃”投入的50 倍。在政策支持方面，中美差異較大，美國對工業(yè)軟件的重視與支持，是美國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展的根本所在。

3.3 專業(yè)人才稀缺，人才流失嚴重

工業(yè)軟件的發(fā)展離不來人才支持，據(jù)《關(guān)鍵軟件人才需求預(yù)測報告》預(yù)測，到2025 年，我國工業(yè)軟件人才缺口將為12 萬。我國工業(yè)軟件人才短缺，一是現(xiàn)有的學歷教育體系和職業(yè)教育體系無法實現(xiàn)復合型人才培養(yǎng)。作為一個跨學科的應(yīng)用方向，工業(yè)軟件涉及數(shù)學、機械、電氣傳動與控制、計算機與信息技術(shù)等多個領(lǐng)域的知識，這對人才能力要求較高，培養(yǎng)難度大。而目前大多數(shù)高校的專業(yè)設(shè)置存在偏差，一般為單一的某個專業(yè)，缺少復合型學院設(shè)置，每年培養(yǎng)的高素質(zhì)工業(yè)軟件人才稀少。二是工業(yè)軟件行業(yè)收入低，人才流失嚴重。當前，我國工業(yè)軟件企業(yè)職工收入遠低于國外工業(yè)軟件公司或者國內(nèi)游戲、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，企業(yè)內(nèi)部職工發(fā)展空間小，缺乏成長動力。職工付出與回報不能適配，行業(yè)高端人才流失嚴重。

3.4 知識產(chǎn)權(quán)保護滯后，創(chuàng)新能力受到制約

在用戶層面，很多企業(yè)知識產(chǎn)權(quán)保護意識薄弱，沒有認識到產(chǎn)權(quán)帶來的權(quán)利與義務(wù)，為了節(jié)省成本選擇使用盜版軟件或者支持員工使用盜版軟件，忽視了盜版軟件的風險性以及可能帶來的危害。在知識產(chǎn)權(quán)保護層面，法律保護也需要加強。目前，部分企業(yè)、高校、科研院所使用盜版軟件的成本近似于無，盜版軟件擠占正版軟件的生存空間，市場出現(xiàn)劣幣驅(qū)逐良幣的現(xiàn)象。知識產(chǎn)權(quán)保護意識缺乏、法律保護力度不夠，導致資本不愿流向工業(yè)軟件領(lǐng)域，嚴重打擊了國產(chǎn)工業(yè)軟件研發(fā)的積極性。軟件業(yè)保護嚴重滯后于軟件業(yè)快速發(fā)展和企業(yè)日趨強烈的保護需求，在一定程度上制約了國家工業(yè)軟件自主創(chuàng)新能力，工業(yè)軟件企業(yè)競爭力進一步減弱。

4 我國工業(yè)軟件發(fā)展機遇

4.1 國家層面高度重視工業(yè)軟件自主研發(fā)

雖然目前中國工業(yè)軟件核心技術(shù)薄弱，產(chǎn)品競爭力不強，但發(fā)展空間廣闊。中美經(jīng)貿(mào)摩擦以來，多家中國企業(yè)與高校相繼被美國列入“實體清單”，EDA、MATLAB 等工程軟件先后被禁用，我國高端制造行業(yè)從設(shè)計、分析到生產(chǎn)管理全面存在“卡脖子”的風險。國際形勢的變化，讓國產(chǎn)化成為趨勢。國家層面開始意識到工業(yè)軟件的重要性，不斷提高對工業(yè)軟件的重視程度，在《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035 年遠景目標綱要》等多個重要文件中提出，要構(gòu)建自主可控、安全可靠、高端先進的國產(chǎn)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)體系，加快國產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展速度勢在必行。與此同時，資本層面也開始將目光投向國產(chǎn)工業(yè)軟件領(lǐng)域，工業(yè)軟件研發(fā)將獲得更多的資金支持，工業(yè)企業(yè)與工業(yè)軟件企業(yè)合作不斷加深，國產(chǎn)工業(yè)軟件從研發(fā)到應(yīng)用的整個流程會更加暢通，形成產(chǎn)研結(jié)合的完整鏈條。

4.2 需求的多樣化推動工業(yè)軟件發(fā)展

工業(yè)軟件覆蓋了產(chǎn)品的全生命周期，應(yīng)用于所有工業(yè)行業(yè)，行業(yè)內(nèi)細分領(lǐng)域眾多，客戶行業(yè)差異大，需求多種多樣，由此形成了工業(yè)軟件細分領(lǐng)域差異化的競爭格局。在中國從工業(yè)大國轉(zhuǎn)向工業(yè)強國的過程中，各個行業(yè)對于工業(yè)軟件專業(yè)性的要求將不斷提高，解決方案也將向?qū)I(yè)化與定制化發(fā)展。目前，全品類工業(yè)軟件市場已經(jīng)被國外工業(yè)軟件巨頭占領(lǐng)，對處于后發(fā)劣勢的中國工業(yè)軟件企業(yè)而言，專注于細分賽道，以鮮明的產(chǎn)品行業(yè)特色換取細分領(lǐng)域中較高的市場份額，也許是一種可行的選擇。另一方面，國際公司很難高度貼合我國復雜的精細化場景業(yè)務(wù)，國產(chǎn)軟件企業(yè)可以借此機遇，以滿足行業(yè)需求為出發(fā)點，以定制化為宗旨，研發(fā)出滿足國內(nèi)特定環(huán)境下工業(yè)行業(yè)所需求的產(chǎn)品。通過根植細分賽道，或?qū)崿F(xiàn)中國工業(yè)軟件的崛起。

4.3 工業(yè)軟件架構(gòu)調(diào)整提供彎道超車機會

中國正處于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，工業(yè)企業(yè)技術(shù)賦能需求迫切，工業(yè)軟件起到重要作用。隨著大數(shù)據(jù)，人工智能、云計算的發(fā)展，工業(yè)軟件已經(jīng)進入新的時代，軟件的開發(fā)與需求有了新的變化，工業(yè)軟件架構(gòu)將會迎來新的調(diào)整。目前，工業(yè)軟件的技術(shù)呈現(xiàn)碎片化問題，應(yīng)用落地路徑在不同領(lǐng)域產(chǎn)生巨大差異且不易快速復制，隨著工業(yè)軟件的發(fā)展，解耦與上云成為必然趨勢。工業(yè)軟件的產(chǎn)品模式將由單一化、孤島化向一體化、協(xié)作化轉(zhuǎn)變，開發(fā)模式逐漸向組件化、模塊化轉(zhuǎn)變，部署模式向云端遷移的步伐加快［7］，原先的單機產(chǎn)品整體架構(gòu)必然重建，軟件的開發(fā)與使用也將更加方便靈活。技術(shù)的巨大變化給傳統(tǒng)的工業(yè)軟件巨頭帶來了挑戰(zhàn)，削弱了其構(gòu)筑的競爭優(yōu)勢，也降低了工業(yè)軟件行業(yè)的準入門檻，為國內(nèi)軟件的快速發(fā)展甚至彎道超車提供了寶貴的機會。

4.4 新技術(shù)為工業(yè)軟件架構(gòu)調(diào)整提供支撐

在工業(yè)軟件解耦與上云的過程中，離不開新技術(shù)的支撐，工業(yè)軟件對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、云計算等需求與融合發(fā)展正不斷增強。在我國新基建戰(zhàn)略的實施下，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在技術(shù)、管理、商業(yè)模式等方面都取得了一定進展；5G 研發(fā)支出遙遙領(lǐng)先，專利數(shù)量位居全球首位，5G 建設(shè)與商用探索也取得了一定突破和成果；云計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，保持30%以上的年均增長率，是全球增速最快的市場之一，在各個領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。在中國新技術(shù)蓬勃發(fā)展背景下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、云計算等智能信息技術(shù)的成熟，有利于推動我國工業(yè)軟件更好更快地發(fā)展。

5 結(jié)語

工業(yè)軟件在設(shè)計和制造活動中具有基礎(chǔ)性、承載性屬性［8］，一旦出現(xiàn)技術(shù)封鎖或安全問題［9］，相關(guān)短板將對國家產(chǎn)業(yè)安全構(gòu)成重大危害［10］。目前，國產(chǎn)工業(yè)軟件雖然數(shù)量不少，研發(fā)上也取得了一定成果，但是整體水平不強，技術(shù)上與國外軟件相比存在較大差距，缺乏行業(yè)主導能力［11］。自經(jīng)貿(mào)摩擦以來，國內(nèi)多個科研機構(gòu)和公司被禁止使用EDA、MATLAB 等重要工業(yè)軟件，中國在工業(yè)軟件領(lǐng)域面臨“卡脖子”難題，發(fā)展國產(chǎn)工業(yè)軟件的重要性不言而喻。我國工業(yè)軟件廠商應(yīng)當把握新技術(shù)新市場帶來的機遇，突破技術(shù)壁壘，提高產(chǎn)品競爭力，發(fā)展壯大國產(chǎn)工業(yè)軟件。