隨著新基建、工業4.0政策的推進，工業軟體作為工業製造的基礎，在這次產業升級的浪潮中獲得了高速發展的市場空間。據統計，2019年國內工業軟體市場規模達到了2000億元左右規模，未來幾年市場增速將維持在16%左右，超越全球工業軟體市場增速3倍以上。
研發設計類作為難度最高的工業軟體細分領域，隨著我國近幾年航空航天、生物醫藥、汽車交通、集成電路等高端製造的興起受到了高度重視。然而，與歐美長達數百年的工業經驗相比，國產廠商不僅面臨著海外巨頭近乎壟斷的市場競爭，還要奮力突破現有的技術瓶頸，尋找新的增長引擎。
工業網際網路提供新機遇，高端製造成為最強推力
工業網際網路的興起為工業軟體提供了新的平臺，這是工業軟體遇到的第二次歷史機遇。
實際上，我國工業軟體的首次「春天」出現在上世紀八十年代，卻在短暫的發展後進入了十多年的蟄伏期。
在「863」計劃中，國家政策曾明確表示對工業軟體的扶持，此後國內企業、高效、科研院所一度掀起工業軟體研發熱潮。沿著「引進-吸收-模仿」的路線，上世紀90年代便出現了像開目CAD、浙大大天CAD、高華CAD、山大華天等，並且在技術難度較高的三維CAD領域也誕生過北航熊貓CAD系統這樣的優秀產品。
進入二十一世紀後，隨著中國加大對外開放的力度，大量外資企業進入中國市場，對本土這些尚未站穩腳跟的公司形成衝擊，與此同時，國內製造業進入前所未有的鼎盛時期，這使得行業內大量資源及人才轉向了製造業，工業軟體的發展進入停滯狀態，相關投資也幾乎斷檔。調查統計顯示，2001-2015年，我國對三維CAD/CAE等核心工業軟體研發的投入強度不足2億元，對比全球最大的仿真軟體公司Ansys，2016年在研發的投入強度為3.5億美元，大約為20億人民幣。
為什麼說工業網際網路是工業軟體的第二次機遇，這次機遇能否對工業軟體產生持續的利好？我們要從產業基礎、行業內外部環境來綜合分析。
工業軟體成為工業互聯的基本前提
首先從產品本質上看，工業軟體的作用是將工業知識軟體化，並且參與到產品的全生命周期當中。在工業網際網路的大趨勢下，工業軟體成為保證信息數據互聯、設備互聯、生產流程互聯的基本前提之一，促使企業加強對於MES、SCADA、PDM 等為代表的工業軟體的重視，用以提高生產力、優化資源管理配置、減少生產浪費。根據工信部發布的數據顯示，2018年中國工業網際網路市場規模突破5000億元。前瞻產業研究院測算2019年中國工業網際網路市場規模已達到6110億元，未來五年(2020-2025)年均複合增長率約為13%。在新基建政策的推動下，市場空間有望加速，預計在2025年中國工業網際網路市場規模有望突破1.2萬億元，這為工業軟體提供了廣闊的應用空間。
中國佔全球工業體量第一，孵化千億元工業軟體市場
工業軟體的發展說到底要建立在工業基礎之上。那麼我們來觀察一下國內製造業近幾年的發展趨勢。在改革開放後，中國僅用了40年時間就建立起世界上門類最為齊全的現代工業體系，並且2010年後中國的工業體量長期穩居全球第一。到2019 年，我國工業增加值佔全球比例達到 24.06%， 佔國內 GDP 比例達到 38.97%。這與上世紀八十年代到二十一世紀初期的國內工業環境相比，已經發生了巨大變化。過去製造業與工業軟體之間資源配置失衡的情況不復存在，而是形成了製造業拉動工業軟體需求增加的格局。工業和信息化部調查顯示，2016年-2019年我國工業軟體產業發展增速保持在15%-20%，遠高於全球市場5%左右的增速；2019年，工業軟體產品實現收入1720億元，2020年預計將突破2000億元。
製造業轉型升級，研發設計類工業軟體成亟需
儘管中國工業體量已經佔據全球最高比重，但我國工業大而不強的情況依舊存在——在關鍵器件與核心技術上處於絕對劣勢，高附加值產品設計生產能力不足，工業企業利潤率低。例如2019 年工業富聯淨利率僅 4.55%（對比蘋果淨利率 21.25%）；浪潮信息淨利率僅 1.85%（對比 intel 淨利率 29.72%）； 2019 年我國工業企業整體淨利率僅 5.86%。高產值低利潤、高端製造匱乏是目前我國製造業急需解決的問題。
因此，伴隨供給側結構性改革的推進，以航空航天、汽車、高端裝備、生物醫藥為代表的高技術製造業在近幾年出現強勢增長，從2015年的11.8%增加至2019年的14.4%（見下圖），其產業增加值增速始終高於規模以上工業平均增速。而工業4.0則是將智能製造與國產化推向了頂峰，軟體作為智能的載體，也獲得了前所未有的扶持力度。2020年8 月，國務院發布 10 年一期的《新時期促進集成電路產業和軟體產業高質量發展的若干政 策》，亦稱為 8 號文，工業軟體實現了自 2000 年以來首次單獨與高端晶片、集成電路、基礎軟體並列，成為重點發展對象。
高技術製造業增加值增速及佔比：2015—2019（單位：%；來源：各年統計公報）
以上現象意味著，我國工業軟體不僅具備了廣闊的市場土壤，高端製造業的發展也在促使工業軟體向難度更高的研發設計門類進軍。下圖顯示，2018年研發設計類軟體在細分領域中佔比僅9%，為各門類最低；同時，研發設計類也是當前國產化率最低的軟體（5-10%），管理運營類軟體最高(中低端70%，高端40%)，生產管控類次之(中低端50%，高端30%)。研發設計類軟體的滲透提升空間巨大。
我國工業軟體細分領域市場規模（數據來源：賽迪顧問、中泰證券研究所 單位：億元）
拆解研發設計類軟體複雜性，國內在細分領域已有建樹
研發設計類工業軟體伴隨著航空航天、船舶、汽車、軌道客車等高端製造業興起，目前已經經歷了圖紙製圖→二維工程製圖→三維設計建模-基於CAD/CAE/CAM的軟體系統協同→基於產品數據的多專業協同設計→基於產品全生命周期（PLM）的協同平臺這樣的發展歷程。
我們用下圖來表示各類工業軟體之間的職責分工。
來源：中泰證券
具體到研發設計類軟體，其複雜性除了上圖體現的門類眾多之外，在行業應用上也存在較大的專業跨度。下面我們逐一解釋：
研發設計類軟體功能細分程度高、專用性強
CAD（Computer Aided Design）側重於前端設計環節，通過利用計算機快速的數值計算和強大的圖文處理功能，輔助工程技術人員進行工程繪圖、產品設計、仿真分析、數據管理。CAD包含2D與3D兩大門類，且在細分領域均擁有各自的專業產品，比如機械設備3D設計主要使用SolidWorks，建築行業2D設計主要使用AutoCAD。
CAE（Computer Aided Engineering）處於設計研發的中端環節，提供數位化仿真驗證功能。分析方向包括結構強度分析、流體分析、電磁分析等；在分析管理方面，還包括分析流程標準化和拓撲優化。
CAM（Computer Aided Manufacturing）起到的作用是縮小產品研發與生產車間之間的工藝信息化落後的鴻溝。由於在項目的實施周期中，約有40%-60%的時間都消耗到生產準備階段，其中主要的工作是生產工藝過程的設計規劃。因此，CAM承擔的任務主要包括3D作業指令、3D維護/培訓技術方案、3D產品質量控制、3D工廠布局/生產線設計、3D生產計劃( 產品/進度/資源)、3D工藝資源(設備/工裝/刀量具)等。
CAPP（computer aided process planning）作為計算機輔助工藝過程設計工具，與以上三個CAx產品所處的環節不同。CAPP主要是在信息管理與執行層輔助開發者通過向計算機輸入被加工零件的幾何信息（形狀、尺寸等）和工藝信息（材料、熱處理、批量等），由計算機自動輸出零件的工藝路線和工序內容等工藝文件。
可以看出，即使是在CAx的小集合中，不同類型的工業軟體之間存在功能及定位上明顯的差異，並且在不同場景下還存在較高的技術壁壘，行業專用屬性較強。此外，由於國內CAx行業規模較小且產品研發周期長，並且CAD屬於CAx系列中通用性相對較強的產品，因此，國內大部分廠商選擇從CAD入手，再逐漸橫向擴展其他CAx產品。目前已具備行業影響力的公司有中望軟體（2D、3D）、浩辰軟體（2D）、數碼大方（2D）、華天軟體（3D）。其中，中望軟體已經擴展出完備的 CAx 產品線，公司通過收購 VX 公司擁有了自主可控的三維幾何建模內核 Overdrive，成為國內極少數擁有自主可控內核的 CAD 軟體廠商，已經可以與海外 Autodesk、達索、西門子直接競爭。
PLM（(Product Lifecycle Management）的出現最早是由於產品複雜度提升，需要支持各設計製造部門之間的協作，雛形是PDM（Product Data Managemen）用來管理產品信息，之後演化為PLM進行產品全生命周期管理。在PLM領域中，項目制的盈利模式是限制產品擴展速度的主要原因，一個項目通常需要配備實施顧問、項目經理、系統架構師、開發顧問、執行人員等，屬於人員密集型工作。加上國內市場已經被ANSYS、西門子、達索、PTC高度壟斷，國內PLM廠商的生存空間狹小且發展緩慢，絕大部分採用代理海外產品的方式起家，同時通過增加其他產品線，加強本土化服務及高性價比的方式營利，國內代表廠商有鼎捷軟體、神州軟體、湃睿科技、華天海峰等。
流程製造VS離散製造，工業軟體發展邏輯大不相同
除了軟體本身在功能上具備較高的差異性之外，行業之間難以復用也成為了一大門檻。
當前我國擁有世界上門類最齊全的工業體系，包含41個工業大類、207個中類、666個小類。機械、電子、電磁學、流體、光學、聲學、熱處理等眾多專業的知識和經驗匯聚其中。即使從大的門類上看，研發設計類工業軟體在流程製造、離散製造業上的運行邏輯也不相同。
我們用輸入、算法及模型處理、輸出這三個軟體構成要素來解釋：首先這三者之間的關係在於——計算機需要充足的輸入信息，才能建立完善的算法及模型來處理數據，進而根據輸出的計算結果驅動機器、管理生產進程。
對於離散製造業來說，我國絕大部分企業屬於中小型，工業基礎設施較差、操作流程不規範、數據採集困難是普遍問題。在這樣的背景下，要實現高效的研發設計，首先需要解決輸入的問題，而近幾年計算機存儲能力提高以及傳感器的普及能夠大大改善現狀，從而提高了離散製造業軟體運行效率。流程製造業的側重點則是在算法及建模方面。由於鋼鐵、石化、水泥等行業大都已經處於少數頭部玩家佔據市場的局面，信息來源、工業流程相對統一、規範，且基礎設施較好，因此，獲取數據的難度較小，而在此基礎上實現完整、準確、及時建模是要解決的重點。由於各行業之間對於研發設計類軟體的訴求不一，國內廠商基本都選擇了從垂直領域切入，目前已經出現了一些細分龍頭，例如神州的AVIDM在航天領域，金航數碼在航空領域，廣聯達在國內建築行業BIM領域。
中外實力差距懸殊，雲化或成破局點
從全球市場格局來看，中國工業軟體與海外廠商之間還存在懸殊的差距，尤其對於研發設計類軟體來說，差距體現在技術能力、人才儲備、工業基礎條件、品牌影響力等各方面。
中泰證券調查顯示，當前國內工業軟體滲透率較低，CAM、MES、CRM等僅為20%左右，PLM產品滲透率不足20%。根據賽迪智庫數據，2018 年中國 CAD、CAM、 CAE 市場規模分別為 19.4 億元、15.1 億元、13.7 億元，三類產品合計市場規模約48.1 億元。但海外頭部公司在國內的市場份額已經達到90%以上。
國內工業軟體細分領域滲透率（來源：數據化企業研習社、中泰證券研究所）
以PLM領域為例，全球三大主流廠商為法國達索系統（航空領域）、 德國西門子（汽車、通用機械領域）和美國 PTC（船舶、電子領域）。其中，達索本是飛機製造商，在產生自用工業軟體需求後開始研發工業系統並推向商用， 西門子 PLM 也是由工業企業研發並被西門子收購。可以看出，全求三大巨頭均是基於自身雄厚的工業基礎開發出了軟體系統。
實際上，回顧西方工業軟體發展史，上世紀60年代開始，波音、洛克希德、NASA等高端產業巨頭就已經著手培育和研發；隨後擴展至一批軍火商、汽車商，半個世紀後逐漸形成今天工業軟體市場的格局，並顯現出西門子、PTC、施耐德電氣等工業軟體巨頭。
再舉一個例子，作為面向集成電路行業的核心研發設計軟體EDA，當前國內只有不足2000 名 EDA 研發人員，其中約半數以上在國際 EDA 公司的中國研發中心工作；從事國產 EDA 研發人員只有幾百人左右，且分散在各個公司、高校和研究所。
形成鮮明對比的是，全球 EDA 巨頭 Synopsys 和 Cadence 分別擁有萬名員工，對比我國國產 EDA 廠商華大九天僅有約 400 名員工，其餘廠商員工數均徘徊在一百人左右，可以看出我國 EDA 軟體人才十分匱乏。2018年，全球三大EDA軟體廠商（Synopsys、Cadence、Mentor Graphics）全球市場份額超過 64%，在中國的市場份額超過95%。中國EDA公司2018 年合計銷售額不過 3.5 億元，佔全球市場份額僅為0.8%。
下圖具體展示了國內外工業軟體代表廠商在營收、市值方面的差距。可以發現，國內研發設計類軟體不僅數量少，營收規模及市場影響力都與海外廠商相差甚遠。
國內外工業軟體廠商市值/營利對比
面對近乎全面壟斷的市場格局，國內廠商如何打破海外廠商的限制，擴大自身的市場份額？
除了第一節中我們提到的，中國製造業升級轉型、走國產化道路等一系列政策帶來的行業利好，還有新科技誘發的新一輪行業升級——「工業雲」促使工業軟體由向客戶提供單一工具向為客戶提供「軟體+服務」的整體解決方案轉型。
從技術開發角度上看，由於工業網際網路帶動的萬物互聯互通趨勢進一步加強，產業鏈上下遊之間對數據流通的要求變高。隨著5G、雲計算、計算機存儲能力提升，在「雲」架構基礎之上實現跨部門協同成為必然趨勢。工業軟體作為工業網際網路的基礎，也處於向「雲」轉型的狀態。而在這一節點上，國內外基本在同一時期起步。
以部分海外研發設計類工業軟體巨頭為例。PTC在2019年開始探索雲轉型，當年1月1日即宣布核心解決方案和ThingWorx工業創新平臺的新軟體許可證在全球範圍內僅通過訂閱方式提供，永久取消License授權。Autodesk也在2010年開始投資大量經費研發雲計算服務，2016年1月31日後，Autodesk多數非套件軟體產品不再出售新的永久許可，只能通過Maintenance Subion維護合約獲取後續的永久許可更新。同樣的，西門子也在2016年推出了基於雲Cloud Factory構建的開放式物聯網作業系統，幫助企業實現真實世界中產品、工廠、機器和系統的互聯。
對比國內市場，雲化的趨勢在運營管理類工業軟體中已經有了明顯進展，以用友、金蝶為代表的的老牌廠商均推出了SaaS服務。而國內研發設計類廠商雖然也在投入雲計算相關研發，但目前鮮少有標準化產品。
與此同時，一些國內新興公司也在嘗試將雲的基因融入到產品設計理念中。例如2016年成立的CAE開發商數巧科技致力於搭建基於網絡化的CAE系統、改進雲端架構、數據壓縮、三維渲染等方面的系統性能，通過網絡化的在線仿真，工具軟體與數據管理的功能被打通，一方面省掉了數據由線下轉到線上的時間與人力，另一方面也實現了協同研發過程中數據的實時同步。另一家於2020年剛剛成立的EDA研發上芯華章也主張啟用全新的路徑對EDA進行創新，在當前最先進的軟體工程方法學及高性能硬體架構的基礎上，融入人工智慧、機器學習和雲計算等前沿技術，設計全新的軟體系統架構和算法，有效避免傳統架構下各種新功能疊加造成的系統冗餘。
不過，向雲轉型並非易事，這需要長期巨額的研發投入以及人才的支撐，海外巨頭幾乎都因此遭受過多年的營利大幅下降。例如，Autodesk從2013年開始就出現淨利潤負增長，2013-2015年淨利潤由2.5億美元下降到0.8億美元，到2017年更是跌破-5.8億美元，直到2020年才實現淨利潤回正。PTC從2012年就開始出現淨利潤大幅波動，2013-2016年連年下跌（由1.4億美元到-0.5億美元），為了打破營收瓶頸，PTC在2019年宣布向雲轉型後淨利潤再次跌破-0.3億美元。而國內大部分雲化產品還在打磨階段，暫時不能成為拉動公司營收增長的主力；新興公司更是任重道遠，少數儘管已做到年營收千萬元，但要實現盈利尚有距離。
由此可見，行業已經迎來新一波技術迭代周期，並且國內外廠商起步時間相差不大。僅就國內市場來看，2018年國內工業軟體市場中小型企業客戶仍貢獻47.9%，金額達到804億元，這意味著國內市場空間廣闊，並且雲技術將進一步刺激市場向中小企業滲透。不過，國內廠商能否憑藉這輪技術革命打破市場瓶頸，還需要資金、人才、政策、產業基礎支撐、品牌塑造等多方面互相配合。
參與者概覽
國外代表廠商
達索（Dassault Systemes）：公司於1977年在法國成立，1982年便推出旗艦產品CATIA，憑藉領先的混合幾何建模內核（CGM），產品廣泛應用於汽車、航空航天、船舶製造、廠房設計（主要是鋼構廠房）、建築、電力與電子、消費品和通用機械製造，在高端3D CAD市場佔據全球領先的地位。1997年為完善其產品線，收購中端產品Solidworks。經過50多次併購，達索已經發展出CAD/CAE/CAM/CAPP/PLM的全生命周期數位化、網絡化協同開發與管理平臺，覆蓋140多個國家、120萬個客戶。
ANSYS於1970年成立，總部位於賓西阿尼亞州的匹斯堡，該公司研製的大型通用有限元分析（FEA）軟體，是目前為止全球增長速度最快的CAE產品，能夠與多數CAD軟體接口，實現數據交換、共享。ANSYS在CAE領域處於行業第一，在核工業、鐵道、石油化工、航空航天、機械製造、能源、汽車交通等領域有廣泛應用，銷售覆蓋全球40多個國家。
西門子（Siemens）是一家於1847年成立的德國大型工業集團，其下屬的工業軟體部門（Siemens PLM，2019年改名為「西門子數字工業軟體DISW」）聚焦於機械、電子、軟體、製造、分析、仿真、自動化、執行、協同九大領域，與之對應的產品覆蓋CAD、CAE、EDA、ALM、CAM、MOM、IoT、HMI、PLM九個維度。在3D CAD領域與達索處於同一梯隊。
歐特克（Autodesk）：這是一家專注於2D、3D設計和工程軟體的美國公司，為製造業、工程建設行業、基礎設施業以及傳媒娛樂業提供卓數位化設計和工程軟體服務和解決方案，主要產品為AutoCAD。歐特克主要在2D CAD領域佔據市場第一份額。
Cadence Design Systems, Inc. （鏗騰電子）由SDA Systems 和ECAD 兩家公司於1988 年兼併而成，總部位於美國加州聖何塞。該公司是世界領先的EDA 與IP 供應商，其智能設計解決方案覆蓋IC設計全流程，包括系統級設計、功能驗證、IC 綜合及布局布線、模擬/混合信號及射頻IC 設計、全定製IC 設計、IC 物理驗證、PCB 設計和硬體仿真建模等。
Synopsys, Inc.（新思科技）成立於1986年12 月，總部位於美國加州。該公司是全球領先的EDA 解決方案提供商及晶片接口IP 供應商，同時也是信息安全和軟體質量的領導企業，為全球電子市場提供技術先進的IC 設計與驗證平臺，致力於複雜的片上系統（SoC）的開發。新思科技還提供IP 和設計服務，幫助客戶簡化設計過程，提高產品上市速度。
Mentor Graphics Corporation（明導國際）成立於1981 年4 月，總部位於美國俄州威爾森維爾。該公司是全球EDA 領導廠商之一，主要為客戶提供完整的軟體/硬體設計解決方案，具體包括SoC、IC、FPGA、PCB、SI 設計工具和服務，幫助客戶以短時間和低成本開發電子產品。
PTC於1985年成立，致力於為產品創新提供解決方案。1986年PTC革新數位化三維設計，1998年率先推出基於網際網路的PLM，目前衍生出了CAD、SLM、IoT平臺、增強現實平臺，公司10%的業務來自中國市場。
國內代表廠商
中望軟體成立於1998年，擁有包括 2D CAD、3D CAD 和 CAE 的完備 CAx 產品線。中望在客戶和技術兩方面擁有競爭優勢：——客戶方面，產品覆蓋 90 多個國家，正版用戶超過 90 萬，通過教育版 CAD 和青少年創客社區培養早期用戶習慣；技術方面， 公司收購 VX 公司擁有了自主可控的三維幾何建模內核 Overdrive，成為國內少有的擁有自主可控內核的 CAD 軟體廠商。中望可以與海外 Autodesk、達索、西門子 CAD 產品直接競爭，處於國產CAD 領導地位。
蘇州浩辰軟體股份有限公司成立於2001年，主要從事計算機輔助設計（CAD）軟體的研發、銷售和服務，主營產品包括CAD平臺軟體和基於平臺的CAD專業軟體（主要包括建築、結構、給排水、暖通、電氣、機械等）。其產品覆蓋100多個國家和地區，全球正版用戶超過40萬家。
北京數碼大方科技股份有限公司成立於2003年，是一家工業軟體和服務公司，主營業務是數位化設計（CAD）、數位化製造（MES）、產品全生命周期管理（PLM）和工業雲服務平臺的產品和服務。公司開發的 CAD 電子圖板軟體具有界面設計較為簡潔、易於操作、支持多埠輸出、可理解性 高等優點；以 PLM 為基礎開發的 PLM 協同管理系統將 PDM、MES 等技術整合在統一的 協同管理平臺上，實現了從概念設計、詳細設計、工藝流程到生產製造各環節的信息化，幫 助完成了數據的統一管理以及跨部門數據處理和業務協作；客戶覆蓋包括裝備、汽車、電子電器、航空航 天、教育等領域。
北京華大九天軟體有限公司成立於2009 年6月，公司致力於面向泛半導體行業提供「一站式」EDA 及相關服務，是國內EDA 龍頭企業。在EDA 方面，華大九天能夠提供數模混合/全定製IC 設計、平板（FPD）全流程設計及高端SoC 數字後端優化方向的EDA 解決方案，擁有多項全球領先的EDA 軟體技術。同時，該公司能夠在全球範圍內提供全流程FPD 設計解決方案，在FPD 面板領域佔據較大優勢。
芯願景成立於2002年，針對各類半導體器件提供工藝及技術分析服務、智慧財產權分析鑑定服務以及多種EDA軟體的授權服務。客戶主要面向IC設計企業、在工業、消費電子、計算機及通信等領域。芯願景EDA原始碼總量已超過三百萬行，覆蓋了集成電路工藝分析、電路分析和智慧財產權分析鑑定的全流程，累計發放授權認認證超3萬個，是國產EDA新星。