1. 工业软件:现代制造业之魂
1.1. 工业软件定义及分类
工信部信软司指出:工业软件指专用于或主要用于工业领域,为提高工业企业研发、 制造、生产管理水平和工业装备性能的软件。
工业软件是对工业技术和知识的程序化封装、复用,是工业化的顶级产品。在实际工业场景中,如汽车制造、船舶制造等,人们获得了诀窍、技能、经验,通过程序化、 算法化、模型化等手段,封装成了工业软件。工业软件能够控制生产设备、优化制造和 管理流程,提高生产率,是现代工业的“灵魂”。
1.2. 工业软件市场规模
国内工业软件市场规模全球占比较小,但发展潜力较大。根据智研咨询数据,2020 年全球工业软件市场规模为 4358 亿美元,2012-2020 年全球工业软件市场规模复合增速 为 5%。国内 2020 年工业软件市场规模为 286 亿美元,仅占全球规模的 6%,但 2012- 2020 年国内工业软件市场规模复合增速高达 12%,大幅高于全球水平,发展迅速。根据 世界银行数据,中国 2020 年制造业增加值占全球比重为 28.61%,2011-2020 连续十年 保持世界第一制造大国地位,相比于同期工业软件规模全球比重仅有 6%,可预计有广 阔的发展空间。
工业软件市场规模同比增速相比于下游工业波动率更低,更为稳定。工业软件虽然 和工业紧密联系,应用于工业中,但不论是中国还是全球市场,市场规模增速波动性低 于下游工业,更加稳定。我们认为主要原因是一方面工业软件相比于工业生产设备,工 业企业需求相对柔性;另一方面,工业软件目前渗透率和价值量仍在快速提升。
1.3. 工业软件竞争要素:研发、生态、并购
工业软件需要持续的高研发投入。工业软件服务于工业制造,工业技术的不断发展, 要求工业软件不断迭代与更新,以匹配最新的工业需求。2021 年,全球领先的工业软件 公司研发费用率几乎都高于 10%,更有甚者达 35%以上。以 EDA 行业为例,摩尔定律 的演进推动着制造工艺不断升级,从微米到纳米,再到现在的 2nm,这对 EDA 设计软 件的要求也越来越高,EDA 软件企业需要持续投入研发费用,让软件能跟上先进制程芯 片设计需求。全球 EDA 巨头 Synopsys 和 CAD 巨头 Autodesk 研发费用率 2011-2021 年 连续 10 年超过 20%。想要在工业软件领域建立和保持竞争壁垒,就需要紧贴工业需求, 跟进工业发展现状,持续的研发投入至关重要。
客户赋能:生态协同不断打磨工业软件产品,提升产品竞争力。工业软件的生命力 在于与实际工业的结合,需要使用者在应用中不断提出改进需求,与工业软件开发商深 度互动,工业软件开发商才能持续迭代和改进。几乎每一个优秀的工业软件背后都有一 个与之陪跑的制造业巨头,例如达索的 CATIA 三维设计软件和达索航空一起成长,最 后成为飞机制造设计的全球标准。每年在达索 SolidWorks 的全球用户大会上,达索高管公布新的软件版本后,会收集并对现场提出的用户需求进行筛选,确定哪些需求会在下 一个版本中进行改进和发布。
赋能客户:客户需求是多样的,个性化的,开放的生态建设可以起到四两拨千斤的 获客效果。开放是生态建设的重要法门,只有解决好系统的开放性问题,提供良好的二 次开发工具,软件公司才能避免消耗自己大量的开发资源,同时吸引来大量的第三方开 发人员,通过二次开发来满足客户的个性化需求,从而获得更多客户。Auto CAD 提供 了可以对软件进行二次开发的 AutoLisp 语言,后来又支持 High C 和 C++等语言进行二 次开发,便捷的二次开发环境使得 Auto CAD 及其 DWG 文件格式成为二维 CAD 领域 事实上的标准。
并购帮助工业软件企业快速提升实力、占领市场。1)工业细分领域众多,孕育出 了各类工业软件,细分市场较小;2)工业逐步向互联化、智能化发展,不同工业环节逐 渐打通,对应工业软件也开始整合,如 CAD、CAE、CAM 一体化;3)工业软件是多年 工业知识的积淀,技术壁垒较高,自研成本很高,造不如买。三个因素共同作用,并购 成为工业软件行业企业成长的常用方法。如 Moldflow 是注塑仿真的领先公司,Delcam 是 CAD/CAM 软件公司,在模具加工等行业应用广泛,本身也进行过诸多并购,这两家 公司最终被 Autodesk 公司并购,补全了 Autodesk 的产品链。
工业软件行业最终竞争格局:寡头垄断。新兴工业软件出现时,由于技术尚未稳定, 可能市场格局较为分散,但随着技术发展、生态形成、并购加剧,最终将演变为寡头格 局。从全球市场来看,各个环节、各个领域的工业软件市场最终都是由几个巨头瓜分。
1.4. 工业软件未来发展方向
底层数据平台:集成化、开源化和标准化。集成化指实现各类软件的互联互通。在 研发设计类软件中,厂商逐渐实现 CAX 一体化软件及平台,厂商试图打造集产品研发 全流程一体平台,实现 2D CAD 和 3D CAD 到 CAE、CAM 的互通。工业软件部分走向 开源平台。厂商通过开发平台,聚集并对接了大量产业链合作伙伴,以二次开发形式帮 助企业降低为客户带来定制化服务的成本。软件的打通对标准化提出了要求。当前已经 指定了多种标准,如接口标准 CGI、文件标准 CGM 等,要实现软件集成就需要数据转 换,当前数据转换存在一定误差,设计的误差会对后期的修改工作带来巨大的工作量。PLM 通过标准化的数据、文件才能更好地实现产品生命分析。
服务提供:云化、服务化。云化可以实现全社会的合作开发,释放厂商硬件的资源 空间,降低维护成本。PTC 的云端 CAD 应用 On shape 实现了在计算机、手机、平板等 多终端的浏览器中,通过登录展开设计工作。工业软件通过工业互联网为客户实现个性 化的定制服务。厂商不再局限于提供简单的软件产品销售,还包括开发工程服务、工业 数据分析、抽象机理模型等。
技术革新:自动化、智能化。云计算、物联网、AI 的发展带来了第四次工业革命, 加速释放工业领域数字化和智能化的产品需求。云计算、物联网帮助企业实现收集数据, AI 帮助企业分析数据,最终实现智能制造。在研发设计领域,体现在参数选择、形成智 能化 CAD 系统、减少人工占比部分等方面;在生产制造领域,体现在智能控制生产方 面,减少人工托底的比例,实现自动化生产,减少人工干预带来的不确定性。在经营管 理方面,智能 ERP 帮助企业实现供应链上下互联,实现智能决策并采取生产或其他行 动。
2. 工业软件的重要性:为什么要做工业软件?
工业软件源于工业、用于工业、优化工业,带有天然的工业基因,因此工业软件的 重要性,也会体现在工业生产的方方面面,工业软件也是我国的智造之路不可或缺的一 部分。
2.1. 工业软件国产化关乎工业安全
工业是国家经济命脉。根据国家统计局数据,2015-2021 年工业在中国 GDP 中占比 始终维持在 30%以上,是我国第一大支柱产业。工业的健康运转既关乎我国经济的平稳 发展,也关乎民生安全。
“不敢用”:工业软件是现代工业核心组成,是否安全决定工业能否正常运行。现 代工业已经离不开信息化,所有的设备、系统都是基于工业软件,工业软件一旦出现问 题,工业可能面临瘫痪。全球每年有很多工业软件安全问题引起的工业事故,2010 年 9 月,伊朗政府宣布,大约 3 万个网络终端感染“震网”,病毒攻击目标直指核设施,“震 网”是专门针对工业控制系统发动攻击的恶意软件。
中国工业软件大多依赖海外产品,存在安全隐患。根据《中国工业软件产业白皮书 (2020)》数据,2019 年,中国研发设计类工业软件国产化率仅有 5%,生产控制类为 50%,经营管理类为 70%,在高端工业市场,国产化率更低。大量工业企业使用海外工 业软件产品,如果出现安全问题,将对国计民生造成巨大损失。
“不能用”:中国部分工业软件已经被西方制裁,俄乌战事告诉我们工业软件必须 国产化。2019 年 5 月 16 日,美国商务部宣布将华为及 70 家关联企业列入所谓的“实体 清单”,禁止 EDA 软件公司为华为提供服务。俄乌战事开始后,西方 Oracle,SAP, Siemens,ABB 等工业软件巨头相继宣布停止在俄罗斯业务,这意味着使用这些工业软 件的工业企业业务可能瘫痪。从西方对俄罗斯的制裁来看,可谓全方位,任何不能保证自主可控的环节都会成为被攻击的弱点。对中国来说,各个环节的工业软件,无论是研 发设计类、生产制造类还是经营管理类,都需要有自主可控的后手准备,这样才能保证 工业健康运转,国家安全,人民幸福。
2.2. 工业软件是抢占第四次工业革命高地的关键
工业软件帮助企业降本增效。降低成本。以研发设计软件为例,产品设计阶段的成 本仅占整个产品开发投入成本的 5%,但是产品设计决定了 75%的产品成本;另外,在 需求收集阶段、设计阶段、生产阶段、产品投入使用后分别修复缺陷的成本是递增的。因此,在设计阶段修复产品缺陷对产品最终质量有极大的成本杠杆效应。提高生产效率、 增加产量。当前工业产品结构复杂,工业软件能够帮助企业提高生产效率。如飞机的研 制,由于采用了新技术“数字样机”,设计周期由常规的 2.5 年缩短到 1 年,减少设计返 工 40%。MES 系统可以推进少人化生产,在不改变现有人员数量及生产面积的基础上, 提高效率、增加产能。如《中国工业软件产业白皮书(2020)》指出,一家公司借助达索 系统的 Apriso 平台,结合工厂的生产精益改善,实现了 25%的生产效率提升和 20%的 在制品减少。
工业互联网是实现第四次工业革命的重要手段。第四次工业革命,以实现智能制造 为目的,工业互联网是实现智能制造的重要手段。智能制造包括前中后三个阶段,主要 有智能化设计、仿真与验证,智能化采购、生产与交付,智能化运行、维修与回收等。而工业互联网就是通过开放的工业级网络平台把人、机、物、系统联系起来,通过高效 共享工业经济中的各种信息,实现工业乃至产业的智能化发展。
工业软件是工业互联网的核心组成。在工业互联网体系的生产过程中,自动化装置 控制智能装备执行具体操作,然后将相关数据反馈给工业软件,工业软件进行分析并发 出指令指挥执行层进行操作;工业软件和智能装备接入到工业互联网平台上,实现工厂 内外的信息交互。因此,工业软件是工业互联网的枢纽和核心组成,谁能拥有最先进的 工业软件,谁就占据了第四次工业革命的高地。