工业软件产业发展现状与机遇
责任编辑:沐小月     时间:2023-02-07     来源:转载于:重庆市工业互联网发展研究中心
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作为“两化融合”的抓手与突破口,工业软件的普及和广泛应用,涵盖了几乎每个工业领域的核心环节,构筑成了当今产业体系的“灵魂”。在生产上,工业软件使用数字化手段进行变革,以此促进了生产力与生产效率在一定幅度上的提升,在推动我国制造业转型升级、提升产业水平和促进经济增长等方面具有重要意义,高端工业软件是实现我国从制造大国走向制造强国目标的重器之一。

1 国外工业软件发展现状

1.1 德国

德国拥有世界第五大信息与通信技术市场,同时也是欧洲最大的软件市场。2020年收入达到 276亿欧元,是欧洲软件收入最高的国家,德国软件业 2007-2020 年收入情况如图 1 所示。德国基础软件行业有 3 万多家公司,专门从事软件开发与销售,约占 ICT 行业公司总数的 46%。在欧洲前 5 名软件公司中,德国占据了 3 个席位,前 100 名软件公司中,德国有 14 家公司入选,公司收入达到总收入的 49.4%,具有非常高的市场集中度。不管是客户群还是制造商,德国软件业拥有欧盟国家最大的所有权。


图1 德国软件业2007-2020年收入(10亿欧元)

德国作为欧洲的软件第一大国,拥有 SAP、西门子等顶级工业软件企业。SAP 是全球最大的企业管理和协同化电子商务解决方案供应商、全球第三大独立软件供应商和世界上最大的商业应用、企业资源规划(ERP)解决方案独立软件供应商,在全球企业应用软件市场上占有率超过三成。西门子通过对 UGS 公司和 Mentor 等一系列仿真软件公司的收购,实现了生产控制类、研发设计类和嵌入式3个大类的覆盖,产品包含 MES、CAD、CAE、PLM 等多个细分品类。作为工业软件和自动化的巨头,西门子的产品广泛应用于世界各个高精尖产业,西门子 PLM 工业软件是NASA 开发与设计“好奇号”火星探测器的平台软件系统、NX 和 Teamcenter 软件实现了对苏-27 战斗机的气动布局与机动性的整体优化,西门子数控系统代表世界数控系统的最高水平。

1.2 美国

20 世纪 60 年代,人工绘图逐渐无法满足更加高级化与复杂化的产品需要,为了更好地表达产品需求,美国航天巨头开始研发出绘图更精准的工业软件替代人工制图。在美国对工业软件开发的重视与支持下,美国工业软件在每个细分领域都逐渐处于领先水平,成为工业软件全球领先的国家之一,拥有洛克希德·马丁、谷歌、苹果、波音等软件和制造业等巨头公司,其中洛克希德是世界上最大的工业软件公司。

在 CAE 领域,美国是最早开发 CAE 的国家,NASA 开发的有限元分析软件 Nastran 是美国仿真软件的鼻祖,在CAE 的市场上,Ansys(美国安斯科技)、Altair(美国澳汰尔软件)、MSC(美国诺世创)基本垄断了 CAE 领域。在 CAD的 4 家头部企业中,有两家公司——Autodesk(欧特克)、PTC(美国参数技术公司)属于美国。在 EDA领域,EDA软件的三巨头中——Cadence(美国铿腾电子)、Synopsys(美国新思科技)、Mentor(德国西门子的子公司明导电子),美国占据两个席位。

1.3 日本

作为世界第三大经济体,日本一向以高技术硬件产品闻名于世,但软件产业却普遍存在人才培养困难、利润率低等诸多问题。在行业高技术人才流失、政府产业政策制约、企业文化差异以及语言障碍等多重因素制约下,日本多为软件密集较低的产业,相较于美国和德国,日本工业软件产品缺乏全球竞争力。日本虽然软件竞争力不强,但是在嵌入式软件的运用上却具有较大优势,数控机床、智能机器人和汽车,是日本嵌入式软件的三大载体。日本带有数字接口的设备几乎都使用了嵌入式软件,嵌入式软件分布领域广泛,在微小电子产品领域处于领先地位。

2 我国工业软件产业现状

2.1 我国工业软件市场规模

信息化发展在农业、工业、军事、金融、教育、医疗等各个行业起着重要作用,“积极推进国民经济与社会信息化” 和“以信息化促进工业化”是我国提出的基本国策。国家统计局数字显示,2014-2020年,我国软件行业市场规模发展迅速,在软件业务领域的收入逐年增长,如图 2 所示。


图2 我国软件业务收入(亿元)

作为信息产业的主导产业,软件产业是国家重点发展扶持的产业,与传统产业相比,软件行业一直处于高速增长的势态。2020年我国软件业务收入为81 586亿元,同比增速达到 13.2%,2014-2020年平均增速高达 14.1%。从统计数据看,虽然我国软件业务收入增速受疫情影响有所回落,但总体有较高的增长水平,且运行平稳,软件产业发展方兴未艾。


图3 我国 工业软件 市场规模及占世界的比重

2014-2020年,我国工业软件的市场规模在不断增加, 从 2014 年的 695 亿美元到 2020 年 1 974 亿美元,6 年间翻了接近 2 番,增长势头迅猛。中商产业研究院数据显示,我国工业软件市场规模占世界市场总规模的比重也在逐渐上升(见图 3),2020 年占比已经达到 6.57%,2014-2020年世界工业软件规模复合增长率为 7.5%,我国达到 19%,我国市场的增长速度明显高于全球市场。在“中国制造2025”的大背景下,中国将从制造业大国向制造业强国不断迈进,加快两化紧密深度融合是大势所趋。对于工业软件和信息化服务的需求将持续增长,2016-2021 年我国工业软件市场将保持持续增长态势,未来继续高速发展。

2.2 我国工业软件产品市场占有分析

工业软件作为智能制造的关键基础和核心支柱,对于促进信息化和工业化的融合、推动我国制造业的转型升级以及实现制造强国的目标具有十分重要的意义,是国家信息技术水平的重要综合体现。前瞻产业研究院数据显示,近年来,国内工业软件市场保持快速增长,如经营管理类、生产制造类等软件在国内已经得到了比较快速的发展,国产软件占据市场的比重达到一半以上,如图4所示。


图4 工业软件 细分市场国产软件占有率

当前,我国工业软件总体表现为产品类别较全,但软件企业整体实力不强,软件产品主要集中在例如 OA(办公自动化软件)以及CRM(客户关系管理)等多种低门槛的软件类型,国外软件产品仍是主流,称霸软件市场。《中国工业软件产业白皮书(2020)》数据显示,在研发设计类软件中,国产软件占比最低,只占到市场 5% 的比重,且多数研发设计类工业软件仅应用于系统功能单一、工业机理简单、产业复杂度较低的领域。而在生产制造类的软件中,部分中国企业已经掌握了一定的技术,但是与国外工业软件巨头相比,仍然存在较大的差距。经营管理类软件方面,国产软件占比达到 67%,占据了中国中小企业大部分市场,但高端市场仍以SAP、Oracle为主。运维服务类软件方面,国内软件主要关注数据采集、监控等简单能力,缺乏对数据应用和对决策的辅助,底层核心技术依赖国外。国内工业软件产品无论是技术、性能,还是市场占有率,都与国外的产品存在一定的差距。国内外工业软件主要品牌统计如表1所示。

表1 工业软件 主要品牌


3 我国工业软件发展中存在的问题

3.1 技术受到限制,产品竞争力不强

工业软件的发展需要长期的时间积累与技术进步,对工业化与信息化都有较高要求。欧美国家先后完成了三次工业革命,积累了丰富的工业经验,为信息化的萌芽与发展提供了良好基础,并促进了工业化、信息化的结合与工业软件的诞生。在实践中全面而充分的试错以及对于经验的总结,欧美地区的工业软件产业在市场规模、知识以及人才储备方面都具有较大优势。我国工业化进程起步晚,基础薄弱,在关键技术、工业需求结合方面,核心技术掌握不足,部分核心算法需向国外厂商购买。目前,我国面向工业软件的开发生态尚未建立,数据采集和边缘计算能力亟待提升,工业专业技术领域微服务功能模块赋能不足,产品性能、稳定性与用户体验感仍有许多不足,工业软件市场占有率较低,国产工业软件竞争力不强。

3.2 研发投入不足,缺乏政策支持

技术进步离不开资金支持。我国工业软件研发也曾取得一定成效,但随着改革开放的深入,我国信息化开始走两化融合道路,国家补贴的资金主要用于国外工业软件的购买。在融资方面,轻资产因缺乏抵押品难以获得银行贷款,我国工业软件存在融资难、融资渠道不畅的问题,资金缺乏不能满足工业研发需求。与我国相比,美国则高度重视工业软件研发,为大力扶持工业软件产业,2018 年推出电子复兴计划(ERI),计划5年内投入15亿美元,等同于中国三个“五年计划”投入的 50 倍。在政策支持方面,中美差异较大,美国对工业软件的重视与支持,是美国工业软件产业得以快速发展的根本所在。

3.3 专业人才稀缺,人才流失严重

工业软件的发展离不来人才支持,据《关键软件人才需求预测报告》预测,到 2025 年,我国工业软件人才缺口将为 12 万。我国工业软件人才短缺,一是现有的学历教育体系和职业教育体系无法实现复合型人才培养。作为一个跨学科的应用方向,工业软件涉及数学、机械、电气传动与控制、计算机与信息技术等多个领域的知识,这对人才能力要求较高,培养难度大。而目前大多数高校的专业设置存在偏差,一般为单一的某个专业,缺少复合型学院设置,每年培养的高素质工业软件人才稀少。二是工业软件行业收入低,人才流失严重。当前,我国工业软件企业职工收入远低于国外工业软件公司或者国内游戏、互联网企业,企业内部职工发展空间小,缺乏成长动力。职工付出与回报不能适配,行业高端人才流失严重。

3.4 知识产权保护滞后,创新能力受到制约

在用户层面,很多企业知识产权保护意识薄弱,没有认识到产权带来的权利与义务,为了节省成本选择使用盗版软件或者支持员工使用盗版软件,忽视了盗版软件的风险性以及可能带来的危害。在知识产权保护层面,法律保护也需要加强。目前,部分企业、高校、科研院所使用盗版软件的成本近似于无,盗版软件挤占正版软件的生存空间,市场出现劣币驱逐良币的现象。知识产权保护意识缺乏、法律保护力度不够,导致资本不愿流向工业软件领域,严重打击了国产工业软件研发的积极性。软件业保护严重滞后于软件业快速发展和企业日趋强烈的保护需求,在一定程度上制约了国家工业软件自主创新能力,工业软件企业竞争力进一步减弱。

4 我国工业软件发展机遇

4.1 国家层面高度重视工业软件自主研发

虽然目前中国工业软件核心技术薄弱,产品竞争力不强,但发展空间广阔。中美经贸摩擦以来,多家中国企业与高校相继被美国列入“实体清单”,EDA、MATLAB 等工程软件先后被禁用,我国高端制造行业从设计、分析到生产管理全面存在“卡脖子”的风险。国际形势的变化,让国产化成为趋势。国家层面开始意识到工业软件的重要性,不断提高对工业软件的重视程度,在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》等多个重要文件中提出,要构建自主可控、安全可靠、高端先进的国产工业软件产业体系,加快国产工业软件发展速度势在必行。与此同时,资本层面也开始将目光投向国产工业软件领域,工业软件研发将获得更多的资金支持,工业企业与工业软件企业合作不断加深,国产工业软件从研发到应用的整个流程会更加畅通,形成产研结合的完整链条。

4.2 需求的多样化推动工业软件发展

工业软件覆盖了产品的全生命周期,应用于所有工业行业,行业内细分领域众多,客户行业差异大,需求多种多样,由此形成了工业软件细分领域差异化的竞争格局。在中国从工业大国转向工业强国的过程中,各个行业对于工业软件专业性的要求将不断提高,解决方案也将向专业化与定制化发展。目前,全品类工业软件市场已经被国外工业软件巨头占领,对处于后发劣势的中国工业软件企业而言,专注于细分赛道,以鲜明的产品行业特色换取细分领域中较高的市场份额,也许是一种可行的选择。另一方面,国际公司很难高度贴合我国复杂的精细化场景业务,国产软件企业可以借此机遇,以满足行业需求为出发点,以定制化为宗旨,研发出满足国内特定环境下工业行业所需求的产品。通过根植细分赛道,或将实现中国工业软件的崛起。

4.3 工业软件架构调整提供弯道超车机会

中国正处于产业转型升级的关键时期,工业企业技术赋能需求迫切,工业软件起到重要作用。随着大数据,人工智能、云计算的发展,工业软件已经进入新的时代,软件的开发与需求有了新的变化,工业软件架构将会迎来新的调整。目前,工业软件的技术呈现碎片化问题,应用落地路径在不同领域产生巨大差异且不易快速复制,随着工业软件的发展,解耦与上云成为必然趋势。工业软件的产品模式将由单一化、孤岛化向一体化、协作化转变,开发模式逐渐向组件化、模块化转变,部署模式向云端迁移的步伐加快,原先的单机产品整体架构必然重建,软件的开发与使用也将更加方便灵活。技术的巨大变化给传统的工业软件巨头带来了挑战,削弱了其构筑的竞争优势,也降低了工业软件行业的准入门槛,为国内软件的快速发展甚至弯道超车提供了宝贵的机会。

4.4 新技术为工业软件架构调整提供支撑

在工业软件解耦与上云的过程中,离不开新技术的支撑,工业软件对于工业互联网、5G、云计算等需求与融合发展正不断增强。在我国新基建战略的实施下,中国工业互联网平台在技术、管理、商业模式等方面都取得了一定进展;5G 研发支出遥遥领先,专利数量位居全球首位,5G 建设与商用探索也取得了一定突破和成果;云计算产业发展迅猛,保持 30% 以上的年均增长率,是全球增速最快的市场之一,在各个领域获得广泛应用。在中国新技术蓬勃发展背景下,工业互联网、5G、云计算等智能信息技术的成熟,有利于推动我国工业软件更好更快地发展。

5 结语

工业软件在设计和制造活动中具有基础性、承载性属性,一旦出现技术封锁或安全问题,相关短板将对国家产业安全构成重大危害。目前,国产工业软件虽然数量不少,研发上也取得了一定成果,但是整体水平不强,技术上与国外软件相比存在较大差距,缺乏行业主导能力。自经贸摩擦以来,国内多个科研机构和公司被禁止使用 EDA、MATLAB 等重要工业软件,中国在工业软件领域面临“卡脖子”难题,发展国产工业软件的重要性不言而喻。我国工业软件厂商应当把握新技术新市场带来的机遇,突破技术壁垒,提高产品竞争力,发展壮大国产工业软件。


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