工業(yè)軟件是工業(yè)品,，自然源于工業(yè)。那么,，為什么德國(guó)和日本作為制造強(qiáng)國(guó),，在工業(yè)軟件卻好像沒有發(fā)展壯大？其實(shí),，德國(guó)也開發(fā)出了多種 CAE 軟件,，例如專業(yè)的流固耦合軟件等，卻都沒有發(fā)展出類似美國(guó) Ansys 公司這樣的大型通用 CAE 軟件商,。在 CAD 軟件方面,，如果拋開西門子公司收購美國(guó)軟件公司 UGS 這個(gè)事件，那么德國(guó)的軟件名錄看起來也是相當(dāng)不起眼的,。日本的工業(yè)軟件與德國(guó)的狀況類似,，在當(dāng)前工業(yè)軟件領(lǐng)域中，主要還是以使用美國(guó),、法國(guó)的軟件為主導(dǎo),，輔以很多二次開發(fā)的專用工具。

日本和德國(guó)在工業(yè)嵌入式軟件機(jī)器人,、汽車控制模塊,、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域都稱霸市場(chǎng)，這跟它們的機(jī)械工程強(qiáng)勢(shì)有直接關(guān)系,。日本在 20 世紀(jì) 80 年代提出的“機(jī)電一體化”,，對(duì)其嵌入式軟件發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用。但為什么美國(guó)通用汽車可以造就 CAD 軟件的興起,，日本豐田卻沒有催化出一個(gè)國(guó)際通用的 CAD 工具軟件呢,？實(shí)際上，無論是在鋼鐵,、造船,，還是在汽車、家電等行業(yè),，日本都成功地塑造了一些國(guó)際化的品牌,。日本工業(yè)軟件，是少數(shù)幾個(gè)沒能沖向國(guó)際化的行業(yè)之一,，這應(yīng)該與日本的“硬件優(yōu)先”傳統(tǒng)有著直接關(guān)系,。

1985 年前的光景

在 1980 年前后，統(tǒng)領(lǐng)日本計(jì)算機(jī)硬件市場(chǎng)的五大廠商是 IBM,、富士通,、日立、NEC 和 Univac，合計(jì)占據(jù)了 90% 左右的市場(chǎng)份額,。從富士通公司和日立公司在 1974 年引入 IBM 兼容機(jī)開始,，到 1980 年前后，IBM 兼容機(jī)已經(jīng)占據(jù)了日本計(jì)算機(jī)市場(chǎng) 59% 的銷售份額,。IBM 系列產(chǎn)品支配了硬件市場(chǎng),，這吸引了很多由 IBM 操作系統(tǒng)支持的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)入日本市場(chǎng)。

在日本公司的 IT 開支中,，只有 7% 的費(fèi)用用于外包定制軟件開發(fā),，不到 1% 的費(fèi)用用于購置商用貨架軟件，日本公司絕大部分都是用自研軟件,。外部的軟件商，則嚴(yán)重依賴計(jì)算機(jī)主機(jī)廠,。在這段時(shí)期,，大多數(shù)軟件公司的主要業(yè)務(wù)是為計(jì)算機(jī)主機(jī)廠提供服務(wù)，來自計(jì)算機(jī)主機(jī)廠的收入占據(jù)此類公司收入的 60% 左右,。

1980 年前后,，日本軟件的價(jià)格幾乎全部是根據(jù)開發(fā)成本或者是工作量來決定的。這意味著大多數(shù)軟件公司不出售技術(shù),，僅依靠人力資源提供技術(shù)服務(wù),。

在日本軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，這是一種作坊式的開端,。軟件工業(yè)很大程度上依賴于個(gè)人,，程序人員水平的提高優(yōu)先于軟件產(chǎn)品的改善。日本軟件業(yè)的從業(yè)者僅僅被看作是程序設(shè)計(jì)勞動(dòng)力的來源,，而不是熟練的專業(yè)設(shè)計(jì)師或系統(tǒng)工程師,。

一次失敗的國(guó)家嘗試

隨著日本機(jī)械化、工業(yè)化生產(chǎn)的大幅提升,，日本計(jì)算機(jī)硬件產(chǎn)業(yè)如日中天,，產(chǎn)量迅速增加。軟件則仍停留在手工作業(yè)上,，二者之間的供需矛盾日趨明顯,。

日本通商產(chǎn)業(yè)省（MITI）及下屬的情報(bào)處理振興事業(yè)協(xié)會(huì),，經(jīng)過近十年的醞釀,，打算一舉解決這個(gè)問題。根據(jù)該協(xié)會(huì)預(yù)計(jì),，軟件工程師的供求到 1990 年會(huì)有 60 萬的缺口,，到 2000 年缺口將高達(dá) 100 萬。因此,，日本通商產(chǎn)業(yè)?。ìF(xiàn)在的日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)?。┰O(shè)立了一個(gè)國(guó)家軟件發(fā)展項(xiàng)目，試圖建立一套全新的操作系統(tǒng)平臺(tái),，方便軟件開發(fā)者使用,。當(dāng)時(shí)的日本通商產(chǎn)業(yè)省，由于 20 世紀(jì) 80 年代初期的超大規(guī)模集成電路（VLSI）項(xiàng)目大獲成功,，不免有些頭腦發(fā)熱,，躊躇滿志，準(zhǔn)備一鼓作氣建立軟件開發(fā)平臺(tái),，以提高軟件開發(fā)效率,。

日本政府于 1985 年開始的國(guó)家項(xiàng)目 SIGMA，是一項(xiàng)“軟件生產(chǎn)工業(yè)化”行動(dòng),，以消除“軟件危機(jī)”為愿景,，推行軟件生產(chǎn)工業(yè)化。它期望建立一個(gè)能為日本軟件開發(fā)者提供生產(chǎn)軟件所需情報(bào)工具軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),。所設(shè)想的商業(yè)模式是,，當(dāng) SIGMA 系統(tǒng)開始經(jīng)營(yíng)后，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用可以用用戶交的租金來支付,。

1986 年 7 月,，在日本第 15 屆技術(shù)預(yù)測(cè)研討會(huì)上，日本情報(bào)處理振興事業(yè)協(xié)會(huì)系統(tǒng)開發(fā)部部長(zhǎng)做了題為“日本軟件開發(fā)與 SIGMA 項(xiàng)目”的報(bào)告,，當(dāng)時(shí)已經(jīng)有 60 多家公司參加了該項(xiàng)目,。

然而，這個(gè)軟件生產(chǎn)工業(yè)化的目標(biāo),，卻仍然指向?yàn)橛布?wù),。而且這些日本公司誤判了形勢(shì)，仍然在進(jìn)行大型機(jī)方面的攻關(guān),，并沒有注意到當(dāng)時(shí)的一種大趨勢(shì),，那就是軟件業(yè)正在獨(dú)立地蓬勃發(fā)展。根據(jù)一位日本人士的看法,，這個(gè)項(xiàng)目注定會(huì)失敗,，因?yàn)樗窃谟?jì)算機(jī)尚不發(fā)達(dá)的前提下開發(fā)的。很多人在項(xiàng)目進(jìn)行中注意到了這個(gè)前提的荒謬,，卻無法停下來,。因?yàn)橐坏┕谝浴皣?guó)家項(xiàng)目”的稱謂，就不能輕易中斷,。

五年后,，這個(gè)國(guó)家項(xiàng)目到了難以維持的地步，因此由 50 家計(jì)算機(jī)制造商和軟件公司出資成立了一家與項(xiàng)目同名的商業(yè)公司，算是為這個(gè)項(xiàng)目站好最后一班崗,。1991 年,，日本與 UNIX 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織達(dá)成了通用規(guī)范，這標(biāo)志著日本放棄了抵抗軟件標(biāo)準(zhǔn)化的路線,。SIGMA 公司無疾而終,。

這次失敗，是日本試圖尋求軟件自主化遭遇的一個(gè)重大挫折,。SIGMA 項(xiàng)目意圖對(duì)抗的是一個(gè)全球軟件標(biāo)準(zhǔn)化程序的潮流,，這個(gè)逆潮流的急先鋒項(xiàng)目很快就變成了一堆廢棄的石頭。日本為此損失了 230 億日元投資,，以至于之后再也無法組織像樣的振興軟件國(guó)家行動(dòng),。

缺乏強(qiáng)勢(shì)的通用軟件，但企業(yè)自研能力很強(qiáng)

日本的鑄造工業(yè)強(qiáng)大,，但鑄造仿真軟件并不強(qiáng)勢(shì),。日本鑄造仿真軟件 JSCAST 是由大阪大學(xué)的大中逸雄課題組與日本小松機(jī)械聯(lián)合開發(fā)的，至今還是日本銷量第一的鑄造仿真模擬軟件,。鑄造仿真軟件的內(nèi)核是流體力學(xué)、傳熱學(xué)求解器,。與德國(guó)邁格碼（MAGMA）鑄造仿真軟件,、美國(guó) FLOW-3D 軟件以及韓國(guó) AnyCasting 軟件相比，日本鑄造仿真軟件有一定差距,，其主要的弱勢(shì)就在于求解器不穩(wěn)定,、計(jì)算速度慢、處理復(fù)雜鑄件的能力較低等,。中國(guó)國(guó)內(nèi)使用日本 JSCAST 鑄造仿真軟件的公司非常少,。在世界上，除日本企業(yè)之外,，其他國(guó)家的企業(yè)也很少會(huì)使用這款日本工業(yè)軟件,。

鑄造仿真軟件不強(qiáng)是日本通用工業(yè)軟件實(shí)力偏弱的一個(gè)縮影。相反,，日本企業(yè)的自主研發(fā)軟件卻往往很發(fā)達(dá),。

日本電產(chǎn)株式會(huì)社（NIDEC）主要生產(chǎn)中小型馬達(dá)、軸承等零部件,。自 1994 年起,，日本電產(chǎn)開始量產(chǎn)用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的液態(tài)軸承 (Fluid Dynamic Bearing，簡(jiǎn)稱 FDB),。隨著硬盤驅(qū)動(dòng)器在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度方面的驚人進(jìn)步,，傳統(tǒng)的滾珠式軸承制造在原理上已經(jīng)無法做到讓每一顆滾珠的大小都完全一致。因滾珠間的尺寸差異產(chǎn)生的非周期性振動(dòng)，將導(dǎo)致磁頭無法精準(zhǔn)地在高精細(xì),、高密度的磁道上刻錄 / 讀取數(shù)據(jù),。為了探索液態(tài)動(dòng)壓軸承的最佳結(jié)構(gòu)，日本電產(chǎn)逐漸走上了內(nèi)部開發(fā),、自主研發(fā)建模技術(shù)和仿真軟件之路,。

率先量產(chǎn)的日本電產(chǎn)液壓動(dòng)態(tài)軸承發(fā)展速度驚人，月產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了跨越性的突破,，2000 年前后曾經(jīng)大幅擴(kuò)充產(chǎn)品種類,。到 2002 年，液態(tài)動(dòng)壓軸承已成為主軸馬達(dá)用軸承的主流產(chǎn)品,。隨著產(chǎn)量從幾萬臺(tái),、幾十萬臺(tái)上升至幾百萬臺(tái)，采用檢查少量試制品生產(chǎn)中的品質(zhì)管理方法,，顯然已經(jīng)不合時(shí)宜,。因?yàn)橐獧z查到異常現(xiàn)象,，往往需要制作 1000 個(gè)以上的試制件來代表不同的模式,，耗時(shí)耗力，成本也相當(dāng)高,。

為了讓這項(xiàng)工作從車間轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)室,，日本電產(chǎn)決定采用 CAE 軟件進(jìn)行仿真，從而改變對(duì)所有驗(yàn)證案例采用“創(chuàng)意,、修改和再設(shè)計(jì)”的試錯(cuò)式檢測(cè)流程,。然而，市場(chǎng)上通用的仿真軟件,，應(yīng)對(duì)這種特殊產(chǎn)品乏力,，于是日本電產(chǎn)決定在公司內(nèi)部開發(fā)獨(dú)有的解析軟件。這樣做的最大好處是,，可以將范圍鎖定為液體動(dòng)壓軸承的特有機(jī)能,，用二維模型定義三維模型，降低振動(dòng)模型的自由度,，僅以設(shè)計(jì)上特別需要的現(xiàn)象作為對(duì)象,，進(jìn)行建模并實(shí)施計(jì)算。由此,，可以在有限的計(jì)算能力內(nèi),，進(jìn)行必要的剛性和衰減性的仿真計(jì)算。

利用仿真計(jì)算,，可以隨時(shí)將軸和軸承之間的間隙參數(shù)變更為 1000～2000 種不同的模式,，也能在幾十分鐘內(nèi)迅速得出計(jì)算結(jié)果,。這種技術(shù)現(xiàn)在也被用于風(fēng)扇馬達(dá)的液態(tài)動(dòng)壓軸承。隨著社會(huì)在電氣化的發(fā)展,，汽車,、家電等產(chǎn)品對(duì)高效率、靜音,、低振動(dòng)等的要求也愈來愈高,，這種針對(duì)性極強(qiáng)的 CAE 技術(shù)正在發(fā)揮更大的作用。

日本電產(chǎn)的 CAE 軟件部門,，本身也是設(shè)計(jì),、工藝和制造體系的一個(gè)融合環(huán)節(jié)。它與設(shè)計(jì)部門同屬于一個(gè)組織,，一起進(jìn)行軟件的開發(fā)和升級(jí),；當(dāng)碰到高難度的項(xiàng)目時(shí)，CAE 軟件部門也會(huì)跟日本電產(chǎn)的中央馬達(dá)基礎(chǔ)技術(shù)研究所合作,，進(jìn)行共同開發(fā),。

從零件設(shè)計(jì)到模塊和單元設(shè)計(jì)，一直到安裝有模塊或單元的殼體側(cè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，日本電產(chǎn)都可以通過自主 CAE 技術(shù)完成,。日本電產(chǎn)從一家馬達(dá)、軸承供應(yīng)商逐步進(jìn)化成一個(gè) OEM 廠商所依賴的關(guān)鍵戰(zhàn)略伙伴,，其中自主研發(fā)的 CAE 軟件起到了重大作用,。

共生式發(fā)展與高度嵌入的策略

日本是全球第三大經(jīng)濟(jì)體，擁有世界一流的制造業(yè),。日本軟件在銷售方面僅次于美國(guó)軟件，機(jī)床,、機(jī)器人和汽車行業(yè)的嵌入式軟件獨(dú)步全球,，日本軟件質(zhì)量與生產(chǎn)率也不在美國(guó)軟件之下。然而,，日本的軟件產(chǎn)品與服務(wù)卻越來越缺乏全球競(jìng)爭(zhēng)力,，丟失全球存在感。日本軟件業(yè)在強(qiáng)大的軟件開發(fā)能力與虛弱的軟件能力之間橫亙著巨大的鴻溝,，這是日本軟件業(yè)留給人們的巨大迷思,。

不少學(xué)者也注意到了這一現(xiàn)象。美國(guó)伯克利大學(xué)的 Cole 和 Nakata 教授在 2014 年對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的分析,。其中有兩點(diǎn)結(jié)論令人印象深刻：一個(gè)原因是日本軟件業(yè)中有大量 IT 軟件外包公司,，為具有適度軟件技能的員工創(chuàng)造了“藍(lán)領(lǐng)”職位，而對(duì)優(yōu)秀軟件架構(gòu)師／設(shè)計(jì)師的需求不足,，進(jìn)而導(dǎo)致軟件創(chuàng)新度不夠,。另外一個(gè)原因則是日本對(duì)“造物”的崇拜,。

硬件工程師無論是收入，還是社會(huì)地位,，都要比軟件從業(yè)人員要高,。日本卓越的硬件制造形成的“路徑依賴”，使得軟件行業(yè)無法成為一個(gè)吸引優(yōu)秀人才的行業(yè),。美國(guó)五分之一的軟件開發(fā)者接受過研究生教育,，而在日本這個(gè)比例僅為十分之一。在博士學(xué)位方面,，兩國(guó)軟件開發(fā)者之間的差距更大,。

20 世紀(jì) 90 年代初，日本大型制造和服務(wù)公司的信息技術(shù)能力有所減弱,。大公司將其 IT 部門剝離為子公司,，開始更多地依賴這些子公司和其他系統(tǒng)集成商及其分包商。在隨后的三十年,，盡管電子公司已進(jìn)化成 IT 公司,，但傳統(tǒng)電子工程師思維依然統(tǒng)領(lǐng)企業(yè)高級(jí)職位。日本公司重硬輕軟,，其組織結(jié)構(gòu)往往是機(jī)械工程師,、化學(xué)工程師在頂層決策位置，而電子工程師,、軟件工程師位于底層,。以硬件為中心的路線長(zhǎng)期延續(xù)，而軟件的角色仍然被視作功能的輔助和控制器,。

Nakata 教授在報(bào)告中提到,，二十年以前曾有學(xué)者警告美國(guó)，星羅棋布的美國(guó)硅谷小公司在財(cái)務(wù)資源方面難以跟日本大型高技術(shù)綜合制造商相匹敵,。日本大公司青睞的“工廠生產(chǎn)”（factory approach）軟件開發(fā)方法優(yōu)于美國(guó)占主導(dǎo)的“工匠主導(dǎo)”（craft approach）軟件開發(fā)方法,。換言之，繼制造業(yè)取得成功之后,，日本正在成為世界軟件工業(yè)的重要一極,。

現(xiàn)在看來，這個(gè)預(yù)測(cè)并沒有發(fā)生,。事實(shí)上,，大型企業(yè)和小型軟件的嵌套關(guān)系，構(gòu)成了日本工業(yè)軟件的一個(gè)突出特點(diǎn),。為了理解日本工業(yè)軟件與終端用戶行業(yè)的密切關(guān)系,，脫胎于日產(chǎn)汽車的一家工業(yè)軟件公司是一個(gè)上佳的案例。

日產(chǎn)汽車公司早在 1987 年就開始自行開發(fā)的 CAD 軟件和 CAE 軟件,，十年后他們成立一家獨(dú)立的日產(chǎn)軟件公司,，將產(chǎn)品應(yīng)用于日產(chǎn)和雷諾車型的研制,。在世紀(jì)之交，富士通取得了這家軟件公司的全部股份,。隨后,，作為大型計(jì)算機(jī)和軟件系統(tǒng)的代表，富士通將各種機(jī)械和汽車的 CAD 軟件,，以及其他與制造業(yè)相關(guān)的軟件技術(shù),，如輕量化三維設(shè)計(jì)、工藝表管理,、預(yù)覽工具等,，都放到旗下的這家公司，而產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理則使用開源軟件,。在這家公司最關(guān)注的汽車行業(yè)（銷售額占比超過 70%）,，其旗下的品牌產(chǎn)品，加上所代理的西門子軟件,，都緊密地嵌入汽車設(shè)計(jì)行業(yè)的流程,，完整地體現(xiàn)了“機(jī)械、電氣,、操作的融合設(shè)計(jì)”,。全面了解該企業(yè)的所有軟件之后，可以發(fā)現(xiàn),，它們完全是伴隨著一個(gè)工廠的研制全套業(yè)務(wù)流程展開,。這給人留下極深刻的印象。

另外一家日本 CAE 軟件公司,，則是日本富士軟件（Fujisoft）旗下的 Cybernet 公司,。富士軟件全球有 2 萬多員工，這家 CAE 軟件公司則專注于仿真領(lǐng)域,。美國(guó)科學(xué)計(jì)算軟件 MATLAB 被 Cybernet 公司引入日本豐田,，并迅速成為主流軟件。后來 MATLAB 軟件所屬的美國(guó) MathWorks 公司在日本建立了辦事處,，Cybernet 公司就收購了其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手加拿大的 MapleSoft 軟件公司,，以豐富自己的產(chǎn)品線,。Cybernet 公司就像一座日本少有的喜歡吞噬新鮮空氣的活火山,，一直在采用收購的方式，獲取全球軟件的資源,。實(shí)際上,，作為美國(guó)仿真軟件 ANSYS 的代理商，Cybernet 公司圍繞著企業(yè)用戶的需求,，將代理產(chǎn)品,、自研產(chǎn)品和并購產(chǎn)品嵌套在一起,，形成一套完整的解決方案。

日本還有一家叫做 JMAG 的電氣設(shè)計(jì)軟件公司,，但這家公司很難講是完全獨(dú)立的,。日本的獨(dú)立公司背后總能看到財(cái)團(tuán)的影子，JMAG 公司就有住友銀行的背景,。

大多數(shù)日本人喜歡進(jìn)入大公司工作,，因?yàn)楸容^體面，進(jìn)入小公司的人則比較少,。這也導(dǎo)致日本創(chuàng)業(yè)公司比較少,，限制了軟件業(yè)所需要的蓬勃活力。

日本的工業(yè)軟件,，在國(guó)家行動(dòng)失敗后,，選擇了高度嵌入全球化的策略。以通用軟件為基礎(chǔ),，將自己的行業(yè)制造專業(yè)知識(shí)加載其中,，然后與用戶緊密綁定，這種策略成就了強(qiáng)大的日本制造業(yè),。但是,，對(duì)于國(guó)產(chǎn)化 CAD 軟件、CAE 軟件以及 EDA 軟件,，日本恐怕已經(jīng)早已失去了目標(biāo)和動(dòng)力,。

更多信息可以來這里獲取==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<