日本工业软件行不行

本文来自微信公众号：知识自动化 （ID：zhishipai），作者：林雪萍

工业软件是工业品，自然源于工业。那么，为什么德国和日本作为制造强国，在工业软件却好像没有发展壮大？其实，德国也开发出了多种 CAE 软件，例如专业的流固耦合软件等，却都没有发展出类似美国 Ansys 公司这样的大型通用 CAE 软件商。在 CAD 软件方面，如果抛开西门子公司收购美国软件公司 UGS 这个事件，那么德国的软件名录看起来也是相当不起眼的。日本的工业软件与德国的状况类似，在当前工业软件领域中，主要还是以使用美国、法国的软件为主导，辅以很多二次开发的专用工具。

日本和德国在工业嵌入式软件机器人、汽车控制模块、数控机床等领域都称霸市场，这跟它们的机械工程强势有直接关系。日本在 20 世纪 80 年代提出的“机电一体化”，对其嵌入式软件发展起到了很大的促进作用。但为什么美国通用汽车可以造就 CAD 软件的兴起，日本丰田却没有催化出一个国际通用的 CAD 工具软件呢？实际上，无论是在钢铁、造船，还是在汽车、家电等行业，日本都成功地塑造了一些国际化的品牌。日本工业软件，是少数几个没能冲向国际化的行业之一，这应该与日本的“硬件优先”传统有着直接关系。

1985 年前的光景

在 1980 年前后，统领日本计算机硬件市场的五大厂商是 IBM、富士通、日立、NEC 和 Univac，合计占据了 90% 左右的市场份额。从富士通公司和日立公司在 1974 年引入 IBM 兼容机开始，到 1980 年前后，IBM 兼容机已经占据了日本计算机市场 59% 的销售份额。IBM 系列产品支配了硬件市场，这吸引了很多由 IBM 操作系统支持的计算机软件进入日本市场。

在日本公司的 IT 开支中，只有 7% 的费用用于外包定制软件开发，不到 1% 的费用用于购置商用货架软件，日本公司绝大部分都是用自研软件。外部的软件商，则严重依赖计算机主机厂。在这段时期，大多数软件公司的主要业务是为计算机主机厂提供服务，来自计算机主机厂的收入占据此类公司收入的 60% 左右。

1980 年前后，日本软件的价格几乎全部是根据开发成本或者是工作量来决定的。这意味着大多数软件公司不出售技术，仅依靠人力资源提供技术服务。

在日本软件产业发展过程中，这是一种作坊式的开端。软件工业很大程度上依赖于个人，程序人员水平的提高优先于软件产品的改善。日本软件业的从业者仅仅被看作是程序设计劳动力的来源，而不是熟练的专业设计师或系统工程师。

一次失败的国家尝试

随着日本机械化、工业化生产的大幅提升，日本计算机硬件产业如日中天，产量迅速增加。软件则仍停留在手工作业上，二者之间的供需矛盾日趋明显。

日本通商产业省（MITI）及下属的情报处理振兴事业协会，经过近十年的酝酿，打算一举解决这个问题。根据该协会预计，软件工程师的供求到 1990 年会有 60 万的缺口，到 2000 年缺口将高达 100 万。因此，日本通商产业省（现在的日本经济产业省）设立了一个国家软件发展项目，试图建立一套全新的操作系统平台，方便软件开发者使用。当时的日本通商产业省，由于 20 世纪 80 年代初期的超大规模集成电路（VLSI）项目大获成功，不免有些头脑发热，踌躇满志，准备一鼓作气建立软件开发平台，以提高软件开发效率。

日本政府于 1985 年开始的国家项目 SIGMA，是一项“软件生产工业化”行动，以消除“软件危机”为愿景，推行软件生产工业化。它期望建立一个能为日本软件开发者提供生产软件所需情报工具软件的计算机系统。所设想的商业模式是，当 SIGMA 系统开始经营后，运营费用可以用用户交的租金来支付。

1986 年 7 月，在日本第 15 届技术预测研讨会上，日本情报处理振兴事业协会系统开发部部长做了题为“日本软件开发与 SIGMA 项目”的报告，当时已经有 60 多家公司参加了该项目。

然而，这个软件生产工业化的目标，却仍然指向为硬件服务。而且这些日本公司误判了形势，仍然在进行大型机方面的攻关，并没有注意到当时的一种大趋势，那就是软件业正在独立地蓬勃发展。根据一位日本人士的看法，这个项目注定会失败，因为它是在计算机尚不发达的前提下开发的。很多人在项目进行中注意到了这个前提的荒谬，却无法停下来。因为一旦冠以“国家项目”的称谓，就不能轻易中断。

五年后，这个国家项目到了难以维持的地步，因此由 50 家计算机制造商和软件公司出资成立了一家与项目同名的商业公司，算是为这个项目站好最后一班岗。1991 年，日本与 UNIX 国际标准化组织达成了通用规范，这标志着日本放弃了抵抗软件标准化的路线。SIGMA 公司无疾而终。

这次失败，是日本试图寻求软件自主化遭遇的一个重大挫折。SIGMA 项目意图对抗的是一个全球软件标准化程序的潮流，这个逆潮流的急先锋项目很快就变成了一堆废弃的石头。日本为此损失了 230 亿日元投资，以至于之后再也无法组织像样的振兴软件国家行动。

缺乏强势的通用软件，但企业自研能力很强

日本的铸造工业强大，但铸造仿真软件并不强势。日本铸造仿真软件 JSCAST 是由大阪大学的大中逸雄课题组与日本小松机械联合开发的，至今还是日本销量第一的铸造仿真模拟软件。铸造仿真软件的内核是流体力学、传热学求解器。与德国迈格码（MAGMA）铸造仿真软件、美国 FLOW-3D 软件以及韩国 AnyCasting 软件相比，日本铸造仿真软件有一定差距，其主要的弱势就在于求解器不稳定、计算速度慢、处理复杂铸件的能力较低等。中国国内使用日本 JSCAST 铸造仿真软件的公司非常少。在世界上，除日本企业之外，其他国家的企业也很少会使用这款日本工业软件。

铸造仿真软件不强是日本通用工业软件实力偏弱的一个缩影。相反，日本企业的自主研发软件却往往很发达。

日本电产株式会社（NIDEC）主要生产中小型马达、轴承等零部件。自 1994 年起，日本电产开始量产用于硬盘驱动器的液态轴承 (Fluid Dynamic Bearing，简称 FDB)。随着硬盘驱动器在数据存储密度方面的惊人进步，传统的滚珠式轴承制造在原理上已经无法做到让每一颗滚珠的大小都完全一致。因滚珠间的尺寸差异产生的非周期性振动，将导致磁头无法精准地在高精细、高密度的磁道上刻录 / 读取数据。为了探索液态动压轴承的最佳结构，日本电产逐渐走上了内部开发、自主研发建模技术和仿真软件之路。

率先量产的日本电产液压动态轴承发展速度惊人，月产量实现了跨越性的突破，2000 年前后曾经大幅扩充产品种类。到 2002 年，液态动压轴承已成为主轴马达用轴承的主流产品。随着产量从几万台、几十万台上升至几百万台，采用检查少量试制品生产中的品质管理方法，显然已经不合时宜。因为要检查到异常现象，往往需要制作 1000 个以上的试制件来代表不同的模式，耗时耗力，成本也相当高。

为了让这项工作从车间转向设计室，日本电产决定采用 CAE 软件进行仿真，从而改变对所有验证案例采用“创意、修改和再设计”的试错式检测流程。然而，市场上通用的仿真软件，应对这种特殊产品乏力，于是日本电产决定在公司内部开发独有的解析软件。这样做的最大好处是，可以将范围锁定为液体动压轴承的特有机能，用二维模型定义三维模型，降低振动模型的自由度，仅以设计上特别需要的现象作为对象，进行建模并实施计算。由此，可以在有限的计算能力内，进行必要的刚性和衰减性的仿真计算。

利用仿真计算，可以随时将轴和轴承之间的间隙参数变更为 1000～2000 种不同的模式，也能在几十分钟内迅速得出计算结果。这种技术现在也被用于风扇马达的液态动压轴承。随着社会在电气化的发展，汽车、家电等产品对高效率、静音、低振动等的要求也愈来愈高，这种针对性极强的 CAE 技术正在发挥更大的作用。

日本电产的 CAE 软件部门，本身也是设计、工艺和制造体系的一个融合环节。它与设计部门同属于一个组织，一起进行软件的开发和升级；当碰到高难度的项目时，CAE 软件部门也会跟日本电产的中央马达基础技术研究所合作，进行共同开发。

从零件设计到模块和单元设计，一直到安装有模块或单元的壳体侧的结构设计，日本电产都可以通过自主 CAE 技术完成。日本电产从一家马达、轴承供应商逐步进化成一个 OEM 厂商所依赖的关键战略伙伴，其中自主研发的 CAE 软件起到了重大作用。

共生式发展与高度嵌入的策略

日本是全球第三大经济体，拥有世界一流的制造业。日本软件在销售方面仅次于美国软件，机床、机器人和汽车行业的嵌入式软件独步全球，日本软件质量与生产率也不在美国软件之下。然而，日本的软件产品与服务却越来越缺乏全球竞争力，丢失全球存在感。日本软件业在强大的软件开发能力与虚弱的软件能力之间横亘着巨大的鸿沟，这是日本软件业留给人们的巨大迷思。

不少学者也注意到了这一现象。美国伯克利大学的 Cole 和 Nakata 教授在 2014 年对此进行了详细的分析。其中有两点结论令人印象深刻：一个原因是日本软件业中有大量 IT 软件外包公司，为具有适度软件技能的员工创造了“蓝领”职位，而对优秀软件架构师／设计师的需求不足，进而导致软件创新度不够。另外一个原因则是日本对“造物”的崇拜。

硬件工程师无论是收入，还是社会地位，都要比软件从业人员要高。日本卓越的硬件制造形成的“路径依赖”，使得软件行业无法成为一个吸引优秀人才的行业。美国五分之一的软件开发者接受过研究生教育，而在日本这个比例仅为十分之一。在博士学位方面，两国软件开发者之间的差距更大。

20 世纪 90 年代初，日本大型制造和服务公司的信息技术能力有所减弱。大公司将其 IT 部门剥离为子公司，开始更多地依赖这些子公司和其他系统集成商及其分包商。在随后的三十年，尽管电子公司已进化成 IT 公司，但传统电子工程师思维依然统领企业高级职位。日本公司重硬轻软，其组织结构往往是机械工程师、化学工程师在顶层决策位置，而电子工程师、软件工程师位于底层。以硬件为中心的路线长期延续，而软件的角色仍然被视作功能的辅助和控制器。

Nakata 教授在报告中提到，二十年以前曾有学者警告美国，星罗棋布的美国硅谷小公司在财务资源方面难以跟日本大型高技术综合制造商相匹敌。日本大公司青睐的“工厂生产”（factory approach）软件开发方法优于美国占主导的“工匠主导”（craft approach）软件开发方法。换言之，继制造业取得成功之后，日本正在成为世界软件工业的重要一极。

现在看来，这个预测并没有发生。事实上，大型企业和小型软件的嵌套关系，构成了日本工业软件的一个突出特点。为了理解日本工业软件与终端用户行业的密切关系，脱胎于日产汽车的一家工业软件公司是一个上佳的案例。

日产汽车公司早在 1987 年就开始自行开发的 CAD 软件和 CAE 软件，十年后他们成立一家独立的日产软件公司，将产品应用于日产和雷诺车型的研制。在世纪之交，富士通取得了这家软件公司的全部股份。随后，作为大型计算机和软件系统的代表，富士通将各种机械和汽车的 CAD 软件，以及其他与制造业相关的软件技术，如轻量化三维设计、工艺表管理、预览工具等，都放到旗下的这家公司，而产品数据管理则使用开源软件。在这家公司最关注的汽车行业（销售额占比超过 70%），其旗下的品牌产品，加上所代理的西门子软件，都紧密地嵌入汽车设计行业的流程，完整地体现了“机械、电气、操作的融合设计”。全面了解该企业的所有软件之后，可以发现，它们完全是伴随着一个工厂的研制全套业务流程展开。这给人留下极深刻的印象。

另外一家日本 CAE 软件公司，则是日本富士软件（Fujisoft）旗下的 Cybernet 公司。富士软件全球有 2 万多员工，这家 CAE 软件公司则专注于仿真领域。美国科学计算软件 MATLAB 被 Cybernet 公司引入日本丰田，并迅速成为主流软件。后来 MATLAB 软件所属的美国 MathWorks 公司在日本建立了办事处，Cybernet 公司就收购了其竞争对手加拿大的 MapleSoft 软件公司，以丰富自己的产品线。Cybernet 公司就像一座日本少有的喜欢吞噬新鲜空气的活火山，一直在采用收购的方式，获取全球软件的资源。实际上，作为美国仿真软件 ANSYS 的代理商，Cybernet 公司围绕着企业用户的需求，将代理产品、自研产品和并购产品嵌套在一起，形成一套完整的解决方案。

日本还有一家叫做 JMAG 的电气设计软件公司，但这家公司很难讲是完全独立的。日本的独立公司背后总能看到财团的影子，JMAG 公司就有住友银行的背景。

大多数日本人喜欢进入大公司工作，因为比较体面，进入小公司的人则比较少。这也导致日本创业公司比较少，限制了软件业所需要的蓬勃活力。

日本的工业软件，在国家行动失败后，选择了高度嵌入全球化的策略。以通用软件为基础，将自己的行业制造专业知识加载其中，然后与用户紧密绑定，这种策略成就了强大的日本制造业。但是，对于国产化 CAD 软件、CAE 软件以及 EDA 软件，日本恐怕已经早已失去了目标和动力。

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