工业软件行业报告:盘点重点工业软件细分赛道
责任编辑:王王木木     时间:2024-06-06     来源:转载于:报告出品方/作者:东吴证券,王紫敬、王世杰
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1. 工业软件:现代制造业之魂

1.1. 工业软件定义及分类

       工信部信软司指出:工业软件指专用于或主要用于工业领域,为提高工业企业研发、 制造、生产管理水平和工业装备性能的软件。

        工业软件是对工业技术和知识的程序化封装、复用,是工业化的顶级产品。在实际 工业场景中,如汽车制造、船舶制造等,人们获得了诀窍、技能、经验,通过程序化、 算法化、模型化等手段,封装成了工业软件。工业软件能够控制生产设备、优化制造和 管理流程,提高生产率,是现代工业的“灵魂”。



1.2. 工业软件市场规模

       国内工业软件市场规模全球占比较小,但发展潜力较大。根据智研咨询数据,2020 年全球工业软件市场规模为 4358 亿美元,2012-2020 年全球工业软件市场规模复合增速 为 5%。国内 2020 年工业软件市场规模为 286 亿美元,仅占全球规模的 6%,但 2012- 2020 年国内工业软件市场规模复合增速高达 12%,大幅高于全球水平,发展迅速。根据 世界银行数据,中国 2020 年制造业增加值占全球比重为 28.61%,2011-2020 连续十年 保持世界第一制造大国地位,相比于同期工业软件规模全球比重仅有 6%,可预计有广 阔的发展空间。



       工业软件市场规模同比增速相比于下游工业波动率更低,更为稳定。工业软件虽然 和工业紧密联系,应用于工业中,但不论是中国还是全球市场,市场规模增速波动性低 于下游工业,更加稳定。我们认为主要原因是一方面工业软件相比于工业生产设备,工 业企业需求相对柔性;另一方面,工业软件目前渗透率和价值量仍在快速提升。


1.3. 工业软件竞争要素:研发、生态、并购

       工业软件需要持续的高研发投入。工业软件服务于工业制造,工业技术的不断发展, 要求工业软件不断迭代与更新,以匹配最新的工业需求。2021 年,全球领先的工业软件 公司研发费用率几乎都高于 10%,更有甚者达 35%以上。以 EDA 行业为例,摩尔定律 的演进推动着制造工艺不断升级,从微米到纳米,再到现在的 2nm,这对 EDA 设计软 件的要求也越来越高,EDA 软件企业需要持续投入研发费用,让软件能跟上先进制程芯 片设计需求。全球 EDA 巨头 Synopsys 和 CAD 巨头 Autodesk 研发费用率 2011-2021 年 连续 10 年超过 20%。想要在工业软件领域建立和保持竞争壁垒,就需要紧贴工业需求, 跟进工业发展现状,持续的研发投入至关重要。

       客户赋能:生态协同不断打磨工业软件产品,提升产品竞争力。工业软件的生命力 在于与实际工业的结合,需要使用者在应用中不断提出改进需求,与工业软件开发商深 度互动,工业软件开发商才能持续迭代和改进。几乎每一个优秀的工业软件背后都有一 个与之陪跑的制造业巨头,例如达索的 CATIA 三维设计软件和达索航空一起成长,最 后成为飞机制造设计的全球标准。每年在达索 SolidWorks 的全球用户大会上,达索高管公布新的软件版本后,会收集并对现场提出的用户需求进行筛选,确定哪些需求会在下 一个版本中进行改进和发布。

       赋能客户:客户需求是多样的,个性化的,开放的生态建设可以起到四两拨千斤的 获客效果。开放是生态建设的重要法门,只有解决好系统的开放性问题,提供良好的二 次开发工具,软件公司才能避免消耗自己大量的开发资源,同时吸引来大量的第三方开 发人员,通过二次开发来满足客户的个性化需求,从而获得更多客户。Auto CAD 提供 了可以对软件进行二次开发的 AutoLisp 语言,后来又支持 High C 和 C++等语言进行二 次开发,便捷的二次开发环境使得 Auto CAD 及其 DWG 文件格式成为二维 CAD 领域 事实上的标准。

       并购帮助工业软件企业快速提升实力、占领市场。1)工业细分领域众多,孕育出 了各类工业软件,细分市场较小;2)工业逐步向互联化、智能化发展,不同工业环节逐 渐打通,对应工业软件也开始整合,如 CAD、CAE、CAM 一体化;3)工业软件是多年 工业知识的积淀,技术壁垒较高,自研成本很高,造不如买。三个因素共同作用,并购 成为工业软件行业企业成长的常用方法。如 Moldflow 是注塑仿真的领先公司,Delcam 是 CAD/CAM 软件公司,在模具加工等行业应用广泛,本身也进行过诸多并购,这两家 公司最终被 Autodesk 公司并购,补全了 Autodesk 的产品链。

       工业软件行业最终竞争格局:寡头垄断。新兴工业软件出现时,由于技术尚未稳定, 可能市场格局较为分散,但随着技术发展、生态形成、并购加剧,最终将演变为寡头格 局。从全球市场来看,各个环节、各个领域的工业软件市场最终都是由几个巨头瓜分。


1.4. 工业软件未来发展方向

       底层数据平台:集成化、开源化和标准化。集成化指实现各类软件的互联互通。在 研发设计类软件中,厂商逐渐实现 CAX 一体化软件及平台,厂商试图打造集产品研发 全流程一体平台,实现 2D CAD 和 3D CAD 到 CAE、CAM 的互通。工业软件部分走向 开源平台。厂商通过开发平台,聚集并对接了大量产业链合作伙伴,以二次开发形式帮 助企业降低为客户带来定制化服务的成本。软件的打通对标准化提出了要求。当前已经 指定了多种标准,如接口标准 CGI、文件标准 CGM 等,要实现软件集成就需要数据转 换,当前数据转换存在一定误差,设计的误差会对后期的修改工作带来巨大的工作量。 PLM 通过标准化的数据、文件才能更好地实现产品生命分析。

       服务提供:云化、服务化。云化可以实现全社会的合作开发,释放厂商硬件的资源 空间,降低维护成本。PTC 的云端 CAD 应用 On shape 实现了在计算机、手机、平板等 多终端的浏览器中,通过登录展开设计工作。工业软件通过工业互联网为客户实现个性 化的定制服务。厂商不再局限于提供简单的软件产品销售,还包括开发工程服务、工业 数据分析、抽象机理模型等。

        技术革新:自动化、智能化。云计算、物联网、AI 的发展带来了第四次工业革命, 加速释放工业领域数字化和智能化的产品需求。云计算、物联网帮助企业实现收集数据, AI 帮助企业分析数据,最终实现智能制造。在研发设计领域,体现在参数选择、形成智 能化 CAD 系统、减少人工占比部分等方面;在生产制造领域,体现在智能控制生产方 面,减少人工托底的比例,实现自动化生产,减少人工干预带来的不确定性。在经营管 理方面,智能 ERP 帮助企业实现供应链上下互联,实现智能决策并采取生产或其他行 动。


2. 工业软件的重要性:为什么要做工业软件?

       工业软件源于工业、用于工业、优化工业,带有天然的工业基因,因此工业软件的 重要性,也会体现在工业生产的方方面面,工业软件也是我国的智造之路不可或缺的一 部分。


2.1. 工业软件国产化关乎工业安全

       工业是国家经济命脉。根据国家统计局数据,2015-2021 年工业在中国 GDP 中占比 始终维持在 30%以上,是我国第一大支柱产业。工业的健康运转既关乎我国经济的平稳 发展,也关乎民生安全。

       “不敢用”:工业软件是现代工业核心组成,是否安全决定工业能否正常运行。现 代工业已经离不开信息化,所有的设备、系统都是基于工业软件,工业软件一旦出现问 题,工业可能面临瘫痪。全球每年有很多工业软件安全问题引起的工业事故,2010 年 9 月,伊朗政府宣布,大约 3 万个网络终端感染“震网”,病毒攻击目标直指核设施,“震 网”是专门针对工业控制系统发动攻击的恶意软件。

        中国工业软件大多依赖海外产品,存在安全隐患。根据《中国工业软件产业白皮书 (2020)》数据,2019 年,中国研发设计类工业软件国产化率仅有 5%,生产控制类为 50%,经营管理类为 70%,在高端工业市场,国产化率更低。大量工业企业使用海外工 业软件产品,如果出现安全问题,将对国计民生造成巨大损失。



       “不能用”:中国部分工业软件已经被西方制裁,俄乌战事告诉我们工业软件必须 国产化。2019 年 5 月 16 日,美国商务部宣布将华为及 70 家关联企业列入所谓的“实体 清单”,禁止 EDA 软件公司为华为提供服务。俄乌战事开始后,西方 Oracle,SAP, Siemens,ABB 等工业软件巨头相继宣布停止在俄罗斯业务,这意味着使用这些工业软 件的工业企业业务可能瘫痪。从西方对俄罗斯的制裁来看,可谓全方位,任何不能保证自主可控的环节都会成为被攻击的弱点。对中国来说,各个环节的工业软件,无论是研 发设计类、生产制造类还是经营管理类,都需要有自主可控的后手准备,这样才能保证 工业健康运转,国家安全,人民幸福。


2.2. 工业软件是抢占第四次工业革命高地的关键

       工业软件帮助企业降本增效。降低成本。以研发设计软件为例,产品设计阶段的成 本仅占整个产品开发投入成本的 5%,但是产品设计决定了 75%的产品成本;另外,在 需求收集阶段、设计阶段、生产阶段、产品投入使用后分别修复缺陷的成本是递增的。 因此,在设计阶段修复产品缺陷对产品最终质量有极大的成本杠杆效应。提高生产效率、 增加产量。当前工业产品结构复杂,工业软件能够帮助企业提高生产效率。如飞机的研 制,由于采用了新技术“数字样机”,设计周期由常规的 2.5 年缩短到 1 年,减少设计返 工 40%。MES 系统可以推进少人化生产,在不改变现有人员数量及生产面积的基础上, 提高效率、增加产能。如《中国工业软件产业白皮书(2020)》指出,一家公司借助达索 系统的 Apriso 平台,结合工厂的生产精益改善,实现了 25%的生产效率提升和 20%的 在制品减少。

       工业互联网是实现第四次工业革命的重要手段。第四次工业革命,以实现智能制造 为目的,工业互联网是实现智能制造的重要手段。智能制造包括前中后三个阶段,主要 有智能化设计、仿真与验证,智能化采购、生产与交付,智能化运行、维修与回收等。 而工业互联网就是通过开放的工业级网络平台把人、机、物、系统联系起来,通过高效 共享工业经济中的各种信息,实现工业乃至产业的智能化发展。

        工业软件是工业互联网的核心组成。在工业互联网体系的生产过程中,自动化装置 控制智能装备执行具体操作,然后将相关数据反馈给工业软件,工业软件进行分析并发 出指令指挥执行层进行操作;工业软件和智能装备接入到工业互联网平台上,实现工厂 内外的信息交互。因此,工业软件是工业互联网的枢纽和核心组成,谁能拥有最先进的 工业软件,谁就占据了第四次工业革命的高地。





3. 我国工业软件的现状

3.1. 全而不强,后起追赶

       我国工业软件总体表现为产品类别较全,但技术较为落后。研发设计类软件方面, 国产工业软件在国内市场份额最低,虽然已经出现一些自主研发软件的公司,如中望软件、华大九天等,但主要也只使用于工业机理简单、系统功能单一、行业复杂度低的领 域,包括模具、家具家电、通用机械、模拟芯片等行业。生产制造类软件方面,在部分 领域具备一定实力,出现了宝信软件、和利时、中控技术等企业,但在高端市场还不占 优势。经营管理类软件方面,国产厂商主要占领中低端市场,主要包括用友网络、金蝶 国际和浪潮国际等 ERP 厂商,但在高端市场领域(尤其是跨国公司)更多被 SAP、Oracle 占领。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,缺少成熟 的工程应用,缺乏数据和经验的积累,国内公司主要有容知日新、博华信智等。

       意识方面:重硬轻软。一方面,企业不愿意在软件上花钱,根据 Gartner 的数据, 2019-2020 年全球 IT 支出中,软件支出占比约 12%,总规模分别为 4581/4650 亿美元, 而中国 2019-2020 年软件支出均不足 4%,规模仅为 1008/1099 亿元人民币,远远低于全 球平均水平,企业更愿意在硬件设备上花钱。另一方面,我国制造业以组装生产的低附 加值产业为主,对自动化生产等硬件需求较多,对研发生产的软件的需求相对较少,深 化了重硬轻软现象。

       研发方面:企业研发费用较低,研发人才缺失,工业知识积累不足。1)研发投入 低。我国的工业软件企业大部分是二级代理转型和企业或高校的商业化企业,国外企业 则是专门的研发企业或者硬件自动化企业。如专做 CAD 软件的企业中望软件和 Autodesk,虽然 2021 年中望软件研发费用率更高,但 Autodesk 研发费用绝对值是中望 软件的 35 倍。2)缺少复合人才。工业软件是工业知识、实际经验和其他学科的结合, 如数学、计算机、物理等,当前有行业经验、又有软件代码开发能力的复合型开发工程 师,在国内非常的稀缺。3)工业知识积累不足。我国工业化进程起步晚,其他发达国家 提前并率先完成工业化进程,在发展过程中积累了海量工业知识,同期发展的工业软件 也实现了同步迭代更新。而我国缺乏这样的基础,且我国工业信息化建设进程较缓,工 业数据的体量、规模较小,导致难以支撑软件开发。



      产品方面:替换难度大。海外工业软件和工业体系一起发展,占据全球大量市场份 额,其中的工业知识更贴合工业的实际生产,因此海外软件往往在可用性和先进性上领 先国内产品。我国 95%的研发设计软件依赖进口,国内工业企业会倾向于海外产品,有很强的客户粘性,不会轻易选择更换软件,在抢占市场份额的道路上任重道远。

       生态方面:尚未形成良好生态。1)我国顶尖制造类企业数量少于海外,未能给工 业软件产品迭代提供足够的反馈;2)我国工业软件企业生态建设刚刚起步,相比于海外 企业已经形成繁荣的社区生态,国内工业软件企业生态较为欠缺,需要逐步发力建设开 发者生态。


3.2. 政策和资本市场双重支持

       政策上,政府颁布了一系列政策强力支持工业软件发展。工业数字化是《“十四五” 数字经济发展规划》重要目标。十四五期间,发展数字经济,“两化融合”迎来新的挑战 和机遇,“智能制造”是重要方向和突破口,工业软件是重要发展领域。

       资本市场助力,推动国产工业软件发展。2020 年以来,工业软件上市公司数量逐渐 增多,中控技术,中望软件,概伦电子等公司陆续登陆资本市场,浩辰软件,华大九天, 思尔芯,广立微等公司正在 IPO 中。一级市场,芯华章、华天软件等公司相继获得融资。 根据亿欧智库数据,2021 年 1-9 月,工业软件行业融资轮次达到 26 次,已经接近 2020 年融资次数的 2 倍。


3.3. 工业软件投资的最佳时机

       市场空间大:国产替代叠加工业转型。一方面,中国工业软件发展尚处于早期阶段, 各环节国产化率仍有较大提升空间。另一方面,中国工业正在进行升级转型,智能制造 是主要转型方向,工业软件需求有望大幅提升。两者叠加,中国工业软件刚刚起航。

       赛道景气度高:政策支持和资本重视。2021 年至 2022 年一季度,国家工业软件支持政策频出,我们预计未来国家有望针对工业软件不同细分领域推出更有针对性的政策, 包括强制使用国产化软件等政策。

       投资确定性高:现在的小公司就是未来几十年的行业寡头。工业软件兼具工业与软 件双重属性,因此,全球成熟工业软件市场皆为寡头垄断格局,且极为稳定,非外力强 制干预,难以撼动。基于此,我们现在投资的工业软件企业,未来将会成为行业寡头, 较为长久地获得稳定收益。


4. 重点工业软件细分赛道盘点

4.1. 研发设计类:任重道远

4.1.1. CAX:现代设计生产基础

       CAX是CAD、CAE、CAM等计算机辅助技术的综合叫法。

CAD:

      CAD(Computer Aided Design,计算机辅助设计)是指利用计算机及其图形设备 帮助设计人员进行虚拟设计的软件。企业研发部门接到订单后进行需求分析(GA)、需 求工程(GE),使用 CAD 软件进行几何建模设计,如二维绘图、详细绘制、设计文档和 基本三维设计等。CAD/CAM 是现代工业控制的三大支柱(PLC、机器人和 CAD/CAM) 之一。

       中国CAD市场营收规模增速远高于全球,海外巨头垄断中国市场。根据艾瑞咨询 数据,2020 年中国 CAD 市场营收规模为 35 亿元,同比增长 21%,远高于同期全球 6.4% 的增速。根据鲸准研究院数据,2018 年中国 CAD 市场主要被海外巨头垄断,达索、PTC、 西门子和 Autodesk 营收占比接近 90%。



      2D CAD市场国产厂商展露头脚,3D CAD市场亟待突破。国产 CAD 厂商的 2D 产 品已经能够满足大多数客户的需求,3D 产品正在研发突破,仅能满足一些低端需求,并在不断攻关中高端应用场景。根据鲸准研究院数据,2018 年,中望软件、苏州浩辰和 数码大方三家在中国 2D CAD 市场营收占有率接近 20%,其中,中望软件占比接近 11%, 为国产 2D CAD 龙头。

       从产品能力方面,全球CAD工业软件开发商可分为两大阵营。第一阵营主要指达 索、欧特克、西门子等国际企业,其产品性能优越、功能全面,欧特克的 2D CAD 产品 营收市占率第一,达索和西门子的 3D CAD 产品性能全球领先。第二阵营是掌握软件开 发关键技术的国内厂商,但品牌知名度较低,靠针对性开发和价格优势扩大市场份额。

       CAD的技术核心是几何内核。几何内核是将几何物体表达为计算机语言并处理的 技术,它是 CAD 的底层技术支持,提供了约束建模、参数建模、驱动建模等各种底层 机制,方便了上层 CAD 应用的开发。几何内核涉及的内容丰富,对稳定性、可靠性要 求较高,需要经过实际应用迭代和长期技术积累。

        国内仅有少数CAD产品具有自主内核。中望软件和华天软件具有自主内核,中望 的 Overdrive 内核本来是美国 VX CAD 的内核,2010 年被中望收购;华天的 CRUX IV 源自日本 UEL 公司的 CADmeister 软件源代码。其他公司多是使用国外公司的内核授 权。


CAE:

       CAE(Computer Aided Engineering,计算机辅助工程)是求解产品最优结构、性 能的软件。研发部门使用 CAD 软件得到初步几何模型以后,使用 CAE 软件在物理角度 上优化模型性能,包括静态结构分析、动态分析、电磁分析等。

      CAE的核心是数值分析求解方法,如现在广泛应用的有限元法。采用这些数值分 析方法,实现结构的离散化,即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体,实际结 构的物理性能可以通过对离散体进行分析,得出满足工程精度的近似结果来替代对实际 结构的分析,这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。

      国内CAE市场规模仅占全球的9%。2018 年全球 CAE 软件市场规模为 65.75 亿美 元,国内市场规模约为 6 亿美元,占比 9%。全球 CAE 市场的 12 大领导厂商(如美国 ANSYS、MathWorks,德国 Siemens,法国 Dassault Systems、ESI Group 等)垄断全球市 场,占据国际市场的 95%。

       国产CAE产品起步晚,追赶行业龙头仍需时日。国外 CAE 通用性、稳定性和可靠 性较强,逐步实现了 CAD/CAE/CAM 一体化综合软件。我国国产 CAE 软件起步较晚, 主要服务于非高端领域的特定行业客户,提供低价但专业性强的产品来获得市场份额。 由于核心技术的差距,国产 CAE 关键技术自主可控程度较低,根据中商产业研究院数 据,2020 年中国 CAE 营收市场国产化率不到 5%,并且在产品化、集成化等方面与国外 软件还有较大差距,追赶行业龙头任重道远。


CAM:

       CAM(Computer Aided Manufacturing,计算机辅助制造)是为加工产品过程编码 及控制数控机床加工过程的软件,它链接了产品设计到生产制造两个环节。CAM 主要 包括两类软件:计算机辅助工艺设计软件(CAPP)和数控编程软件(NCP)。CAPP 将 CAD 中的模型信息自动输出为零件的工艺路线和工序内容等工艺文件,NCP 为后续数控机床 的生产制造进行 NC 编码、机器人编码。据中研普华研究院数据,2019 年中国 CAM 软 件市场规模为 245.2 亿元。

      CAM的核心是计算机数值控制(简称数控)。CAM 用数控机床按数字量控制刀具 运动,完成零件加工。这个过程需要几何内核支持复杂二维区域、三维自由曲面的相关 几何计算,才能为各类 CAD/CAM 系统、专用数控编程系统、机器人离线编程与仿真系 统提供 CAM 轨迹规划算法,如复杂二维区域的恒切削力轨迹规划算法。目前华南理工 大学已研制出自主可控的“IntelliCAM-计算机辅助制造(CAM)核心算法库”。

       CAM市场竞争格局和CAD、CAE类似,海外巨头垄断,国产份额较低。CAM 软 件一般绑定 CAD 销售,全球 3D CAD 软件巨头都有自己的 CAM 产品,中国 CAM 市 场主要有国际巨头垄断。

       市场上已有多种CAM软件。CAM 主要以 3 种模式存在,内置于 CAD 软件型式、 独立软件型、插件型。内置型包括CATIA、Fusion360,修改效率高,CAD 和刀具路径 间有高度相关性。独立型如 BobCAD-CAM,功能全面。插件型可以从许多第三方软件解决方案导入绘图,有较大便捷性,如 CAMWorks。


4.1.2. EDA:芯片设计“工业母机”

       EDA是用来辅助超大规模集成电路设计生产的工业软件。EDA 全称是电子设计自 动化(Electronic Design Automation),是指用于辅助完成超大规模集成电路芯片设计、 制造、封装、测试整个流程的计算机软件。随着芯片设计的复杂程度不断提升,基于先 进工艺节点的集成电路规模可达到数十亿个半导体器件,不借助 EDA 已经无法完成芯 片设计。EDA 与产业链结合愈加紧密,已经成为提高设计效率、加速技术进步的关键推 手。

       EDA杠杆效应、经济效应显著。根据 ESD Alliance 和 WSTS 数据,2020 年全球 EDA 市场规模仅为 115 亿美元,却撬动着 4404 亿美元市场规模的半导体行业。一旦 EDA 这一产业链基础出现问题,整个集成电路产业都会受到重大影响,EDA 行业也是 最容易被外国“卡脖子”的关键领域。此外,EDA对于节省芯片设计成本有着举足轻重 的作用。根据加州大学圣迭戈分校 Andrew Kahng 教授在 2013 年的推测,2011 年设计 一款消费级应用处理器芯片的成本约 4,000 万美元,如果不考虑 1993 年至 2009 年的 EDA 技术进步,相关设计成本可能高达 77 亿美元,EDA 技术进步让设计效率提升近 200 倍。



      与国际市场相比,中国EDA市场规模增速更快。根据赛迪智库数据,2018 年,我 国 EDA 市场总销售额为 44.9 亿元,而到 2020 年我国 EDA 市场销售额已经达到 66.2 亿 元,2 年复合增速为 21.42%,远高于全球市场营收规模 2018-2020 年 2 年 9%的复合增 速。

       中国EDA市场国产化率极低,三大巨头仍然垄断。虽然中国 EDA 市场营收规模增 速远高于全球增速,但由于我国 EDA 厂商起步较晚,在产品性能与生态协同方面均处 于劣势,国内市场份额大多为国外厂商所占据。根据赛迪智库和前瞻产业研究院数据, 2020 年国际 EDA 三大巨头 Synopsys,Cadence 和 Siemens EDA 在我国合计营收规模市 场份额占比为 78%,国产厂商占比不到 15%,国产化率极低,国产替代空间广阔。



       人才是EDA发展的核心。EDA 软件涉及半导体、数学、芯片设计三方面知识,需 要掌握这三方面知识的复合人才。根据新思科技中国区副总经理陈志昌先生所言,培养 一个 EDA 人才不容易,从高校课题研究到能够真正实践从业,往往需要十年的时间。 根据第 23 届中国集成电路制造年会披露数据,全球 EDA 行业从业人数仅有 4 万人左 右,因此 EDA 人才培养体系十分重要。

       以新思科技为例,新思科技注重人才培养,其人才培养战略包括新思科技大学课程 体系、新思科技大学计划以及积极参与国家人才战略等方面。新思科技开发了一套集成 电路设计全套教程,包括 131 门本科及研究生课程、24 门训练课程、37 门讲座及实验, 适用于集成电路相关专业的大学本科和硕士研究生。从 EDA 人才培养成果上看,仅 2019-2020 年这一年时间内,已有 30000 人参与到了新思科技人才项目当中,20 所国内高校 与新思科技建立了人才培养相关合作。

       持续研发是EDA发展的动力。EDA 软件是算法密集型的大型工业软件系统,EDA 开发需要涉及到计算机、物理、数学等多方面知识。芯片设计更迭速度不断加快,EDA 软件公司需要不断加大研发投入,确保自己技术领先。同时,EDA 巨头们正是凭借大量 的知识产权保持领先地位。全球三大巨头垄断的格局在 2000 年后就较为稳定,2010-2020 年三大巨头营收年复合增速都接近 10%,但仍然保持着 30%-40%的研发费用率,个别年份超过 40%。2020 年,Synopsys 和 Cadence 的研发费用分别高达 13 亿和 10 亿美元, 几乎是 2020 年中国 EDA 市场销售规模的两倍。



     产业链协同是EDA发展的保障。芯片设计的先进工艺是由晶圆厂、设计公司和 EDA 软件厂商共同推进的成果。晶圆厂从材料、化学、工艺过程等制造步骤来寻求工艺突破; EDA 公司借助晶圆厂的测试数据和工艺细节文件来改进 EDA 软件;芯片设计公司使用 新的 EDA 模型进行设计、试生产,反馈到晶圆厂和 EDA 公司改善制造工艺和软件模 型。晶圆厂、EDA 软件公司、设计公司相辅相成,互相合作,共同推进技术进步。


4.1.3. PLM:一体化产品管理

      PLM(Product Lifecycle Management,产品生命周期管理),可以看做是CAD、CAE、CAM、PDM(Product Data Management)的集成。帮助扩展型企业整合数据、 流程、业务系统以及人员信息,以经济高效的方式对产品的整个生命周期(创意、设计、 制造到维修)的信息进行管理。PLM 用于传递 ERP 等管理软件和产品之间的信息,如 物料清单(BOM)信息、产品设计信息、客户要求改进要求,起到了桥梁的作用。

       PLM的核心是PDM(Product Data Management,产品数据管理)。PDM 是管理 所有与产品相关信息(如零件信息、配置、文档、CAD 文件等)和相关过程(如过程定 义和管理)的技术。20 世纪 80 年代 PLM 最早用于图档管理,包括电子化图样,并用软 件实现电子影像的例览和修改。90 年代后,跨国企业的出现促进不同地区的员工使用专 业化 PDM 实时协同并展开工作。现在,PLM 扩展并替代了 PDM 的功能,还整合了商 务功能,是 CAD/CAPP/CAM 的集成平台。

       PLM中国市场增速高于全球,市场份额主要由海外巨头把持。根据 Quadrant Knowledge Solutions 数据,PLM 全球市场规模将从 2018 年的 186 亿美元增至 2023 年 的 263 亿美元,年复合增速约为 7.2%,增速较为平稳。根据 CIMdata 估算,2019 年中 国主流 PLM 市场规模达到 16.8 亿美元,同比增长 12.75%,增速高于全球同期。竞争格 局方面,PTC、达索、西门子是全球 PLM 市场领导者,国内企业有思普、用友、金蝶、 青铜器。



      国际PLM知名厂商主要包括西门子、PTC、达索。1)西门子 PLM 目标远大:主 导汽车行业,买下所有可能的软件;寻求在电气电子领域的主导地位,融合机械、电子、 电气一体化;加强 CAD 与 CAE 的集成;发展对 PLM 内核组件的控制,包括 AR/VR; 保持在工业 APP 软件开发的先手,继续为它的新一代物联网平台 MindSphere 保驾护航。 2)PTC 目标是物联网平台,同时加强体验的场景深化,寻找与终端用户的连接,在 AR/VR 大力开发工业应用场景。3)达索系统主打品牌效应,如收购德国流体相变计算的 COSMOlogic 软件商,直接纳入到 Biovia 的品牌(是达索系统为生物、化学和材料的科 学计算品牌)下。其他品牌还有仿真品牌 Simulia,众多仿真软件都被纳入麾下。


4.1.4. BIM:建筑信息化下一站

       BIM一般指建筑信息模型,以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础而建立的 建筑模型,通过数字信息仿真,模拟建筑物所具有的真实信息。BIM 基于建筑物的真实 信息构建 3D 模型,当模型中的某元素改变时,每个视图都会更新,包括剖面视图、立 面视图和图纸视图。BIM 的强大在于它帮助建筑师、工程师和承包商在协调模型上进行 协作,每个人都能了解他们的工作在项目中的位置。BIM 是建筑信息化发展的最新方向, 常用的 BIM 软件有 Revit、Bentley、ArchiCAD。

       BIM作用于建筑生命的整个周期。建筑周期主要可以分为项目前期策划阶段、设计 阶段、施工阶段和运营阶段。1)前期策划阶段,BIM 具有现状建模与模型维护、场地 分析、成本估算等功能。2)设计阶段,BIM 有助于设计创作、协同设计、建筑性能分 析、结构分析等。3)施工阶段,BIM 可以解决碰撞综合协调,施工方案分析等问题。 4)运营阶段,BIM 可参与竣工模型交付,维护计划,资产管理等步骤。

       全球BIM市场规模快速增长,2020年Autodesk营收市占率接近70%。根据华经 产业研究院数据,2020 年全球 BIM 市场规模为 58 亿美元,同比增长 15.90%,2020 年 中国 BIM 市场规模为 119.10 亿元,同比增长 35%,增速远超同期全球市场。竞争格局 方面,根据华经产业研究院数据,2020 年全球 CAD 巨头 Autodesk 占据营收市场规模近 70%份额,2020 年中国 BIM 国产化率不到 10%。远高于全球的市场规模增速叠加较低 的国产化率,国产 BIM 市场发展潜力较大。



      海外软件主要覆盖设计核心环节,国产软件在部分环节已经取得优势。在建筑项目 的不同阶段,会使用不同的 BIM 软件。国外厂商软件在设计建模等关键环节具有较大优势,比如 Autodesk 的 Revit。国内厂商在设计分析、施工等环节具有优势,与本土化 业务结合紧密,提供更加个性化的服务,如广联达的预算造价产品和管理控制产品。

       研发设计类软件技术壁垒最高,“卡脖子”最为严重,国产替代之路漫漫。研发设 计是工业生产的起始步骤,现代工业生产的复杂工业品离不开研发设计类工业软件的辅 助。研发设计类软件集成了化学,数学,物理等多领域的知识,技术壁垒极高。研发设 计类软件需要交叉学科人才,而中国此类人才较为短缺。研发设计类软件生态复杂,中 国短期内难以重新构建。基于此,研发设计类软件在所有工业软件中,国产替代之路最 为漫长。


4.2. 生产制造类:分庭抗礼

4.2.1. PLC:源于局部逻辑控制

       PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)是工业环境下应用的 数字运算操作电子系统。PLC 以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和 通信技术而成的一种通用的工业自动控制装置,具有可靠性高、体积小、功能强、程序 设计简单、灵活通用及维护方便等一系列的优点,因而在冶金、能源、化工、交通、电 力等领域中有着广泛的应用,成为现代工业控制的三大支柱(PLC、机器人和 CAD/CAM) 之一。

       中国PLC市场规模超百亿元,海外巨头占据主要市场份额。根据华经产业研究院 数据,2020 年中国 PLC 市场规模为 125 亿元,同比增加 10%。竞争格局方面,总体来 看,根据华经产业研究院数据,2020 年西门子、三菱和欧姆龙三大海外巨头合计营收市 场份额占比约 70%。

      分产品来看,国内厂商已在中小型PLC有所突破,大型PLC距离海外仍有差距。 根据 I/O 数量多少可将 PLC 分为大、中、小型 PLC 设备。德国企业在大中型 PLC 方面 具有优势;国内企业如中控技术、汇川技术等,主要在小型 PLC 方面占有部分份额。在 核心硬件技术层面,国外企业依然保持着微控制单元(MCU)、数字信号处理(DSP)、 现场可编程逻辑门阵列(FPGA)等核心元器件技术的垄断地位。

       在产品规模方面,PLC将两级发展。1)出现速度更快、性价比更高的小型和超小 型 PLC,以适应单机及小型自动控制的需要。2)向高速度、大容量、技术完善的大型 PLC 方向发展,以适应复杂系统控制的高要求,如信息处理速度和存储器容量要求。


4.2.2. DCS/SCADA:分散控制与检测

       DCS(Distributed Control System,集散控制系统)。集散控制系统,又名分布式控 制系统,是一种以控制器和现场设备为基础,将相关工艺信号汇集到系统中,由操作站 进行监视或其他控制操作,以分散控制、集中操作、分级管理为主要特征的工业自动化 控制系统。DCS 在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。

       国内厂商已经取得DCS市场较大份额,进一步缩小与海外差距。根据睿工业统计, 2020 年度,中控技术核心产品集散控制系统(DCS)在国内的市场占有率达到了 28.5%, 连续十年蝉联国内 DCS 市场占有率第一名,其中在化工领域的市场占有率达到 44.2%, 在石化领域的市场占有率达到 34%,在可靠性、稳定性、可用性等方面均已达到国际先 进水平。

       SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)是数据采集与监视控制系统。 SCADA 在远动系统中占重要地位,可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据 采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

       SCADA市场规模增速逐步加快,国产化率过半。根据观研天下数据,2021 年中国 SCADA 营收市场规模为 138.9 亿元,同比增长 12%,2017-2021 年增速逐步加快。2019 年 SCADA 市场中,国产品牌占比已经高达 60%,取得一定优势。



       DCS、SCADA和PLC的区别。功能上,DCS 侧重于流程控制,擅长处理模拟控 制,常用于石油化工、电力、制药等流程行业,兼具数据采集检测和控制作用。PLC 侧 重于逻辑控制,擅长处理开关控制,常用于机械加工、数控机床等离散行业。SCADA 更 强调数据采集而不是控制。复杂度上,DCS 和 SCADA 是一种系统概念,而 PLC 是一 种产品装置。在工业自动化系统中,PLC 通常应用在 DCS 和 SCADA 中,作为子部件, 我们可以认为“PLC+SCADA=DCS”。但随着工业的发展,DCS 的逻辑控制能力和 PLC的连续控制能力都在加强,两者的界限逐渐模糊。


4.2.3. MES:生产执行智能化

       MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)。美国先进制造研究机构 AMR(Advanced Manufacturing Research)将 MES 定义为“位于上层的计划管理系统与 底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”。MES 软件属于一种承上启下的工 业软件:上接 ERP 或 PLM 软件,下接 PLC/DCS/SCADA 软件。MES是一个车间级的 管理系统,负责承接 ERP 系统下达的生产计划,根据车间需要制造的产品或零部件的 各类制造工艺,以及生产设备的实际状况进行科学排产,并支持生产追溯、质量信息管 理、生产报工、设备数据采集等闭环功能。在应用方面,MES 是带有很强的行业特征的 系统,不同行业企业的 MES 应用会有很大的差异。



       中国MES市场规模不断扩大,竞争格局较为分散。根据 e-works 数据,2020 年, 中国 MES 市场规模为 43 亿元,同比增长 8%,2021 年,在国家政策支持和疫情影响逐 步消除背景下,中国 MES 市场规模增速有望重回两位数。竞争格局方面,由于各个制 造业细分赛道生产执行流程差距较大,难以形成统一的标准产品,中国 MES 市场竞争 格局较为分散。根据 IDC 数据,2020 年中国制造业 MES 市场中,第一名西门子市占率 仅有 11.1%,宝信软件排名第二,市占率为 7.6%。全球市场,MES 主要由西门子,霍尼 韦尔等巨头垄断,随着中国市场的成熟,未来有望像海外市场一样行业集中度提升。

       市场参与者众多,国内企业主要覆盖中低端行业,行业正处于发展阶段。主流国外 厂商各自选择擅长行业耕耘,西门子在电气化、机械、汽车等行业占据较大市场份额, 霍尼韦尔在航空航天、石油化工领域具备优势,国内厂商如宝信软件在钢铁冶金领域具 备优势。

      MES的未来是MOM(Manufacturing Operations Management,制造运营管理)。 随着工业信息化的不断发展,客户提出了越来越多的个性化需求,这些新的需求如果都 放在 MES 中,最终会造成 MES 太臃肿而影响生产管理。其解决方式就是 MES+开发平 台,开发平台会更加深入的完成质量管理(QMS)、设备管理(EMS)等功能,MOM 应 运而生。工业互联网巨头西门子将其 MOM 产品定义为将 PLM 与自动化相连并为制造 商提供实时工业软件层的核心元素,其MOM系统包括MES、QMS、APS 和 HMI等。

      生产制造类工业软件已经具备高端市场替代逻辑,随着应用场景打开,国产化率有 望加快提升。生产制造类工业软件相比研发设计类,技术壁垒较低,与工业生产过程贴 合更为紧密。随着中国工业快速发展,石油、化工、钢铁等部分工业水平处于世界领先 水平,与之对应的生产制造类软件也具备了高端市场替代的可能性。后续随着中国智能 制造转型,工业应用场景逐步增多,国产生产制造类软件不断得到打磨,产品性能逐步 完善,国产化率有望加快提升。


4.3. 运维服务类:新兴市场

       工业设备的状态监测与故障诊断是智能制造发展方向之一。《“十四五”智能制造发 展规划》在工业软件突破提升行动中明确提到了故障预测与健康管理软件(PHM)和运 维综合保障管理(MRO)。随着工业自动化、智能化水平不断提升,工业设备的现代化 运维管理已经成为工业数字化转型必不可少的部分。

       状态监测与故障诊断技术起源于美国和欧洲等工业发达国家。早在 20 世纪 60 年代 末,美国国家宇航局就创立了美国机械故障预防小组。1971 年,美国麻省理工学院的 Beard 在博士论文中首先提出用解析冗余代替硬件冗余,标志着基于解析冗余的故障诊断技术的诞生。我国的设备监测与故障诊断产业起步较晚,但发展迅速,目前正向智能 化监测运维发展。



       下游需求旺盛,市场空间逐步打开。我国工业设备状态监测与故障诊断主要应用于 风电、石化、冶金等领域,这些领域设备投资大,对设备运行连续性和稳定性要求高。 随着国家发展智能制造,推行“黑灯工厂”,这些领域将会对智能运维产生较大需求。根 据 IoT Analytics 数据,2026 年全球预测性维护市场规模有望达到 282 亿美元。根据世界 银行数据,2020 年中国制造业增加值全球占比约 30%,假设占比保持不变,则 2026 年 中国预测性维护市场可以达到 84.6 亿美元。

       运维服务类工业软件刚刚兴起,与海外差距较小。随着智能制造的发展,专门用于 运维服务的工业软件刚刚兴起,市场空间正在逐步打开,由于本地服务的优势,国产运 维工业软件相比海外甚至更有竞争力。截至 2022 年 4 月,国产运维服务类工业软件厂 商规模较小,还没有巨头出现,市场属于蓝海市场。


5. 相关公司

5.1. 华大九天:国产 EDA 之巅,唯一国家队

       传承自“熊猫”,国产EDA龙头。公司创始人参与设计中国第一款具有自主知识产 权的 EDA 工具“熊猫 ICCAD 系统”,技术功底扎实,行业经验丰富。公司成立于 2009 年,主要从事 EDA 工具软件的开发、销售及相关服务。主要产品有模拟电路设计全流 程 EDA 工具系统、数字电路设计 EDA 工具、平板显示电路设计全流程 EDA 工具系统 和晶圆制造 EDA 工具等。根据赛迪智库数据,2020 年华大九天营收占我国 EDA 市场 约 6%的份额,占国产 EDA 市场营收份额超过 50%,居本土 EDA 企业首位。

       营收规模国内最大,高度重视技术研发。华大九天 2021 年营收 5.79 亿元,同比增 长 40%,为国产 EDA 厂商中规模最大的公司。2021 年归母净利润为 1.39 亿元,同比增 长 35%。EDA 行业为技术密集型行业,华大九天高度重视技术研发,2018-2021 年研发 费用率维持在 40%以上。截至 2021 年 6 月 30 日,公司已拥有已授权专利 145 项和已登 记软件著作权 51 项。


5.2. 中望软件:国产 CAx 领军者

      中望软件是国内领先的All-in-one CAx(CAD/CAE/CAM)解决方案供应商。中望 软件 1998 年成立,成立之初专注于 2D CAD 软件的研发与销售工作,于 2002 年推出第 一代 2D CAD 平台产品。2010 年,公司收购了 VX 公司的知识产权及团队,当年正式推 出首款 3D CAD 软件 ZW3D2010。2018 年,公司成立 CAE 研发中心。2020 年,公司发 布中望仿真解决方案—ZWSim2021,至此形成了涵盖二维 CAD、三维 CAD/CAM、CAE 仿真分析的产品矩阵。

       营收稳健增长,扣非归母净利率逐步提升。中望软件 2021 年营收为 6.19 亿元,同 比增长 36%。2016-2019 年,公司营收增速逐步加快,2020 年受疫情影响和会计准则改 变,公司营收增速为 26%,2021 年公司重回高增速。2016-2021 年,公司归母净利润保 持高速增长,2021 年公司归母净利润为 1.82 亿元,同比增长 51%。


5.3. 宝信软件:钢铁工业互联网全产业链龙头

      深耕钢铁信息化行业40余年,工业互联网产品边界不断扩展。宝信软件源于 1978年成立的上海宝钢自动化部,2001 年更名为上海宝信软件股份有限公司。2014 年,上 海宝信数据中心有限公司成立,开始进入数据中心、云计算行业,2020 年发布工业互联 网平台 xIn3Plat,进一步提升工业互联网建设能力,2021 年,发布 PLC 产品,实现了工 业互联网关键软硬件的突破。

      宝信软件的业务主要为软件开发及工程服务(工业互联网)和服务外包业务(IDC) 两部分。宝信的工业互联网产品可以分为信息化、自动化和智能化。信息化为工业软件、 ERP 软件等纯软件产品;自动化为智能装备,PLC 等硬件或者软硬件结合产品;智能化 主要是智慧城市和智能交通产品。宝信软件的产品矩阵较全,能够提供数字化转型一揽 子产品和解决方案。IDC业务主要为独立第三方IDC提供商,向客户提供机柜租赁等 服务。


5.4. 中控技术:流程工业自动化巨头,向工业 4.0 进发

      中控技术以集散控制系统(DCS)为起点打通上下游业务。公司成立于 1999 年, 公司发展可分为三个阶段,第一阶段为 1999 年至 2006 年,主要向中小客户提供自研 DCS 产品;第二阶段为 2007 年到 2015 年,业务拓展至下游自动化仪表、上游先进控制和优化软件,突破中大型项目,确立行业领先地位;第三阶段为 2016 年至今,紧跟工 业 4.0 发展趋势,发展重心向工业软件转移,提供一体化智能制造解决方案。


5.5. 赛意信息:冉冉升起的离散制造 MES 新星

      深耕离散行业,从ERP实施到布局MES,自研产品逐步推出。赛意信息成立于2005 年,成立之初主要面向企业内部 ERP 及供应链系统建设提供咨询实施及相关二次开发服务,2012 年公司布局智能制造领域,面向离散型制造企业推出以 S-MES 为核心 的工业管理软件产品,并在 2018 年扩展成制造运营一体化的工业管理软件产品家族(S- MOM)。

      泛ERP业务稳步发展,智能制造业务拉动公司业绩。赛意信息 2021 年营收为 19.34 亿元,同比增长 40%, 2016-2021 年营收复合增速达 26%;2021 年归母净利润为 2.28 亿元,同比增长 30%。公司 2019 年泛 ERP 业务受中美关系波动影响,增速较为平稳, 2020 年增速开始回暖,2021 年加速发展。2019-2021 年营收端快速增长主要得益于公司 智能制造业务快速发展,收入由 2017 年的 0.73 亿元快速跃升到 2021 年的 5.92 亿元, 年复合增速高达到 68%,营收占比不断攀升,2021 年智能制造业务营收占比达到 31%。


5.6. 容知日新:国产工业运维排头兵市场格局

       从硬件到软硬件一体解决方案,产品性能不断提升,满足客户智能化运维需求。容 知日新成立于 2007 年,成立之初,主营产品以工业设备状态监测与故障诊断系统手持 系统的生产和销售为主,结构较为单一。2008 年,公司自主研发的有线系统产品。2010 年,公司自主研发的无线系统产品正式上线。随后,公司构建了以智能算法为核心,以 大数据平台为架构的云诊断中心。2016 年,公司的远程诊断中心通过 DNV·GL 认证。 截至 2021 年 7 月 20 日,公司已累计远程监测的设备超 40,000 台,监测设备的类型超 百种,积累各行业故障案例超 4,500 例,与风电、石化、冶金等行业的多个大型知名企 业合作。

       主要产品为工业设备状态监测与故障诊断硬件系统和自主开发的iEAM软件。公 司工业设备状态监测与故障诊断硬件系统主要有线系统、无线系统和手持系统三个系列, 其中有线采集站、各种类型的传感器、传感器信号线缆、数据传输光缆、系统服务器等 硬件组件。还向客户提供自主开发的 iEAM 软件,用于大型工业企业的智能设备全生 命周期管理,具有图形化,数字化,移动化,智能化等技术。


来源:转载于:报告出品方/作者:东吴证券,王紫敬、王世杰

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