前言：
工業(yè)軟件作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系重要的組成部分，是推動制造業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要工具。目前，高端工業(yè)軟件基本被國外廠商壟斷，國產(chǎn)工業(yè)軟件自給率低、生態(tài)薄弱。近年來我國制造業(yè)由中低端向中高端邁進，逐步釋放數(shù)字化及智能化需求。以國內(nèi)大循環(huán)為主、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局，對工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展機遇。
一、產(chǎn)業(yè)背景
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)可以分為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、軟件層、應(yīng)用層等五大板塊。
一切應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的軟件都屬于廣義的工業(yè)軟件，不同類別的工業(yè)軟件之間底層邏輯差異較大。
從最底層的邏輯來看：
?研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件是基于數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)學(xué)科，具有較濃的理科屬性；
?信息管理類工業(yè)軟件是基于企業(yè)的業(yè)務(wù)模型，是出于商科思維的管理類軟件；
?生產(chǎn)控制類工業(yè)軟件是基于生產(chǎn)的流程，是偏向于傳統(tǒng)工科的工業(yè)控制軟件；
?嵌入式工業(yè)軟件更類似于硬件的附屬，提升裝備性能、附加值、智能化水平。
不同類別的工業(yè)軟件都圍繞核心工業(yè)場景，相互彼此關(guān)聯(lián)。不同賽道的工業(yè)軟件在底層邏輯上差異較大，但在具體應(yīng)用中又相互關(guān)聯(lián)，而且任何一個賽道單拆出來都有眾多的細(xì)分軟件領(lǐng)域，背后都有廣闊的市場，并支撐起了諸多優(yōu)秀的工業(yè)軟件企業(yè)。
二、研發(fā)設(shè)計類軟件
2.1 計算機輔助設(shè)計 CAD： (Computer-aided design)
CAD發(fā)展至今已有超過六十年的歷史。20世紀(jì)70年代，飛機和汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展，為了能將飛機外形數(shù)據(jù)發(fā)送到制造部門，法國達索推出三維曲面造型系統(tǒng)CATIA，縮短設(shè)計和生產(chǎn)周期至1/4，此時價格極其昂貴，對外年租金約15-20萬美元。80年代末，計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，硬件成本大幅度下降，CAD成本降到幾萬美元。
國際領(lǐng)先企業(yè)包括達索、西門子、Autodesk以及PTC。其中，Autodesk憑借 AutoCAD這款以2D為主的通用型CAD就穩(wěn)居業(yè)界三強之一；達索、西門子在3D領(lǐng)域構(gòu)筑了極強的護城河，而對通用型的2D幾乎沒有布局。因此，在CAD領(lǐng)域，2D對于國產(chǎn)企業(yè)來說進入門檻更低，國外競爭對手較為單一。
3D CAD區(qū)別于2D CAD的核心難點是幾何建模內(nèi)核。幾何內(nèi)核是最基礎(chǔ)的核心組件，也是我們國家目前最關(guān)注的領(lǐng)域。2D在內(nèi)核上的門檻相對較低，除自主開發(fā)之外，也有部分公司通過付費成為ITC聯(lián)盟的成員，對IntelliCAD進行包裝并推出產(chǎn)品。而3D的實體建模、曲面建模本質(zhì)上是數(shù)學(xué)問題，算法要求較高，中小廠商很難進行獨立開發(fā)。
幾何引擎大部分的技術(shù)實現(xiàn)都是公開的，但是一款優(yōu)秀的幾何引擎經(jīng)過眾多商業(yè)化軟件以及優(yōu)質(zhì)客戶的反復(fù)淬煉，在性能，穩(wěn)定性，可靠性上可能要經(jīng)過幾十年的發(fā)展，這個領(lǐng)域沒有捷徑。
達索等廠商看到了單獨銷售3D內(nèi)核的商機，陸續(xù)將自身的內(nèi)核獨立出來作為單獨的生意，供應(yīng)了全球200多家客戶。國內(nèi)廠商中望軟件、華天軟件分別擁有 Overdrive、CRUX4內(nèi)核，數(shù)碼大方擁有自主開發(fā)的內(nèi)核。
2.2 計算機輔助工程 CAE：（Computer Aided Engineering）
CAE是做有限元分析的軟件，主要用于在研發(fā)過程中對產(chǎn)品的強度、剛度、熱傳導(dǎo)等物理性能進行仿真分析及數(shù)值求解。
主流CAD軟件多會集成CAE模塊，滿足輕度仿真需求，但它們的能力與專業(yè)CAE軟件有較大的差距，僅會用于結(jié)構(gòu)分析等簡單的單學(xué)科仿真。在專業(yè)的仿真分析及求解場景中，仍主要應(yīng)用Ansys、SIMULIA等專業(yè)CAE軟件。
CAE相較于CAD具有更高的技術(shù)門檻，主體包括前處理模塊（實體及參數(shù)化建模、布爾運算、網(wǎng)格剖分）、有限元分析模塊（結(jié)構(gòu)、流體、熱力、電磁等多領(lǐng)域求解器）、后處理模塊（數(shù)據(jù)處理、物理量展示）。
多物理場的耦合仿真是 CAE 的核心技術(shù)難題。CAE 具有眾多的仿真分析和求解方向，包括結(jié)構(gòu)分析、流體分析、熱分析、電磁分析等。目前單一學(xué)科的仿真已較為成熟，而多學(xué)科仿真、多物理場耦合則是下一步更高的要求。
Ansys、西門子、達索等巨頭多是采用外延收購的方式，來補充在多個仿真方向上的能力。
2.3 計算機輔助制造 CAM：（Computer Aided Manufacturing）
根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計建模、幾何造型對加工制造流程進行NC自動編程，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡和數(shù)控程序。
CAM與CAD高度集成，目前行業(yè)內(nèi)的主流產(chǎn)品都是集成型的3D CAD/CAM（CATIA、Solidworks、Siemens NX、Creo、Inventor）。
目前全球最主要的CAM組件有德國的ModuleWorks和英國的MachineWorks，全球90%的CAM軟件都在使用這兩家公司的組件。
小結(jié)：CAD、CAE、CAM都是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，永久授權(quán)模式下，國外產(chǎn)品通常10-20萬元/套，國產(chǎn)通常2-6萬元/套。
2.4 產(chǎn)品生命周期管理 PLM：（product lifecycle management）
正是CAD的大量應(yīng)用，使企業(yè)認(rèn)識到了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的重要性。GE、波音這些大型企業(yè)產(chǎn)品都非常復(fù)雜，而且研發(fā)人員遍布全球各地，如何管理數(shù)量龐大的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，尤其是CAD圖紙，成為一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。最早的PLM由簡單的圖紙版本管理系統(tǒng)起步，逐步擴展到產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)管理。
PLM主要提供商包括：PTC、達索系統(tǒng)、西門子、Autodesk、Oracle。
PLM產(chǎn)品通常需要20-30%定制化，永久授權(quán)模式下，單價約50-100萬/套。
三、生產(chǎn)控制類軟件
3.1制造執(zhí)行系統(tǒng) MES：（Manufacturing Execution System）
該系統(tǒng)主要作用是填補計劃層與控制層之間的信息斷層。
MES具有很強的行業(yè)性，不僅是流程制造MES和離散制造MES截然不同，汽車、 機械、電子等細(xì)分離散制造領(lǐng)域?qū)τ贛ES系統(tǒng)的要求也有一定差異。
MES的實施牽涉部門眾多，實施難度較大。同時MES實施的效果又較易于量化，可以通過客戶實施后的訂單響應(yīng)時間、供貨時間、庫存水平直接體現(xiàn)出來，因此實施能力對MES廠商來說尤為重要。
國內(nèi)最早的MES是20世紀(jì)80年代寶鋼建設(shè)初期從西門子公司引進的，隨后本土MES如雨后春筍般快速成長。寶信軟件等國產(chǎn)MES廠商在鋼鐵、冶金等流程制造行業(yè)頗有建樹，但在離散制造MES領(lǐng)域，西門子、Rockwell 等國外龍頭仍占優(yōu)勢。
MES產(chǎn)品通常是通用功能加上40%左右的定制化開發(fā)，永久授權(quán)模式下，單價約60萬元/套。
3.2 分布式控制系統(tǒng) DCS：（Distributed control system）
DCS核心設(shè)計理念是分散控制、集中管理，由傳統(tǒng)的儀表盤控制系統(tǒng)發(fā)展而來，屬于工業(yè)自動化的范疇。
中控、和利時等國產(chǎn)工業(yè)自動化系統(tǒng)提供商近年來發(fā)展迅速，在腰部市場快速放量，從市場份額看已超過Honeywell、西門子等國外工業(yè)自動化巨頭，目前流程制造業(yè)DCS國產(chǎn)化率已達50%。
我國過去數(shù)年大力推進工業(yè)4.0建設(shè)，工業(yè)自動化實現(xiàn)了較快的發(fā)展， DCS/SCADA/PLC都已發(fā)展成為了百億元左右的成熟市場，但由于該賽道工業(yè)屬性和硬件屬性較高的特征，近年來已經(jīng)進入了較為平穩(wěn)的發(fā)展階段。
四、市場規(guī)模
4.1工業(yè)軟件市場規(guī)模
截至2018年底，全球工業(yè)軟件市場規(guī)模達到3893億美元，同比增長5.2%。
2019年我國工業(yè)軟件市場規(guī)模為1,720億元，僅占全球市場規(guī)模的6%，遠低于我國GDP的占比（接近16%），中國工業(yè)軟件市場有待發(fā)展。
2012-2020E工業(yè)軟件市場規(guī)模
4.2中國工業(yè)軟件細(xì)分市場
生產(chǎn)控制類占比17%，由于直接服務(wù)企業(yè)客戶，以項目制、場地制的形式部署，目前已基本不會出現(xiàn)盜版，而且受益于工業(yè)自動化、企業(yè)數(shù)字化升級，過去幾年實現(xiàn)了較快的發(fā)展。
研發(fā)設(shè)計類軟件占比9%，由于常安裝于通用計算機，易受到盜版影響，尤其是2D CAD，正版化率不到20%。隨著我國對于知識產(chǎn)權(quán)保護相關(guān)法規(guī)的進一步完善和企業(yè)正版意識的提升，增速保持在26.75%，快于整體行業(yè)。
中國工業(yè)軟件細(xì)分市場（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)）
中國工業(yè)軟件細(xì)分市場規(guī)模預(yù)測
4.3 中外工業(yè)軟件企業(yè)規(guī)模對比
2011年我國以美元計價的工業(yè)增加值首次超越美國，成為世界第一大工業(yè)國，并且至今一直穩(wěn)居第一位，擁有世界上門類最齊全的工業(yè)體系，但工業(yè)軟件體系仍是弱項。
我國高端CAD、CAE、MES、PLM等工業(yè)軟件市場被西門子、達索、PTC、ANYSY等國外廠商壟斷90%，呈現(xiàn)“管理軟件強、工程軟件弱；低端軟件多，高端軟件少”的現(xiàn)狀。
五、行業(yè)趨勢
5.1國際局勢多變，培育本土工業(yè)軟件迫在眉睫
美國對中國高科技產(chǎn)業(yè)的技術(shù)封鎖仍在加劇，斷供案例和安全威脅頻頻發(fā)生。
美國核安全局對中國核電行業(yè)禁售PDS、UG、Teamcenter、AutoCAD、NX等源代碼屬于美國產(chǎn)權(quán)的工業(yè)軟件。
法國達索旗下SolidWorks被爆料存在安全后門，國內(nèi)軍工和保密國企已經(jīng)全面停用該軟件。
由于被美國商務(wù)部列入實體清單，哈工大、哈工程等老牌工科院校無法繼續(xù)使用正版的計算仿真軟件MATLAB。
5.2 內(nèi)生需求，伴隨本土制造業(yè)升級做大做強
整個制造業(yè)的大鏈條里，中國大部分企業(yè)都處于利潤薄弱的加工制造環(huán)節(jié)，既沒有能力也沒有動力去使用高端的研發(fā)設(shè)計類軟件。但是現(xiàn)在基本面正在發(fā)生改變，尤其強調(diào)內(nèi)循環(huán)，中國的工業(yè)要滿足高質(zhì)量發(fā)展和供應(yīng)鏈安全的需求，為本土工業(yè)軟件的生態(tài)建設(shè)創(chuàng)造了難得的條件。
例如，離散制造行業(yè)普遍存在產(chǎn)品升級換代迅速、客戶個性化需求不斷增強、多品種小批量生產(chǎn)常態(tài)化等問題，流程行業(yè)普遍存在傳統(tǒng)過剩產(chǎn)能需要轉(zhuǎn)型、安全生產(chǎn)和節(jié)能環(huán)保壓力大、產(chǎn)品質(zhì)量追蹤需求持續(xù)提升等問題，善加利用工業(yè)軟件，能夠幫助傳統(tǒng)企業(yè)更好地完成升級轉(zhuǎn)型。
到2025年的中國智造時代，我國將形成自主的操作系統(tǒng)與工業(yè)軟件及其標(biāo)準(zhǔn)體系，自主工業(yè)軟件具有滿足市場50%的供給能力，自主工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺在重點行業(yè)的應(yīng)用普及率超過60%，工業(yè)軟件市場空間可達數(shù)千億元。
5.3 軟件正版化，國產(chǎn)工業(yè)軟件發(fā)展環(huán)境逐步改善
國外軟件極其高昂的費用和早期的盜版策略導(dǎo)致企業(yè)仍在大量地使用盜版軟件，形成了依賴。盜版軟件在一定時期內(nèi)為企業(yè)節(jié)省了軟件采購成本，但也暗藏風(fēng)險隱患。
隨著打盜版成為國外廠商的重要收入來源，未來風(fēng)險隱患還會不斷加大。近年來國家對知識產(chǎn)權(quán)的越來越重視，企業(yè)用戶正版化意識也在逐步提升。
國內(nèi)軟件正版化率近年來持續(xù)上升，正版工業(yè)軟件整體的市場規(guī)模增速為全球水平的3-4倍。
使用盜版工業(yè)軟件的用戶對價格較為敏感，有一部分被轉(zhuǎn)化為國產(chǎn)軟件的用戶。
六、海外巨頭
6.1達索系統(tǒng)
法國達索系統(tǒng)已成立近40年，3D CAD的老牌龍頭企業(yè)，通過收購進入CAE、PLM、MES市場。
2019年達索系統(tǒng)軟件業(yè)務(wù)的總收入35.39億歐元中，占比最大的是CATIA，收入為11億歐元，占比高達30%；SOLIDWORKS緊隨其后，占比23.15%；ENOVIA次之，占比10.79%。
主要產(chǎn)品線：
?CAD：CATIA、Solidworks
?CAE：SIMULIA
?PLM：ENOVIA
? MES：DELMIA
6.2 歐特克Autodesk
歐特克成立于1982年，從2D CAD起家，縱向擴張至3D CAD/CAM/CAE，橫向擴張至工業(yè)（MFG）、建筑（AEC）、動畫設(shè)計（M&E）等領(lǐng)域。
公司自 2016年開始向SaaS激進轉(zhuǎn)型，僅用3年將SaaS營收占比提升到86%，自轉(zhuǎn)型以來，股價累計提升4倍。
主要產(chǎn)品線：
CAD：AUTOCAD、Inventor
BIM：Revit、Naviworks
6.3 西門子
西門子于2007年通過收購UGS進軍工業(yè)軟件領(lǐng)域，UGS旗下產(chǎn)品包括NX、Solid Edge、Teamcenter等，收購后將其改造成為Siemens PLM。
2012年收購全球領(lǐng)先的CAE廠商LMS，啟動在仿真領(lǐng)域的布局，之后又將Camstar（MES）、Mentor Graphics（EDA） 、CD-adapco（CAE，流體仿真）等收入囊中。
主要產(chǎn)品線：
?CAD：Siemens NX、Solid Edge
?CAE：Simcenter
?PLM：Teamcenter
?MES：Simatic
6.4 PTC
成立于1985年，從3D CAD軟件Pro/ENGINEER（已改名Creo）起家，后又收購了Computervision并推出WindChill（PLM）。
2013年，收購ThingWorx， PTC工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系規(guī)劃是將公司原有的CAD/PLM產(chǎn)品作為數(shù)字部分，而以ThingWorx物聯(lián)網(wǎng)平臺作為物理部分。
2017年，與Ansys達成合作，將Creo與Ansys集成為聯(lián)合解決方案，彌補公司產(chǎn)品體系中在仿真領(lǐng)域的不足。
主要產(chǎn)品線：
?CAD：Creo (Pro/Engineer)
?PLM：WindChill
尾聲：
我國信息化、數(shù)字化建設(shè)一直存在“重硬輕軟”的問題，在基礎(chǔ)薄弱、信息化程度低的工業(yè)市場中，國產(chǎn)工業(yè)軟件的生存空間被擠壓，自身造血能力不足。過去十幾年，我國對發(fā)展自主工業(yè)軟件重視程度不足，資金投入偏低。
在十五、十一五期間，我國在三維CAD軟件研發(fā)方面的投入約4000-5000萬元，CAE投入約1億元，再加上十二五“兩化融合”的間接促進，在三個五年計劃之中，國家對三維CAD/CAE等核心工業(yè)軟件的投入強度不足2億元。而國外企業(yè)在已經(jīng)發(fā)展壯大的情況下，依然能獲得大量的國家/軍工企業(yè)資金支持，Ansys一年的研發(fā)投入約20億元，Cadence一年的研發(fā)投入約60億元，美國政府和產(chǎn)業(yè)界從未停止過前進的腳步。
國產(chǎn)工業(yè)軟件的發(fā)展應(yīng)尊重客觀規(guī)律，做好長期突圍的準(zhǔn)備。工業(yè)軟件的“工業(yè)”部分來自長期工程實踐積累的知識和經(jīng)驗，如材料知識庫、設(shè)計知識庫。“軟件”部分則需要求解器、高性能計算和各類底層IT技術(shù)。以零件與裝配體模塊為例，通常需要150人開發(fā)2年的時間，而工程圖至少需要開發(fā)1.5年時間。如果要開發(fā)一款對標(biāo)SolidWorks的主流CAD軟件，代碼量差不多在3000-4500萬行代碼，相當(dāng)于3000-4500人一年以上的開發(fā)工作量。
國外的工業(yè)軟件發(fā)展了幾十年，早已從單一工具形成了環(huán)環(huán)相扣的產(chǎn)品矩陣，進而推動云化，改“賣軟件”為“賣服務(wù)”，實現(xiàn)商業(yè)模式的進化和整體估值的抬升，龍頭格局清晰。國產(chǎn)工業(yè)軟件需要借鑒國外頭部企業(yè)的經(jīng)驗，但不能一味拿來主義。忽視“工具”的原始積累，盲目效仿 “云化”，試圖彎道超車，實為沙上建塔。國產(chǎn)工業(yè)軟件的發(fā)展仍需解決核心技術(shù)缺失、產(chǎn)品競爭力不足的問題。生產(chǎn)制造類軟件國內(nèi)企業(yè)尚且具備一定競爭力，研發(fā)設(shè)計軟件與國外水平差距仍然懸殊。企業(yè)需要勤修內(nèi)功，立足為客戶創(chuàng)造價值，才能在復(fù)雜多變的工業(yè)應(yīng)用需求中找到自身的生存之道。
金科君創(chuàng)已投部分TMT企業(yè)
（以投資先后順序排列）
