不仅芯片有卡脖子问题！卡住制造业咽喉的工业软件 - 工控行业

/文张毅

如果说芯片是信息产业的核心，那软件无疑就是数字化产业的灵魂。

比缺芯危机更卡脖子的隐忧

芯片卡脖子事件让国人如鲠在喉，可有多少人还记得曾因一款教学工具而引发的工业软件之忧。

让我们一起将时间线拉回一年前，2020年6月6日，哈工大的学生像往常那样打开常用软件MATLAB，准备编辑学术论文，却被软件突然告知使用权被封，无法使用该软件，同样遭遇的还有哈工程。

这并非PC或者软件故障，而是我国的知名工科专业院校哈尔滨工业大学和哈尔滨工程大学被美国政府列入出口管制清单，无法再使用世界知名数学软件MATLAB。此事直接导致哈工大和哈工程正在使用的正版MATLAB无法被激活，已经激活的正版 MATLAB 跳出反激活的通知，继而显示授权许可无效，网页无法登录哈工大域名的账户。

据称这两家大学是由于参与了国内的部分高精尖项目开发，而被美国政府列入制裁清单，不允许MATLAB 的软件开发商MathWorks继续授权两家大学继续使用该软件。

哈工大和哈工程被禁用MATLAB软件在行业内引起了巨大的震动。为何会引发如此大的震动？

这是因为MATLAB在工业软件领域具有难以替代的特殊地位。该软件被称为"工科之神"，只要是学工科的专业学生、工程师，几乎都会用到这个软件。很难有别的选择和替代品。

而到了8月初，360和华为也中招Docker软件禁令，该软件在工作中也经常被使用，主要作为计算机工作者日常用到的开源应用。更早之前，华为海思高端芯片设计也已经被禁止使用EDA芯片设计软件，后者在国产芯片过程中的重要地位丝毫不亚于光刻机、光刻胶等人气度极高的存在，不过在2020年被卡脖子之前，大众很少关心我国在工业软件领域的薄弱和存在的风险。

根据工信部、中国工业技术软件化产业联盟、中信证券研究部给出的数据显示，2018年国内典型工业软件市场国产化率较低，其中，CAD类和EDA类软件国产化占比不足5%，对外依存度较大已经成为我国工业制造自主可控的短板。

然而，工业软件被称为现代产业体系之"魂"，在工业企业数字化、网络化和智能化控制以及商业模式创新中发挥着核心作用。工业产品的数字设计、验证和测试，工业装备的数字化控制，都离不开工业软件支撑。

资料来源：《中国工业软件发展白皮书（2019）》

作为工业大国，我国工业软件产业发展却相对滞后，工业大国与软件小国的身份极不相符。虽然经过30多年的发展，我国工业软件产品种类已经比较齐全，覆盖汽车、工程机械、航空航天、高科技电子、家电、国防军工、石油化工、食品饮料、生物医药等多个行业，具备了一定的行业解决方案研发能力和服务支持能力，但与国外工业软件强国相比，中国工业软件的发展还存在很大差距。

目前，国外软件巨头占据了国内工业软件从设计、制造至服务的八成以上市场，掌控着仿真设计、分析工具、企业管理和先进控制等工业软件核心技术。国际主流常用的各领域工业软件有超过150余款，涵盖研发设计、生产控制、测试验证等环节，几乎都是国外企业提供，且软件封闭不开源、不开放。

因此，对于拥有工业门类最全、全球制造业规模第一的中国来讲，工业软件的重要性毋庸置疑。未来，随着外部环境不确定性的持续升级，工业软件可能遭遇进一步制裁。

现代产业体系之"魂"

相比看得见、摸得着的芯片，被称为现代产业体系之"魂"的工业软件同大众生活多少有些距离，事实上，不少人其实本身就是工业软件的学习者和使用者，人们日常经常接触的CAD、ERP软件其实就是工业软件大生态中的一员。

工业软件的本质，是将特定工业场景下的经验知识，以数字化模型或专业化软件工具的形式积累沉淀下来。

工业软件的意义在于连接设计与制造，在实际产品制造之前，用可视化的方式规划和优化全生命周期的制造过程。工业软件用"结构化"、"可视化"、"虚拟验证设计"等方式解决"产品试制周期长"、"制造工艺不稳定"等现实问题

各软件间的协作，资料来源：e-works，APICS

对于企业而言，工业软件在工业生产、制造、仓储、销售管理等环节对企业效率的提升收益巨大，以企业最常用的ERP软件为例，从企业经营角度看，ERP软件有望提升10%-15%的生产力，降低12%的制造业成本，使得库存下降30%-50%等，对企业管理效益的提升助力明显。

ERP 为企业带来巨大管理效益，资料来源：e-works，APICS

MES系统则显著减少企业制造执行成本，如减少制造周期45%的时间，减少18%的产品缺陷，减少24%的半成品等，而这些，属于工业软件大生态中的信息管理类软件阵营。

而在航天航空以及汽车设计制造等领域，以CATIA软件为代表的研发设计类软件则是我国工业软件相对薄弱的环节。以汽车设计为例，无论是整车造型还是零部件结构，借助CAD软件完成机械结构的设计和稳固性测试，并在CAE软件中进行模拟检测，能大大缩短设计时间并节省大量设计成本。

而在芯片设计领域，EDA（电子设计自动化Electronic Design Automation，是指利用计算机辅助设计软件，来完成超大规模集成电路芯片的功能设计、综合、验证、物理设计），就是不可或缺的工业软件。

芯片设计往往需要在一个指甲大小的区域里面要放数十亿个晶体管，实物设计和试错更不现实，必须用到EDA设计软件对芯片进行设计和验证模拟，才能得到一个设计比较完整、结构基本科学合理的芯片结构。

因此，工业软件在现代工业生态中的必要性让成为"灵魂"般的存在，但如此重要的行业，却因起步较晚，缺乏深厚的工业积累，在用户界面、软件功能、系统架构和平台化、开放性等方面与国外大型软件公司的软件产品和售后服务还存在一定的差距，国内大型制造企业习惯于购买和应用国外企业的工业软件。根据国家统计局，2018年中国制造业增加值占世界制造业份额的达到28%以上，但中国高端CAD、CAE、MES、PLM等工业软件市场被 SAP、西门子、达索、PTC等国外厂商垄断。

快速追赶的国产工业软件

"地位重要但实力薄弱，面临'卡脖子'风险"——一句话道出了我国工业软件领域长期以来的现状。在CAD/CAM领域，国外头部厂商掌控90%以上市场份额；在CAE和EDA领域，国外厂商占比95%以上，国产工业软件企业仅在航空航天等特定领域占有一席之地（数据源于工信部、赛迪顾问）。

工业软件在需求、知识、应用、数据等方面依赖工业体系，因此相当一部分全球工业软件巨头来自于工业强国和工业企业，例如：PLM全球三大主流厂商为法国达索系统（航空领域）、德国西门子（汽车、通用机械领域）和美国PTC（船舶、电子领域）。其中，达索本是飞机制造商，在产生自用工业软件需求后开始研发工业系统并推向商用，西门子PLM也是由工业企业研发并被西门子收购。

资料来源：数据化企业研习社

根据数据化企业研习社数据，我国工业软件中只有ERP和CAD/CAE/CAPP的渗透率超过了50%，其他工业软件的渗透率大多低于30%以下，渗透率提升空间较大。

"工业" 和"软件"本身是相互影响的，人们理解工业软件，不仅仅是从工业或者软件的单向角度去理解，而是应该从这两个要素双向的相互影响的角度来理解。工业化先进程度决定了工业软件的先进程度，工业软件的先进程度决定了工业的效率。有什么样发展程度的工艺流程，就有什么样的工业软件。全球唯一具备完整工业体系，让我国有了孵化工业企业巨头的机会。

相对于庞大且完善的工业体系，我国十三五规划以来出台了一系列支持工业软件的重要法规文件，也为我国工业软件产业崛起提供了有力支持。

资料来源：政府相关网站、华西证券研究所

而资本市场也为国产工业软件企业成长注入了活力。2021年2月，新一代制造协同软件厂商黑湖智造，宣布完成C轮近5亿元融资，创造了中国工业软件新的里程碑。3月，新一代工业软件开发及应用平台摩尔元数宣布完成亿元级B轮融资，由启明创投独家投资。3月，中望软件（国内CAD龙头公司）上市，成为A股第一家研发设计类工业软件上市企业，上市后股价飙涨171%。5月，作为一家面向工业互联网的工控安全软件企业，木链科技完成B轮近亿元融资。6月，EDA软件厂商华大九天完成上市辅导，加速IPO。7月，国产三维CAD软件企业华天软件完成B轮融资1.8亿元……

在多方协力推动下，国产工业软件发展开始提速。目前，中望软件、浩辰软件等国产厂商在CAD技术上基本形成了核心知识产权，以针对性开发兼价格优势作为竞争策略，逐步扩大市场份额。而CAE领域，近十年来，随着国内自主创新需求的不断加大，国外通用软件的功能和体验已经满足不了国内市场对专业化、定制化的需求，打造行业定制化软件渐渐有了一定的市场，自主商业设计仿真软件研发企业逐步发展起来。

在研发设计领域，广联达在建筑领域具备绝对优势，而国电南瑞、宝信软件等企业的生产控制类软件已经广泛用于能源、钢铁、石化流程工业，至于ERP为代表的信息管理软件，用友、金蝶、远光等产品在大型集团的企业应用领域早有落地，云端应用叠加国产化浪潮下，国产工业化软件有望迎来黄金时代！

写在最后：智能制造发展的核心大脑

从"软件定义一切"（SDE）提出的十来年间，SDN（软件定义网络）、SDS（软件定义存储）、SDDC（软件定义数据中心）已经变为普遍应用于全球电信运营商、云服务商和互联网公司的成熟解决方案，在云计算、人工智能、5G、工业互联网等新一代信息技术浪潮中，"软件定义智能制造"赋予了更多的使命。

而智能制造"四基"：一软、一硬、一网、一云，"一软"指工业软件，"一硬"指工业控制系统，"一网"指工业网络（工业互联网），"一云"指工业云服务平台。智能制造的逻辑在于建立一套计算机信息空间和物理空间基于数据自动流动的闭环赋能系统，实现生产从数据采集、信息传输和生产决策等的方法论，解决生产复杂和不确定问题。

工业软件是智能制造的大脑，工业软件支撑并定义了智能制造，构造了数据流动的规则与体系。工业软件不仅是国产替代化、强链补链的关键，更是我国现代工业、信息化产业进一步成长不可或缺的一环，《电脑报》国产半导体专题也将对工业软件领域保持持续关注！

下期预告："芯片设计之母！打破美国三巨头垄断：EDA国产化之路"

EDA是什么？EDA是芯片之母，是芯片设计中最上游、最高端的产业。TMT产业发展焦点的5G芯片、AI芯片，也是着眼于芯片设计，而芯片设计则离不开设计软件EDA，EDA可以说是芯片产业链中的"任督二脉"。