工业软件为何能强势崛起？从高维视角看工业软件机会：生产管控篇

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生产管控软件向下连接了底层的车间级设备、仪表、传感器和边缘组件，向上承接了顶层的企业经营管理系统和软件，是制造业金字塔的脊梁，位置和价值极其关键。生产管控软件在企业经营中价值凸显，主要体现在三个方面，即提升生产效率、确保生产质量、创造经济效益，生产管控能力的高低直接决定了企业的实际生产能力。

一、承上启下：生产管控软件是制造业金字塔的脊梁

生产管控软件下接车间设备“地气”，上承企业管理“天窗”。生产管控软件向下连接了底层的车间级设备、仪表、传感器和边缘组件，向上承接了顶层的企业经营管理系统和软件，是制造业金字塔的脊梁，位置和价值极其关键。生产管控居于工业价值链的关键环节，承担着采集各类数据、控制底层设备、实时监控调度、执行企业计划等一系列工作。

生产管控软件上下两层各有侧重、紧密联系，管控一体化趋势显著。生产管控软件按照制造业金字塔中的层级可以分为两大类别：一类是向下连接并控制车间各类设备。 、仪表、传感器、工业 络及边缘侧组件的生产控制层软件和系统（以下简称工控软件），典型代表包括DCS、SKADA和PLC；另一类是向上承接并落实企业经营管理和决策的制造运营层的管理软件和系统，典型软件是MES。

生产管控软件在企业经营中价值凸显。主要体现在三个方面，即提升生产效率、确保生产质量、创造经济效益，生产管控能力的高低直接决定了企业的实际生产能力。

生产管控是工业数据沉淀的重要环节。在企业数字化转型的大背景下，工业数据已经成为最重要的生产要素。从这个角度讲，生产制造是工厂所有活动的核心，因为它是实时反映各个环节活动数据并进行数据采集、交换、初步处理和分析的关键节点。此外，基于工业数据的分析实现价值的典型应用场景也主要集中在企业生产管控环节。

市场规模：中国生产管控软件市场增速较快，市场规模不断扩大。

2018年，PLC国内市场规模23亿美元，全球占比约18%，年增长率14%；DCS国内市场规模15亿美元，全球占比约23%，年增长率15%；SCADA国内市场规模14亿美元，全球占比约23%，年增长率12%；中国MES市场规模33.9亿元人民币，同比增长22%，远超全球增速。

竞争格局：生产管控软件具备国产化基础。

DCS产业集中度逐步提升，国产企业以中控技术、和利时为主，两家企业的市场份额分别占比27%与16%。SCADA国产化渗透率达到60%，在市政、石油、基础设施等应用领域形成了相对稳定成熟的市场；外资品牌市占率40％，在电子半导体、轨道交通、烟草、食品饮料、水处理等行业应用广泛。PLC产品市场规模虽然较大，但市场目前处于以欧美和日系品牌为主，国产品牌渗透率仍较低状态。我们认为，生产管控类工业软件当前具备国产化基础，国内企业产品正在逐渐产业链爬升，凭借国内制造业的规模优势，未来有望实现国产企业的渗透率进一步提升。

二、三重红利：国内生产管控软件当前快速发展

红利一：智能制造是生产管控软件发展的核心引擎。

中国制造业发展面临新挑战。一是制造业大而不强，在制造业增加值跃居全球第一的同时，还处在世界中低端，低端产品过剩、中高端产品不足，发展不平衡、不充分的状况依然显著；二是劳动力人口红利开始逐渐丧失，制造业成本显著提升，过去的比较优势正在减弱，制造业的智能化转型迫在眉睫。

智能制造是我国制造强国战略主攻方向和必须把握的战略机遇。中国自2015年开始实施“制造强国”战略以来，始终将智能制造作为制造业数字化转型的主攻方向，从中央到地方出台了一系列的政策措施。

生产管控类软件是中国当前发展智能制造的主要短板。智能制造侧重制造环节，以智能生产为发展主线，因此在四类工业软件中，与智能制造联系最为紧密的是生产管控类软件。中国制造企业水平层次不齐的现实，大量企业仍处于工业1.0机械化与工业2.0自动化补课阶段，部分企业处于工业3.0普及阶段，少数企业处于工业4.0示范阶段。

红利二：工控安全事件频发，自主可控提供中长期动能。

全球重大工控安全事件为工控系统敲响警钟。2010年的“震 ”病毒、2012年的超级病毒“火焰”、2014年的Havex病毒等专门针对工业控制系统的病毒给用户带来了巨大的损失，直接或间接地威胁到国家安全，让越来越多的国家意识到了工控系统自主可控的重要性。

工控安全漏洞仍存较大威胁。从风险漏洞事件涉及的厂商分析，国外厂商Siemens、Advantech、Scheider等仍是漏洞大户，他们的漏洞总和占所统计全部工控漏洞总数的近30%。从风险漏洞等级分布看，高危和中危事件占比合计达到3/4，工控系统遭受安全风险威胁的形势不容乐观。

工控关键技术面临卡脖子风险，自主可控提供生产管控领域中长期发展动能。当前工控领域的民用仪表传感器高度依赖国外，发达国家缔结的“巴统组织”和“瓦纳森协议”一直长期对中国进行核心技术封锁和禁运。我们认为，工业领域是事关国计民生的基础行业，自主可控确保重大工程和基础设施的安全运行，关系到国家安全，是中长期的确定性国家战略方向，由此带来生产管控领域的国产替代。

红利三：碳达峰目标激发升级改造，拉动生产管控产品需求。

2030碳达峰目标指引产业发展方向。 “十四五”规划提出：降低碳排放强度，支持有条件的地方率先达到碳排放峰值，制定2030年前碳排放达峰行动方案。工业是我国能源消耗的大户，能源消费占全国的比重始终在70%以上，在2030碳达峰的政策指引下，工业领域面临着主动控制碳排放和2030年前工业碳排放达峰的新形势，转型升级的发展方向明确、任务艰巨。

碳达峰目标给高能耗流程行业升级改造带来机遇，绿色悖论激发行业短期需求。 除了搬迁改造、兼并重组和淘汰落后等举措，运用先进技术、产品和解决方案提升生产效率、降低能耗污染是升级改造路径，都会推动流程行业自动化、信息化、软件化相关产品和服务的更新换代。另一方面，2030碳达峰的目标大概率可能同时发生“绿色悖论”，既短期内刺激流程工业产能的加倍上马和快速填充，从而拉动生产管控软硬件的需求。

三、六大类别：生产管控软件在离散和流程制造中应用广泛

DCS（Distributed Control System 分布式控制系统）：擅长系统控制，国内空间近百亿，国内企业引领市场。

DCS擅长解决生产装置大型化和生产过程连续化所面临的系统控制问题。DCS诞生于20世纪70年代，当时全球经济快速发展，石油炼制、冶金、化工、建材、电力、水处理等流程行业的单装置能力迅速提升。在工业企业中，应用效益最直接、最明显的系统就是工业控制系统，特别是DCS应用于流程行业后，其单套大型装置的生产能力将迅速提高。

DCS最大的特点是分散控制、集中操作，主要应用于流程行业。DCS由输入输出模块、通信模块、控制器和人机界面组成，用于实现对生产过程的数据采集、控制和监视功能。DCS最大的特点是分散控制、集中操作，主要应用于化工、石化、电力、核电、制药、冶金、建材等流程工业领域。

中国DCS市场规模接近百亿，在全球占比不断提升。2019年中国DCS控制系统行业市场规模达到87.43亿元，同比增长7.17%。长期来看，随着疫情防控形势好转，整体经济环境回暖，制造业固定资产投资的回升，DCS市场也将出现回暖。此外，从发达国家DCS应用历史来分析，随着中国经济进一步发展，DCS 的运用将逐步开始向高端、大型、联合控制和注重后续维护的方向发展。预计到2022年中国DCS控制系统行业市场规模增长至92.69亿元.。

中国DCS产品与国外基本处于同一水平，国产替代空间大。中国DCS在系统配置、 络结构、不同 络数据交换、可维护性、可靠性、系统软件功能等性能指标方面中国不落后于国外产品，同时在价格、服务方面有明显竞争优势。但与国外厂商相比，我们在高端增值软件和产业生态环境方面还存在差距。市场份额来看，内资以中控技术、和利时为主，外资累计市占率过半。我们认为，进口替代仍会是未来主旋律。

PLC（Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器）：侧重下沉控制，国内空间超百亿，国内企业占比低。

PLC是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成。

PLC产品具有高度模块化、标准化以及高可扩展性与灵活性等迥异的特点，随着工控自动化的技术发展，行业也逐渐形成了两个产品服务形态差异较大的细分市场，一是OEM市场，二是项目型市场。

PLC在中国的发展共经历三个阶段。当前，在工业化、智能化发展的大背景下，工业企业的信息化进程逐步加深，工业控制市场需求持续增长，PLC市场容量稳定释放。

PLC具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。由于PLC大都采用单片微型计算机，因而集成度高，再加上相应的保护电路及自诊断功能，提高了系统的可靠性。PLC的安装既不需要专用机房，也不需要严格的屏蔽措施。容易掌握、使用方便，甚至不需要计算机专业知识，就可进行编程。

从应用领域来看，我国小型PLC主要应用于纺织机械、电子、包装机械、食品饮料、动力电池、塑胶机械、制药、3C等细分行业；中大型PLC产品主要应用于电池制造设备、市政工程、冶金以及汽车工业等。

国内PLC市场受到下游需求刺激而持续增长。随着国内工控自动化市场规模的不断发展，国内PLC行业市场持续发展，市场规模也保持稳步扩大的态势，近年来，受国家宏观政策的扶植，新兴行业（风电、垃圾处理、环保等）取得了快速发展。在这些新兴行业，也出现了大量PLC市场的新应用和新机会。2014年我国PLC市场规模74.3亿元，到2019年增长到了102.8亿元。

PLC市场目前处于以欧美和日系品牌为主，国产品牌渗透率仍较低状态，国产品牌渗透率仅10%左右。欧美品牌以西门子、罗克韦尔及施耐德为代表，日系品牌以三菱和欧姆龙为代表。PLC属于技术密集型产品，从小型到大型，技术壁垒逐渐提高，进口替代难度也逐级上升。目前国产品牌在小型PLC市场的渗透率达20%以上，但进口替代整体进程较为缓慢。2020年一季度，疫情物资生产自动化解决方案需求明显，国产品牌响应速度快，交货周期短，解决方案成熟实现出货量的明显提升，带动市场份额得到。

中国PLC行业产品结构主要以小型PLC为主。中国小型PLC产品规模占比超过50%，小型 PLC 产品以经销模式为主、注重性价比，市场份额总体来说比较分散。西门子在大型PLC市场一家独大、地位稳固，2018年占据了59%的大型PLC市场与39%的小型PLC市场。三菱产品更多应用于小型PLC市场，2018年在中国小型、大型PLC市场市占率分别约15%、13%。

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition 数据采集与监视控制系统）用于数采监控，国内空间超百亿。

SCADA可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信 警等各项功能。SCADA系统具有减少人工成本和失误率、简单明确、实时同步等特点。SCADA系统提供每台设备生产数据，使得生产情况直观明了，方便企业管理层人员对生产情况进行分析，优化生产。

从上世纪60年代第一代SCADA系统投入使用以来，发展至今一共经历了四个阶段。第四代SCADA系统的主要特点是利用Internet技术、面向对象技术、神经 络技术和Java技术，继续扩大SCADA系统与其他系统的集成，将安全经济运行和商业运行的需要结合起来，从而帮助企业实时采集生产数据，进行生产过程的异常监控，通过数据大屏实时展示生产现状，实现透明工厂。

SCADA系统的应用领域广泛，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。从应用占比来看，在我国SCADA系统下游应用领域中，电力行业需求增长较快，已成为整体应用中占比最大的领域，比重达到30%以上；市政领域紧随其后，占比25.3%；然后是石油天然气和轨道交通领域，占比均在10%以上；其他应用领域占比在10%以下。

中国SCADA行业呈持续稳定发展趋势，SCADA行业市场规模稳步上升。2014年至2018年，中国SCADA市场规模从77.1亿元增长至100.2亿元，复合年增长率为6.8%。初步预估中国SCADA行业到2020年市场规模将增长到124亿元；到2023年有望达到176.6亿元左右。

国产品牌渗透率较高。国内市场品牌方面，国产渗透率达到60%，在市政、石油、基础设施等应用领域形成了相对稳定成熟的市场；外资品牌市占率40％，在电子半导体、轨道交通、烟草、食品饮料、水处理等行业应用广泛。SCADA市场的主要领导企业包括艾默生电气、施耐德电气、ABB、罗克韦尔自动化、欧姆龙、西门子、霍尼韦尔、Partita IVA、横河电机、三菱电机和东芝基础设施系统与解决方案公司。国内SCADA企业主要有力控、台达电子、研华、安控、昆仑纵横、紫金桥软件等。

DCS、PLC、SKADA三款软件各有侧重。

PLC位于现场设备层，是一种控制装置，单纯实现逻辑功能和控制，不提供人机界面；SCADA位于调度管理层，重点是监视、控制，可以实现部分逻辑功能，基本用于上位；DCS位于厂站管理层，是兼具二者功能的控制系统，对控制算法的要求更高，多用在比较大的系统和一些控制要求高的系统中，价格比前两个要昂贵。这三类产品和系统的分工是相对的，功能是互补的；未来三类产品的技术发展趋势是互相融合、渗透，共同促进工控软件向上位机功能延伸，参与工厂信息化建设。

MES（Manufacturing Execution System 制造执行系统）专注制造运营，国内空间还不足50亿，渗透率极低。

企业生产管控层的真空状态催生了MES需求。过去，企业依靠ERP等经营管理软件管理调度各类生产资源，依靠DCS等工业控制系统管理控制各类设备装置，但中间的生产管控层一直处于真空状态。为了充分利用上下两层间的数据，提高生产计划的实时性和灵活性，改善生产过程的运行效率，填补上下两层之间生产管控真空状态，MES等软件应运而生。

承上启下，集成管控是MES最大的特点。MES（制造执行系统Manufacturing Execution System）是面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统，处于计划层和现场自动化系统（控制层）之间，主要作用是填补计划层与控制层之间的信息断层，负责车间生产管理和调度执行，使执行层数据更具实时性和准确性。

MES应用渗透率低，未来市场前景广阔。与ERP、CAX、DCS等成熟的工业软件相比，MES的发展时间相对较短，应用渗透率还不高。应用MES系统需要大量的初期投资，且MES系统部署实施复杂非标，这是制约MES渗透率扩大的主要因素。从国内市场来看，2020年MES市场规模在50亿元左右。得益于国内侧结构性改革和工业转型升级步伐不断加快，我们预计未来5年国内市场MES产业规模复合增速将高于全球水平，达到10%以上，在规上制造企业的应用渗透率约20%左右。

MES在不同行业和不同企业的实施落地具备多样性。美国先进制造研究机构AMR为了给MES进行描述性定义，提出了MES的11个功能模块。但在实际生产中，MES并不是具备全部模块的标准化产品，而是根据不用企业的实际需求实施部署其中一个或几个模块，甚至还有一定得功能外延。

MES系统的部署与实施是我国实现智能制造的必由之路。MES的核心功能涵盖了制造业的七个核心要素“人、机、料、法、环、测、能”，是发展智慧工厂、智能制造的取胜之匙。另一方面，“集成与互联互通”是智能制造的核心诉求，而MES满足了企业上层计划管理系统与底层工业控制之间集成的需求，是生产制造、工程技术与供应链三大维度的价值中枢。更进一步来说，MES可以对计划层的生产计划进行进一步的细化，同时也可以将控制层的各种数据送达至计划层，将计划层和控制层连接起来，符合制造业管控一体、数字化转型的发展趋势。

APC（Advanced Process Control 先进过程控制）强调先进控制，潜力大毛利率高，代表工业软件方向。

APC软件是打造流程工业智能工厂的核心技术。APC是对那些不同于常规单回路控制，并具有比常规 PID 控制更好的控制效果的控制策略的统称，随着过程工业日益走向大规模、复杂化，对生产过程的控制品质要求越来越高，出现了许多过程、结构、环境和控制均十分复杂的生产系统。APC通常在DCS、PLC等工控系统已有常规控制的基础上采用各种先进控制策略帮助企业进行生产模拟优化，可以解决常规控制中不能解决的各种难题，以满足流程工业企业对生产过程安全、高效、优质、低耗的要求，使用户以较小的投入获得较大的经济效益。