全球工业软件产业链全景图.docx
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1、全球工业软件产业链全景图工业软件是工业制造的“大脑和神经”,大力发展工业软件,推动核心工业软件自主可控,是中国建设“制造强国”的必由之路和提升产业国际竞争力的重要抓手。通过构建工业软件产业链全景图,分上游、中游和下游分析了工业软件产业链的构成。当前,全球工业软件产业生态系统呈现出寡头垄断市场格局,上下游之间密切嵌合,智能化、云化、集成化发展态势明显,行业巨头通过并购称霸全球,国家参与度高等特征。中国工业软件产业仍然处于劣势,表现为电子设计自动化行业市场规模增速快于全球,但外资企业占绝对优势地位;本土电子设计自动化厂商竞争力有所增强,但与国际巨头相比差距仍然巨大;工业软件产业规模虽保持中高速增长
2、,但占全球比重仍然较低;国内市场被外资企业主导,部分细分行业产品严重依赖进口等。为解决中国工业软件产业竞争力偏弱的问题,提出组织力量进行技术攻关、完善投融资机制、培育产业生态系统、重视人才培养和人才引进等对策建议。关键词:工业软件;产业链;产业生态;产业竞争力;工业制造;工业互联网作为工业领域研发设计、业务管理、产品制造、生产调度和过程控制的相关软件与系统,工业软件被公认为工业制造的“大脑和神经”,成为数字经济时代工业领域的“皇冠”。作为制造业第一大国,我国拥有世界上最齐全的产业门类,然而,核心工业软件领域却始终是我国产业发展的软肋。目前,我国核心工业软件产业发展落后发达国家约20年,80%的
3、工业软件被外企垄断。工业软件已经在中美贸易摩擦中被美方用作断供、“卡脖子”的手段,直接关系到我国企业生存与发展以及产业链供应链安全稳定。大力发展工业软件,推动核心工业软件自主可控,既是我国建设“制造强国”的必由之路,也是提升产业国际竞争力的重要抓手以及保障我国产业链供应链安全与韧性的根本所在Q借鉴自然界的生态系统概念,产业生态系统是指影响产业发展的诸要素及其相互作用关系,包括产业内企业成员及其相互关系、产业链上下游关系、产业发展的配套支持条件(公共服务体系、产业政策与竞争政策、社会经济文化条件等)。产业生态系统包括但不限于产业链,有着比产业链更加丰富的内容。本文分析了工业软件产业链的构成,概括
4、了全球工业软件产业生态系统的特征,并对中国工业软件产业竞争力及其偏弱的原因进行了分析,最后对提高中国工业软件产业竞争力、增强自主可控能力提出了对策建议。1、工业软件产业链工业软件产业链可分为上游、中游和下游三个环节。工业软件产业链全景如图1所示,上游主要是为工业软件产品制造提供基础服务的软硬件,如计算机设备、操作系统、开发工具和中间件。中游主要包括研发设计软件、生产控制软件、业务管理软件及嵌入式软件。其中,研发设计类软件主要应用于设计环节,是数字化研发创新的主要工具,能够提升产品开发效率、降低开发成本、提高产品质量;生产控制类软件主要应用于产品生产过程,帮助企业提高制造过程的管控水平,改善生产
5、设备的效率和利用率;业务管理类软件主要用于提升企业的管理治理水平和运营效率;嵌入式软件是基于嵌入式系统设计的软件,用于实现其他设备的控制、监视、管理等功能。在下游应用方面,工业软件广泛应用于机械装备、汽车制造、能源电力、航空航天、工业通信和安防电子等领域与环节中。硬件设备操作系统开发工具中间件Apple (美 IS) DeU(CSI) HP (美国)Lcnovo (中国)WlndoWS (美BB):MacOS (美国)Linux (美国):ChromeOS (美 I国):Microsoft (美国) OradC (,美国)IBM (美国)Orade (美国)BEA (美Ba) j 蝶软件(中国
6、)IDassault (法国) Siemens (津国) Autodesk (美国) NSYS(美国)PTC (美国)Synopsys (美国)Cadence(第国)中望软件(中国)航天神软(中国航天神软(中国)研发设计软件数据反愦 CAM、PLM.EDA等。其中,EDA由CAD.CAE、CAM等概念发展而来,是最重要的集成电路软件设计工具,EDA软件水平代表了一国电子产品的设计能力2。借助EDA,以计算机辅助的工业软件来替代人脑计算,可自动完成对目标芯片的逻辑编译、简化、分割、综合、布线和仿真,产品合格率大大提高,平均成本显著下降。表1主要核心工业软件产品及代表性企业2、全球工业软件产业生态
7、系统特征作为产业链条中各类参与者、产业发展的支撑因素与外部环境等构成的多维系统,产业生态系统影响着各主体的行为方式和有机联系当前,全球工业软件产业生态系统呈现出寡头垄断市场格局,上下游之间密切嵌合,智能化、云化、集成化发展态势明显,行业巨头通过并购称霸全球,国家参与度高等特征。(一)寡头垄断市场格局寡头垄断市场结构主要来自三方面。一是技术本身的门槛高。由于集成电路产业经过半个多世纪的高速发展,其设计和生产复杂程度空前提高,一个高端芯片,动辄包含上百亿晶体管,如何让计算机高效准确地求解这些复杂问题,形成了一个个实在的技术壁垒。不仅如此,核心工业软件种类众多、流程复杂,大多厂商只能生产部分点工具,
8、即使行业巨头通过不断并购重组、补齐产品,形成了自己的优势领域,也很难做到全链通吃。二是市场容量的壁垒。电子信息产业中越前端的产业规模越小,越后端的规模越大,核心工业软件处于产业前端,其市场容量很大程度上限制了后来竞争者。三是锁定效应与用户黏性形成壁垒。从客户端来讲,用户从成熟的核心工业软件切换到新的软件工具要付出较高的学习成本,因此核心工业软件的使用存在用户黏性。可想而知,在这样一个市场容量不大,存在较高技术壁垒和产品用户黏性且被成熟公司垄断的领域,其他竞争者反超的可能性微乎其微。(二)上下游之间相互嵌合的生态网工业软件产业链的正常运行要求实现上下游软件之间的匹配与兼容,受这一特征影响,不仅要
9、求工业软件企业的自身产品覆盖从设计到封装使用的全流程工具链,而且要求与上游软硬件设备供应商、下游应用需求方形成较为稳固的产销关系,这种密切嵌合的关系网日益成为工业软件产业的发展常态。在工业软件上下游相互嵌合的生态网中,新产品、新工艺相互促进、互为一体、滚动发展,使得生态网外的竞争者更难跻身产业链的某一环,实现反超0(三)智能化、云化、集成化发展态势以EDA软件为例,人工智能将在EDA中扮演更重要的角色,促进智能化发展。一方面,芯片设计基础数据规模的增加与系统运算能力的阶跃式上升为人工智能技术在EDA领域的应用提供了新的契机,通过Al算法可以帮助客户设计达到最优化的PPA目标(功耗、性能和面积)
10、,开发针对具体环节或场景的定制化工具与性能更高的终端产品;另一方面,利用人工智能技术可以更智能化地进行判断,帮助设计师精准决策,降低芯片设计门槛,缩短设计周期,提升EDA工具效率。云化指的是云技术将更多应用于EDA领域。利用“云计算+EDA”模式,在线提供EDA工具和软件,不仅能够使设计工作摆脱物理环境制约,还能避免设计企业因计算资源不足、流程管理等问题带来的研发风险,保障企业研发生产效率;通过EDA云化,可以为客户提供混合云、公有云等环境服务,提供模块可选、弹性算力、高可靠性的工具服务;此外,EDA云平台能有效降低企业在服务器配置和维护等基础设施方面的费用,降低客户资本支出。集成化就是通过将
11、不同元器件用封装等形式集成到更高层次,从而提供更强的性能。EDA软件可以在芯片设计早期进行系统集成,建立裸片一封装一PCB一系统的闭环建模和分析流程,推动复杂功能设计的异构集成,为整个系统提供设计和验证工具3。(四)并购是行业巨头称霸全球的重要手段国外工业软件巨头绝大多数经历了多次并购重组而得以发展壮大,这也是其之所以能够为客户提供完整产品系统能力的主要原因。如新思科技通过大量并购,形成从设计前端到后端的完整生产能力与技术,满足客户差异化诉求,自1990年首次并购以来,公司已并购总计超百起,产品线得到持续补强。2021年,公司并购步伐还在加速,收购了10800G数据速率以太网控制器IP公司Mo
12、rethanIP,使公司IP产品组合得到进一步扩充,将为客户提供面向网络、Al和云计算片上系统(SOC)的低延迟、高性能全线以太网IP解决方案。Dassault公司在大量收购后往往推出对应的产品品牌,扩充自身产品线,在PLM、CAD.CAE.工业仿真技术、平台打造等方面均积累了优势,能够支持从项目前阶段、具体设计、分析模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程,工业软件产品功能强大、市场份额领先、客户基础广泛,成为工业软件巨头(见表2)。表2DaSSaUIt公司收购历程年份收购公司/产品主要产品1997SolidWorks三维CAD软件1998IBMPDMIBM的PDM资产(产品管理器软件)200
13、0Spatial3D软件开发工具包2005ABAQUSCAE软件-多物理场仿真2006MatrixOne协同PLM解决方案2008EngineousSoftware仿真生命周期管理解决方案2010Exalead搜索平台和基于搜索的应用程序(SBA)2010IBMPLMIBM的PLM业务,包括分销渠道2010Medidata临床云解决方案2011Enginuity适用于配方类行业的ENoVIA产品2011Simulayt丸合材料纤维模拟和建模工具2015ModelonGmbH复杂机电工程的系统建模和仿真2016CST电磁仿真技术2016NextLimit高度动态流体场仿真2017AITAC船舶与
14、海洋工程设计软件、智能绘图软件2017NoMagic基于模型的系统工程建模解决方案2019IQMS制造业ERP软件2019traceSoftware高端电气CAD/CAE解决方案(五)国家参与度高21世纪以来,欧美发达国家将工业软件发展上升为国家战略,出台了一系列政策措施重点扶持。2009年,美国竞争力委员会发布美国制造业一一依靠建模和模拟保持全球领导地位白皮书,将建模、模拟等高性能计算视为维系制造业竞争力的重要支撑;2011年,美国推出高端制造合作伙伴计划AMP,重点发展围绕数值模拟技术的软件工具和应用平台;2020年7月,美国工业互联网联盟首次发布工业数字化转型白皮书,认为云计算、物联网、
15、超链接等关键技术与高效的创新流程是企业数字化转型的重要驱动因素;2021年4月,拜登宣布1800亿美元规模的科技研发计划,重点支持量子计算、人工智能、先进半导体制造等前沿领域发展。此外,德国政府出台高技术战略2020信息通讯技术2020等政策措施,鼓励工业软件产业发展与项目创新;法国政府将工业软件研发课题列为国家关键技术项目,并积极参与欧盟框架下的信息科技计划(IST)和尤里卡框架下的ITEA计划。日本和韩国在信息技术产业领域各具优势,近年来也加入到大力支持工业软件发展行列。日本发布2021年制造业白皮书,推动企业深化数字化转型;2020年7月,韩国政府发布“材料,零部件和设备2.0战略”,意
16、在大幅扩充关键战略产品的供应链管理,打造尖端产业世界强国。随着中美贸易摩擦加剧,美国对我国采取限购措施,限制芯片、工业软件、设备器件、技术服务等的对华出口,对国内工业生产造成较大影响。特别是我国EDA等核心工业软件依旧主要依靠进口,如果境外厂商因美国政府限购而停止对我国EDA供货和技术支持,国内关键领域的工业生产可能受到严重影响。随着国内智能制造产业的快速发展和国际环境的变化,我国对发展核心工业软件越来越重视,支持力度越来越大。近年来,相继出台了新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策(国发(2020)8号)、工业互联网创新发展行动计划(20212023年)(工信部信管(2020)
17、197号)、关于加快推动制造服务业高质量发展的意见(发改产业(2021)372号)等政策文件,均提出要加快发展工业芯片、工业软件、工业互联网,大力培育工业软件企业及产业生态。3、中国工业软件产业竞争力近年来,我国工业软件产业展露生机,在扩大产业规模、点工具研发等方面取得了一定成绩,但与国际先进水平相比,在市场规模、细分产品、进出口情况、代表性企业市场份额及产品等方面的竞争力仍存在不小差距。(一)中国工业软件产业规模虽保持中高速增长,但占全球比重仍然较低近年来,随着智能制造、工业互联网等政策利好持续释放,我国工业软件市场规模基本保持中高速增长。20162020年,工业软件产品收入从1078亿元上
18、升到2020年的1974亿元,年均增长16.3%;工信部“软件业经济运行情况”显示,2021年17月,我国工业软件产品收入达1273亿元,同比增长17.0%2,表明我国工业软件领域正向扩大产业规模、驱动工业智能化、推进国产替代等方向迈进(见图2)。现阶段,全国150家自主研发的工业软件企业中,95%的企业营收规模不足5OoO万元3,工业软件小而散的现象比较突出。据高德纳(Gartner)数据统计,2020年全球工业软件市场规模约为4332亿美元,,约合人民币2.8万亿元,2020年我国工业软件产品实现收入1974亿元5,仅占全球份额的7%,表明我国工业软件实力偏弱。(%)252000i 150
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