当一位航空航天工程师在电脑前完成一款航天器核心部件的三维建模，随后通过仿真软件验证其在极端环境下的结构稳定性，再将所有设计数据同步至全生命周期管理平台实现跨部门协同——这一现代工业研发的常规场景，背后是CAD、CAE、PLM等多款工业软件的协同支撑。但放眼国内高端制造领域，完成这一系列操作的工具，长期被达索、西门子、Ansys等国外企业的产品所垄断。工业软件作为现代工业体系的“数字大脑”，是制造业高端化、智能化发展的核心支撑，其自主化水平直接关系到产业链供应链安全。当前中国工业软件正处于从“跟跑追赶”向“并跑竞争”跨越的关键阶段，既面临着底层技术积累不足、生态壁垒难以突破等多重挑战，也在几何内核、求解器、工业软件全流程工具链等核心领域取得了标志性技术突破，正以系统性攻坚推动产业突围。

一、现状

核心领域高度依赖进口，国产软件聚焦中低端场景

工业软件按功能可分为研发设计、生产控制、经营管理、运维服务四大类，其中研发设计类工业软件是技术壁垒最高、价值密度最大的核心领域，也是我国工业软件自主化的最大短板。目前我国95%的研发设计类工业软件依赖进口，高端CAD/CAE/CAM市场超90%的份额被欧美巨头垄断，从航空航天、汽车制造到半导体、船舶重工，国内高端制造企业的核心研发环节几乎都建立在国外工业软件基础之上。

在具体领域，CAD领域被达索、Autodesk、西门子占据主导，国内企业虽能提供中低端二维CAD产品，但高端三维CAD仍依赖国外几何内核；CAE领域是Ansys、Abaqus、Altair的天下，国内仿真软件多聚焦于单一物理场、低复杂度场景，难以满足高端制造的多物理场耦合仿真需求；PLM领域被西门子Teamcenter、达索3DE、PTC Windchill垄断，国内产品在跨域协同、模型驱动研发等方面存在明显差距；EDA领域更是被Synopsys、Cadence、Mentor三大巨头掌控，成为我国半导体产业发展的关键“卡脖子”环节。

与之相对的是，国产工业软件目前主要集中在经营管理、低端生产控制等领域，以及高端领域的二次开发环节，产品同质化严重，核心技术自主可控性低。但随着我国制造业向高端化、智能化转型，以及外部技术封锁加剧，工业软件自主化需求日益迫切，市场规模持续扩大，政策支持力度不断加大，为国产工业软件发展迎来了重要窗口期。

二、难点

底层技术、工业知识与生态体系的三重壁垒

工业软件的发展并非简单的软件编程，而是数学算法、工业机理、工程经验的深度融合，其技术突破面临着底层技术积累、工业知识沉淀、生态体系构建的三重核心壁垒，这也是中国工业软件自主化发展缓慢的根本原因。

（一）底层技术的“数学壁垒”

工业软件的核心是底层技术，而底层技术的本质是数学算法的工程化实现，从CAD的几何内核到CAE的求解器，再到EDA的仿真引擎，每一个核心组件都凝聚着数十年的数学研究积累，形成了难以跨越的“数学壁垒”。

三维CAD的几何内核是典型代表，其涉及样条理论、曲面重构、拓扑计算、几何约束求解等高深数学知识，达索的CGM内核、西门子的Parasolid内核经过三四十年的迭代优化，才实现了对复杂曲面、大规模装配体的高效稳定支持。我国长期依赖外购国外几何内核，自主研发的几何内核在精度、效率、兼容性等方面存在明显差距，而几何约束求解引擎这一CAD参数化设计的核心技术，目前仍被国外垄断，成为国产三维CAD发展的关键瓶颈。

CAE求解器的技术壁垒更为突出，复杂工程结构的仿真需要求解数百万甚至数十亿个方程组成的线性系统，这些方程具有稀疏、病态、高维的特点，对预条件子技术、多重网格方法、并行计算策略等提出了极高要求，而这些技术的核心都是数值分析领域的前沿成果。国外巨头背后站着一批世界顶尖的应用数学家，将前沿数学理论转化为高效算法，而我国在工业软件相关的应用数学研究方面存在明显短板，导致核心求解器技术长期受制于人。

此外，EDA、工业控制系统等领域的底层组件，同样依赖于深厚的数学算法和硬件适配能力，我国在这些领域的基础研究积累不足，成为核心技术突破的重要障碍。

（二）工业知识的“沉淀壁垒”

工业软件的本质是“工业知识的代码化”，是将工业领域的机理、工艺、经验、标准转化为可复用的软件模块，其发展离不开长期的工业实践积累。国外工业软件巨头依托欧美制造业的百年发展历程，深度融入制造企业的研发、生产、管理全流程，沉淀了海量的工业知识和工程经验，形成了与行业工艺深度适配的软件功能和行业模板。

例如，达索的CATIA之所以能成为航空航天领域的标配，是因为其沉淀了航空航天产品的设计规范、工艺要求、质量标准，能够实现从概念设计到产品交付的全流程支撑；Ansys的仿真软件覆盖了机械、电子、航空航天等多个行业，拥有海量的材料库、模型库，能够精准模拟不同行业的工程场景。

而我国制造业虽规模庞大，但工业知识碎片化，缺乏系统性的沉淀和整理，国内工业软件企业多缺乏深厚的工业背景，与制造企业的协同创新不足，难以将工业机理和工程经验转化为软件功能。同时，我国高端制造领域的核心工艺和经验多掌握在少数企业手中，知识共享机制不完善，进一步加剧了工业知识沉淀的难度。

（三）生态体系的“锁定壁垒”

工业软件的竞争本质是生态体系的竞争，国外巨头经过数十年的发展，构建了“产品-服务-标准”三位一体的生态护城河，形成了强大的用户锁定效应，让国产工业软件难以实现市场突破。

一方面，国外企业通过制定数据格式、接口规范、行业标准，形成了技术锁定，如AutoCAD的DWG格式、Ansys的仿真数据格式，成为行业通用标准，国产软件需要花费大量精力实现兼容，而数据迁移过程中还存在精度损失、信息丢失等问题，导致制造企业的替换成本极高。另一方面，用户习惯的锁定效应更为明显，一名工程师往往需要数年时间才能熟练掌握一款工业软件，其研发流程、设计习惯都围绕国外软件构建，更换国产软件意味着需要重新学习、重构流程，甚至面临工艺适配风险，导致企业替换意愿低。

此外，我国工业软件产业链碎片化，基础软件、工业核心软件、工业APP、行业解决方案之间脱节，企业“小、散、弱”特征明显，缺乏龙头企业的引领，难以形成产业链协同效应。同时，国产工业软件的技术服务体系不完善，在售后支持、二次开发、行业定制等方面与国外巨头存在较大差距，进一步影响了用户体验和市场认可度。

（四）研发与人才的“保障壁垒”

工业软件是典型的高投入、长周期、高风险行业，研发设计类工业软件的研发周期通常在10年以上，且需要持续的资金投入进行迭代优化。国外巨头每年的研发投入均在数十亿元人民币级别，如Ansys 2019年的研发投入约21亿人民币，而我国工业软件企业普遍规模较小，资金实力有限，研发投入不足，难以支撑核心技术的长期攻坚。

同时，工业软件研发需要兼具数学、计算机、工业工程的复合型人才，这类人才不仅要掌握软件编程技术，还要理解工业机理和工程工艺。而我国高校的人才培养体系与产业需求脱节，数学、计算机专业缺乏工业背景，工业工程专业缺乏软件编程能力，导致复合型人才供给严重不足。此外，我国工业软件行业的薪酬待遇与互联网行业存在较大差距，难以吸引和留住高端人才，进一步加剧了人才短缺问题。

三、突破

从底层技术到全流程工具链，国产软件多点开花

面对多重技术壁垒，近年来我国在工业软件领域加大研发投入，以“有组织科研”模式推动产学研用协同创新，聚焦几何内核、求解器、全流程工具链等核心领域开展技术攻坚，取得了一系列标志性技术突破，部分产品已进入高端制造领域实现替代应用，推动国产工业软件从“单点突破”向“体系化能力构建”跨越。

（一）CAD领域：几何内核自主化取得突破，高端场景实现初步替代

在CAD领域，我国已实现三维几何内核、几何约束求解引擎等核心组件的自主研发，打破了国外内核的垄断局面，部分产品已进入航空航天、汽车制造等高端场景。

中望3D、华天Sinovation、CAXA 3D等国产三维CAD产品，实现了参数化建模、复杂曲面设计、装配体设计等核心功能，其中中望3D已进入航空航天领域，支撑复杂零部件的研发设计；中科院数学院研发的CASGEO几何内核造型系统，攻克了复杂曲面建模、奇点稳定计算等关键技术，为国产CAD软件提供了自主可控的底层支撑。更重要的是，我国在基于共形几何的复杂曲面设计与拓扑优化技术方面取得突破，研发的优化引擎使复杂结构设计效率提升40%以上，为运载火箭尾段、船舶推进器叶片等关键部件实现15%以上的轻量化，打破了国外软件在高端结构设计中的垄断。

（二）CAE领域：求解器技术实现突破，多物理场仿真能力大幅提升

CAE领域的突破集中在求解器技术和多物理场仿真方面，我国已实现从单一物理场到多物理场耦合仿真的跨越，并行计算性能接近国际先进水平，部分产品已服务于国家重大工程。

中科院数学院攻克了国际计算几何领域的“奇点稳定计算理论”，构建了代数多重网格算法的“理想”插值算子，研发的PHG并行有限元开发平台在并行性能上接近Ansys，已应用于汽车碰撞、流场分析、集成电路热仿真等场景；安世亚太PERA SIM实现了结构、流体、电磁等多物理场耦合仿真，深度服务于航天发动机等高端装备研发；超算科技的仿真平台在大规模工程仿真方面取得突破，大幅降低了仿真计算成本。而灵境算域MSCAX 2.0的发布，更是实现了从CAD几何建模、网格生成到CAE数值仿真的全流程覆盖，成为国产CAE软件的重要突破。

（三）PLM领域：攻克跨域协同技术，实现高端企业替代应用

在PLM领域，我国研发的IntePLM产品全生命周期管理软件，对标国际主流产品，攻克了平台分层解耦、微服务架构、基于模型的系统工程正向研发、供应链跨域数字化协同等关键技术，实现了对国外产品的替代应用。

IntePLM已在华为全面替代美国PTC的Windchill，深度融入华为的工业软件生态，并完成了30多家半导体和电子制造行业客户的试点应用，标志着国内在工业软件生态融合领域迈出关键一步。该软件实现了从设计、研发到生产、制造的全生命周期数据贯通，支撑了企业的数字化转型和高端产品研发，成为国产PLM软件的标杆。

（四）EDA与数控系统：核心环节突破，填补高端领域空白

在EDA领域，华大九天、概伦电子、芯华章等企业实现了关键技术突破，华大九天的EDA工具已实现28nm/14nm部分流程替代，进入国内头部芯片设计企业；芯华章的FPGA原型验证工具打破国外垄断，填补了国内高端EDA工具的空白。国内企业正逐步构建自主可控的EDA全流程工具链，为我国半导体产业发展提供支撑。

数控系统作为工业软件与硬件的融合产物，也取得了标志性突破。华中10型智能数控系统深度融合行业大模型与神经网络算法，成为全球首款具备自主学习能力的智能数控系统，攻克了多轴联动、高速高精、现场总线等核心技术，实现了对西门子、发那科等国际巨头从“跟跑”到“领跑”的战略转折。

（五）系统建模仿真：对标MATLAB，支撑国家重大工程

在系统建模仿真领域，由苏州同元软控技术股份有限公司自主研发的MWorks科学计算与系统建模仿真平台，对标MATLAB，突破了多领域统一建模与信息物理融合仿真技术，成为全球第四个具备完整自主知识产权的系统建模仿真平台。该平台已深度服务于嫦娥工程、空间站、C919大飞机等国家重大工程，实现了从“依赖进口”到“自主可控”的跨越，在航空航天、国防军工等领域发挥了重要作用，为高端装备研发提供了自主可控的仿真支撑。

四、后记

从技术突围到生态重构，国产工业软件任重道远

当前中国工业软件的发展，已摆脱了早期的“跟跑”状态，在底层技术、核心产品、高端场景应用等方面取得了一系列关键突破，部分领域实现了“并跑”甚至“领跑”，为制造业高端化、智能化转型提供了重要支撑。这些突破印证了一条核心路径：唯有以“从0到1”的底层技术突破构建自主可控的工业软件体系，以重大工程牵引技术迭代，以产学研用协同创新推动成果转化，才能真正打破国外垄断。

但客观来看，我国工业软件与国际先进水平仍存在较大差距，核心领域的自主化率依然较低，生态体系构建仍处于起步阶段，高端人才短缺、跨组织协同壁垒、科研成果工程化能力不足等问题依然突出。工业软件的自主化发展并非一蹴而就，而是一项长期的系统工程，需要政策、企业、高校、科研机构的协同发力。

未来，我国工业软件发展需聚焦三大方向：一是持续强化底层技术攻坚，加大对应用数学、核心组件研发的投入，构建自主可控的技术体系；二是推动工业知识的沉淀与转化，深化工业软件企业与制造企业的协同创新，打造与行业工艺深度适配的产品；三是加快构建开源生态与标准体系，通过开源降低研发门槛，培育专业人才，推动自主标准的制定与推广，实现从“技术突围”到“生态重构”的跨越。

随着我国制造业规模的持续扩大、数字化转型的不断深入，以及自主创新能力的稳步提升，国产工业软件必将迎来更大的发展空间。从数学公式到工业引擎，从单点突破到生态协同，中国工业软件正以坚定的步伐迈向自主可控，为我国从制造业大国向制造业强国迈进提供核心支撑。