我國工業軟件產業發展現狀分析及對策建議

文｜中國電子技術標準化研究院 蘇偉 馬欣

一、引言

當前，隨著我國制造業數字化轉型步伐日益加快，社會各界對工業軟件的關注度持續提升，工業軟件逐步成為制造業高質量發展的關鍵支撐。近年來，隨著社會各界對我國工業軟件產業愈加重視，上海、重慶等10余省份相繼出臺了扶持性政策，有效激發我國工業軟件產品的研發及應用推廣。2021年11月，工業和信息化部印發《“十四五”軟件和信息技術服務業發展規劃》，提出重點突破工業軟件等重點任務。本文針對我國工業軟件當前發展現狀、技術特點進行了系統分析，結合實際需求，圍繞產業和企業分別提出相關發展建議。

二、工業軟件產業發展現狀分析

（一）國外現狀分析

在市場規模方面，近幾年全球工業軟件穩步發展，據Gartner數據，2020年全球工業軟件市場規模約為4332億美元，約合人民幣2.8萬億元，未來規模仍將持續擴大。在企業分布方面，由于工業軟件和工業制造密切相關，工業軟件企業大多分布在美國、德國、法國、瑞士、日本和韓國等工業制造強國；同時，由于工業軟件市場規模大、細分領域多，國外已孕育西門子、PTC、達索等多家全球科技巨頭，形成了巨頭鼎力的局面。在國家戰略方面，工業強國紛紛將工業軟件提升為國家重要戰略部署，工業軟件地位不斷凸顯。

（二）國內現狀分析

近年來，我國對工業軟件行業發展的政策支持力度不斷加強，出臺了一系列鼓勵政策，加快推進工業軟件產業發展，如表1所示。

表1 工業軟件行業相關國家政策

圖1 我國工業軟件產業鏈圖

從產業鏈視角觀察，我國工業軟件產業分為上游、中游和下游，如圖1所示。上游主要是為工業軟件產品制造提供基礎服務的軟硬件，軟件主要包括系統軟件、開發工具軟件以及中間件，硬件則是生產計算機設備的廠商；中游大體上分為嵌入式軟件和非嵌入式軟件兩類；下游為工業軟件的應用領域，包括汽車制造、機械裝備、數控裝備、航空航天等多個領域。

從研究經驗看，高校/研究所工業軟件研究團隊的主要成員是學生，在理論知識掌握和基礎研究方面有一定的優勢，但實際軟件開發方面經驗較弱。從前瞻性研發看，高校/研究所能夠緊跟工業軟件核心技術前沿，積累較為雄厚，但由于只注重解決核心問題，很少向客戶收集反饋并不斷升級，研發出的工業軟件存在不兼容等一系列問題，并且技術轉化較少。

從發展歷程看，前期推動中國工業軟件產業發展主要是依靠國產龍頭企業以及具有一定技術能力、基礎設施的大型工業集團，而目前中小企業已經成為工業軟件研發的主力軍。從產業鏈角度看，在工業軟件產業的下游，中國自主研發的工業軟件產品競爭力相對較高；但在中上游，中國缺乏自主研發的工業軟件產品。

近年來，國內工業軟件產業規模占全球比重小，但增長率遠高于全球水平。根據工信部數據，在收入占比方面，2021年前三季度我國軟件產品實現收入17951億元，而工業軟件產品收入仍只有1683億元，占比僅為9.4%；但是在增長趨勢方面，2021年前三季度工業軟件收入增速為18.8%，明顯高于軟件產品收入的平均增速17.0%，同時工業軟件的收入占比也從2020年的8.6%提高到2021年的9.4%，發展環境明顯改善。

三、工業軟件技術分析

（一）工業軟件的分類

按照工業軟件應用的業務環節，工業軟件可以分為研發設計、生產制造、運維服務、經營管理以及新型工業軟件等類型，分類情況以及相關產品情況如圖2所示。

研發設計類工業軟件主要包括計算機輔助設計類軟件（CAD）、計算機輔助分析類軟件（CAE）、計算機輔助制造類軟件（CAM）、計算機輔助工藝規劃（CAPP）等軟件。生產制造類工業軟件主要包括制造執行系統（MES）、計劃排成（APS）、倉儲物流管理（WMS）等制造運營管理類軟件。運維服務類工業軟件主要包括狀態監測、故障預測、健康管理（PHM）、能效管理（EMS）、維護維修等軟件。經營管理類工業軟件主要包括企業資源計劃（ERP）、供應鏈管理（SCM）、客戶關系管理（CRM）等軟件。其它類軟件，是支持企業內和企業間系統集成的平臺類軟件，以及支撐工業軟件研發和測試的工具軟件。

（二）工業軟件特性

工業軟件研發不同于傳統軟件，研發難度大、體系設計復雜、技術門檻高、硬件條件開銷大、復合型研發人才緊缺等原因，造成研發周期長、研發迭代速度慢等一系列問題。

工業軟件是以工業知識為核心構建的，通過科學的方法，包括數學建模，軟件工程方法，測試驗證實踐長期積累起來的。工業知識包含工業領域知識、行業知識、專業知識、標準和規范等。

圖2 工業軟件的分類

只有經歷完整的工業化進程，積累深厚的工業技術和大量的研發投入，才能夠開發出優秀的工業軟件；只有開發出優秀的工業軟件，最終才能開發出優秀的工業品。

（二）工業軟件形態演進

在工業軟件發展的早期，工業軟件的主要目的是解決一些單一工業場景的問題和需求，利用計算機的計算和存儲能力解決工業過程中數字化表達和復雜計算問題。

隨著工業企業信息化水平不斷提升，市場需求的變化對生產的要求更高，多場景協同成為工業企業重要需求，不同類型工業軟件之間的融合加速，各系統通過定制化接口開發相互集成，一些有實力的工業軟件供應商開始整合自身產品線，提供集成化、平臺化的整體解決方案。

云計算、物聯網、5G通訊、工業互聯網的相關技術發展，打破了軟硬件產品的技術邊界，讓更多的軟硬件設備實現互聯互通，圍繞工業軟件構建開發環境和應用生態，用戶可通過“云化平臺+APP”的方式訂閱、租賃服務，形成了工業軟件的全新生態。

四、行業發展建議

（一）產業層面建議

一是高度重視工業軟件產業發展，制定戰略規劃，明確發展思路和發展目標。二是政策推動工業軟件專項資金支持，突出工業軟件的戰略性地位。三是鼓勵企業通過收購并購不斷擴充領域，快速提升研發實力，補齊技術缺項，壯大市場規模，完善產業鏈條，提升競爭力。

一是加強信息技術新工科和國家特色示范性軟件學院建設，建立工業軟件特色軟件學院及工業軟件研究實驗室，培養復合型專業人才。二是建立高校、科研機構與企業聯合培養機制，跨學科培養一批高端工業軟件人才。三是加大自主可控研發設計類工業軟件在高校、科研院所推廣應用，建立工業軟件用戶粘性。

一是加快參考架構、分級分類等基礎共性類標準研制，推動行業建立共識、引導和規范工業軟件標準體系。二是建立工業軟件測評認證體系，圍繞協議異構、數據互通、應用移植、功能安全、可靠性等測試需求，建設工業軟件測試平臺。三是制定工業軟件成本度量和服務評估標準，推動建立科學合理的軟件定價機制，完善工業軟件服務評估體系。

（二）企業層面建議

一是發布倡議，打破企業隔閡，促進相關合作。二是促進上下游企業間互聯互通，不斷完善技術、產品及服務能力等，實現合作共贏。

一是著力攻關三維CAD幾何引擎和幾何約束求解、CAE求解、系統分析與工程計算、低代碼開發等工業軟件關鍵共性技術。二是突破產品/工程設計、數字孿生、優化控制、計劃調度、預測性維護等通用工業軟件，以及航空、航天、汽車、船舶、高鐵等離散制造業和石化、化工、鋼鐵、有色、建材等流程制造業專用工業軟件關鍵技術。

一是抓住新一代信息技術發展機遇，加快工業軟件與新一代信息技術融合，促進工業軟件技術和架構創新，推動工業APP和工業互聯網等相關前沿技術的研發。二是重點關注數字孿生和MBSE，基于工業軟件所形成的數字孿生技術，企業在開發新產品時，可以事先做好數字孿生體，后續一次把產品做好做優。