我国工业软件产业发展现状分析及对策建议

文｜中国电子技术标准化研究院 苏伟 马欣

一、引言

当前，随着我国制造业数字化转型步伐日益加快，社会各界对工业软件的关注度持续提升，工业软件逐步成为制造业高质量发展的关键支撑。近年来，随着社会各界对我国工业软件产业愈加重视，上海、重庆等10余省份相继出台了扶持性政策，有效激发我国工业软件产品的研发及应用推广。2021年11月，工业和信息化部印发《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》，提出重点突破工业软件等重点任务。本文针对我国工业软件当前发展现状、技术特点进行了系统分析，结合实际需求，围绕产业和企业分别提出相关发展建议。

二、工业软件产业发展现状分析

（一）国外现状分析

在市场规模方面，近几年全球工业软件稳步发展，据Gartner数据，2020年全球工业软件市场规模约为4332亿美元，约合人民币2.8万亿元，未来规模仍将持续扩大。在企业分布方面，由于工业软件和工业制造密切相关，工业软件企业大多分布在美国、德国、法国、瑞士、日本和韩国等工业制造强国；同时，由于工业软件市场规模大、细分领域多，国外已孕育西门子、PTC、达索等多家全球科技巨头，形成了巨头鼎力的局面。在国家战略方面，工业强国纷纷将工业软件提升为国家重要战略部署，工业软件地位不断凸显。

（二）国内现状分析

近年来，我国对工业软件行业发展的政策支持力度不断加强，出台了一系列鼓励政策，加快推进工业软件产业发展，如表1所示。

表1 工业软件行业相关国家政策

图1 我国工业软件产业链图

从产业链视角观察，我国工业软件产业分为上游、中游和下游，如图1所示。上游主要是为工业软件产品制造提供基础服务的软硬件，软件主要包括系统软件、开发工具软件以及中间件，硬件则是生产计算机设备的厂商；中游大体上分为嵌入式软件和非嵌入式软件两类；下游为工业软件的应用领域，包括汽车制造、机械装备、数控装备、航空航天等多个领域。

从研究经验看，高校/研究所工业软件研究团队的主要成员是学生，在理论知识掌握和基础研究方面有一定的优势，但实际软件开发方面经验较弱。从前瞻性研发看，高校/研究所能够紧跟工业软件核心技术前沿，积累较为雄厚，但由于只注重解决核心问题，很少向客户收集反馈并不断升级，研发出的工业软件存在不兼容等一系列问题，并且技术转化较少。

从发展历程看，前期推动中国工业软件产业发展主要是依靠国产龙头企业以及具有一定技术能力、基础设施的大型工业集团，而目前中小企业已经成为工业软件研发的主力军。从产业链角度看，在工业软件产业的下游，中国自主研发的工业软件产品竞争力相对较高；但在中上游，中国缺乏自主研发的工业软件产品。

近年来，国内工业软件产业规模占全球比重小，但增长率远高于全球水平。根据工信部数据，在收入占比方面，2021年前三季度我国软件产品实现收入17951亿元，而工业软件产品收入仍只有1683亿元，占比仅为9.4%；但是在增长趋势方面，2021年前三季度工业软件收入增速为18.8%，明显高于软件产品收入的平均增速17.0%，同时工业软件的收入占比也从2020年的8.6%提高到2021年的9.4%，发展环境明显改善。

三、工业软件技术分析

（一）工业软件的分类

按照工业软件应用的业务环节，工业软件可以分为研发设计、生产制造、运维服务、经营管理以及新型工业软件等类型，分类情况以及相关产品情况如图2所示。

研发设计类工业软件主要包括计算机辅助设计类软件（CAD）、计算机辅助分析类软件（CAE）、计算机辅助制造类软件（CAM）、计算机辅助工艺规划（CAPP）等软件。生产制造类工业软件主要包括制造执行系统（MES）、计划排成（APS）、仓储物流管理（WMS）等制造运营管理类软件。运维服务类工业软件主要包括状态监测、故障预测、健康管理（PHM）、能效管理（EMS）、维护维修等软件。经营管理类工业软件主要包括企业资源计划（ERP）、供应链管理（SCM）、客户关系管理（CRM）等软件。其它类软件，是支持企业内和企业间系统集成的平台类软件，以及支撑工业软件研发和测试的工具软件。

（二）工业软件特性

工业软件研发不同于传统软件，研发难度大、体系设计复杂、技术门槛高、硬件条件开销大、复合型研发人才紧缺等原因，造成研发周期长、研发迭代速度慢等一系列问题。

工业软件是以工业知识为核心构建的，通过科学的方法，包括数学建模，软件工程方法，测试验证实践长期积累起来的。工业知识包含工业领域知识、行业知识、专业知识、标准和规范等。

图2 工业软件的分类

只有经历完整的工业化进程，积累深厚的工业技术和大量的研发投入，才能够开发出优秀的工业软件；只有开发出优秀的工业软件，最终才能开发出优秀的工业品。

（二）工业软件形态演进

在工业软件发展的早期，工业软件的主要目的是解决一些单一工业场景的问题和需求，利用计算机的计算和存储能力解决工业过程中数字化表达和复杂计算问题。

随着工业企业信息化水平不断提升，市场需求的变化对生产的要求更高，多场景协同成为工业企业重要需求，不同类型工业软件之间的融合加速，各系统通过定制化接口开发相互集成，一些有实力的工业软件供应商开始整合自身产品线，提供集成化、平台化的整体解决方案。

云计算、物联网、5G通讯、工业互联网的相关技术发展，打破了软硬件产品的技术边界，让更多的软硬件设备实现互联互通，围绕工业软件构建开发环境和应用生态，用户可通过“云化平台+APP”的方式订阅、租赁服务，形成了工业软件的全新生态。

四、行业发展建议

（一）产业层面建议

一是高度重视工业软件产业发展，制定战略规划，明确发展思路和发展目标。二是政策推动工业软件专项资金支持，突出工业软件的战略性地位。三是鼓励企业通过收购并购不断扩充领域，快速提升研发实力，补齐技术缺项，壮大市场规模，完善产业链条，提升竞争力。

一是加强信息技术新工科和国家特色示范性软件学院建设，建立工业软件特色软件学院及工业软件研究实验室，培养复合型专业人才。二是建立高校、科研机构与企业联合培养机制，跨学科培养一批高端工业软件人才。三是加大自主可控研发设计类工业软件在高校、科研院所推广应用，建立工业软件用户粘性。

一是加快参考架构、分级分类等基础共性类标准研制，推动行业建立共识、引导和规范工业软件标准体系。二是建立工业软件测评认证体系，围绕协议异构、数据互通、应用移植、功能安全、可靠性等测试需求，建设工业软件测试平台。三是制定工业软件成本度量和服务评估标准，推动建立科学合理的软件定价机制，完善工业软件服务评估体系。

（二）企业层面建议

一是发布倡议，打破企业隔阂，促进相关合作。二是促进上下游企业间互联互通，不断完善技术、产品及服务能力等，实现合作共赢。

一是着力攻关三维CAD几何引擎和几何约束求解、CAE求解、系统分析与工程计算、低代码开发等工业软件关键共性技术。二是突破产品/工程设计、数字孪生、优化控制、计划调度、预测性维护等通用工业软件，以及航空、航天、汽车、船舶、高铁等离散制造业和石化、化工、钢铁、有色、建材等流程制造业专用工业软件关键技术。

一是抓住新一代信息技术发展机遇，加快工业软件与新一代信息技术融合，促进工业软件技术和架构创新，推动工业APP和工业互联网等相关前沿技术的研发。二是重点关注数字孪生和MBSE，基于工业软件所形成的数字孪生技术，企业在开发新产品时，可以事先做好数字孪生体，后续一次把产品做好做优。