工业软件：认识理解工业软件
2021-08-03 来源：计算机研究
什么是工业软件？一般而言，如果不是专业出身，对工业软件可能会比较陌生，并没有特别具体的概念和认知。一方面，工业软件隐藏于工业制造业的底层，距离日常生活工作比较远，很难被感知到。另一方面，中国工业的信息化程度比较低，资本市场对工业软件的关注度也一直不高。为了理解工业软件，我们可以先思考以下几个相关问题：
1）工业软件的范围是如何界定的？是不是工业制造各环节中使用的软件都是工业软件？2）工业软件的核心基础是“工业”，还是，“软件”？太强调工业或者太强调软件，可能都有所偏颇，在不同的工业软件环节，在工业软件发展的不同阶段，工业和软件的重要性和主导性可能不一样。3）如何理解“工业”和“软件”的关系？4）通常认为的“工业软件”中，哪些其实并不是真正意义上的工业软件？5）工业软件、工业云平台、工业互联网、数字孪生等，这些概念是什么关系？
图片来源于中国工业技术软件化产业联盟
全球工业软件的发展历程已经有50年以上的时间，但我们依然对这个领域比较陌生。之前提到工业软件，资本市场的第一反应就是“工业ERP”。因为在资本市场中，ERP软件是为数不多的能被投资者看得到的与工业相关的软件。这其中也侧边反映出一个现实问题：中国的工业软件企业体量都不大。不然肯定会出现一批工业软件上市企业。这个现象不只是在二级市场存在，即使是一级市场，拿着资本的放大镜也很难找到一定规模体量的工业软件企业。与这个现实形成鲜明对比的是，从全球来看：
1）工业产值体量，中国最大。根据工信部数据，2020年，中国工业增加值4.54万亿美元，美国工业增加值为2.80万亿美元。2020年，中国制造业增加值为3.85万亿美元，美国制造业增加值为2.27万亿美元。
2）工业的品类，中国最多。根据工信部数据，截止2020年，中国拥有41个工业大类，207个中类，666个小类，是全世界唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家。
3）工业从业人员，中国最多。根据工信部数据，2020年中国工业从业人员数量（年平均值）为7318万人，从2014年的9977万人不断下降。2019年美国制造业从业人员408万人。
4）工业的场景，中国最多。无论是离散工业还是流出工业，无论是研发设计还是生产制造，中国的工业场景也是全球最多的。
其实，在中国有一大批工业软件企业已经成立了二十多年的时间，只是过去这么多年一直没有发展起来，没有把收入体量做大。那为什么中国的工业软件企业体量普遍都不大，都没有达到上市的要求和标准呢？这背后体现了，在过去30多年的时间里，中国的工业软件并没有实现产业化。中国的工业增加值虽然全球最大，工业品类全球最多，但工业软件的产业规模和产业地位与此完全不匹配。
工业软件产业的变化
首先，工业软件从全球范围来看，是一个非常成熟的行业。1）工业软件需要大量的时间和实践沉淀，一旦壁垒确立起来，就比较难打破。因此，2）全球的工业软件的竞争格局比较稳定，龙头格局非常清晰。3）在工业软件领域，目前讨论比较多的还是“软件”，还不是下一代的“云”，因此，目前市场的关注点还是聚焦在中国工业软件对海外工业软件存量的替代问题。但我们认为，云会成为未来工业软件发展的关键变量。4）工业流程的变化并不大，特别是成熟行业的工业流程。
虽然工业软件是一个比较成熟的行业，但在中国市场，过去这一两年确实发生了比较大的变化，至少提到工业软件的时候，市场的第一反应不再只是工业ERP，市场会讨论研发设计类、生产控制类、运营管理类工业软件，也会从离散类工业和流程类工业等角度进行区分。
过去这一年，我们走访了大量的工业软件企业，与其创始人进行了大量的访谈。我们认为，这个产业正在发生积极变化。除了各界对工业软件认知的变化之外，另外值得关注的是：
1）资本市场对工业软件的关注度在提升，愿意投入时间和精力去研究工业软件。2）一些工业软件企业开始陆续登陆二级资本市场，由于其稀缺性，二级资本市场给予了其很高的估值。3）与二级市场高估值对应的是，一级市场的工业软件企业（不一定是初创企业，很多是成立10-20年的工业软件企业）估值也在快速提升。4）资本对工业软件产业的撬动似乎刚刚开始体现。
其实，以上这几个都是我们在资本市场角度看到的结果，背后体现的产业变化：
1）高端制造在国家层面上升到比较高的位置。2）产业层、政策层对工业软件的认知和定位高度在提升。3）中国工业企业（特别是龙头企业）对国产工业软件的使用意愿在提升。4）中国工业软件企业的产品迭代速度在提升。5）中国工业软件企业的收入增速在边际提升。
以上几点的逻辑也是环环相扣的，后面一个都是以前面一个为前提。其结果是，中国工业软件与工业流程的正循环（正反馈机制）正在逐步打通。中国的工业流程正在逐步孵化和培育中国自己的工业软件产品。中国的这个过程与海外不同的是，1）海外的工业软件和工业流程是同步进行的，也就是说，工业流程的改进迭代出更好的工业软件，更好的工业软件进一步提升工业流程效率。2）中国的工业软件和工业流程在短期来看并不是同步的。中国的工业流程在全球来看是在前列，但中国的工业软件却差距较大。中国走的是用先进的工业制造流程来培育落后的工业软件，前提是中国工业企业，特别是工业制造的龙头企业，得使用中国自己的工业软件产品。因此，海外发展工业软件的发展花了50年以上的时间，中国并不需要这么长的时间。
认识工业软件
看到和理解了这些变化之后，回到最原始的问题：什么是工业软件？怎么理解工业软件？工业软件涉及的领域比较多，分类的方法也有多种。由于工业软件是应用于工业各个业务流程环节的，因此，根据业务流程来划分也是比较直观、比较容易理解的方式了，这就是我们平时所看到的分类：研发设计软件、生产控制软件、运营管理软件等。
中国工业技术软件化产业联盟在其最新发布的《工业软件白皮书》中，也讨论了对工业软件的分类。根据白皮书内容，工业软件的分类包括几种：
1）国家标准提出的工业软件划分方法，大致分为：工业软件、工业总线、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机集成制造系统、工业仿真、可编程逻辑控制器（PLC）、产品生命周期管理（PLM）、产品数据管理（PMD）、其他工业软件等九类。
2）工信部运行局的分类方法，包括：产品研发设计类软件、生产控制类软件、业务管理类软件。
3）基于产品生命周期的聚类分类方法，包括：研发设计类、生产制造类、运维服务类、经营管理类。
4）基于企业经营活动特征的分类方法。包括：业务执行类，业务管理类，业务资源类。业务执行类，又包括业务操作工具和业务过程系统。
5）按照工业软件的基本功能划分。包括工研软件、工制软件、工管软件、工维软件、工量软件、工试软件、工标软件、工控软件、工链软件、工互软件、工应软件、工采软件、工材软件、工能软件、工安软件、工数软件、工智软件等等。
图片来源于中国工业技术软件化产业联盟
对于以上的分类，我们认为，
1）以上的分类方法有很多相似之处。工业软件不同的划分方法，是在当时的工业流程背景下，不同的主体基于不同视角和不同颗粒度的划分。
2）工业流程的先进程度在不断演进，对工业软件侧重点也在发生变化。比如，高端制造要求整个工业链条的成本分布进行前置，就是“成本前置”。即在研发设计、生产控制、运营管理整个工业链条中，成本会向前转移，也就是说投入到研发设计的成本占比会越来越大。这也是工业从低阶向高阶演进的必然趋势。
3）工业流程各环节之间的关系也在发生变化，原来彼此相互独立的各个环节也在不断渗透、融合，对工业软件的要求也在发生变化。
4）工业流程各环节的高度协同一体化，也需要工业软件产品一体化协同交互。比如达索的3D Experience平台。
因此，如果我们以动态视角去看的话，工业软件各个环节的边界也在逐步打破，不同环节的协同、融合、渗透也在逐步进行。工业软件产品的分类也在动态调整变化中。
理解工业软件
我们认为，判断一款软件产品是否是真正的工业软件，比较容易理解的一种方式就是：开发这个软件产品，是否需要我们对工业流程（可以是真实物理世界的工业实践，也可以是从实践抽象出来的数学算法和物理理论）有很深的理解？如果需要，那基本就是工业软件；如果不需要，那大概率就不是工业软件（底层算法软件除外）。
对于以上这种判别方法，我们需要注意的是，1）比如工业领域的运营管理软件，虽然也需要对工业流程的理解，但要求并不是非常高，严格意义来看，我们可以将其理解为，管理软件在工业行业的应用。而随着工业企业软件化程度的提升，需要前端业务系统与后端管理系统深度打通融合，后端管理软件工业流程理解深度的要求也在提升。2）研发设计软件的底层是数学算法和物理场景，比如CAE，其产品开发的关键变量还是对经典数学（建模求解方程）和物理（场）的理解，叠加算法形成。CAE能很好的指导工业，在工业应用场景中迭代。
工业软件的开发需要对工业流程有很深的理解，这背后体现的是：1）工业软件是工业流程的内化和体现。我们购买西门子或者达索的工业软件，买的不单只是软件本身，更多的是软件背后的的工业流程经验。因为他们的工业软件产品中沉淀了大量的工业流程经验和成功案例实践。
2）“工业软件”和“工业流程”是同一事物在不同环境和不同载体下的体现，就像一对双胞胎一样。其实，“数字孪生”很好地刻画了“工业化”与“数字化”的关系。从全球工业软件发展历程来看，工业软件和工业流程的发展是同步进行的。工业软件是基于现有工艺流程经验开发出来，然后工业软件支持工艺流程进一步升级，而改善后的工艺流程进一步内化为工业软件，实现工业软件的不断迭代，如此循环。
不同的工业软件，对应不同的工艺流程环节
工业软件和工艺流程是一一对应的。所以我们之前一直说：有什么样的工艺流程，就有什么样的工业软件；有什么先进程度的工业流程，就有什么样先进的工业软件。两者一定是一一对应，彼此支撑，彼此依赖，彼此成就。
也就是说，研发设计软件对应的就是工业流程中的研发设计环节，生产控制软件对应的就是工业流程中的生产车间的控制流程环节。比如在大家熟悉的苹果手机产业链中，苹果用的就是CAD/CAE/EDA等研发设计软件，富士康使用的就是MES/APS等手机生产制造环节的工业软件。大家彼此分工明确，不同工业软件之间的边界也比较清晰。
不同环节的工业软件，软件和工业的结合深度不一样
工业软件是对工业流程的内化，软件本身体现了工业流流程的Know-how。而在不同环节的工业软件中，软件和工业的结合度是不一样的，其对工业流程理解深度的要求不一样。例如，工业企业中运营管理环节所使用的软件产品（ERP、SCM、FM、CRM等），其对工艺流程经验的要求，就比研发设计和生产控制环节要低一些。运营管理环节在工业企业中的角色定位偏后台管理，研发设计和生产控制都属于工业企业的前端业务。从这几类工业软件对工业流程要求的程度来看，研发设计>生产控制>运营管理。
不同环节的工业软件，其壁垒不同
因为各个环节工业软件与工业流程结合深度的不同，其壁垒也不一样。从目前已经形成的全球工业软件产业格局来看，其壁垒为：研发设计>生产控制>运营管理。
研发设计类软件的底层架构发展相对比较成熟，行业通用性比较强，行业标准和使用惯例已经形成，竞争格局逐步固化（从全球视角来看是这样。由于中国工业软件企业的逐步崛起，中国研发设计工业软件市场的竞争格局还存在较大的变数），因此，新进入者的突破难度比较大，壁垒比较高。比如，全球流程类工业软件龙头Aspen的Aspen Plus，以及Autodesk的二维产品AutoCAD，一直在所处领域牢牢垄断龙头位置，也一直是大学使用的教学工具软件。
而生产控制环节，不同工业细分领域，其工艺流程有一定差异，有一定的细分领域定制化，难以形成一家独大或者几家垄断的格局。而且工业流程也在不断变化优化中，这也给新的进入者一定的机会。
不同环节的工业软件表现出的不同壁垒的背后：
1）变与不变。越容易变环节，格局越不稳定，因为时间的积累和实践的沉淀对这些环节没有形成壁垒。生产流程和企业管理理论也在不断演进变化中，而研发设计的底层，包括数学模型和物理理论都是经典学科，很难被变革。达索的Catia产品已经牢牢垄断飞机和大船设计很多年，PTC的Creo产品在消费电子领域也具备绝对的领先优势。
2）软件的标准化和通用性。越是产品化标准化环节，越容易产生规模效应，越能出现龙头效应，竞争格局趋势集中。龙头构建的壁垒很难被打破，除非龙头公司错失比较大的技术变革。
不同环节的工业软件，其自主程度不同
正是因为不同环节的工业软件，其壁垒不同，中国对这些工业软件的自主化程度存在较大差异。对于与工业流程结合度不是很深，进入壁垒不是很高的运营管理工业软件，中国有大量的企业做这方面产品，甚至有些企业做的比较好。而对于进入壁垒比较高的研发设计软件，中国做的好的就很少了。甚至在很多高端制造场景（汽车、飞机、航母等）所需要的研发设计软件，中国企业不是做的不好，而是根本就没有。其自主化程度甚至比芯片和操作系统还要更低。包括2020年大家所感知到的EDA，甚至包括Matlab这种基础工业工程计算软件。因此从中国自主化程度来看，研发设计软件<生产控制软件<运营管理软件。自主化程度越低，国产化的重要性就越凸显。
发展工业软件软件，需要强大的工业基础、人才供给（富裕且成熟的工程师梯队）、产业政策规划支持。目前来看，这些条件在中国都已经逐步具备。特别是，中国具备全球高度精细化工业流程分工，并将这种精细化分工产业化规模化的能力。这种优势在全球其他国家很难看到。纵观工业软件发展历史，基本是伴随着工业革命逐步演进的。
工业第一次革命（蒸汽革命）是发生在英国，工业第二次革命（电气革命）发生在德国。因此，欧洲企业对工业流程有深入骨髓的理解。美国企业之所以能搭上工业软件产业这趟车，是因为工业第三次革命（信息技术革命）是在美国发生的。也就是说，
1）欧洲和美国工业软件的强大，都与工业革命有很大关系。工业化程度是工业软件强大的基础。在人类发展的不同历史时期，推动历史进程前进的（工业）领域（或载体）不同。
2）欧洲和美国分别从“工业”和“软件”两个角度，切入到工业软件。不同点在于，欧洲人擅长对工业流程的理解，美国人擅长软件开发，当然美国人对工业流程也有很深的理解。最终发展的结果是：欧洲人和美国人无一例外地都将“工业”和“软件”进行了很好的结合，成就了自身强大的工业软件产业。
3）如果没有第三次工业革命，可能就不一定看到美国在工业软件领域的如此强大。因此，变革孕育着产业机会。目前从全球工业发展来看，也正酝酿的产业革命，只不过我们不一定能预测的出这次工业革命到底是以什么样的形式出现。但我们看到的是，全球工业的精细化分工，新的IT技术可能会成为推动此次变革的核心要素。无论是从哪个要素来看，中国的工业软件都具备做大做强的基础和优势。
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