前言：
工業軟件作為工業互聯網體系重要的組成部分，是推動制造業企業數字化轉型的重要工具。目前，高端工業軟件基本被國外廠商壟斷，國產工業軟件自給率低、生態薄弱。近年來我國制造業由中低端向中高端邁進，逐步釋放數字化及智能化需求。以國內大循環為主、國內國際雙循環相互促進的新發展格局，對工業軟件產業帶來新的發展機遇。
一、產業背景
工業互聯網體系架構可以分為設備層、網絡層、平臺層、軟件層、應用層等五大板塊。
一切應用于工業領域的軟件都屬于廣義的工業軟件，不同類別的工業軟件之間底層邏輯差異較大。
從最底層的邏輯來看：
?研發設計類工業軟件是基于數學、物理等基礎學科，具有較濃的理科屬性；
?信息管理類工業軟件是基于企業的業務模型，是出于商科思維的管理類軟件；
?生產控制類工業軟件是基于生產的流程，是偏向于傳統工科的工業控制軟件；
?嵌入式工業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。
不同類別的工業軟件都圍繞核心工業場景，相互彼此關聯。不同賽道的工業軟件在底層邏輯上差異較大，但在具體應用中又相互關聯，而且任何一個賽道單拆出來都有眾多的細分軟件領域，背后都有廣闊的市場，并支撐起了諸多優秀的工業軟件企業。
二、研發設計類軟件
2.1 計算機輔助設計 CAD： (Computer-aided design)
CAD發展至今已有超過六十年的歷史。20世紀70年代，飛機和汽車工業蓬勃發展，為了能將飛機外形數據發送到制造部門，法國達索推出三維曲面造型系統CATIA，縮短設計和生產周期至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，計算機技術迅猛發展，硬件成本大幅度下降，CAD成本降到幾萬美元。
國際領先企業包括達索、西門子、Autodesk以及PTC。其中，Autodesk憑借 AutoCAD這款以2D為主的通用型CAD就穩居業界三強之一；達索、西門子在3D領域構筑了極強的護城河，而對通用型的2D幾乎沒有布局。因此，在CAD領域，2D對于國產企業來說進入門檻更低，國外競爭對手較為單一。
3D CAD區別于2D CAD的核心難點是幾何建模內核。幾何內核是最基礎的核心組件，也是我們國家目前最關注的領域。2D在內核上的門檻相對較低，除自主開發之外，也有部分公司通過付費成為ITC聯盟的成員，對IntelliCAD進行包裝并推出產品。而3D的實體建模、曲面建模本質上是數學問題，算法要求較高，中小廠商很難進行獨立開發。
幾何引擎大部分的技術實現都是公開的，但是一款優秀的幾何引擎經過眾多商業化軟件以及優質客戶的反復淬煉，在性能，穩定性，可靠性上可能要經過幾十年的發展，這個領域沒有捷徑。
達索等廠商看到了單獨銷售3D內核的商機，陸續將自身的內核獨立出來作為單獨的生意，供應了全球200多家客戶。國內廠商中望軟件、華天軟件分別擁有 Overdrive、CRUX4內核，數碼大方擁有自主開發的內核。
2.2 計算機輔助工程 CAE：（Computer Aided Engineering）
CAE是做有限元分析的軟件，主要用于在研發過程中對產品的強度、剛度、熱傳導等物理性能進行仿真分析及數值求解。
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CAE軟件有較大的差距，僅會用于結構分析等簡單的單學科仿真。在專業的仿真分析及求解場景中，仍主要應用Ansys、SIMULIA等專業CAE軟件。
CAE相較于CAD具有更高的技術門檻，主體包括前處理模塊（實體及參數化建模、布爾運算、網格剖分）、有限元分析模塊（結構、流體、熱力、電磁等多領域求解器）、后處理模塊（數據處理、物理量展示）。
多物理場的耦合仿真是 CAE 的核心技術難題。CAE 具有眾多的仿真分析和求解方向，包括結構分析、流體分析、熱分析、電磁分析等。目前單一學科的仿真已較為成熟，而多學科仿真、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）
根據產品的設計建模、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控程序。
CAM與CAD高度集成，目前行業內的主流產品都是集成型的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：CAD、CAE、CAM都是標準化產品，永久授權模式下，國外產品通常10-20萬元/套，國產通常2-6萬元/套。
2.4 產品生命周期管理 PLM：（product lifecycle management）
正是CAD的大量應用，使企業認識到了產品數據管理的重要性。GE、波音這些大型企業產品都非常復雜，而且研發人員遍布全球各地，如何管理數量龐大的產品數據，尤其是CAD圖紙，成為一個嚴峻的挑戰。最早的PLM由簡單的圖紙版本管理系統起步，逐步擴展到產品全生命周期的數據管理。
PLM主要提供商包括：PTC、達索系統、西門子、Autodesk、Oracle。
PLM產品通常需要20-30%定制化，永久授權模式下，單價約50-100萬/套。
三、生產控制類軟件
3.1制造執行系統 MES：（Manufacturing Execution System）
該系統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、電子等細分離散制造領域對于MES系統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時間、供貨時間、庫存水平直接體現出來，因此實施能力對MES廠商來說尤為重要。
國內最早的MES是20世紀80年代寶鋼建設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MES廠商在鋼鐵、冶金等流程制造行業頗有建樹，但在離散制造MES領域，西門子、Rockwell 等國外龍頭仍占優勢。
MES產品通常是通用功能加上40%左右的定制化開發，永久授權模式下，單價約60萬元/套。
3.2 分布式控制系統 DCS：（Distributed control system）
DCS核心設計理念是分散控制、集中管理，由傳統的儀表盤控制系統發展而來，屬于工業自動化的范疇。
中控、和利時等國產工業自動化系統提供商近年來發展迅速，在腰部市場快速放量，從市場份額看已超過Honeywell、西門子等國外工業自動化巨頭，目前流程制造業DCS國產化率已達50%。
我國過去數年大力推進工業4.0建設，工業自動化實現了較快的發展， DCS/SCADA/PLC都已發展成為了百億元左右的成熟市場，但由于該賽道工業屬性和硬件屬性較高的特征，近年來已經進入了較為平穩的發展階段。
四、市場規模
4.1工業軟件市場規模
截至2018年底，全球工業軟件市場規模達到3893億美元，同比增長5.2%。
2019年我國工業軟件市場規模為1,720億元，僅占全球市場規模的6%，遠低于我國GDP的占比（接近16%），中國工業軟件市場有待發展。
2012-2020E工業軟件市場規模
4.2中國工業軟件細分市場
生產控制類占比17%，由于直接服務企業客戶，以項目制、場地制的形式部署，目前已基本不會出現盜版，而且受益于工業自動化、企業數字化升級，過去幾年實現了較快的發展。
研發設計類軟件占比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權保護相關法規的進一步完善和企業正版意識的提升，增速保持在26.75%，快于整體行業。
中國工業軟件細分市場（產品結構）
中國工業軟件細分市場規模預測
4.3 中外工業軟件企業規模對比
2011年我國以美元計價的工業增加值首次超越美國，成為世界第一大工業國，并且至今一直穩居第一位，擁有世界上門類最齊全的工業體系，但工業軟件體系仍是弱項。
我國高端CAD、CAE、MES、PLM等工業軟件市場被西門子、達索、PTC、ANYSY等國外廠商壟斷90%，呈現“管理軟件強、工程軟件弱；低端軟件多，高端軟件少”的現狀。
五、行業趨勢
5.1國際局勢多變，培育本土工業軟件迫在眉睫
美國對中國高科技產業的技術封鎖仍在加劇，斷供案例和安全威脅頻頻發生。
美國核安全局對中國核電行業禁售PDS、UG、Teamcenter、AutoCAD、NX等源代碼屬于美國產權的工業軟件。
法國達索旗下SolidWorks被爆料存在安全后門，國內軍工和保密國企已經全面停用該軟件。
由于被美國商務部列入實體清單，哈工大、哈工程等老牌工科院校無法繼續使用正版的計算仿真軟件MATLAB。
5.2 內生需求，伴隨本土制造業升級做大做強
整個制造業的大鏈條里，中國大部分企業都處于利潤薄弱的加工制造環節，既沒有能力也沒有動力去使用高端的研發設計類軟件。但是現在基本面正在發生改變，尤其強調內循環，中國的工業要滿足高質量發展和供應鏈安全的需求，為本土工業軟件的生態建設創造了難得的條件。
例如，離散制造行業普遍存在產品升級換代迅速、客戶個性化需求不斷增強、多品種小批量生產常態化等問題，流程行業普遍存在傳統過剩產能需要轉型、安全生產和節能環保壓力大、產品質量追蹤需求持續提升等問題，善加利用工業軟件，能夠幫助傳統企業更好地完成升級轉型。
到2025年的中國智造時代，我國將形成自主的操作系統與工業軟件及其標準體系，自主工業軟件具有滿足市場50%的供給能力，自主工業互聯網云平臺在重點行業的應用普及率超過60%，工業軟件市場空間可達數千億元。
5.3 軟件正版化，國產工業軟件發展環境逐步改善
國外軟件極其高昂的費用和早期的盜版策略導致企業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為企業節省了軟件采購成本，但也暗藏風險隱患。
隨著打盜版成為國外廠商的重要收入來源，未來風險隱患還會不斷加大。近年來國家對知識產權的越來越重視，企業用戶正版化意識也在逐步提升。
國內軟件正版化率近年來持續上升，正版工業軟件整體的市場規模增速為全球水平的3-4倍。
使用盜版工業軟件的用戶對價格較為敏感，有一部分被轉化為國產軟件的用戶。
六、海外巨頭
6.1達索系統
法國達索系統已成立近40年，3D CAD的老牌龍頭企業，通過收購進入CAE、PLM、MES市場。
2019年達索系統軟件業務的總收入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（MFG）、建筑（AEC）、動畫設計（M&E）等領域。
公司自 2016年開始向SaaS激進轉型，僅用3年將SaaS營收占比提升到86%，自轉型以來，股價累計提升4倍。
主要產品線：
CAD：AUTOCAD、Inventor
BIM：Revit、Naviworks
6.3 西門子
西門子于2007年通過收購UGS進軍工業軟件領域，UGS旗下產品包括NX、Solid Edge、Teamcenter等，收購后將其改造成為Siemens PLM。
2012年收購全球領先的CAE廠商LMS，啟動在仿真領域的布局，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工業互聯網的體系規劃是將公司原有的CAD/PLM產品作為數字部分，而以ThingWorx物聯網平臺作為物理部分。
2017年，與Ansys達成合作，將Creo與Ansys集成為聯合解決方案，彌補公司產品體系中在仿真領域的不足。
主要產品線：
?CAD：Creo (Pro/Engineer)
?PLM：WindChill
尾聲：
我國信息化、數字化建設一直存在“重硬輕軟”的問題，在基礎薄弱、信息化程度低的工業市場中，國產工業軟件的生存空間被擠壓，自身造血能力不足。過去十幾年，我國對發展自主工業軟件重視程度不足，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等核心工業軟件的投入強度不足2億元。而國外企業在已經發展壯大的情況下，依然能獲得大量的國家/軍工企業資金支持，Ansys一年的研發投入約20億元，Cadence一年的研發投入約60億元，美國政府和產業界從未停止過前進的腳步。
國產工業軟件的發展應尊重客觀規律，做好長期突圍的準備。工業軟件的“工業”部分來自長期工程實踐積累的知識和經驗，如材料知識庫、設計知識庫?！败浖辈糠謩t需要求解器、高性能計算和各類底層IT技術。以零件與裝配體模塊為例，通常需要150人開發2年的時間，而工程圖至少需要開發1.5年時間。如果要開發一款對標SolidWorks的主流CAD軟件，代碼量差不多在3000-4500萬行代碼，相當于3000-4500人一年以上的開發工作量。
國外的工業軟件發展了幾十年，早已從單一工具形成了環環相扣的產品矩陣，進而推動云化，改“賣軟件”為“賣服務”，實現商業模式的進化和整體估值的抬升，龍頭格局清晰。國產工業軟件需要借鑒國外頭部企業的經驗，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。國產工業軟件的發展仍需解決核心技術缺失、產品競爭力不足的問題。生產制造類軟件國內企業尚且具備一定競爭力，研發設計軟件與國外水平差距仍然懸殊。企業需要勤修內功，立足為客戶創造價值，才能在復雜多變的工業應用需求中找到自身的生存之道。
金科君創已投部分TMT企業
（以投資先后順序排列）
