工业软件 - “中国制造”之痛

黄强

前言：2020年8月，TikTok, 微信在美被禁，2020年5 月 ，哈工大等13所高校所用的美国数学软件MATLAB的授权被中止；三大主流EDA设计软件Synopsys、Cadence、Mentor不再与华为合作，中国缺少先进EDA软件，芯片行业无疑会倒退多年。2019年5月，谷歌暂停向华为提供完全安卓服务，华为海外手机业务消失殆尽。2018年4月，美国Cadence对中兴禁用，价值巨大的进口芯片，瞬间成土。

人类经历数千年从农业、手工业经济走到了十九世纪以机械电气为工具，产品与服务为业态的工业经济，二十一世纪，数字经济时代正迎面而来，以软件、硬件、网络通信为基础信息物理融合系统（CPS-Cyper Physical System）正前所未有地改变着我们的生活，改变着企业的产品与服务。 多元化、跨领域结合CPS 的创新活动将成为传统制造企业的核心竞争力。数字经济的核心-软件是ICT（信息通信技术）行业、甚至于国家、人类社会基础设施的重要构成，以平台为媒介为各类产品服务及企业生产管理提供不可或缺服务；软件正在赋能物理世界，成为促进生产变革、产业升级、行业新兴的发动机；“我们的文明运行在软件之上”（C++语言发明者说到）。

一，工业软件简史及定义

计算机从诞生之日，就离不开软件，软件与计算机与相伴而生，如同躯体与灵魂。最早期的软件由程序员在卡片上打孔编写而成。编译器（COMPILER）的出现后，现代编程语言大量涌现，现有VB、C++及JAVA等；电子计算机出现的10年后，为充分利用CPU资源，及批处理、分时及实时工作要求，诞生了操作系统，逐步发展为现今Windows, Android, Mac IOS, Linux等，国内华为公司有麒麟、鸿蒙等；另外由于海量数据存储的需求，出现了以固定格式储存在一起、能共享、与应用程序相互独立的数据库软件，如微软的SQL SERVER，甲骨文的MYSQL，SAP的HANA等等。而应用软件依据不同用户和领域，提供的功能可谓是百花齐放，万紫千红。

工业分类方式众多，其中制造业按生产特点分为离散制造（如机械、汽车、电子等）、流程制造（如钢铁、化工、水泥等）和混合制造（生产和包装分属流程和离散制造，如制药、食品、饮料等）。工业软件需要根据各行各业的不同特点，满足客户个性化需求，二次开发平台成为必需，因此许多工业软件是模块化开发，按需构件，提供相应解决方案，减短实施周期。

工业软件是“工业4.0”，智能制造，云计算、物联网及“数字孪生（Digital Twin）”等理念的基础，工业软件（Industrial software）用于工业，除了通用编程语言、系统软件，数据库系统，有专业应用软件、中间件、及嵌入式软件等，不同的应用软件功能差异巨大；从形态上分为嵌入式和非嵌入式软件，嵌入在硬件中用于数据采集、控制、通信等的软件，应用在要求实时、可靠的工控等领域称为嵌入式软件；与之对应的是在PC、服务器端或云端运行的设计、工艺、监控、管理等非嵌入式软件，在产品、厂房、设备、系统设计中起着关键作用，目标是实现可视化管理以及提高效率，控制成本；工业软件从用途可分产品研发设计及管理、工业控制、企业管理类等三大类软件。工业软件创建了数字流动规则及框架，实时掌控着产品全周期、设备运行及企业管理的数据，是工业制造的神经系统。

　　上世纪60年代，产品需求日趋复杂，人工设计落伍，计算机技术迅速发展正逢其时，美国军工航天企业洛克希德等开始研发工业软件，从自用逐步转为商用，现市面上尚可寻见达索CADAM；麦道UG；西屋的ANSYS等等。美、德、法、英等欧美国家工业软件起步早、技术深厚积累，专业性强，占据了工业软件领域金字塔顶端，SAP、甲骨文、西门子、达索等众多大型工业软件企业主导了工业软件市场，我国工业软件企业市场份额仅占约6%的比重，海外几乎没有客户，且集中在中低端领域。如工业产品研发设计CAD软件市场，法国达索、德国西门子、美国PTC和Autodesk占据九成以上，中国软件公司只占不到一成。对于技术要求高，难度更大CAE仿真领域，被ANSYS、ALTAIR、MSC等美国公司瓜分，国内CAE软件闻所未闻。企业生产管理类软件高端市场被德国SAP与美国甲骨文公司垄断。用友、金蝶等只能在国内附加值低的中低端市场的生存。引领德国工业4.0国家战略的SAP软件公司是世界500强企业，它的客户群包括400家500强企业（含中国），2019年SAP公司营收达323亿美元，是国内管理软件龙头企业-用友的27倍。另外，一衣带水的邻国日本非常注重嵌入式软件，其应用领域非常广泛，带有数字电视、电饭煲、微波炉等都使用嵌入式系统，大量的软件嵌入在日本三大领先工业产品-机床、机器人和汽车之中，让“日本制造”风光数十年。一言敝之，在工业软件领域老牌工业强国们各领风骚。

“中国制造2025”，德国工业4.0，美国工业互联网，新兴国家及发达国家竞相抢占智能制造制高点，如果没有工业软件，智能制造只能纸上谈兵，物联网、云计算、人工智能概念最内核是工业软件，而工业软件的核心是数学，包含复杂的算法和逻辑；工业软件需要紧密融合工程实践、工业数据和知识，依赖客户使用和回馈来持续改进；聚沙成塔，集腋成裘，工业软件需要积累沉淀进而历久弥新，成功工业软件企业深藏工业底蕴；另外，工业软件需要与硬件系统和设备集成来实现端到端的应用。

二，国内外工业软件企业分布

中国近年来涌现出电商及电子支付、社交网络、搜索引擎互联网三大家BAT已进入全球互联网企业市值前10强。但我国工业软件产业与美国、德国、法国等发达国家差距相当明显，“多、小、弱”的局面并未改善。国产操作系统、数据库廖如晨星，研发设计软件基本靠进口，底层开发、测试软件几乎全是他山之石。当今中国的工业产值、产能、及出口规模领先世界，制造业增加值占全球的28%以上，在几乎所有工业细分领域中，中国企业都是重量级选手。中国要成为工业强国，在关键技术领域引领世界，必须补上工业软件的 短板，“工欲善其事，必先利其器”。

以下为国内外工业软件企业的分布：

国内外工业软件对比		全称	国外公司/主流软件	中国公司及软件
产品工程相关软件 研发设计 仿真测试 产品数据 生命周期管理	CAD/ ECAD/ EDA Computer –Aided Design/Mechanic/ Electric/Electronic	计算机辅助设计(机械、电子、电气)	法.达索（DASSAULT）--CATIA, SOLIDEWORDS	中望：二维、三维CAD 数码大方：CAXA 华天：CAD,浩辰：CAD 利驰：电气CAD 华大九天：EDA
			德.西门子（SIEMENS）--UG
			美.参数技术（PTC）--CERO（PROE） 美.欧特克（AUTODESK）--AUTOCAD 美.SYNPOSYS, CADENCE-EDA
	CAE /CAM /CAPP/DM/DT/GD Computer-Aided Engineering/Manufacture/Processing	计算机辅助工程/制造/工艺 数字制造/孪生 创成设计	德.西门子（SIMENS）	中望：电磁仿真，大连英特 中航工业：航空结构仿真 安世亚：ANSYS合作伙伴 中船重工：ORIENT
			法.达索（DASSAULT）
			美.—ANSYS, —MCS,-- ALTAIR
			英.AVEVA
	PLM/PDM/MRO/CASE/ALM Product Lifecycle/Data Management	产品生命周期/数据管理 修维管理/公差分析/软件代码	美.ANSYS,INFOR ,PTC,AUTODESK	思普软件：PLM/PDM 清软英泰－中车信息， 神舟航天，天喻软件：PDM， 上海同捷
			德.SIEMENS,SAP
			法.DASSAULT-SMART TEAM
企业信息管理系统 客户管理 供应商 /链管理 人力资源 流程管理 制造管理 项目管理 协同办公	ERP Enterprise Resources Planning	企业资源计划管理	德.思爱普SAP	用友、金蝶、浪潮、鼎捷、金思维、天心天思、广州天剑
			美.甲骨文 ORACLE，INFOR, EPICOR,K2
			英.SAGE, 荷.EXACT
	CRM/SRM Customer /Supplier Relationship Management	客户/供应商/供应链/关系管理	美.SALEFORCE,MS-Dynamic365,ORACLE	销售易、纷享销客、红圈营销、神州云动、玄讯、XTools、外勤365、前海圆舟、爱客-CRM 唯智信息、科箭软件、富勒，飞力达-SRM，帆软、亦策-SCM
			德.SAP
			英.SAGE
	HR/PM/OA/BI/APS/QMS/LMS/EMS/OA EAM/HR. Manage. Project Managemen Business Intel.	人力资本管理 项目管理 办公自动化 商业智能	美.WORKDAY. CONERSTONE	泛微网络、致远互联、易正 东软，IHR360, 铂金，瑞人云，Ctrlboxhr, Worktile, teambition, 帆软FinebI
			美.Oracle, 新.KRONO
			德.SOFTWARE. 奥.UMANTIS 以.MONDAY.COM 瑞典.QLIK
工业控制 系统 制造执行 流程控制 可编程控制	MES-Manufacture Execution Sys. SCADA/DNC/MDC	制造执行系统 数据采集系统	德.SIEMENS，SAP	宝信、艾普工华、元工国际、兰光创新、佰思杰、赛意信息、中软国际
			美.ORACLE , ROCKWELL
	DCS-Distributed Controlling Sys.	离散控制系统	瑞.ABB, 美.GE.EMERSON, ROCKWELL	浙江中控，和利时、三维力控、昆仑通态、北京亚控、宝信软件
	PLC-Programmable Logic control	可编程控制	德. SIEMENS, 法.SCHNEIDER	和利时、信捷、南大傲拓、安控、奥越信，台湾台达
			美.HONEYWELL, ROCKWELL,GE
			日.三菱，欧姆龙

三，微观及宏观层面工业软件企业短板分析：

企业：中国工业软件公司数量多，体量小，大多成立时间少于二十年，员工数量少于100人。工业软件行业竞争激烈，公司生存压力很大。数据表明，国内工业软件公司普遍营收集中在1亿--100亿元之间，均分在各处，缺少世界级技术水平企业，没有国际化的公司，在行业没有话语权。

技术：国内工业软件尤其是与产品研发设计相关的CAD、CAE、CAM、电子设计EDA软件，功能弱小，且不完整，见面不友好，产品附加值低，落后国际最高水平30年，有人认为是中国30年来唯一止步不前的细分领域。

客户：作为工业软件的客户群体，国内工业企业利润率低，制造业的净利润率只有4%左右，实体经济失血严重；贸易战及新冠疫情更使工业企业雪上加霜；而发达国家工业企业平均ICT投入为销售额1%， ICT从业人员为员工总数的1%；国内工业企业重“硬”轻“软”思想严重，不愿意在软件开发、购买、实施、维护进行投资，甚至使用盗版或外挂开发。另外，国产工业软件几乎没有海外客户。

人才：员工流失率高。工业软件研发困难多，周期长，赢利风险大，软件企业缺乏资金投入；人员待遇低，互联网、游戏、移动应用领域虹吸效应，从事工业软件开发的高水平员工容易跳槽，造成软件开发时断时续；有不少中国留学生结束学业后，在国外工业软件公司从事软件开发工作； “互联网+”及“中国制造2025”对软件人才的需求激增，缺口加大，复合型高端人才严重不足。

职业：同等学历软件专业毕业生收入比机械、电气专业要高出30%-50%，但毕竟是996工作制的付出；出于特殊工作内容及环境，软件工程师自嘲为程序“猿”，“码农”；软件行业发展一日千里，要求工程师不断学习新知识；一旦进入新领域或面对全新的软件系统，老人与新人处在同一水平线上，40岁可能是软件工程师职业生死线。

品牌：工业软件“言必欧美”，国外工业软件“一直被模仿，从未被超越”，“国产软件跟国外不是相同档次”，不少国内企业存在如此“鄙视链”，更多是直接选用国外软件，或替换国产软件，全球工业软件产业形成强者愈强的“马太效应”。

市场：中国工业产业链齐全，制造企业众多，具备培育工业软件产业肥沃土壤；国内工业软件市场占据全球三分之一，而国产工业软件在中国只有6%的市场份额，国企及科研院所模式使得软件商业化艰难，缺少用户评估反馈及应用生态建立。我们不能指责国内企业购买和应用国外工业软件，但国外先进产品先入为主，锁定生态，变更工业软件对工业企业来说，是要进行全身“神经系统”手术，国内软件企业在成熟存量市场的开拓，难上加难。

法律：由于软件核心在于程序结构及算法，软件产品开发成本巨大却易于复制，无形无色难于查考，工业软件盗版始终是业内痼疾，国内工业软件企业受其害更甚。盗版拖累、恶性竞争、员工频繁跳槽使工业软件同质化严重。大众创业、万众创新时代，工业软件产业没有严格的知识产权保护不可能会有发展。

资本：由于研发周期长、成本高、风险大，国外先进工业软件“明摆着”，社会资本缺乏投入意愿。我国有16家（主板、中小板、创业板和科创板）上市公司与工业软件相关，但很多上市公司工业软件并非主业。没有上市公司专业面向制造业产品设计研发及管理软件领域。发达国家的工业软件公司赢利能力强，市场对此类公司估值很高，例如，美国ANSYS公司2017-2019财年营业额分别为11、13、15亿美元，公司净利润约为营业额1/3。目前市值是265亿美元，市销比18倍；法国达索系统公司2017-2019财年营业额32、35、40亿欧元，公司净利润为营收1/4，目前市值达到410亿欧元；SAP公司2017-2019营收分别为275、290、323亿美元，净利润为营收15%，目前市值1900亿美元，而普通工业企业的市销比为1.5倍左右。数据显示，欧美工业软件公司利润率高，属高附加值产业，客户愿意为软件支付较高价格，工业软件企业在资本市场得到青睐，具备雄厚资金实力来实现可持续快速发展。

政策：由于工业软件产业的特点，发展离不开政府及政策的支持。美国很早就实施了产业培育举措，战略投资了众多科学计算基础设施， 这是以计算和建模为基础CAE产业在美国得以发展的重要原因。近10年来，我国政府部门出台了不少支持软件及集成电路的政策，主要集中在税收上，新办软件企业在企业所得税收享受”两免三减半“待遇，增值税超过3%部分增值税即征即退（免征所得税），研发费用75%加计扣除，但与之相关软件实施企业却没有相关优惠。

四， 软件发展趋势

冷战结束后的三十年，全球有两个重要变化：一是ICT技术的飞速发展，二是中国取的巨大成就。对发达国家先进工业软件的引入和应用，对中国制造业的快速发展起到了重要作用，但“拿来主义”的模式使我们忽视了在此领域的自我发展，逆全球化、单边主义、贸易争端使我们重新认识到，工业软件在制造业举足轻重的作用。中国政府早10年前就提出“两化”（工业化与信息化）融合，物联网、人工智能、大数据的核心就是工业软件，工业品是工业软件与硬件的结晶，工业软件代表了智能制造“智”与“能”，是制造业发展的主方向。

几十年来，全球工业软件发展日新月异、变化沧海桑田地，ICT行业计算速度的不断提升、成本的快速下降（摩尔定律）、移动互联网普及、5G的推广，物联网应用，人工智能技术发展，工业软件领域技术突破，应用不断扩展，工业软件行业并购活跃，历经春秋战国，全球市场格局逐步稳定。软件未来发展趋势：计算及应用模式走向云端和边缘端；购买方式转向订阅模式；工业软件架构走向模块化、服务实时化；另外必须提及，软件的开发平台走向开放与开源，技术门槛和开发成本大大降低，为软件研发提供了取之不尽的技术来源，价值提升速度不断加快。Linux作为最广为人知的开源平台，成为软件技术发展重要方式，开源软件正逐渐成为云计算、大数据、人工智能等的主要创新领域，代表着技术的前沿。

“软件定义（Software Definition）”引领技术创新，成为业界共识。用软件定义硬件的功能，为硬件赋能。软硬件通过API(Application Programming Interface)解除耦合关系，一切皆算法，万物可编程；以必要的硬件为基础，通过软件实现丰富功能。软件向个性化、硬件向通用化发展。软件定义产品、机器，通过数据驱动进行智能决策。 软件定义引领制造业转型升级，实现知识和工艺流程的软件化，促使制造型企业产品及服务、管理流程和商业模式巨变。制造业数字化、智能化发展推动着信息产业与实体经济水乳交融。

先进工业企业“软化”趋势明显。洛克希德软件代码量超越微软；西门子是欧洲第二大软件企业； GE宣布转型为软件公司； SAP公司副总裁Jeff HOWELL说到“软件才是王道：硬件公司纷纷在每一件产品中嵌入软件，以扩大利润和避免硬件商品化”。“每家企业必须成为科技公司。这意味必须掌握并采用技术来实施根本变革，实现流程、产品和服务数字化”。

工业软件的开发与应用程度与成果， 正在成为制造业产品差异化优势及企业“软”实力的核心。通过数字主线横贯企业价值链；从研发、工艺、制造、采购、营销、物流到服务，从生产控制到企业运营，再到管理决策，建立产品、设备到工厂的数字孪生模型；同时实现与外部客户、供应商和政府互联和协同，企业举手投足与工业软件的应用息息相关，工业软件在支撑产业结构升级、企业提质增效以及颠覆式创新起到关键作用，正在重塑制造业分工体系和竞争格局。

五．中国工业软件发展思路

实现“中国制造2025”，要顺应软件平台化、服务实时化及共性开源化发展趋势；坚持问题导向，从市场、人才、技术、资本、法治等方面出发，推动工业软件产业高质量发展。

（一），“软件定义”技术生态。构建物联网、云计算、大数据、人工智能、“软件定义”网络等新型平台，引导企业制定相关体系架构、接口标准和应用规范，建设开源社区，培育提升技术生态水平，实现“换道超车”。

（二），工业软件属B2B领域，应坚持商业化开发，CAE软件发展史提供良好借鉴，可将共性技术应用到众多行业，降低重复劳动与内耗。政府通过产业基金，支持企业加大投入，实现商业开发的可持续性。

（三），鼓励工业软件企业及软件实施企业实施有机增长及并购的双轮战略，上市融资进行兼并并购，做大做强。工业软件企业与咨询、实施服务商建立长期的战略合作，形成相互促进生态系统。

（四），工业软件不能闭门造车，万物互联加深了人类命运共同体的理解，坚持开放合作发展理念，以尖端人才及团队为核心，加快海外重点人才的引进。鼓励工业软件企业“走出去”，去国外创业或并购，在吸引当地人才进行发展，同时欢迎鼓励外资企业在中国设立软件研发中心。

（五），创新需要支持，也需要保护，工业软件的发展更是如此，必须加强工业软件知识产权保护，以法治国，严厉打击软件盗版、技术泄密等行为；营造重视发展软件的社会环境与文化氛围。

（六），语言塑造思维，计算机程序语言包含严谨的逻辑，将编程与外语放到同等高度，进入基础教育体系，数字化时代，一切可编程，万物相互联，从小培养通过计算思维解决问题的能力。对于高等教育、职业教育，要产业与教育融合、校企合作，强化ICT领域新工科建设，利用高校扩招，大量培养数学算法软件与机电领域紧密结合的复合型人才。

参考文献：

1.《2020年全球工业软件行业市场规模预测及行业竞争格局分析》

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1663925354226913092

2.《制造业企业互联网化是大趋势》

《企业改革与管理》 年份：2014 作者：于扬

3.《梅宏:“软件定义”世界,推动产业高质量发展_天易_新浪博客》

http://blog.sina.com.cn/s/blog_66c027e10102y8y3.htm

4.《「工业软件」中、日、美、德,四国工业软件比较》

https://www.sohu.com/a/364979805_120141128

5.《国内外CAE软件的差距及自主路 - 知乎》

https://zhuanlan.zhihu.com/p/68788646?utm_source=wechat_timeline

6.《核心工业软件：智能制造的中国“无人区”-新华网》

http://www.xinhuanet.com/tech/2018-05/17/c_1122844157.htm

7.《中国工业软件企业发展现状与瓶颈突破梯度_领域》

https://www.sohu.com/a/391792771_251620

8.《破解工业软件“扼喉”_参考网》

http://www.fx361.com/page/2019/1127/6054304.shtml

9.《这是中国与西方差距最大的一个行业,重要程度堪比芯片...》

https://www.shobserver.com/zaker/html/190867.html

10. Ansys Announces Fourth Quarter and Fiscal Year 2019 Financial Results With Record Revenue, EPS, ACV and Operating Cash Flow，https://investors.ansys.com/news/news-details/2020/