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2019全景工博会
控制软件

中国工业软件企业发展现状与瓶颈突破梯度

  2020年04月24日  

  当今中国的工业产能、工业出口规模已经领先世界,中国制造业增加值占到了全球份额的28%以上,在联合国划定的所有工业门类和细分领域(41个工业大类,191个中类,525个小类)当中,中国企业都已是重量级玩家。可是中国工业企业要真正进入世界,至今仍面临一个绕不过去的关键短板——工业软件。

  可能很多人不知道,中国现在最大的工业软件公司是华为技术。即使华为如此强大,设计产品时也要用三家美国公司Synopsys、Cadence、Mentor提供的EDA(电子设计自动化)工具。芯片设计极其复杂,里面几十亿的晶体管,EDA工具的极限设计精度是无可替代的。

  工业软件绝不是一般的IT软件,更不是一般互联网公司可以涉足的。仅就代码行数而言,世界上最大的软件公司不是微软,不是 SAP,而是全球最大军火商洛克希德·马丁公司。去掉制造业的表皮,剩下的核心技术就是工业软件,包括编程、数据建立分析、设备驱动、程序更改、传感器应用等全要依赖软件技术。近年,德国西门子、美国GE、法国施耐德为了维持传统垄断地位,使劲并购工业软件公司。比如2016年11月,西门子就是以45亿美元收购了全球三大电子设计自动化软件EDA之一的Mentor。

  目前进入中国工业领域的重要工业软件,包括研发类的CAD、CAE、CAM、CAPP,信息管理类的ERP、CRM、HRM,以及生产控制类的MES、PCS、PLC,总共占比接近40%。另外60%主要是嵌入式软件(嵌入特定设备的专用软件),因为工业企业对工业智能终端、工业传感器、工业自动化装备需求巨大。

  工业软件企业是各个工业领域的一流公司,是长期积累的工业知识、诀窍的宝贵沉淀,而非IT的产物。时至今日,几乎每一件工业品的出产、每一台工业设备的运行,都是先存在于工业软件的数字世界中,然后才有实体的产品和运行。

  可以这么说,我国工业发展的最大瓶颈就是工业软件,而工业软件企业的发展瓶颈也会成为下游工业企业极大的掣肘因素。比如中国核电技术已经是世界一流,国产“华龙一号”核电系统已经整体推向世界。可是业内人士透露:“如果德国西门子现在对中国民用核工业领域禁用NX软件(西门子公司提供的产品工程解决方案),将是一场灾难——所有用NX软件设计的模型、生产制造过程的管理,都将被中断,整个产业将受到巨大影响,甚至无法正常运转。”

  为何中国工业软件企业目前难当大任,实现替代?通过分析工业软件公司的发展现状和面临瓶颈,可以找出答案。

三个尴尬现实

  至今,“中国制造”仍被认为是大而不强,那么,具体是哪里“不强”?工业软件长期未能实现自主可控,这是未来产业升级绕不过去的最大弱点。目前看来,中国工业软件企业至少面对三个尴尬现实:

工业软件是中国工业企业“短板中的短板”

  现今,中国工业体系当中产生的很多优势技术、优势产业开始竞逐全球市场,但是,国内更多关注哪些短板要补?集成电路、数控机床、工业软件,已经是亟须突破的三大短板。

  国内数控机床和集成电路已经有了不小的创新突破,中国机床产业至少在规模上是世界第一,华为海思设计的很多芯片产品也是世界一流水准,唯独国产工业软件(尤其是计算机辅助设计CAD、仿真软件CAE、辅助制造CAM、电子设计自动化EDA),依然落后国际最高水平30年以上。国产工业软件原本起步不晚,20世纪90年代中期甚至占有国内市场25%的份额,可是,现今急剧萎缩到5%左右,技术和规模都没有优势。甚至有人认为,工业软件是中国企业30年唯一没有多少进步的工业细分领域。

  根据赛迪顾问与中国工业软件产业发展联盟近年的研究数据,中国工业软件公司普遍的营收规模集中在1亿--100亿元这个区间内。各个工业细分领域都有相对应的软件公司存在,而且分布平均,但几乎没有接近世界一流水平(技术、规模)的国产工业软件企业出现。

中国工业软件企业数量不少,但完全没有行业主导能力

  曾经有人发问:为什么芯片设计与制造、数控机床、汽车、机器人、激光、兵器、航空、航天以及钣金、模具、机械制造等各个工业领域,中国企业用于设计、加工、分析的工业软件,几乎都是欧美产品,这些关键领域的国产软件公司几乎没有声音?

  CAD研发设计领域,法国达索、德国西门子、美国PTC以及美国Autodesk公司在中国市场的份额超过90%,国内数码大方、中望软件、山大华天等只有不到10%的市场份额,神舟航天、金航数码也仅仅在军工航天领域拥有一定市场份额。CAE仿真软件领域,美国公司ANSYS、ALTAIR、NASTRAN占据的市场份额超过95%。目前,在汽车研发、建筑CAD领域,中国工业软件企业开始向国际对手发起冲击。

  生产管理领域,德国SAP与美国ORACEL公司占有高端市场的90%以上,国内的用友、金蝶大概只能占据中低端市场的80%左右。德国SAP公司现今的营收水平达到250亿欧元上下,超过国内同行用友网络15倍以上。生产控制领域,西门子、施耐德、GE、罗克韦尔也是优势明显。而国内的南瑞、宝信、石化盈科因为在电力、钢铁冶金和石化行业深耕多年,具有一定竞争实力。

中国工业软件企业最缺乏技术诀窍的时间沉淀

  中国很多互联网公司可以在很短时间就拥有多位一流产品经理,开发几款世界级的APP(比如微信、抖音)。可是,为什么国内的工业软件企业不行?因为需要时间沉淀。

  工业软件业内有两个基本共识:第一,软件是软件(代码+算法),工业软件是工业软件(典型的高端工业品),是工业知识、工作经验和技术诀窍(Know-How)的集大成者。没有工业知识,没有制造业经验,只学过计算机软件的工程师,是设计不了先进工业软件的。第二,很多乡镇企业、街道工厂甚至车库里诞生的互联网公司,可以短短几年快速崛起震惊世界,但工业软件公司绝无这种可能。因为工业软件是千万聪明人无数的技术发明和经验积累,被反复证明有效,经年累月持续迭代、优化出来的。这个时间是多长呢,20年?30年?只会更长。哪怕苹果、谷歌、亚马逊这些市值过万亿美元的科技公司,也难以在工业软件领域有所作为,你再有产品创意、再会集成那些炫酷科技,也跨不过成熟工业软件的时间门槛。

  工业软件企业当然知道要忍受寂寞、要持续投入,比如全球最大的CAE公司ANSYS,每年研发投入3亿美元左右。但问题是,工业软件本来就难度极大,市场规模还很小,2018年中国工业软件市场规模在1600亿元左右,不如华为一个公司卖手机的营收规模。

  沈阳机床曾经多次进入国产工业软件公司10强榜单,历经千辛万苦开发出来的 i5 数控系统软件也进入国际主流数控系统阵营。可是,因为商业模式一时难有可持续性,沈阳机床临近破产边缘。商业上的不成功,往往使很多工业软件公司熬不起时间。

持续融合与迭代

  为什么工业软件具有极广泛的重要性?因为智能制造的核心技术就是工业软件,中国智能制造的发展瓶颈也是工业软件。

  国内各个工业细分领域都在推进智能制造、机器换人,若是没有成熟可靠的工业软件支持,这一切都可能建立在失控的流沙之上。因为所有硬件技术、网络技术、传感技术要和制造工艺融合,都要有软件定义、编码和封装。而且工厂是“重资产”,折旧快,产能利用率、技术效能稍微发挥不足,就可能面临亏损。而工业软件是资源调动、配置的核心大脑,决定了工厂运营(成本效率)是否可以持续。

  为什么中国工业软件一直没有做起来,瓶颈何在?缺钱、缺人才、缺技术都是原因,但最缺的是用力深耕。

  中国工业软件企业当中,神舟航天、金航数码算是技术一流的。原本这些公司是没多大机会的,中国航天工业曾长期使用美国Analytical Graphics公司开发的STK分析软件,STK可以支持航天任务的全部过程,包括设计、测试、发射、运行和任务应用等。可是,美国政府从STK 7.0版本就开始对中国实施禁运,目前STK最高版本是11.0。中国航天工业只能转向神舟航天、金航数码这些国内公司,现实需求的倒逼之下,反而促使中国航天领域的自主研发、持续深耕,国产航天工业软件已经达到相当高的技术水平。

  工业软件企业先天具有垄断优势,中国公司想要后发制人,那是很少见的,慢一步会步步皆输。为什么呢?工业软件不像阿里巴巴的钉钉,或者微软的Office,任何公司谁都能用,而是针对不同工业现场的专用定制。

  工业软件公司需要与很多不同的工业企业进行融合,工业流程和技术的程序化,要有强大工业流程和庞大技术数据做支撑,单打独斗的“纯工业软件公司”是活不下去的。可是,中国大型工业科技企业是否愿意与本土工业软件公司进行融合?比如华为技术过去在采购国产软硬件产品时,往往会安排一个专家组,只要专家组当中有一人意见保留,生意就很大可能谈不成。不过,美国商务部将华为公司纳入“实体清单”以后,华为就开始主动培育本土供应链,并且与本土工业软件企业(比如自主ERP公司用友网络、自主EDA公司华大九天)深度融合。

  用友已经与华为有过长期合作,与华为云更是深度融合,华为的打磨极益于用友产品的迭代升级。用友已经完成NC Cloud、A++等产品与华为GaussDB数据库、鲲鹏云服务等IT基础设施产品的适配工作,下一代ERP产品YonSuite也在测试与部署中。

  EDA绝对是工业软件的尖端领域,中国集成电路芯片技术的进化迭代,很大一个制约因素就是EDA。目前,三家美国公司Cadence、Synopsys和Mentor占据了全球EDA行业营收的70%以上。哪怕是中国本土的华大九天,经过多年积累已经有了一批特色方案和工具,仍然与国际一流水平存在20年以上的技术差距。其中最难的地方在哪里?融合与迭代。

  EDA主要用于芯片设计,而且设计费用持续增长,大概从65nm(纳米)的2800万美元,上升至5nm的5.4亿美元。而且从65nm、40nm、28nm、14/16nm,到10nm、7nm、5nm,每一次技术精度的迭代,软件都会有30%-50%的代码需要重新编写。纳米量级的很多物理现象以前没有见过,运算的复杂度也极大提高。很多物理突破,软件瓶颈是关键限制因素。

突破瓶颈的三个梯度

  国内软件企业相对擅长管理软件(比如办公软件、财税软件),而工程软件明显偏弱,至今,国内80%的规划软件、50%的制作软件、95%的效劳软件无法做到自主可控。就算研发出来性能不错的工业软件,应用层面也需要时间打磨成熟。而且工业软件的核心技术,需要建模、虚拟仿真、数学运算。可是国产工业软件的内核,目前主要由国外授权(国内仅有一家工业软件公司具有几何建模引擎的知识产权),这更是国内工业软件公司难以逾越的一道壁垒。

长期来看,国内工业软件企业突破发展瓶颈要跨越三个梯度。

第一梯度:驾驭软件工程本身的极端复杂性

  工业软件企业每天要面对的最大难题是什么?无疑是制造业的复杂性问题。金山公司调整了一次WPS Office软件代码,就用了3年时间,而WPS Office的代码行数不到微软Windows 10系统软件的十分之一,Windows软件的代码行数又跟洛克希德·马丁公司、波音公司自己用的工业软件不可同日而语。可见,工业软件承载的是怎样大尺度的工程量。

  而且,写代码太容易出错,代码越写越长,出错的频率指数级增加,总有一些错误藏匿在你不知道的角落里。有程序员甚至直言,也许他的余生,都要在纠正自己的错误中度过。Windows软件出错了,你大不了重启系统。但工业软件是不能容忍哪怕一点瑕疵的,程序中的各处关联非常密集。比如发射火箭,软件是要控制火箭做动作的,哪个细节不对,火箭立即失控。

  工业软件太过复杂,成本和可靠性就成了问题。你要确保这个东西不但能用,还得安全不出事,更要考虑成本和可行性,要让企业客户用得上、用得起。这就是为什么苹果手机每隔十几个月就要更新换代,而一款飞机或者一型航空发动机可以有30-50年寿命。不说精细制造环节,就是升级一次工业软件也是旷日持久的。

第二梯度:实现工业软件与企业运行流程的协同应用和优化

  工业软件企业最大的生存价值是“融入应用场景”。比如谷歌、百度下大力气投入的自动驾驶技术,核心技术就是嵌入式工业软件——通过汽车上各种外置、内置传感器把行驶环境的物理信息转换成为计算机处理的数据,内置AI(人工智能)算法快速处理,然后给车内的各种控制器发出正确的动作指令。而软件、AI算法是不断用路况场景数据训练成熟的。

  由工厂场景数据训练出来的工业软件算法,更是价值重大。中国工业企业数十年来积累起来的海量关键工艺流程和工业技术数据,很多是因为软件能力孱弱,而无法沉淀下来、利用起来。很多核心技术、知识经验和工业场景数据,大量散落、闭锁在技术人员的头脑中,随着企业人员的流动而不断耗散流失。企业里面最聪明的永远是流程和软件,因为人再聪明也是会流动的,但所有人很多年的经验、才智都会沉淀在流程和软件里。

  德国或者美国的工业软件都是航空航天、汽车领域的应用场景催生出来的。相比之下,中国工业软件的应用场景要丰富得多,从核电到航空航天,从高铁到船舶,从风电到光伏,从电子产品到汽车、共享单车,甚至电商物流……都广泛使用工业软件。工信部有数据显示,2018年中国企业的数字化研发设计工具普及率和关键工序数控化比例分别达到68%和49%。

第三梯度:大范围进入“工业云”阶段,软件不再是单一的软件,而是集成了多种软件,并提供“软件+服务”的整体解决方案

  5G时代万物互联,工业软件更不可能只是作为一种辅助的角色出现在特定的工业应用场景中。工业软件将会以一种深度嵌入、隐秘内生的平台方式主导工业企业的命运方向。尤其不同以往的一点,这可能是成熟企业的挑战,新兴企业的机会。

  SaaS(软件即服务)已经是大势所趋,工业软件大多已经不是被“采购”的,而是被“订阅”的,工业软件以增值服务的形式进入“云”端。多年以前就有了“云CAD”的概念,云端大量的共用资源、成熟方法可以大大提高所有用户的所有设计的品质效率。

  可是,Autodesk的创始人Michael Riddle认为“云CAD的复杂性是桌面CAD的十倍以上。”“这不完全是因为这类程序动辄数千万行的代码,而是指建模的难度,以及像国际象棋一样复杂的可能性。当然,重建架构体系是必须的,而这简直是成熟软件厂商的梦魇。”很多成熟的软件公司都有一种遗产的重负——做任何事都会建立在过去的、遗留下来的优势资源之上。现在你要放弃遗产,重建软件架构,这个痛苦是不可描述的。相反,国内新兴的工业软件公司得到了逆袭机会,而且反应迅速。比如浩辰、利驰加强了线上CAD的应用,而在CAE领域,北京云道、上海数巧、蓝威已经在市场的缝隙中有所突破。

  有时,我们真的要冷静下来思考一下,究竟什么才是“中国制造”的中流砥柱。

  当国内工业企业一直考虑机器换人的时候,你可能不知道,目前中国工业机器人的市场规模仅仅数十亿美元,不及淘宝网红一年的带货规模。中国已经是世界上最大的工业软件市场,占到全球份额的1/3以上,可是这个市场规模不及国内一家头部手机品牌或者空调品牌一年的营收规模。哪怕工业软件是一个小产业,但是,由于处于中国工业体系的咽喉位置,涉及各类工业企业的研发设计、生产调度控制、业务管理以及运营维护多个环节,哪里稍微出现一点瑕疵,也一定是全局性的大问题,这就是牵一发而动全身。

  更重要的是,中国工业软件产业的发展是面对一个相对成熟的存量市场,相比开拓一个全新需求的增量市场,其实难度更大。唯有沉潜下来,以国家整个产业体系的大局观和安全观为第一考量,精细投入、持久深耕,方能实现技术上、商业上的真正突围。

  周倩 本刊特约撰稿人

  本文发表于《中国工业和信息化》杂志2020年3月刊总第21期

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