本文的第一作者L.V在工业软件行业内具有15年的从业经历，第二作者陈琛在产业研究领域内具有10年以上从业经历。写作过程中访谈了十多位工业软件领域的资深专家，参考文献和报告数十篇，文章中包含图表29张，每一张都包含大量信息和知识，以后会专门撰文进行解释。
01工业软件的分类和市场格局
一、产业主体：巨无霸企业正在形成
随着工业4.0，中国制造2025，工业互联网等新政策，新名词的层出不穷，对工业软件的定义与分类也有不同的派系。为了简单起见，这里使用CIMDATA的分类方法,如图：
图1：工业软件市场领导者和其产品结构
CIMDATA: 2018 PLM Leaders Revenue Leaders’ direct revenues
led by providers of CAD tools
上图给出了工业软件的一些主要企业和重点产品，从产品来看，主要有以下几种：
1、cPDm，协同产品数据管理系统，也有把它叫做产品生命周期管理系统，从图中可以看出Siemens PLM（Teamcenter系列），Dassault System(Enovia系列)，PTC（Whichill）, SAP，Oracle是主要的前五名供应商。
2、Digital Mfg，数字化制造。从图中看，目前主要有Siemens PLM（Tecnomatix），Dassault System（Delmia）。
3、MCAD-DF与MCAD-MD，这里主要指工业设计软件，也是我们做工业软件研究的重点。其中3DCAD可以分为三大分类（如下图），即单领域的CAD（Single-Attribute），关注设计领域的CAD（Design-Focused），与多学科的CAD（Multi-Discipline），单领域的产品我们也比较好理解，比如做逆向工程的Geomagic Design X，做工业设计的Alias，Rhino等等。
区别是：多学科MCAD不仅仅在这些领域覆盖更深更专业的功能，还涉及不同工程设计领域的系统化流程（Engineering Design, A systematic Approach, Third Edition, Springer），比如DFX（DFMA，DFSS，DFC等等），MBX（MBD\MBE\MBQ），MBSE，NPDI等等。
图2：3DCAD软件分类，Created by Vincent LU
4、S&A，仿真与分析，从图中可以看到，供应商主要有Ansys（美国），MathWorks（美国），Siemens PLM（收购美国UGS，CDA，比利时LMS），Dassault System（法国），Altair（美国），Hexagon（收购而美国MSC），Cybernet（日本最大CAE公司），ESI Group（法国，主要是工艺仿真）等等。
图3：仿真软件市场领导者和近年营收变化
Source: Figure 34 -S&A Leaders Revenue Histories, Simulation and Analysis Market Analysis Report 2019
从上图我们还可以看到，工业软件行业中已经成长出来一批巨鳄型企业，排名靠前的几家企业，每一家企业基本上都经历了几十年的进化历史，同时拥有成千上万名工程技术人员。例如四大工业设计软件公司的员工人数都是在10000人以上的，仿真分析软件公司的员工人数也不少，在2000-3000人以上，当然其中包含了一部分市场营销人员，但是就笔者对一些公司的了解，即使刨去市场渠道人员，开发人员所占比重也不会少，而且这些企业之外也有庞大的生态圈，如果加上代理商的销售，售前售后技术人员，那就更多了。
随着他们还在紧锣密鼓的布局与收购，相信这个规模与覆盖面还在技术扩大。而且其中的领先企业都会涉及到软件、硬件、工业服务等多个领域，都是一个多栖型的工业巨无霸公司。关于这些公司的收购详细信息可以通过本文中的提供的链接（Wikipedia，Fastway Engineering），以及Madsion Park Group(MPG)-《Engineering, Design, PLM & Simulation Software Market Update 2018 H2》报告，林雪萍、赵敏等研究人员的文章中也可以看到非常详细的信息。
图4：CIMdata 2018 Market Analysis Report Series Simulation & Analysis Market Analysis Report
二、市场格局，三条路径并行推进
工业软件的本质是产业知识的代码化，主要是通过图形工程学将工业生产知识封装到软件之中，再向行业提供服务。归根结底，工业软件是工业行业利用信息化手段去沉淀和凝练工业机理模型。在某种程度上，工业软件类似三明治中间那片薄薄的奶酪，三明治的一面是物理工程，另外一面是计算机工程，这个类似奶酪的中间层其实是两边面包片中最高级的营养成分融合而成的，不同的融合方式、融合程度，以及两边内容的差异，都会使得工业软件的市场定位和展现形态有所差别。以工业设计软件为例，目前其发展路线主要有三种类型。
◉ 第一种类型，高端软件为主，从大型企业的自身需求开始，这一类软件往往起源于高端复杂产品的设计需要，然后通过对外开展项目，慢慢演化成一种工业产品，并伴随着商业化的发展，把专业功能抽象出来开发出通用化的功能模块。目前一些国外知名的工业设计软件，还是可以看到这个方面的痕迹。这些高端CAD软件为了满足专业化定制的需求，提供了知识工程的模块，方便企业把自身的专业知识通过此模块进行封装，从而实现一定的知识自动化地操作。但是如果涉及到建模功能本身的，还是需要通过二次开发接口来实现的。从市场覆盖率上看，比较典型的高端CAD软件有Catia（Dassault System），NX（Siemens PLM），PTC Creo（由来与前两家有区别）。
◉ 第二种类型，主流软件，核心技术成熟后逐渐演化成一种软件商品。这一类软件已经朝着工业产品的方向去发展，可满足绝大部分企业的需求。既然是绝大部分企业，就得面面俱到（在通用功能里面），这就是它们最厉害的地方，产品市场（Product Marketing），产品定义（Product Definition）团队能够准确的定位到广大用户群体的需求，甚至发展出自身的文化。这类软件从开发之初，就有清晰的市场定位和功能定位，其主要面向个人和中小型企业市场，功能主要包含零件建模、钣金、焊件、基本曲面、装配、工程图等，有些在此基础上又向仿真分析、加工、技术文档、产品数据管理上做了流程下游的延伸。在专业方向，也增加了电气设计、模具设计等模块。比较典型的软件有SolidWorks，Siemens Solid Edge，Autodesk Inventor等。
主流软件基本上都是充分市场化的产物。这类软件在功能层面，产品线及功能与高端软件相比，好像也都具备，但是两者在功能深度上还是有不同的。这也是这类软件在市场定位层面最独特的地方，他们的产品需要参与完全市场化的竞争。和高端软件的用户群体还不一样，他们已经有很深的历史沉淀，参数更多，颗粒度更细。相对于高端软件，主流工业软件在其工业哲学上非常值得借鉴的，比如说“易于使用”，不仅仅在功能层面上满足，在用户体验上，对用户的学习门槛和操作难度要求较低，融入性要高很多。
举个例子：学习GD&T的规范，从知识角度，这是一门比较难的课。但或许你通过学习一款主流软件，可以帮助你迅速入门，就像学习工具一样，帮助你把这个领域的知识给梳理一遍，为后续的公差分析、DFMA打下基础。但如果从高端软件入手，建议还是先把这方面的知识掌握了再去使用，不然软件里面一堆参数就把自己给弄迷糊了，感觉深不见底，不知道自己在什么位置。同样学习主流软件的仿真分析也一样。高端软件与主流软件在商业化工业软件领域还是有着各自清晰的定位的。
◉ 第三种类型，基于组件开发的软件产品。工业软件走向流水线拼装模式。在这一阶段，工业软件已经有点类似于机械行业或者汽车行业，产业链也逐渐形成，各种组件充分发展，一些企业通过系统集成，将各种组件有机组合，最终产生不同的系统集成产品。今天工业软件也像汽车、飞机、高端设备等产业一样有着不同领域的配套供应商，基于这些成熟的供应商零部件，打造在市场化竞争的产品。当然，有些核心零部件也可以自己生产，从而保持竞争优势。通用性工业设计软件是庞大的软件工程，如果哪个零部件出问题了和可能会导致软件出现各种各样的问题，甚至动不动崩溃，不稳定，而且短时找出原因来都不容易。这个时候我们就要求组成软件的每一个部分要够健壮、够稳定才行。
软件有的时候不仅仅要看功能是否实现、用户体验是否好、还要看看够不够稳定，不要在使用的过程中，文件还没来得及保存就系统就崩溃了。这样的情况即使今天在成熟的商业化软件中也经常出现，仅仅做出一个能用的软件是很难参与市场竞争的，由一个软件原型到产品工程化的发展需要投入更多的财力和人力，由下图工业软件成长路线图可以看到，工业软件产品工程化阶段，公司软件工程师人数投入可能是在0-1阶段的10倍。
图5：工业软件成长路径，Created by Vincent LU
02工业软件产业的产业特点
工业软件虽然主要由代码构成，但是在产品形式上和产业规律上，在某种程度上已经具备了一些高端装备产品的特点，因此，一方面它具有软件产品的特性，逐渐朝着平台化、生态化的方向发展，另一方面也具有一些硬件产品的特点，朝着模块化和组件化的方向去进化，理解工业软件的产品特点和产业规律，我们的政府可以更好的实施产业政策，企业可以更好的制定发展战略。
一、产品模块化
使用商业化的组件，还是开源的组件。前面已经提到，工业软件已经类似一些硬件产品一样，可以实现“拼接”和“组装”。使用别人的知识都是有代价的，不管是开源还是商业化的组件。开源从功能层面来看，的确可以快速解决0-1阶段的问题，让开发人员在知识重用的基础上快速实现某种功能，并更好的在其基础上重构、优化，把产品做的更好。但这个受限于开源组织的动机和此组件是否可以得到持续性的维护，像工业软件这种类型的产品，目前有一定知名度的产品，并不大会使用开源的组件，尤其是核心部分，比如：几何建模引擎、2D/3D约束器等。国内有一些公司倾向使用开源组件，这些公司对外宣称因为使用商业化组件会使得成本增加，但可能其根本的原因是它们希望被界定为“国产自主”的工业软件。
这么做，如果是做高端软件并且符合“产业和国防安全”要求，那是可以的。如果是面向一般工业领域市场，这种路径要要做出商业化的产品的投入，可能不会比国际上几家巨头的投入少。
我们可以通过下图Parasolid用户（商业几何内核组件）看到哪些知名商业化软件公司在使用这个组件。CAD中知名的有NX，SolidWorks，Solid Edge，Onshape，SpaceClaim，TopSolid；CAE知名的有Abaqus，ADINA，Hyperworks，Ansys，CD-Adapco等等；CAM有Cimatron，Delcam，MasterCAM等等；有一批国产工业软件企业，他们或多或少也在使用一些商业化组件。
基于开源的项目，除去应用层的功能外，相比商业化组件，软件公司得在稳定性、性能、健壮性上多下点功夫，人员投入还要更多一些。如果仔细分析的话，我们会发现，Dassault System、Siemens PLM、PTC、Autodesk这种全球化的大型工业软件公司更倾向于使用商业化的组件，并且他们自身也是某些领域的组件供应商。他们既是集成商，也是一些关键零部件（组件）的“供应商“。
图6：Parasolid用户
通过一些国内外业内人士的了解，一款主流MCAD软件，类似于SolidWorks、Solid Edge、Inventor类型的主流CAD的差不多需要用到70个组件（Components）。最核心的组件有几何内核（主要有西门子Parasolid，达索ACIS/CGM），2D/3D约束器（主要有西门子D-Cubed），图形组件（主要有TECH SOFT 3D）,数据转换器（主要有达索与Tech Soft 3D），大部分CAD公司基于这几款组件就可以做起来。如果像CAE公司，还需要网格剖分器的组件（主要由Distene的MeshGems）。像Catia、NX、Creo这类产品可能会涉及更多的组件，其中有不少核心组件也是来自于第三方，甚至有些组件会来自竞争对手。
我们在商业化的工业软件的Copyright里面，可以发现不少信息，虽然未必别人愿意把所有第三方组件清单都公布出来，但是一些核心组件基本都有公布的。在这里还想再强调下，这段文字中所提的工业软件企业中，没有一家他们所提供的工业软件品中所有的代码都是自己的，就像汽车一样，这个产业也有着完整的供应链，是需要一群聪明的公司通力合作，很多产品全球化生产，领先企业聚焦自己的优势领域。
图7：组件产业链供应商, Created by : Vincent LU
二、产品平台化
CAD和CAE已经成设计工程领域的重要载体。近年来，CAD软件已经走向平台化和生态化，就像苹果的AppStore，和Google的应用市场，也有着丰富的应用生态，少一点的公司有两三百家，多一点的有两千多家。除了CAD以外，还有一类软件特别适合做载体类软件，那就是CAE，CAE中又可以分为两类，一类是通用前后处理（核心是网格剖分），比如Hypermesh、ENSA、Femap等这类软件，另一类是通用CAE软件Ansys、Abaqus、SimCenter3D等这类软件。一些做插件的公司和团队其实也是比较优质的收购标的，如果读者有兴趣可以研究一下这些被收购公司之前的背景以及软件存在的形式。而且通过成为这些软件的插件，也让公司在全球化市场营销的投入通过借助于他们渠道要小很多。
其实国内不少高校实验室、企业科研院所，也基于这些产品做了不少插件的开发，但可能因为一些体制机制的原因，或是知识产权转移的纠纷，这些产品的商业化转换率是很低的，非常的可惜！其实如果了解产业的逻辑，一个10-20个人的团队就可以借助于这种方式做全球化的生意了，这个团队只需要把精力集中在产品的开发与线上营销就可以了，如果运作的比较好则会有很高的商业价值，就像前面所说，可能直接就被这几大公司看中并收购了。听起来这种宿命对中国的企业未必是件好事，是在给别人做嫁衣，但是也未必全部，至少通过这种形式我们也可以把相关的国内人才体系培养，我们可以把自己的产业体系发展起来。甚至有些公司可以在做强做大后收购平台载体公司，如日本Cybernet就是做代理后把原厂收购的，又如著名的数学软件公司Mapple，设计优化软件公司Optimus，公差分析软件Cetol。
有时候，这些被收购做插件的公司未必都是大公司，那为什么我们不可以也参与到这个收购队伍中去呢？从市场角度出发，中国是完全有能力以及财力去收购这些行业内具有一定规模的平台载体公司，但是从战略角度来看，存在着一些长臂管理与收购阻碍，我们国家要收购这些大型的公司是几乎是不可能的，因为中国还不存在和这四家公司相似的企业，而且美国对中国进行收购封锁，现在我们还不具备这样的条件与他们谈判。但我们也可以把关注点放在细分市场领域，比如我们或许可以从这些插件或者对这个行业相关的公司中去寻找机会。
图8：CAD软件生态示意图，Created by Vincent LU
三、产业生态化
基于产品平台上的应用生态。前文已经提到，CAD和CAE是平台型产品，基于做这种产品开发的第三方公司有几千个，通常情况，他们不是只基于一款CAD做应用开发，而是给市场销量最好的几家公司都做开发，成为他们的认证开发合作伙伴，从而更好的融入到其销售渠道中，借力借势，进入市场。也有一些聪明的公司，把软件做成不同的产品包，并且把最基础的的产品包与CAD厂家沟通，免费的封装在里面，既可以提升CAD厂家的竞争力，同时因为其与CAD产品一起安装了，用户就更容易接触到其产品。在充分市场化的竞争环境中，这四大CAD软件公司的覆盖面粗略地等于这个市场的体量，一定程度上形成了寡头垄断的市场格局，如果你的产品功能通用性也非常高，借其势力，可能也会活的比较滋润。
优秀的公司成长，缺少不了优质的客户。今天国产工业软件公司不仅仅要面临国外公司以及不同的渠道在国内市场强大的冲击，也面临着不能获得足够优质客户的困境。如果缺乏对一些优质客户使用的长期跟踪与维护，很难让自己的产品更具有竞争力。对市场的研究、对用户进一步需求的共性提取，对工业软件公司重要性毋庸置疑，对客户使用过程中进行高质量的跟踪，客户的问题反馈分成两种，一种是在功能细化与体验层面的，另一种则价值更高，他们往往是软件公司的战略合作伙伴，他们对产品规划层面都极具有价值，是免费的创新源泉。
顺势而为，我们的机会在哪里？
还有宝贝，我们还有机会。有不少国外的工业软件已经成长为巨无霸了，有一些也被收购了。关于这个话题，以后会讲更多一些。在这里想说的是，除了Siemens PLM、Dassault System、MSC这些巨无霸之外的其他公司，我们还有机会收购，其中阻碍肯定不少，但肯定不是钱的问题，而是需要在战略上的大智慧。
条条马路通罗马，成为生态合作伙伴。通过这四家公司的收购路线，其实不难发现，大部分公司的商业模式也是借助于通用工业设计软件的广大用户群体，这相当于是一个现成的渠道。这些公司基于这些CAD软件的开发接口，把自己的产品与其集成，集成主要分为两种方式：
1、有独立的用户界面，只是与CAD软件之间有双向数据接口，如果自身软件中的结果发生变化会在CAD软件中更新，还有通过“拖拉”的操作可以在两个界面中相互操作。优点是：可以保持其软件独立，并且可以更低成本的方式与不同的通用CAD进行集成，不用针对不同的CAD重复深度开发。缺点是，毕竟不是用户熟悉的统一用户界面，对其界面还是需要一定的熟悉时间，用户体验不太好。
2、共享用户界面，通过CAD软件提供的API（二次开发接口），把自身产品以CAD软件模块的形式，直接在CAD中运行。优点是：统一的用户界面，CAD厂家也更喜欢跟这样的公司合作。缺点是：因为CAD软件（载体）每年都在升级，那么这些软件也得跟着升级。另外对于不同的CAD，开发接口也是不一样的，得重新开发，增加人力投入与每年的维护成本。
四、技术双轨进化
工业软件真正的起源是20世纪60年代，以后工业和计算机工程技术的进步以及融合不断推动工业软件向前发展，军工、航空航天、船舶、汽车、集成电路等高复杂度产品不断推陈出新，为软件之花的绽放提供了重要的产业沃土。
工业软件的前进是构架于工业工程和信息工程的两条轨道上，在工业领域，主要是依靠高端制造业的进步，工业软件是富生富养的产业。从北航的唐荣锡教授的系列文章中可以看出，CAD等工业软件产业非常娇嫩，基本上都是被波音、麦道、通用汽车、IBM等诸多大型工业企业捧在手心。从使用场景的角度来看，CAD软件发迹于航空、壮大于汽车、电子和机械，产业用户的发展，产品复杂度的提高，倒逼设计工具不断升级，在另外一条轨道上，工业软件的操作系统载体也经历了从UNIX到Windows再到云的过程，以CAD领域为例：
◉ 基于UNIX的时代：
Dassault System，1981年创始于Avions Marcel Dassault并发布了Catia软件；到目前为止还发布了 V4（基于UNIX）\V5（基于Windows）\V6（3DEXPERIENCE platform的前身）\3DEXPERIENCE platform（下一代平台）。
UGS公司创始于McDonnell Douglas（前身United Computing, 创始于1963年，这里就不做详解，可以参考 “Unigraphics in the 60’s”），并与1980年发布了UG软件；之后在2007被Siemens以35亿美金收购。
备注：这两家公司产品的诞生于其母公司需求。下列产品，诞生于市场需求，需求不同，动机也不同。就像人的核心信念（工业哲学）一样，对后续公司与产品的发展起到至关重要的影响。
PTC创始于1985年，1988年发布了Pro/ENGINEER，John Deere成为他们第一家客户。第一个版本是基于Unix系统，在SolidWorks，Solid Edge之后也发布了基于Windows的产品。
Autodesk创始于1982年，随后在年底发布了风靡全球的AutoCAD。今天Autodesk是一个覆盖设计、数字内容创建、建筑设计为主的多领域的软件公司。
◉ 基于Windows的时代：
SolidWorks成立于1993年，在1995年发布了SolidWorks，随后1997年被Dassault System以3.1亿美金收购。
Solid Edge，由 Intergraph（现在是Hexagon AB的一部分） 发布于1995年，与SolidWorks95发布只相差2-3个月，但市场影响力差别还是比较大，1998年被UGS收购。
Inventor。Autodesk在SolidWorks与Solid Edge之后也发布了基于Windows系统的3DCAD。
◉ 基于云的时代：
Onshape创始于2012年，由SolidWorks创始人及SolidWorks原班团队于2014年发布第一款基于云的SaaS版3DCAD（纯云的，不用安全任何客户端）。像Autodesk Fusion360，Dassault System的3DExpereince还是混合式的，既有纯云的SaaS，也有基于浏览器运行环境，但安装在本地的App（Firefox、Chrome上的Addon相似）。
基于云部署的产品迁徙，会开辟了一个新的时代，也会改变用户的使用方式，通过互联网的能量开辟出一片更有活力的空间。
关于这些公司以及产品的发展回顾，这里就不做太多的描述了。可以拜读北京航天航空大学唐荣锡教授的系列文章《CAD产业发展回顾与思考》；关于公司发展过程中并购关系，国内有许多研究人员也做了大量查与研究，写了不少文章，重复的内容，这里不再赘述。
图9：Infographic: Alexis Barnhorn
Content Research: Laura Caudill
