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”的一个支点，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，保障我国产业链供应链安全与韧性的根本所在。

　　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、产业链上下游关系以及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和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。

　　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，改善生产设备的效率和利用率；业务管理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。

　　目前，在我国市场中，工业软件产业链上游及中游占据主导地位的是国外厂商，这些企业拥有最尖端的人才、科技与创新资源，控制着整个生态系统。近年来，随着成本优势发挥与人才资源汇集，我国工业软件企业在部分领域已获得较高的市场份额，通过加大研发投入逐步在产业链的中高端占有一席之地，在产业链中初步获得了话语权。在产业链下游环节，基于数字化模型，我国工业软件已经发展出满足各专业应用领域需求的工业手机软件，发展前景可期。

　　基于产品用途，工业软件可划分为研发设计软件、生产控制软件、业务管理软件和嵌入式软件。由于我国过去的工业数字化路径偏向于“重硬轻软”，而嵌入式软件大多与硬件集成销售，因此从销售额来看，嵌入式工业软件市场规模最大，接近千亿元；排在第二位和第三位的生产控制类及业务管理类工业软件受益于工业自动化和企业数字化升级，过去几年实现了较快发展；而研发设计类软件受到国内软件行业环境等的影响，目前市场份额最小，成为工业4.0时代我国产业结构转型升级的重点和难点。主要核心工业软件产品类型、应用领域和国内外代表性企业见表1。位于产业链中游研发设计环节的核心工业软件主要包括CADCAECAMPLM和EDA 等。其中，EDA 由CADCAECAM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。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。

　　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。

　　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，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。

　　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。

　　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AI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），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—封装—PCB—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。

　　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 年，公司并购步伐还在加速，收购了10～800G 数据速率以太网控制器IP 公司MorethanIP，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、AI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PLMCADCAE、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）。

　　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——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、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，美国总统拜登宣布1 800 亿美元规模的科技研发计划，重点支持量子计算、人工智能和先进半导体制造等前沿领域发展。此外，德国政府发布《高技术战略2020》《信息通信技术2020》等政策文件，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 等核心工业软件依然主要依靠进口，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，我国相继出台《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（2021—2023年）》（工信部信管〔2020〕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。

　　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。

　　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。2016—2020 年，工业软件产品收入从1 078 亿元上升到2020 年的1 974 亿元，年均增长16.3%；工信部“软件业经济运行情况”显示，2021年1—7月，我国工业软件产品收入达1 273 亿元，同比增长17.0%，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5 000 万元，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4 332亿美元，约合人民币2.8万亿元，2020 年我国工业软件产品实现收入1 974 亿元，仅占全球份额的7%，表明我国工业软件实力偏弱。

　　《中国工业软件产业白皮书（2020）》显示，在国内市场上，很多工业软件细分领域都是国外企业产品占据主导地位。国内市场前十大供应商中，我国企业均不足半数。从CAECADPLMSCM等细分领域来看，在CAE领域，中外企业数比是0∶10；在CAD领域，中外企业数比是3∶7；在PLM领域，中外企业数比是2∶8；在SCM领域，中外企业数比是4∶6。尽管在MESERP领域，中外企业数比达到7∶3，但是在其高端市场部分仍由外国企业产品所垄断，如以Siemens、Dassault、SAP、Oracle 等企业产品为主。甚至有调研发现，国内有些用户企业在创建初期使用国产ERP软件，但当企业发展到一定规模时，因国产软件功能难以支撑业务需求，转而将国产ERP软件替换成SAP 的产品，出现了“逆国产化”现象。

　　对30 余家知名工业软件供给侧企业和28 家头部工业软件需求侧企业的调研结果显示，95%的研发设计类工业软件依赖进口，国产可用的研发设计类产品主要应用于工业机理简单、系统功能行业复杂度低的领域。生产控制类工业软件相对较好，国内企业产品国内市场占有率可以达到50%，但在高端市场中不占优势。总体而言，国内市场上，我国工业软件中只有ERPCADCAECAPP的渗透率超过了50%，其他工业软件的渗透率大多低于30%，外资企业产品占主导状况的形势仍然比较严峻。

　　电子系统设计联盟（ESD Alliance）数据显示，2020年全球EDA 市场规模114.7 亿美元，同比增长11.6%，2015—2020年均复合增长率为8.03%，EDA软件行业在全球市场中的重要性日益突出（见图3和图4）。

　　受下游集成电路市场需求拉动，我国EDA行业市场规模不断增长，2015—2020年均复合增长率高达13.82%；国内EDA 企业数量多年持续增长，现已有近30 家本土EDA 企业市场参与度有所提升。但国内EDA 市场规模尚不足10 亿美元，在全球EDA 市场规模中占比较小。整体来看，我国市场EDA 行业集中度高，主要由美国Synopsys、美国Cadence 和德国Mentor Graphics（2016年为西门子收购）三家厂商垄断，占国内市场份额的77.7%（此三家占全球市场份额60%以上），华大九天、芯禾科技、广立微等本土EDA厂商的市场份额较少。

　　近年来，我国EDA厂商在细分领域逐步实现突破，如在仿真端，华大九天和概伦电子实力强劲；在后端，芯禾半导体具有较完整的解决方案和竞争力；广立微在良率优化端的软件和测试机、博达微在数据端的快速参数测试方案等达到较高水平。受益于在细分领域的产品突破，我国本土EDA厂商竞争力有所增强。

　　尽管如此，国内EDA 厂商在全球产业链中仍然缺乏竞争力。一方面，我国EDA厂商以提供点工具为主，在产品完整性、集成度等方面仍与发达国家跨国公司有较大差距，仅有华大九天一家可以提供面板和模拟集成电路全流程设计平台，其他厂商只能提供某领域内的部分工具，而发达国家跨国公司经过一系列并购，基本打通了EDA 全流程工具链，能够覆盖全领域的设计需求（见表3）；另一方面，我国自主研发的工业软件产品大多集中于产业链的中低端领域，同行业内产品竞争力相对较高，但针对高端产品及部分核心工业软件的研发生产，我国产品竞争力水平则明显不足。相比之下，国内核心工业软件企业还需要进一步加快研发覆盖全领域的设计平台，争取在产业链高端环节实现突破。

　　EDA 软件还只是工业软件中的冰山一角，和EDA面临相同困境的还有三维CADCAECAMPLMMES等核心工业软件，以汽车制造、航空航天为代表的高端装备制造业基本都被法国达索CATIA、德国西门子UGNX、美国PTC 等产品垄断。由此可见我国自主工业软件之殇，发展自主工业软件体系刻不容缓。

　　上述分析表明，与发达国家相比，我国工业软件产业整体呈“小、散、差”的发展局面，国内企业市场份额小，产业链不完整，技术水平相对落后，离自主可控距离还比较远。

　　工业软件是信息技术和工业技术融合发展的产物，核心工业软件产业的发展需要长期积累。欧美工业经历几百年发展，完成了三次工业革命，在实践中充分试错、总结经验，其工业软件产业无论从市场规模还是知识和人才储备上均具有优势。而我国工业化起步晚，工业信息化经验积累更加薄弱，远远没有国外工业软件的经历丰富。国外工业软件巨头之所以强大，原因之一就在于积累了几十年甚至上百年工业生产的关键技术、流程、知识、工艺和数据，形成了扎实的工业数据知识库，具备最重要、最核心、最底层的支撑。而这些正是我国企业的不足之处。为此，国内工业软件企业要追赶国际巨头，必须沉下心苦练内功，夯实底层技术积累和产业基础。

　　高额的资金投入在核心工业软件产品设计研发上不可或缺。从Synopsys和Cadence的财务报表来看，这两家公司每年花费在研发上的投入分别是营收的30%和20%。高额的研发投入提升了公司产品的技术水平，使其在该领域多年保持世界领先。但现阶段，我国由于工业软件研发投入大、周期长、回报低，大多数企业资金有限，难以维持高额研发投入。此外，我国工业软件还存在融资渠道狭窄、融资能力弱的问题。从事工业软件的企业一般是“轻资产”企业，缺少抵押品，难以获得银行贷款，直接融资渠道不畅。一个最典型的例子是，在互联网初创公司动辄数千万元、上亿元融资的时代背景下，成立了22 年的国内领先的工业软件龙头厂商——广州中望龙腾软件股份有限公司，2018 年底完成第一轮融资8 000 万元，2019 年10 月完成第二轮融资1.4亿元，这两轮融资竟然均为国内研发设计类工业软件领域彼时规模最大、估值最高的融资案例。随着中美贸易摩擦的加剧，EDA 行业成为市场关注的重点，资金开始积极进入。2020 年EDA 行业有9家企业完成了15次融资，2021年前两个月完成了7次融资①张鑫.2020 年全球及中国EDA 行业市场现状分析，国内处于发展提速阶段。总体而言，工业软件行业融资水平仍然偏低，难以满足现阶段工业软件企业对资金的强烈渴求。

　　长期以来，国内工业软件市场被国际巨头所垄断，由于软件产品使用习惯黏性，国内用户形成了对供给巨头产品的依赖。这种依赖导致国内旺盛的用户需求很大程度上推动了国际工业软件巨头产品优化发展，而不是本土企业工业软件的发展。工业软件就是要不断克服自身缺陷，不断迭代，才能保证软件的活力。比如，达索的系统，许多国内用户天天用，不断反馈需求，迭代自然就很快。只有经过不断开发、反馈、升级这样循环上升的过程，工业软件的技术水平与市场竞争力才能有效提高。相比之下，国内工业软件用户少，产品缺乏用户反馈，导致产品优化和迭代升级状况不太理想。当前，外资企业垄断了大多数的国内头部客户，在核心技术、产品成熟度和营销渠道的完善程度上，国内厂商难以同外资企业竞争。

　　人才是根本，强大的人力资本是支持工业软件持续发展的基石。以EDA 为例，有数据表明，仅新思科技一家企业就在美洲雇佣了5 000 多名工人，其中80%是工程师。然而，我国在高端技术领域的专业人才相对缺乏，工业软件领域的人才缺口尤甚。因为工业软件行业需要的是既懂工业又懂软件的人才，这种复合型性人才培养难度大、培养周期长。工业软件是一个跨学科的应用方向，涉及数学、信息技术、机械、电气传动与控制等多领域的知识，在工业软件设计和研发过程中，需要既懂信息化又懂工业机理的复合型人才。而现实情况是，绝大部分高校在专业设置领域有偏差，没有工业软件专业，培养的软件人才基本都是计算机工程、软件工程专业，缺乏工业基础。工厂的业务人员懂工业制造，却不懂软件设计。此外，工业软件人才流失严重。据调查，工业软件行业刚毕业的硕士研究生的年薪在12～15 万元之间，工作七八年的开发人员年收入也仅能达到20 万元，可一些互联网、游戏公司轻易就能用数倍年薪挖人，导致工业软件行业人才流失问题更加严重。

　　当前，在全球工业软件产业蓬勃发展的大势下，我国应把握时代脉搏，积极推进工业软件领域自主可控，从技术攻关、投融资支持、生态培育、人才培养四个方面发力，推动我国工业软件产业发展水平更上一层楼。

　　要提高我国工业软件自主可控能力和增强其国际竞争力，需要脚踏实地、苦练内功，逐步补齐产业基础薄弱短板。当前，应发挥我国“新型制”优越性，组织力量进行技术攻关，加速工业技术软件化进程。一是支持制造业创新中心、国家工程技术研究中心等创新平台，将工业软件作为创新发展重点工作。二是加快建设工业知识数据库，将工业技术领域的专家经验、工艺流程、核心参数等知识沉淀下来，变个别知识经验为集体知识财富，从源头上增强国产工业软件的竞争优势。三是推动产业数字化发展，建设和推广工业互联网平台，提高企业软件化水平，开展百万工业手机软件培育行动等。四是整合国内“产—学—研—用”优势力量，加强计算数学、并行算法等基础理论研究，推进三维几何建模引擎、求解器等关键共性技术联合攻关。五是以应用为牵引，采取“产—学—研—用”协同攻关模式，促进学术界、工业界与工业软件企业多方协作，着力推动工业龙头企业与国产工业软件企业结对子。六是推进工业软件企业与工业企业、军工企业的战略合作，通过并购股权、投资成立合资公司等方式，组成利益共同体，面向特定需求开展技术研发。

　　一是加大财政资金对工业软件研发资金投入力度，成立核心工业软件发展专项基金，利用国家重点研发计划、国家科技重大专项予以扶持。二是抓住北京证券交易所成立的历史性机遇，大力支持工业软件类中小企业上市融资，打造服务于工业软件创新型中小企业发展的主阵地。三是进一步改善金融机构服务，加大对核心工业软件产业的中长期贷款支持力度，在风险可控、商业可持续的前提下，加大对重点企业和项目的金融支持力度。四是创新投融资方式，支持企业通过工业软件知识产权质押融资、股权质押融资、科技及知识产权保险等手段获得商业贷款；发挥融资担保机构作用，为小微企业提供各种形式的融资担保服务；拓宽企业融资渠道，鼓励符合条件的企业发行企业债券、公司债券、短期融资券和中期票据等。五是出台鼓励企业兼并重组政策，推动国有大型工业软件集团联合与收购，加快核心工业软件企业培育。六是鼓励国内相关企业着力瞄准在中国市场上淘金、具备优秀技术的国际软件企业进行并购。

　　基于良好的产业生态系统，用户企业购买到的不仅仅是工业软件本身，还可以借鉴行业最佳实践、知识和经验。为此，工业软件企业要更好地把握客户需求，持续改进产品和服务，形成新的盈利模式，实现生态系统的良性循环。一是研究出台软件“首版次”政策，及时出台鼓励国内用户使用国产工业软件保险补贴、应用奖补等政策，提高国内用户使用国产工业软件的积极性，推动国产软件在各行业应用。二是强化知识产权保护。加强知识产权保护、打击盗版等违法行为，建立起工业软件企业通过提供软件服务即能获得持续收入的制度基础。三是完善工业软件标准体系建设。开展工业软件测试评价，为国产工业软件进入国家目录提供测试评估，增强对高端工业软件核心技术、关键算法的评价能力，形成具有创新性和广泛应用性的测试评估支撑平台。四是丰富国内应用场景，拓展国产工业软件在更多领域应用。大力推动国内工业软件在机械、电子、船舶、航空航天、汽车、轨道交通等重点领域示范应用，促进一批重大项目立项和建设，系统总结一批优秀行业解决方案，在全行业推广应用。

　　一是加强高校和职业技术学校工业软件人才的培养，依托高校工科、计算机等专业基础设立工业软件特色学院，推进专业教材建设、调整课程设置、优化教学计划和教学方式，培养复合型、实用型的高水平工业软件人才。二是鼓励国内科研院所、高校和企业开展联合培养，建立“产—学—研—用”综合实践应用平台、人才实训基地等，从供需两侧共同培养一批高端型工业软件人才。三是大力实施工业软件职业技能提升行动计划，国家财政资金应对提供工业软件职业技能相关业务的培训机构给予财政补贴，对相关职业资格证书的获得者给予奖励。四是在大力培养国产工业软件人才的同时，积极创造条件吸纳工业软件类留学归国人员为中国企业服务。五是加快出台人才专项政策，对于核心工业软件研发人才，给予医疗保险、子女入学等优惠政策。六是鼓励企业制定股权分配、股票期权激励方案，激发工程技术人员工作积极性。七是加强行业自律，引导工业软件人才合理有序流动，避免恶性竞争和人才流失。