我國(guó)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析及對(duì)策建議

文｜中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院 蘇偉 馬欣

一、引言

當(dāng)前，隨著我國(guó)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐日益加快，社會(huì)各界對(duì)工業(yè)軟件的關(guān)注度持續(xù)提升，工業(yè)軟件逐步成為制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵支撐。近年來(lái)，隨著社會(huì)各界對(duì)我國(guó)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)愈加重視，上海、重慶等10余省份相繼出臺(tái)了扶持性政策，有效激發(fā)我國(guó)工業(yè)軟件產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用推廣。2021年11月，工業(yè)和信息化部印發(fā)《“十四五”軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出重點(diǎn)突破工業(yè)軟件等重點(diǎn)任務(wù)。本文針對(duì)我國(guó)工業(yè)軟件當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)合實(shí)際需求，圍繞產(chǎn)業(yè)和企業(yè)分別提出相關(guān)發(fā)展建議。

二、工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

（一）國(guó)外現(xiàn)狀分析

在市場(chǎng)規(guī)模方面，近幾年全球工業(yè)軟件穩(wěn)步發(fā)展，據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，2020年全球工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模約為4332億美元，約合人民幣2.8萬(wàn)億元，未來(lái)規(guī)模仍將持續(xù)擴(kuò)大。在企業(yè)分布方面，由于工業(yè)軟件和工業(yè)制造密切相關(guān)，工業(yè)軟件企業(yè)大多分布在美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、瑞士、日本和韓國(guó)等工業(yè)制造強(qiáng)國(guó)；同時(shí)，由于工業(yè)軟件市場(chǎng)規(guī)模大、細(xì)分領(lǐng)域多，國(guó)外已孕育西門子、PTC、達(dá)索等多家全球科技巨頭，形成了巨頭鼎力的局面。在國(guó)家戰(zhàn)略方面，工業(yè)強(qiáng)國(guó)紛紛將工業(yè)軟件提升為國(guó)家重要戰(zhàn)略部署，工業(yè)軟件地位不斷凸顯。

（二）國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀分析

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)工業(yè)軟件行業(yè)發(fā)展的政策支持力度不斷加強(qiáng)，出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)政策，加快推進(jìn)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如表1所示。

表1 工業(yè)軟件行業(yè)相關(guān)國(guó)家政策

圖1 我國(guó)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)鏈圖

從產(chǎn)業(yè)鏈視角觀察，我國(guó)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)分為上游、中游和下游，如圖1所示。上游主要是為工業(yè)軟件產(chǎn)品制造提供基礎(chǔ)服務(wù)的軟硬件，軟件主要包括系統(tǒng)軟件、開發(fā)工具軟件以及中間件，硬件則是生產(chǎn)計(jì)算機(jī)設(shè)備的廠商；中游大體上分為嵌入式軟件和非嵌入式軟件兩類；下游為工業(yè)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域，包括汽車制造、機(jī)械裝備、數(shù)控裝備、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。

從研究經(jīng)驗(yàn)看，高校/研究所工業(yè)軟件研究團(tuán)隊(duì)的主要成員是學(xué)生，在理論知識(shí)掌握和基礎(chǔ)研究方面有一定的優(yōu)勢(shì)，但實(shí)際軟件開發(fā)方面經(jīng)驗(yàn)較弱。從前瞻性研發(fā)看，高校/研究所能夠緊跟工業(yè)軟件核心技術(shù)前沿，積累較為雄厚，但由于只注重解決核心問(wèn)題，很少向客戶收集反饋并不斷升級(jí)，研發(fā)出的工業(yè)軟件存在不兼容等一系列問(wèn)題，并且技術(shù)轉(zhuǎn)化較少。

從發(fā)展歷程看，前期推動(dòng)中國(guó)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要是依靠國(guó)產(chǎn)龍頭企業(yè)以及具有一定技術(shù)能力、基礎(chǔ)設(shè)施的大型工業(yè)集團(tuán)，而目前中小企業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)軟件研發(fā)的主力軍。從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，在工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)的下游，中國(guó)自主研發(fā)的工業(yè)軟件產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力相對(duì)較高；但在中上游，中國(guó)缺乏自主研發(fā)的工業(yè)軟件產(chǎn)品。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)規(guī)模占全球比重小，但增長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于全球水平。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，在收入占比方面，2021年前三季度我國(guó)軟件產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)收入17951億元，而工業(yè)軟件產(chǎn)品收入仍只有1683億元，占比僅為9.4%；但是在增長(zhǎng)趨勢(shì)方面，2021年前三季度工業(yè)軟件收入增速為18.8%，明顯高于軟件產(chǎn)品收入的平均增速17.0%，同時(shí)工業(yè)軟件的收入占比也從2020年的8.6%提高到2021年的9.4%，發(fā)展環(huán)境明顯改善。

三、工業(yè)軟件技術(shù)分析

（一）工業(yè)軟件的分類

按照工業(yè)軟件應(yīng)用的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，工業(yè)軟件可以分為研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)維服務(wù)、經(jīng)營(yíng)管理以及新型工業(yè)軟件等類型，分類情況以及相關(guān)產(chǎn)品情況如圖2所示。

研發(fā)設(shè)計(jì)類工業(yè)軟件主要包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)類軟件（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助分析類軟件（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助制造類軟件（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）等軟件。生產(chǎn)制造類工業(yè)軟件主要包括制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、計(jì)劃排成（APS）、倉(cāng)儲(chǔ)物流管理（WMS）等制造運(yùn)營(yíng)管理類軟件。運(yùn)維服務(wù)類工業(yè)軟件主要包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)測(cè)、健康管理（PHM）、能效管理（EMS）、維護(hù)維修等軟件。經(jīng)營(yíng)管理類工業(yè)軟件主要包括企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）、供應(yīng)鏈管理（SCM）、客戶關(guān)系管理（CRM）等軟件。其它類軟件，是支持企業(yè)內(nèi)和企業(yè)間系統(tǒng)集成的平臺(tái)類軟件，以及支撐工業(yè)軟件研發(fā)和測(cè)試的工具軟件。

（二）工業(yè)軟件特性

工業(yè)軟件研發(fā)不同于傳統(tǒng)軟件，研發(fā)難度大、體系設(shè)計(jì)復(fù)雜、技術(shù)門檻高、硬件條件開銷大、復(fù)合型研發(fā)人才緊缺等原因，造成研發(fā)周期長(zhǎng)、研發(fā)迭代速度慢等一系列問(wèn)題。

工業(yè)軟件是以工業(yè)知識(shí)為核心構(gòu)建的，通過(guò)科學(xué)的方法，包括數(shù)學(xué)建模，軟件工程方法，測(cè)試驗(yàn)證實(shí)踐長(zhǎng)期積累起來(lái)的。工業(yè)知識(shí)包含工業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、行業(yè)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。

圖2 工業(yè)軟件的分類

只有經(jīng)歷完整的工業(yè)化進(jìn)程，積累深厚的工業(yè)技術(shù)和大量的研發(fā)投入，才能夠開發(fā)出優(yōu)秀的工業(yè)軟件；只有開發(fā)出優(yōu)秀的工業(yè)軟件，最終才能開發(fā)出優(yōu)秀的工業(yè)品。

（二）工業(yè)軟件形態(tài)演進(jìn)

在工業(yè)軟件發(fā)展的早期，工業(yè)軟件的主要目的是解決一些單一工業(yè)場(chǎng)景的問(wèn)題和需求，利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算和存儲(chǔ)能力解決工業(yè)過(guò)程中數(shù)字化表達(dá)和復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題。

隨著工業(yè)企業(yè)信息化水平不斷提升，市場(chǎng)需求的變化對(duì)生產(chǎn)的要求更高，多場(chǎng)景協(xié)同成為工業(yè)企業(yè)重要需求，不同類型工業(yè)軟件之間的融合加速，各系統(tǒng)通過(guò)定制化接口開發(fā)相互集成，一些有實(shí)力的工業(yè)軟件供應(yīng)商開始整合自身產(chǎn)品線，提供集成化、平臺(tái)化的整體解決方案。

云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、5G通訊、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)發(fā)展，打破了軟硬件產(chǎn)品的技術(shù)邊界，讓更多的軟硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，圍繞工業(yè)軟件構(gòu)建開發(fā)環(huán)境和應(yīng)用生態(tài)，用戶可通過(guò)“云化平臺(tái)+APP”的方式訂閱、租賃服務(wù)，形成了工業(yè)軟件的全新生態(tài)。

四、行業(yè)發(fā)展建議

（一）產(chǎn)業(yè)層面建議

一是高度重視工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展，制定戰(zhàn)略規(guī)劃，明確發(fā)展思路和發(fā)展目標(biāo)。二是政策推動(dòng)工業(yè)軟件專項(xiàng)資金支持，突出工業(yè)軟件的戰(zhàn)略性地位。三是鼓勵(lì)企業(yè)通過(guò)收購(gòu)并購(gòu)不斷擴(kuò)充領(lǐng)域，快速提升研發(fā)實(shí)力，補(bǔ)齊技術(shù)缺項(xiàng)，壯大市場(chǎng)規(guī)模，完善產(chǎn)業(yè)鏈條，提升競(jìng)爭(zhēng)力。

一是加強(qiáng)信息技術(shù)新工科和國(guó)家特色示范性軟件學(xué)院建設(shè)，建立工業(yè)軟件特色軟件學(xué)院及工業(yè)軟件研究實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)復(fù)合型專業(yè)人才。二是建立高校、科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)機(jī)制，跨學(xué)科培養(yǎng)一批高端工業(yè)軟件人才。三是加大自主可控研發(fā)設(shè)計(jì)類工業(yè)軟件在高校、科研院所推廣應(yīng)用，建立工業(yè)軟件用戶粘性。

一是加快參考架構(gòu)、分級(jí)分類等基礎(chǔ)共性類標(biāo)準(zhǔn)研制，推動(dòng)行業(yè)建立共識(shí)、引導(dǎo)和規(guī)范工業(yè)軟件標(biāo)準(zhǔn)體系。二是建立工業(yè)軟件測(cè)評(píng)認(rèn)證體系，圍繞協(xié)議異構(gòu)、數(shù)據(jù)互通、應(yīng)用移植、功能安全、可靠性等測(cè)試需求，建設(shè)工業(yè)軟件測(cè)試平臺(tái)。三是制定工業(yè)軟件成本度量和服務(wù)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)建立科學(xué)合理的軟件定價(jià)機(jī)制，完善工業(yè)軟件服務(wù)評(píng)估體系。

（二）企業(yè)層面建議

一是發(fā)布倡議，打破企業(yè)隔閡，促進(jìn)相關(guān)合作。二是促進(jìn)上下游企業(yè)間互聯(lián)互通，不斷完善技術(shù)、產(chǎn)品及服務(wù)能力等，實(shí)現(xiàn)合作共贏。

一是著力攻關(guān)三維CAD幾何引擎和幾何約束求解、CAE求解、系統(tǒng)分析與工程計(jì)算、低代碼開發(fā)等工業(yè)軟件關(guān)鍵共性技術(shù)。二是突破產(chǎn)品/工程設(shè)計(jì)、數(shù)字孿生、優(yōu)化控制、計(jì)劃調(diào)度、預(yù)測(cè)性維護(hù)等通用工業(yè)軟件，以及航空、航天、汽車、船舶、高鐵等離散制造業(yè)和石化、化工、鋼鐵、有色、建材等流程制造業(yè)專用工業(yè)軟件關(guān)鍵技術(shù)。

一是抓住新一代信息技術(shù)發(fā)展機(jī)遇，加快工業(yè)軟件與新一代信息技術(shù)融合，促進(jìn)工業(yè)軟件技術(shù)和架構(gòu)創(chuàng)新，推動(dòng)工業(yè)APP和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)前沿技術(shù)的研發(fā)。二是重點(diǎn)關(guān)注數(shù)字孿生和MBSE，基于工業(yè)軟件所形成的數(shù)字孿生技術(shù)，企業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，可以事先做好數(shù)字孿生體，后續(xù)一次把產(chǎn)品做好做優(yōu)。