導(dǎo)讀

軟件是智能的核心。工業(yè)軟件建立了數(shù)字自動流動規(guī)則體系，操控著規(guī)劃、制作和運用階段的產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)流通的橋梁，是工業(yè)制造的大腦。同時，工業(yè)軟件內(nèi)部蘊含制造運行規(guī)律，并根據(jù)數(shù)據(jù)對規(guī)律建模，從而優(yōu)化制造過程?？梢哉f，軟件定義著產(chǎn)品整個制造流程，使得整個制造的流程更加靈活與易拓展，從研發(fā)、管理、生產(chǎn)、產(chǎn)品等各個方面賦能，重新定義制造。

1、 工業(yè)軟件:軟件化的工業(yè)技術(shù)

工業(yè)軟件是指應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，為提高工業(yè)研發(fā)設(shè)計、業(yè)務(wù)管理、生產(chǎn)調(diào)度和過程控制水平的相關(guān)軟件和系統(tǒng)。工業(yè)軟件是將工業(yè)技術(shù)軟件化，即工業(yè)技術(shù)、工藝經(jīng)驗、制造知識和方法的顯性化、數(shù)字化和系統(tǒng)化，是一種典型的人類使用知識和機器使用知識的技術(shù)泛在化過程。?

按照用途和表現(xiàn)形式，工業(yè)軟件一般分為研發(fā)設(shè)計類軟件、信息管理類軟件、生產(chǎn)控制類軟件和嵌入式工業(yè)軟件四類，每類工業(yè)軟件均有其代表產(chǎn)品和企業(yè)。目前，信息管理類軟件的已有較高普及率，智能制造背景下，產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)控制類軟件得到大力推進，發(fā)展前景廣闊。?

研發(fā)設(shè)計類軟件主要用于提升企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)工作領(lǐng)域的能力和效率， CAD 和 PLM 為其最有代表性的產(chǎn)品;生產(chǎn)控制類軟件用于提高制造過程的管控水平、改善生產(chǎn)設(shè)備的效率和利用率，其中MES是其最具代表性的產(chǎn)品。?

CAD(Computer Aided Design)是利用計算機的計算功能和圖形處理能力，輔助進行產(chǎn)品或工程設(shè)計與分析的方法，從上世紀 80 年代末開始得到了迅速的發(fā)展，新世紀以來個人計算機的發(fā)展和普及使 CAD 得到了進一步的推廣，已在機械、電子、能源，航空航天、建筑領(lǐng)域得到的廣泛應(yīng)用。CAD 軟件具有豐富的繪圖和繪圖輔助功能，它的各項設(shè)計，如工具欄、菜單設(shè)計、對話框、圖形打開預(yù)覽、 信息交換、文本編輯、圖像處理和圖形的輸出預(yù)覽等，為用戶的繪圖帶來很大方便，其不僅在二維繪圖處理十分成熟，三維功能也更加完善，可方便地進行建模和渲染，大大提升設(shè)計研發(fā)過程的效率。?

PLM(Product Lifecycle Management)表示產(chǎn)品生命周期管理。PLM 將計算 機輔助設(shè)計(CAD)、輔助分析(CAE)、輔助制造(CAM)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM) 無縫連接在一起，使企業(yè)能夠?qū)Ξa(chǎn)品從構(gòu)思、設(shè)計、生產(chǎn)、到最終報廢等全生 周期的設(shè)計數(shù)據(jù)及信息進行高效和經(jīng)濟的應(yīng)用、管理。PLM 以產(chǎn)品為中心，在產(chǎn)品設(shè)計、需求分析階段就開始對產(chǎn)品、市場和用戶數(shù)據(jù)進行管理，并與 ERP 和 MES 系統(tǒng)相連，形成持續(xù)改進的閉環(huán)智能研發(fā)、生產(chǎn)模式，持續(xù)指導(dǎo)改善產(chǎn)品的設(shè)計、制造過程，形成往復(fù)循環(huán)、持續(xù)優(yōu)化的研發(fā)過程。?

MES(Manufacturing Execution Syste)即制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)，是一 套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。MES 系統(tǒng)通過控制包括物料、設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源，優(yōu)化從定單到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)活動，以最少的投入生產(chǎn)出最優(yōu)的產(chǎn)品，當工廠發(fā)生實時事件時， MES 能對此即時做出反應(yīng)、報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對生產(chǎn)過程做出指導(dǎo)和處理，從而實現(xiàn)連續(xù)均衡生產(chǎn)，既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報率。?

2、 智能制造大勢所趨，正快速推進

智能制造始于20世紀80年代人工智能在制造業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，發(fā)展于20世紀 90 年代智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的提出，成熟于 21 世紀基于信息技術(shù)的“Intelligent Manufacturing(智能制造)”的發(fā)展。工業(yè)和信息化部將智能制造定義為基于新一代信息技術(shù)，貫穿設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動各個環(huán)節(jié)， 具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行等功能的先進制造過程、 系統(tǒng)與模式的總稱。?

2.1、 智能制造助力制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級?

長期以來，充足的勞動力以及低廉的勞動成本是我國制造業(yè)的核心競爭優(yōu)勢，在全球分工的情況下，帶動了外國企業(yè)進入中國投資建廠和本地商品的大額出口， 使中國成為全球制造大國，過去制造業(yè)拉動 GDP明顯，成功促進了經(jīng)濟的正向發(fā)展。然而，近年來我國勞動力比較優(yōu)勢減弱，計劃生育人口轉(zhuǎn)化為勞動人口， 人口紅利出現(xiàn)拐點，2018年就業(yè)人口出現(xiàn)負增長，同比下降 0.07%。同時，經(jīng)濟的發(fā)展提高了勞動薪酬，2007 年以來我國制造業(yè)勞動薪酬相對美國增長了 2.6 倍，印度與東南亞國家的制造優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，將對我國制造業(yè)造成不小的沖擊。在制造業(yè)比較優(yōu)勢減弱的情形下，智能化轉(zhuǎn)型成為我國制造業(yè)重要出路。

我國制造業(yè)整體長期處于中低端，高端制造是我國的薄弱點。受益于經(jīng)濟全球化，憑借充足低廉勞動力與資源，我國制造業(yè)在短短幾十年便有了長足的發(fā)展， 但長期處于全球價值鏈底端，從事原材料的基礎(chǔ)加工和中間產(chǎn)品的制造，在關(guān)鍵器件與核心技術(shù)上處于絕對劣勢，高附加值產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)能力不足。但隨著我國勞動力拐點出現(xiàn)，同時經(jīng)濟發(fā)展帶動勞動薪酬提升，我國制造業(yè)競爭優(yōu)勢減弱， 制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級必要性凸顯，尤其是2018年中興事件與中美貿(mào)易摩擦下美國的技術(shù)封鎖后，掌握核心技術(shù)與高端制造必然是我國制造業(yè)發(fā)展方向。

智能制造以戰(zhàn)略的眼光從企業(yè)的供給端入手，加強生產(chǎn)流程與設(shè)備的整合創(chuàng)新，并從源頭識別創(chuàng)新驅(qū)動因素，通過優(yōu)化供應(yīng)鏈和價值鏈，運用智能管理等手段為企業(yè)的成本管理提供智能化的戰(zhàn)略信息，從而促進企業(yè)競爭優(yōu)勢的形成和核心競爭力的培植。智能制造在控制成本、提升效率的作用已經(jīng)得到證實。?

四年來中國工業(yè)和信息化部遴選出了 305 個智能制造試點示范項目，涉及 92 個行業(yè)類別，覆蓋全國境內(nèi)所有省(自治區(qū)、直轄市)，拉動投資超過千億元人民幣。初步統(tǒng)計下，這些項目智能化改造前后對比，生產(chǎn)效率平均提升 37.6%， 最高 3 倍以上;能源利用率平均提升 16.1%，最高達到1.25倍;運營成本平均降低 21.2%，產(chǎn)品研制周期平均縮短 30.8%，產(chǎn)品不良率平均降低25.6%，智能制造控本提效作用明顯。?

智能制造是我國制造業(yè)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的鑰匙。作為第四代工業(yè)革命，智能制造將給企業(yè)帶來的是更加靈活的制造流程和更加高效的生產(chǎn)方式，是對整個制造業(yè)競爭力的提升，對高端制造更是有著重要意義，航天、先進設(shè)備等高端制造業(yè)對智能化有著更高的要求?！吨袊圃?2025》提出了智能制造在十大重點領(lǐng)域的集成應(yīng)用，直指高端制造。?

2.2、 發(fā)達國家開啟智能制造計劃，我國政策密集出臺?

全球分工的背景下，制造業(yè)尤其是高端制造關(guān)系到國家利潤分配，智能制造作為新的產(chǎn)業(yè)趨勢，受到各個國家的重視，歐美發(fā)達國家紛紛推出刺激政策，我國也推出《中國制造 2025》以提高制造業(yè)地位。?

美國提出先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃。2012 年，美國發(fā)布了《國家先進制造戰(zhàn)略計劃》，該計劃由美國商務(wù)部、國防部和能源部牽頭，相關(guān)聯(lián)邦部門參與，旨在協(xié)調(diào)各部門發(fā)展先進制造的政策，從投資、勞動力和創(chuàng)新等方面提出了五大目標: 1、加速對先進制造的投資，特別是對中小型制造企業(yè);2、開發(fā)一個更加適應(yīng)崗位技能要求的教育和培訓(xùn)系統(tǒng);3、優(yōu)化聯(lián)邦政府對先進制造 R&D 投入;4、 增加公共和私營部門對先進制造 R&D 投入;5、加強國家層面和區(qū)域?qū)用嫠猩婕跋冗M制造的機構(gòu)的伙伴關(guān)系。?

德國推出工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略。工業(yè) 4.0 在 2013 年在德國漢諾威工業(yè)博覽會上首次推出，是由德國政府《德國 2020 高技術(shù)戰(zhàn)略》中所提出的十大未來項目之一。該 項目由德國聯(lián)邦教育局及研究部和聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部聯(lián)合資助，投資預(yù)計達2億歐元，旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及基因工程學(xué)的智慧工廠，在商業(yè)流程及價值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴。德國的工業(yè)4.0將利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(Cyber—Physical System 簡稱 CPS)將生產(chǎn)中的供應(yīng)，制造， 銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達到快速，有效，個人化的產(chǎn)品供應(yīng)。?

我國提出《中國制造 2025》。中國制造 2025，是中國政府實施制造強國戰(zhàn)略的第一個十年行動綱領(lǐng)，該概念在 2014 年被首次提出，2015 年正式確認實施。《中國制造 2025》計劃通過“三步走”實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標:第一步，到 2025 年邁入制造強國行列;第二步，到 2035 年中國制造業(yè)整體達到世界制造強國陣營中等水平;第三步，到新中國成立一百年時，綜合實力進入世界制造強國前列。圍繞實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標，《中國制造2025》提出攻克五大關(guān)鍵技術(shù)裝備， 推進十大重點領(lǐng)域集成應(yīng)用。?

近年來，我國制造業(yè)比較優(yōu)勢減弱，高端制造發(fā)展需求迫切，與發(fā)達國家相比， 我國更加需要智能制造提升產(chǎn)業(yè)鏈地位，《中國制造2025》將智能制造放在了國家戰(zhàn)略高度，國內(nèi)配套政策也相繼出臺，各省市刺激政策也頻繁落地。智能制造試點工作也在加速推進，遴選項目逐年增加，2016-2018 年項目數(shù)目分別是 60、97和 99 個，已經(jīng)涵蓋了 92 個行業(yè)類別。

3、 工業(yè)軟件是智能制造的核心

3.1、 智能制造是新一輪的工業(yè)革命?

從實用和廣義的角度上看，智能制造的概念可以總結(jié)為:智能制造是以智能技術(shù)為代表的技術(shù)為指導(dǎo)的先進制造，包括以智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和自動化為特征的先進制造技術(shù)的應(yīng)用，涉及制造過程中的設(shè)計、工藝、裝備(結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化、控制、軟件、集成)和管理。與此前歷次工業(yè)革命相比，制造的核心地位仍未改變，但智能化成為制造的新特征與內(nèi)涵。?

工業(yè)革命逐漸解放制造人力。制造本質(zhì)上是從“原材料”到“產(chǎn)品”的過程，內(nèi)容可以簡化為工藝設(shè)計、工藝參數(shù)、過程控制、執(zhí)行四個步驟。在歷次工業(yè)革命中，制造工業(yè)走過了機械化、電氣化、自動化(數(shù)字化)、智能化的道路，在這個過程中，工具(裝備)做的事越來越多，人逐步把精力更多的投入到創(chuàng)造性的工作中。若把“制造”看作從起點到終點的出行問題，制造業(yè)歷次升級過程可以分別形象為自行車(機械化)-電動車(電氣化)-汽車(自動化)-自動駕駛(智能化)，其中人更多的參與到?jīng)Q策過程中，對人力的要求越來越低，效率大幅提升。?

智能制造的發(fā)展是由體系建立到精確模型建立的過程，實現(xiàn)智能制造，首先要解決智能維護大問題，再做智能預(yù)測，最后做到無憂系統(tǒng)與大價值。具體來看分為以下五個階段:?

• 第一階段:全員生產(chǎn)系統(tǒng)(TPS)。由日本提出來的，建立的 5S 標準(整 理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng))是七八十年代整個制造系統(tǒng)當中引以為核心的標準，固化在了組織和對人培訓(xùn)方面。
• 第二階段:精益制造和 6-Sigma。它的核心價值是如何以數(shù)據(jù)作為標準建立管理體系，本質(zhì)是消除浪費。在這個基礎(chǔ)下面包括質(zhì)量管理體系、產(chǎn)品全生命周期管理體系等等。這個時候數(shù)據(jù)真正在制造使用過程中發(fā)揮作用。?
• 第三階段:數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測性建模分析。以數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測性建模分析，指的是怎么把隱性的問題顯性化，顯性化之后解決隱性的問題，避免顯性問題的發(fā)生。
• 第四階段，以預(yù)測為基礎(chǔ)的資源有效性運營決策優(yōu)化。對于過去產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)性都能夠建模之后，怎么根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)、環(huán)境、人員多方要素變化進行實時動態(tài)優(yōu)化。?
• 第五階段，“信息-物理”系統(tǒng)。它是建立在對于所有設(shè)備本身運行的環(huán)境、 活動目標非常精確建?；A(chǔ)上，這個時候產(chǎn)生知識的應(yīng)用和傳承問題。?

智能制造最終要具備狀態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行的特征，使得企業(yè)更柔性、更智能、更集成化，并且實現(xiàn)了大部分或者全部的智能化技術(shù)應(yīng)用， 目標是實現(xiàn)知識的獲取、規(guī)模化利用與傳承。目前我國處于轉(zhuǎn)型的最重要時期， 還沒有完全到達第三個階段。?

3.2、 制造范式轉(zhuǎn)型，關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)流通與工藝建模?

工業(yè)體系交替的背后是制造范式的改變。從傳統(tǒng)到現(xiàn)代再到智能制造，研發(fā)生產(chǎn)流程不斷進行重構(gòu)與組織重建，創(chuàng)新流程的邊界日漸模糊。傳統(tǒng)制造下研發(fā)/制造流程是串行的，現(xiàn)代制造下變革為并行，在未來智能制造體系下的研發(fā)/制造流程將是一體化，所有的過程是并行、并發(fā)的，數(shù)據(jù)的高速、有序的自由流通， 各個環(huán)節(jié)高度互動和協(xié)同，組織是靈活動態(tài)的組織單元，由此而獲得非常高的研發(fā)效率。?

智能制造是以數(shù)據(jù)的自動流動解決復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性，提高資源配置效率。?個性化定制是未來制造發(fā)展方向，產(chǎn)品越來越多，工藝越來越復(fù)雜，需求越來越復(fù)雜，以個性化定制為代表的復(fù)雜系統(tǒng)存在一系列問題，比如成本如何解決，質(zhì)量如何解決，交貨期如何解決，這些問題帶來了企業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜性、多樣性和不確定性，而智能制造要解決的就是在制造復(fù)雜性提高的形況下的不確定性問題。?

在前三次的工業(yè)革命中，傳統(tǒng)的制造業(yè)主要圍繞五個核心要素(5M)進行技術(shù)升級，分別是:(1)材料(Material)-包括功能、特性等;(2)機器(Machine) -包括精度、自動化、和生產(chǎn)能力等;(3)方法(Methods)-包括工藝、效率、 和產(chǎn)能等;(4)測量(Measurement)-包括6-Sigma、傳感器監(jiān)測等;(5)維護(Maintenance)-包括使用率、故障率、和運維成本等。這些改善活動都是圍繞著人的經(jīng)驗開展的，人是駕馭這 5 個要素的核心。生產(chǎn)系統(tǒng)在技術(shù)上無論如何進步，運行邏輯始終是:發(fā)生問題->人根據(jù)經(jīng)驗分析問題->人根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整5個 要素->解決問題->人積累經(jīng)驗。

建模是智能制造與傳統(tǒng)制造最大區(qū)別。智能制造系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的最重要的要素在于第 6 個 M:建模(Modeling—數(shù)據(jù)和知識建模，包括監(jiān)測、預(yù)測、 優(yōu)化和防范等)，并通過這第 6 個M來驅(qū)動其他 5 個傳統(tǒng)要素，從而解決和避免制造系統(tǒng)的問題，消除系統(tǒng)中的不確定性。因此，智能制造運行的邏輯是:發(fā)生 問題→模型(或在人的幫助下)分析問題→模型調(diào)整 5 個要素→解決問題→模型 積累經(jīng)驗，并分析問題的根源→模型調(diào)整 5 個要素→避免問題，工藝模型擔任大腦的角色，成為整個制造系統(tǒng)的核心。

數(shù)字孿生技術(shù)的背后是數(shù)字模型

數(shù)字孿生體現(xiàn)的是數(shù)字模型和實體的雙向進化過程。數(shù)字孿生是指充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。舉例來講，導(dǎo)航軟件中城市的實體道路和軟件中的虛擬道路就是“數(shù)字 孿生”。數(shù)字孿生體現(xiàn)了軟件、硬件、和物聯(lián)網(wǎng)回饋的機制，運行實體的數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生的營養(yǎng)液輸送線，反過來，很多模擬或指令信息可以從數(shù)字孿生輸送到實體，以達到診斷或者預(yù)防的目的，是一個雙向進化的過程。?

通過產(chǎn)品數(shù)字孿生體的定義可以看出:1)產(chǎn)品數(shù)字孿生體是產(chǎn)品物理實體在信息空間中集成的仿真模型，是產(chǎn)品物理實體的全生命周期數(shù)字化檔案，并實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)和全價值鏈數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成管理;2)產(chǎn)品數(shù)字孿生體是通過與產(chǎn)品物理實體之間不斷進行數(shù)據(jù)和信息交互而完善的;3)產(chǎn)品數(shù)字孿生體的 最終表現(xiàn)形式是產(chǎn)品物理實體的完整和精確數(shù)字化描述;4)產(chǎn)品數(shù)字孿生體可用來模擬、監(jiān)控、診斷、預(yù)測和控制產(chǎn)品物理實體在現(xiàn)實物理環(huán)境中的形成過程和狀態(tài)。在這其中，數(shù)據(jù)流通與交換起到十分重要的作用，其為產(chǎn)品數(shù)字孿生體提供訪問、整合和轉(zhuǎn)換能力，其目標是貫通產(chǎn)品生命周期和價值鏈，實現(xiàn)全面追溯、雙向共享/交互信息、價值鏈協(xié)同。?

數(shù)字孿生是 CPS 關(guān)鍵技術(shù)。CPS 通過構(gòu)筑信息空間與物理空間數(shù)據(jù)交互的閉環(huán)通道，能夠?qū)崿F(xiàn)信息虛體與物理實體之間的交互聯(lián)動。數(shù)字孿生體的出現(xiàn)為實現(xiàn) CPS 提供了清晰的思路、方法及實施途徑。以物理實體建模產(chǎn)生的靜態(tài)模型為 基礎(chǔ)，通過實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成和監(jiān)控，動態(tài)跟蹤物理實體的工作狀態(tài)和工作進展(如采集測量結(jié)果、追溯信息等)，將物理空間中的物理實體在信息空間進行全要素重建，形成具有感知、分析、決策、執(zhí)行能力的數(shù)字孿生體。?

3.3、 軟件定義制造，智能制造本質(zhì)是軟件化的工業(yè)基礎(chǔ)?

軟件是智能的核心。工業(yè)軟件建立了數(shù)字自動流動規(guī)則體系，操控著規(guī)劃、制作和運用階段的產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)流通的橋梁，是工業(yè)制造的大腦。同時，工業(yè)軟件內(nèi)部蘊含制造運行規(guī)律，并根據(jù)數(shù)據(jù)對規(guī)律建模，從而優(yōu)化制造過程?？梢哉f，軟件定義著產(chǎn)品整個制造流程，使得整個制造的流程更加靈活與易拓展，從研發(fā)、管理、生產(chǎn)、產(chǎn)品等各個方面賦能，重新定義制造。

軟件定義制造。以信息物理系統(tǒng)為例，賽博物理系統(tǒng)(CPS)本質(zhì)是構(gòu)建一套賽博(Cyber)空間與物理(Physical)空間之間基于數(shù)據(jù)自動流動的狀態(tài)感知、 實時分析、科學(xué)決策、精準執(zhí)行的閉環(huán)賦能體系，解決生產(chǎn)制造、應(yīng)用服務(wù)過程中的復(fù)雜性和不確定性問題，提高資源配置效率，實現(xiàn)資源優(yōu)化。這一閉環(huán)賦能 體系概括為“一硬”( 感知和自動控制)、“一軟”(工業(yè)軟件)、“一網(wǎng)”(工業(yè)網(wǎng)絡(luò))、“一平臺”(工業(yè)云和智能服務(wù)平臺)。其中工業(yè)軟件代表了信息物理系統(tǒng)的思維認識，是感知控制、信息傳輸、分析決策背后的世界觀、價值觀和方法論， 可以說是工業(yè)軟件定義了 CPS。?

工業(yè)軟件是對工業(yè)各類工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)規(guī)律的代碼化，支撐了絕大多數(shù)的生產(chǎn)制造過程。作為面向制造業(yè)的CPS，軟件就成為了實現(xiàn) CPS 功能的核心載體之一。工業(yè)軟件不但可以控制產(chǎn)品和裝備運行，而且可以把產(chǎn)品和裝備運行的狀態(tài)實時 展現(xiàn)出來，通過分析、優(yōu)化，作用到產(chǎn)品、裝備的運行，甚至是設(shè)計環(huán)節(jié)，實現(xiàn)迭代優(yōu)化。?

4、 我國工業(yè)軟件市場前景廣闊，國產(chǎn)化勢在必行

4.1、 歐美是工業(yè)軟件主要市場，我國市場發(fā)展迅速?

歐美為工業(yè)軟件主要市場。歐美完整經(jīng)歷了三次工業(yè)革命，工業(yè)化進程基本完成， 尤其是在近年全球產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與分工的大背景下，歐美在高端研發(fā)與制造上占據(jù)壟斷地位，歐美工業(yè)軟件市場仍冠絕全球，但亞太地區(qū)已經(jīng)成為增長主力。根據(jù)賽迪顧問數(shù)據(jù)，2016 年北美、歐洲和亞太工業(yè)軟件市場規(guī)模分別為 1370 億美元、 1144 億美元和840億美元，同比增長率分別為 4.3%、5.2%和 7.6%。?

近年來，我國政府和企業(yè)逐漸意識到工業(yè)軟件在生產(chǎn)制造中的重要性，工業(yè)軟件未來規(guī)劃逐漸清晰，根據(jù)工信部和財政部發(fā)布的《智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016-2020 年)》，計劃到 2020 年，傳統(tǒng)制造業(yè)重點領(lǐng)域基本實現(xiàn)數(shù)字化制造，制造業(yè)重點領(lǐng)域企業(yè)數(shù)字化研發(fā)工具普及率超過 70%、關(guān)鍵工序數(shù)控化率超過 50%、數(shù)字化車間/智能工廠普及率超過20%。在頂層推進智能制造的大背景下，各省市對工業(yè)軟件的推進政策頻出，以北京和上海為例:?

北京實施“智造 100”工程，建設(shè)數(shù)字化車間、智能工廠、京津冀聯(lián)網(wǎng)智能制造等約100個應(yīng)用示范項目，打造智能制造標桿企業(yè);加強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè); 成立工業(yè)大數(shù)據(jù)創(chuàng)新中心;實施京津冀大數(shù)據(jù)綜合試驗區(qū)建設(shè);組建工業(yè)技術(shù)軟件化(北京)創(chuàng)新中心。

上海推廣工業(yè)軟件領(lǐng)域的“上海品牌”;打造制造業(yè)“雙創(chuàng)”服務(wù)平臺;聚焦電子信息、裝備制造與汽車、生物醫(yī)藥、航空航天、鋼鐵化工、都市產(chǎn)業(yè)六類重點產(chǎn)業(yè)，抓住制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合關(guān)鍵環(huán)節(jié)，形成產(chǎn)業(yè)發(fā)展新動能;設(shè)立上海市工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展專項資金，對工業(yè)軟件、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)功能型平臺項目等提供專項支持。?

在政策刺激下，工業(yè)企業(yè)信息化意愿進一步增強，信息化支出不斷增加，工業(yè)軟件需求不斷增長。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2017 年中國工業(yè)軟件市場規(guī)模達到 1412 億元，近五年 CAGR 達到 14.2%。?

研發(fā)設(shè)計與生產(chǎn)控制類軟件前景廣闊，中小企業(yè)客戶仍需挖掘。從各類工業(yè)軟件結(jié)構(gòu)上看，根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的《中國工業(yè)軟件發(fā)展白皮書(2017)》，2016 年嵌入式軟件銷售額遠遠高于其他品類，達到 786 億元。趨勢上看，近年研發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)控制軟件銷售額保持較快增速，高端裝備智能制造領(lǐng)域自主研發(fā)水平得到提升，移動智能設(shè)備增長帶來了新的信息化需求。從客戶結(jié)構(gòu)上看，2016 年大型工業(yè)企業(yè)投資占比首次超過 50%，中小型企業(yè)需求仍需進一步挖掘。?

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺將成為工業(yè)軟件發(fā)展的重要模式。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是面向制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的需求，構(gòu)建大量數(shù)據(jù)的采集、匯聚、分析的一套體系，支撐制造資源的泛在連接、彈性供給、高效配置的云平臺，其核心是工業(yè)PaaS平臺。PaaS 方案提供軟件部署平臺，抽象掉了硬件和操作系統(tǒng)細節(jié)，可 以無縫地擴展。開發(fā)者只需要關(guān)注自己的業(yè)務(wù)邏輯，不需要關(guān)注底層。云計算中心以透明化的方式提供行業(yè)應(yīng)用工業(yè)云 PaaS 服務(wù)，對整個制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和工業(yè)軟件中小企業(yè)客戶的拓展有重要意義。

4.2、 工業(yè)企業(yè)在工業(yè)軟件研發(fā)上具備先天優(yōu)勢?

我們認為，工業(yè)軟件無法脫離工業(yè)企業(yè)，主要基于以下四點原因:(1)工業(yè)軟件源于工業(yè)真實需求;(2)工業(yè)知識造就工業(yè)軟件;(3)工業(yè)軟件優(yōu)化于工業(yè)應(yīng)用;(4)工業(yè)軟件依賴于工業(yè)數(shù)據(jù)。?

工業(yè)軟件源于工業(yè)真實需求。工業(yè)軟件起始于企業(yè)自身復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)需求，出 于此，早期的工業(yè)巨頭愿意花費巨資自主研發(fā)工業(yè)軟件。

波音、洛克希德、NASA 等航天巨頭，從上個世紀 60 年代就開始了工業(yè)軟件的培育與研發(fā)，繼而在70年代的冷戰(zhàn)時期，成為了工業(yè)軟件開發(fā)的爆發(fā)期，財大氣粗的軍火商、汽車商們，有條件獨立開發(fā)或依托某軟件商開發(fā)早期的CAX軟件。先行者的軟件有的不斷發(fā)展和兼并，有的逐漸被市場淘汰或者自我放棄，大量的新型工業(yè)軟件不斷涌現(xiàn)，軟件的專業(yè)范圍也從制造業(yè)逐漸擴大到能源、原材料等領(lǐng)域，最終逐漸演變成為了今天的工業(yè)軟件市場格局。?

工業(yè)軟件依賴工業(yè)數(shù)據(jù)，并為數(shù)據(jù)增值。前面提到。工業(yè)軟件的價值體現(xiàn)在制造系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流通與工藝建模，而這兩點均需要制造過程中大量真實可用數(shù)據(jù)訓(xùn)練，工業(yè)軟件要依賴工業(yè)數(shù)據(jù)才能發(fā)揮作用。同時，任何小數(shù)據(jù)和工業(yè)大數(shù)據(jù)， 都要依賴軟件來發(fā)揮作用，有些甚至需要特殊的工業(yè)軟件處理，數(shù)據(jù)本身既是軟件的一部分，也是其輸入與輸出，只有在工業(yè)軟件的語境下，大數(shù)據(jù)才顯示出其巨大的、戰(zhàn)略資源級的重要作用。

工業(yè)知識造就了工業(yè)軟件。工業(yè)軟件的本質(zhì)是事物運行規(guī)律的代碼化，是指導(dǎo)甚至控制物理世界高效、有序乃至創(chuàng)造性運轉(zhuǎn)的工具，是工業(yè)和商業(yè)技術(shù)體系的載體，也是人類經(jīng)驗、知識和智慧的結(jié)晶。工業(yè)知識是工業(yè)軟件的核心，將在反復(fù)應(yīng)用中沉淀和積累下來的、被證明行之有效的工業(yè)知識軟件化，以工業(yè)軟件的形式實現(xiàn)了為機器賦能。

工業(yè)軟件優(yōu)化于工業(yè)應(yīng)用。工業(yè)軟件集成了自工業(yè)革命以來人類最優(yōu)秀的工業(yè)知識和技術(shù)積累，包含了研發(fā)、工藝、裝配、業(yè)務(wù)流程、供應(yīng)鏈、員工知識、管理等各類知識，沉淀、匯聚了眾多的機理模型和先進算法，并且每天有千百萬的企業(yè)使用者在不斷反饋使用問題和改進建議，有千百萬的開發(fā)者在每天不斷改進、 優(yōu)化這些軟件代碼和程序，企業(yè)的深入應(yīng)用為工業(yè)軟件的改進提供經(jīng)驗，使得工業(yè)軟件能夠不斷優(yōu)化升級，真正的與企業(yè)需求相結(jié)合。?

工業(yè)企業(yè)在工業(yè)軟件研發(fā)上具備先天優(yōu)勢。基于以上特性，我們認為工業(yè)企業(yè)在工業(yè)軟件具備先天優(yōu)勢，這也可以解釋為什么海外優(yōu)秀的工業(yè)軟件大部分出自工業(yè)企業(yè)，而且多在生產(chǎn)流程繁瑣且技術(shù)要求高的高新行業(yè)，例如在PLM領(lǐng)域， 國際上三大主流廠商為法國達索 Enovia(航空)、德國西門子的 Teamcenter(汽車、通用機械)和 PTC 的 Windchill(船舶、電子)。其中，達索本是飛機制造商，在產(chǎn)生自用工業(yè)軟件需求后開始研發(fā)工業(yè)系統(tǒng)并推向商用，西門子 PLM 也是由工業(yè)企業(yè)研發(fā)并被西門子收購。然而，工業(yè)背景不是工業(yè)軟件的必要條件， 在低工業(yè)屬性領(lǐng)域如 ERP、CRM，仍有以 SAP、Oracle 為代表的IT公司擁有優(yōu)秀的工業(yè)軟件產(chǎn)品。但無論哪種公司的軟件，在大規(guī)模應(yīng)用反饋后的改進是必須的，長達幾十年的服務(wù)經(jīng)驗與改進產(chǎn)品是他們最強的護城河。

4.3、 歐美企業(yè)占據(jù)市場，國產(chǎn)工業(yè)軟件開始發(fā)力?

歐美企業(yè)是國內(nèi)工業(yè)軟件市場主體力量。歐美工業(yè)歷經(jīng)幾百年發(fā)展，經(jīng)歷三次工業(yè)革命，完成了工業(yè)化進程，在幾百年的時間里充分試錯，總結(jié)了大量經(jīng)驗，其工業(yè)軟件無論從發(fā)展動機還是知識和人才儲備上均具備優(yōu)勢。而我國并未完整經(jīng)歷過工業(yè)革命，同時尚未完成工業(yè)化進程，工業(yè)軟件處于競爭劣勢。國外企業(yè)壟斷的現(xiàn)象工業(yè)屬性更為明顯的類別中表現(xiàn)的尤為明顯(研發(fā)設(shè)計類、生產(chǎn)控制類)， 在通用軟件市場中(信息管理類、嵌入式軟件)，中國企業(yè)已經(jīng)得到充分成長， 占據(jù)了大部分市場。?

研發(fā)設(shè)計類:從市場結(jié)構(gòu)來看，研發(fā)設(shè)計類軟件中 PLM 和 CAD 軟件占比最高， 分別為 29.7%和 27.0%。從市場競爭格局來看，達索系統(tǒng)占據(jù)最大市場份額19.05%，研發(fā)設(shè)計類軟件是國內(nèi)工業(yè)軟件最大軟肋，在研前 10 大公司中，國內(nèi)公司僅有航天神軟和金航數(shù)碼兩家，占比分別為 12.3%和 7.8%。?

生產(chǎn)控制類:從市場結(jié)構(gòu)看，生產(chǎn)控制類軟件中 MES 和 DCS 軟件占比最高，分別為29.0%和 23.1%。從市場競爭格局來看，西門子是絕對的市場龍頭，占 比超過 23.7%，國內(nèi)上市公司方面，寶信軟件憑借在鋼鐵行業(yè)龍頭地位，市場份額達到 9.0%。?

信息管理類:從市場結(jié)構(gòu)看，信息管理類軟件類別更為豐富，市場更加分散， ERP 需求量最大，占比超過 27.8%。從市場競爭格局看，國內(nèi)企業(yè)占據(jù)了大部分市場，浪潮、用友、東軟占據(jù)市場前三，占比分別為 16.0%、11.4%、9.5%， 國外老牌廠商SAP、Orcale 占比分別為7.6%、6.5%。?

嵌入式軟件:從市場結(jié)構(gòu)看，工業(yè)通信占據(jù)了最大市場，占比 42.5%。從市場競爭格局來看，華為是國內(nèi)市場最大的嵌入式軟件制造商，占比達到 33.5%， 中興占比也達到了 10.6%，國內(nèi)企業(yè)在嵌入式軟件上占據(jù)優(yōu)勢。

工業(yè)軟件國產(chǎn)化勢在必行。工業(yè)軟件作為信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的具體表現(xiàn)，已經(jīng)滲透和廣泛應(yīng)用在各個工業(yè)領(lǐng)域和制造環(huán)節(jié)，其中自主工業(yè)軟件的缺失可能成為我國制造業(yè)發(fā)展的安全隱患。工業(yè)軟件作為工業(yè)知識的載體，其中蘊涵了是大量工業(yè)體系、行業(yè)技術(shù)和管理經(jīng)驗，而過度依賴國外工業(yè)軟件，意味著產(chǎn)業(yè)活動只能沿著國外的知識體系、技術(shù)路線、設(shè)計思想和管理經(jīng)驗進行，不利于我國工業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新和積累，高端化轉(zhuǎn)型可能受阻。同時，工業(yè)軟件使用過程中產(chǎn)生的大量工業(yè)數(shù)據(jù)和商業(yè)信息若被竊取，對企業(yè)甚至國家可能會帶來嚴重損失。2011 年，達索系統(tǒng)公司的 Solidworks 軟件被曝存在泄露計算機信息的后門，達索系統(tǒng)軟件被我國航空航天、汽車等行業(yè)廣泛應(yīng)用，信息安全面臨較大風險。?

國內(nèi)市場國產(chǎn)工業(yè)軟件廠商數(shù)量巨大。根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的“2017 年中國工業(yè)軟件企業(yè)排行榜”，國內(nèi)龐大的市場孕育了眾多的工業(yè)軟件廠商，在上榜的75家工業(yè)軟件廠商中，國內(nèi)廠商有 53 家，占比達到 70.7%，入榜企業(yè)的規(guī)模逐年提升，設(shè)計研發(fā)類軟件增速較快。垂直行業(yè)來看，電子信息行業(yè)入榜企業(yè)最多， 達到 22 家，高端制造仍有較大空間。?

國內(nèi) IT 企業(yè)主導(dǎo)工業(yè)軟件市場。在上一小節(jié)我們分析，優(yōu)秀工業(yè)企業(yè)才能衍生出優(yōu)秀的工業(yè)軟件，但與國外不同，國內(nèi)優(yōu)秀的工業(yè)軟件公司，如用友、金蝶、 漢得等，均是 IT 企業(yè)，并無工業(yè)制造經(jīng)驗。我們認為，造成這種差異的原因主要是因為國內(nèi)未能完全完成工業(yè)化進程，在設(shè)計研發(fā)、高端制造上處于劣勢，全球化分工下制造企業(yè)多以代工起家，國內(nèi)并未能產(chǎn)生工業(yè)軟件的需求，而且工業(yè)企業(yè)在工業(yè)知識和人才儲備不足，使得國內(nèi)工業(yè)企業(yè)未能研發(fā)出適合的工業(yè)軟件，而轉(zhuǎn)用國外相關(guān)軟件，給了國內(nèi)IT公司充足的市場和機會去引進實施國外先進的工業(yè)軟件，并在這個基礎(chǔ)上進行國產(chǎn)化改造。

工業(yè)企業(yè)開始發(fā)力工業(yè)平臺與軟件。在國內(nèi)智能制造和產(chǎn)業(yè)升級的趨勢下，國內(nèi)制造業(yè)開始向產(chǎn)業(yè)鏈上游轉(zhuǎn)移，設(shè)計研發(fā)、高端制造得到越來越多工業(yè)企業(yè)的認 同。為了更加適應(yīng)自身制造流程和業(yè)務(wù)模式的需要，很多大型企業(yè)廠商自主搭建工業(yè)平臺和軟件并在行業(yè)內(nèi)部向外輸出。例如，華為打造了 FusionPlant 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，并開始從內(nèi)部構(gòu)建大生產(chǎn)體系架構(gòu)，為智能制造提供框架性解決方案; 富士康開發(fā)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺 BEACON，為通信網(wǎng)絡(luò)行業(yè)客戶提供服務(wù)。?

與此同時，在 C 端高頻場景稀缺，流量價格昂貴下，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也紛紛向 B 端 轉(zhuǎn)移:騰訊云發(fā)布了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺-騰訊木星云”，騰訊的工作重點也由消費互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng);阿里云發(fā)布 supET 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，基于阿里云公共 云計算平臺的基礎(chǔ)能力，提供工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、APP 運營、工業(yè)數(shù)據(jù)智能服務(wù)三個核心工業(yè)PaaS服務(wù)。?